МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СОЮЗДОРНИИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ СЛОЕВ ИЗ ПЕНОПЛАСТА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОБЪЕМА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ

Утверждены замдиректора Союздорнии канд. техн. наук Б.С. Марышевым

 

Одобрены Главным техническим управлением Минтрансстроя (письмо № 37-03-07/3-14 доп. от 16 марта 1986 г.)

 

МОСКВА 1988

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ СЛОЕВ ИЗ ПЕНОПЛАСТА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ОБЪЕМА ЗЕМЛЯНЫХ РАБОТ. - Союздорнии. М., 1988.

Изложены рекомендации по обеспечению прочности и морозоустойчивости дорожной одежды с цементобетонным покрытием при устройстве рабочего слоя земляного полотна из грунтов повышенной влажности.

Приведены конструкции дорожной одежды с теплоизолирующим слоем из пенопласта на дренирующей прослойке из геотекстильных материалов и земляного полотна из грунтов повышенной влажности.

Предисловие

Основными проблемами дорожного строительства являются уменьшение материалоемкости дорожных одежд и снижение объема земляных работ. Один из путей решения этих проблем - переход к нетрадиционным (специальным) методам регулирования водно-теплового режима земляного полотна в районах с сезонным промерзанием грунтов.

Указанные методы регулирования водно-теплового режима приведены в главах СНиП 2.05.02-85 и СНиП 3.06.03-85. Они подробно изложены в «Методических рекомендациях по расчету водно-теплового режима для разработки оптимальной конструкции земляного полотна автомобильных дорог» (Союздорнии. М., 1983) и в «Методических рекомендациях по проектированию оптимальных конструкций земляного полотна автомобильных дорог на основе методов регулирования водно-теплового режима» (Союздорнии. М., 1983).

Специальные методы регулирования водно-теплового режима земляного полотна позволяют уменьшить толщину морозозащитного слоя или полностью исключить этот слой из конструкции дорожной одежды и снизить высоту насыпи до величины, при которой обеспечивается снегонезаносимость дороги.

Однако в упомянутой технической документации не рассматриваются грунты повышенной влажности. Вместе с тем объем земляных работ можно было бы существенно снизить в случае применения местных грунтов повышенной влажности для возведения рабочего слоя земляного полотна. Исследования последних лет показали, что это осуществимо при устройстве теплоизолирующего слоя из пенопласта совместно с геотекстилем в основании дорожной одежды с цементобетонным покрытием. Такие слои были построены на экспериментальных участках на дороге Омск-Новосибирск, участок Убинское-Чулым. Устройство теплоизолирующих слоев из пенопласта совместно с геотекстилем позволило снизить высоту насыпи по сравнению с традиционной на 0,9 м, уменьшить толщину морозозащитного слоя из привозного кондиционного песка на 0,3 м и использовать грунты повышенной влажности для возведения рабочего слоя земляного полотна.

С помощью теплоизоляции можно уменьшить глубину промерзания земляного полотна и тем самым ограничить пучение допустимыми пределами или полностью предотвратить промерзание грунта повышенной влажности и исключить его морозное пучение. В свою очередь уменьшение или исключение морозного пучения ограничивает или полностью устраняет разуплотнение грунтов в процессе эксплуатации дороги. Снижение глубины промерзания уменьшает также неравномерность морозного пучения, в результате чего лучше сохраняется ровность покрытия.

С помощью дренирующей прослойки из геотекстиля можно отвести воду из-под основания теплоизолирующего слоя из пенопласта, уменьшить неравномерное пучение и осадку грунта, повысив тем самым прочность дорожной одежды.

Принимая во внимание, что в указанной технической документации изложены основные положения по проектированию теплоизолирующего слоя из пенопласта и дренирующих прослоек из геотекстиля, в настоящих Методических рекомендациях рассматриваются только те вопросы, которые относятся к особенностям обеспечения прочности и морозоустойчивости дорожной одежды при устройстве рабочего слоя земляного полотна из грунтов повышенной влажности.

Исследования показали, что прочность и морозоустойчивость дорожной одежды на земляном полотне из грунтов повышенной влажности обеспечиваются при выполнении следующих условий.

Первое условие заключается в том, чтобы суммарная величина пучения грунтов насыпи и нижележащих глинистых грунтов с ненарушенной структурой не превышала допустимых значений поднятия покрытия. Второе условие заключается в том, чтобы суммарная величина осадки грунтов весной после их оттаивания и усадки в летний период не превышала допустимых значений опускания покрытия. Третье условие заключается в том, чтобы динамические значения прочностных и деформационных характеристик грунтов, устанавливаемых с учетом длительности нахождения грунта в переувлажненном состоянии, были не менее значений, при которых обеспечивается прочность дорожной одежды.

Исследования с помощью прибора «клинового» типа показали, что угол внутреннего трения глинистых грунтов с числом пластичности более 7 практически не зависит от того, какие нагрузки на него воздействуют: динамические или статические. В то же время сцепление грунта при динамическом воздействии транспорта существенно ниже, чем при соответствующем статическом. На основании этих исследований разработаны расчетные зависимости, приведенные в настоящих Методических рекомендациях, которые позволяют определять сцепление грунта (суглинка легкого и глины пылеватой) при динамической нагрузке в зависимости от суммарного количества проходов расчетного автомобиля, влажности грунта и продолжительности периода с различными значениями этой влажности.

Расчеты на прочность дорожной одежды, проведенные в соответствии с «Инструкцией по проектированию жестких дорожных одежд» ВСН 197-83 Минтрансстроя (М., 1983) с использованием указанных зависимостей, показали, что можно применять грунты повышенной влажности и с более низкой плотностью в случае устройства теплоизолирующих слоев из пенопласта совместно с геотекстилем на участках дорог с цементобетонными покрытиями.

Применение специальных методов регулирования водно-теплового режима земляного полотна позволяет уменьшить объем земляных работ и объем привозных грунтов. В результате этого можно сократить потребное количество транспорта для перевозки грунта, снизить трудозатраты, сэкономить топливно-энергетические ресурсы, ускорить темпы строительства. Уменьшение стоимости строительства составит 30 - 50 тыс. руб. на 1 км дороги.

Настоящие Методические рекомендации следует рассматривать как техническую документацию для опытного проектирования автомобильных дорог при использовании грунтов повышенной влажности в пределах рабочего слоя земляного полотна.

Методические рекомендации разработаны Союздорнии (В.И. Рувинский, Е.А. Петрушин, А.Е. Кобранов, Л.М. Крыжановская) совместно с Омским филиалом Союздорнии (И.Б. Старцев, А.С. Пилипенко, Б.К. Порошин, Е.Л. Ефремова) и Союздорпроектом (В.Д. Браславский, А.В. Лукьянов).

Общее редактирование выполнено канд. техн. наук В.И. Рувинским.

Все замечания и пожелания по работе просьба направлять по адресу: 143900, Московская обл., г. Балашиха-6, Союздорнии.

1. Общие положения

1.1. Настоящими «Методическими рекомендациями по применению теплоизолирующих слоев из пенопласта для снижения объема земляных работ» следует руководствоваться при использовании грунтов повышенной влажности в пределах рабочего слоя земляного полотна автомобильных дорог с цементобетонными покрытиями, проходящих в насыпи высотой не более 1,5 м или в выемке, в районах с сезонным промерзанием.

1.2. В районах, где имеются сложности с обеспечением грунтами, следует предусматривать в качестве одного из вариантов разработку конструкций с теплоизолирующим слоем из пенопласта совместно с геотекстилем с целью снизить высоту насыпи на участках с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями, уменьшить толщину морозозащитного слоя из привозных песков и использовать местные глинистые грунты повышенной влажности в пределах рабочего слоя земляного полотна.

При оценке вариантов дорожных конструкций в качестве основного критерия необходимо принимать минимальные за срок сравнения приведенные затраты на строительство и эксплуатацию дороги и транспортные расходы.

1.3. Разработку дорожной конструкции необходимо вести в такой последовательности:

установить высоту насыпи или глубину выемки по условиям рельефа местности, застройки территории, ценности сельскохозяйственных земель, а также по условиям обеспечения снегонезаносимости дороги, безопасности движения и вписывания дороги в ландшафт;

назначить в первом приближении конструкцию дорожной одежды и земляного полотна согласно разд. 2 настоящих Методических рекомендаций;

определить ожидаемые в процессе эксплуатации дороги плотность, влажность, пучение и осадку грунтов (расчет этих величин проводят согласно разд. 3 настоящих Методических рекомендаций);

уточнить конструкцию дорожной одежды из условия обеспечения допустимого поднятия покрытия в зимний период и допустимого ее опускания весной и летом;

по расчетным значениям влажности грунтов установить прочностные и деформационные характеристики согласно разд. 4 настоящих Методических рекомендаций и с их учетом уточнить по Инструкции ВСН 197-83 конструкцию дорожной одежды по прочности.

1.4. Теплоизолирующие слои из пенопласта необходимо проектировать так, чтобы обеспечить выполнение следующих требований:

пучение грунтов земляного полотна не должно превышать на дорогах с монолитными цементобетонными покрытиями 3 см, со сборными - 4 см;

осадка грунтов после их оттаивания и усадки в летний период не должна превышать 4,5 и 5,5 см на дорогах соответственно с монолитными и со сборными цементобетонными покрытиями;

динамические прочностные и деформационные характеристики грунтов, устанавливаемые с учетом длительности нахождения грунта в переувлажненном состоянии, должны обеспечить прочность дорожной одежды.

1.5. При сооружении земляного полотна необходимо достичь следующих минимальных значений коэффициентов уплотнения глинистых грунтов: верхнего слоя земляного полотна толщиной не менее 0,5 м - 0,95, нижележащих слоев - 0,9 от максимальной плотности по методу стандартного уплотнения.

Для верхнего слоя земляного полотна толщиной не менее 0,5 м допускается применять глинистые грунты с влажностью, превышающей оптимальную не более чем в 1,15 раза, для нижних слоев - с влажностью, превышающей оптимальную не более чем в 1,25 раза.

2. Конструкции дорожной одежды и земляного полотна

2.1. При проектировании теплоизолирующего слоя, являющегося нижним слоем оснований дорожной одежды, ширину его следует назначать такой, чтобы она превышала ширину проезжей части на 0,5 - 2 м, в целях изоляции последней от действия холода со стороны обочин (см. рисунок). При возможности пучения грунта на обочинах больше допустимого теплоизолирующий слой должен перекрывать всю обочину.

Конструкции дорожной одежды и земляного полотна при использовании грунтов повышенной влажности в пределах рабочего слоя:

1 - цементобетонное покрытие толщиной 20 - 24 см; 2 - слой песка (25 - 30 см), укрепленный в верхней части цементом (3); 4 - теплоизолирующий слой из пенопласта (5 - 10 см); 5 - прослойка из геотекстильного материала (0,15 - 0,30 см); 6 - верхний слой (50 см) земляного полотна; 7 - нижний слой земляного полотна

Ввиду того, что теплоизоляционные материалы изменяют температурный режим покрытия и могут вызвать гололедицу на проезжей части, место расположения теплоизолирующего слоя следует выбирать так, чтобы обеспечить идентичный режим дорожных одежд с теплоизолирующими слоями и без них. Теплоизолирующие слои из пенопласта разрешается располагать на глубине не менее 0,5 м от поверхности покрытия: в этом случае частота образования гололедицы на участке с теплоизолирующим слоем не превышает 10 % по сравнению с участком, имеющим традиционную конструкцию дорожной одежды.

Толщину слоя пенопласта следует назначать исходя из необходимости сохранения грунта в нижней части земляного полотна с коэффициентом уплотнения менее 0,95 и в зоне капиллярной каймы над горизонтом грунтовых вод или верховодки - в непромороженном состоянии.

2.2. Для отвода воды из-под теплоизолирующего слоя и уменьшения неравномерности пучения и осадки грунта следует укладывать пенопласт на прослойку из геотекстиля. Такую прослойку следует устраивать на всю ширину земляного полотна с выпуском на откосы насыпи или в подкюветный дренаж в выемках.

Толщина дренирующей прослойки из геотекстиля должна быть достаточной, чтобы отводилась вода, поступающая в основание дорожной одежды от атмосферных осадков, выпадающих на поверхность проезжей части и обочин, и отжимаемая из грунта при его осадке после оттаивания и под действием динамической нагрузки. Расчет толщины прослойки следует проводить согласно «Методическим рекомендациям по проектированию оптимальных конструкций земляного полотна автомобильных дорог на основе методов регулирования водно-теплового режима».

2.3. Для устройства теплоизолирующих слоев рекомендуется применять полистирольные пенопласты ПС-4-60, стайрофоум и другие пенопласты, удовлетворяющие следующим требованиям: напряжение сжатия при 10 %-ной деформации - не менее 0,25 МПа, предел прочности при изгибе - не менее 0,5 МПа, водопоглощение по объему - не более 1,5 %, коэффициент теплопроводности - не более 0,05 Вт/(м·К).

Для устройства дренирующей прослойки следует использовать бидим, дорнит и другие геотекстильные материалы с коэффициентом фильтрации не менее 20 м/сут (с учетом заиления) и минимальной толщиной 1,5 мм под нагрузкой 200 кПа.

2.4. Полотнища геотекстильного материала следует укладывать на спланированное и уплотненное земляное полотно. Необходимо обеспечить поперечный уклон дренирующей прослойки не менее 20 %о. Полотнище материала скрепляют скобами при ширине нахлеста 0,1 м.