в) вычисляются значения параметров:
(1)
(2)
(3)
где lт — коэффициент теплопроводности грунта земляного полотна в талом состоянии, ккал/м·ч·град; a — коэффициент теплообмена, 20 ккал/м2·ч; hн, lн — соответственно толщины, м, и коэффициенты теплопроводности, ккал/м·ч·град., конструктивных слоев дорожной одежды; Ст — объемная теплоемкость грунта земляного полотна в талом состоянии, ккал/м3·град; Т — температура льдообразования, принимаемая для песков от —0,4 до —0,6°С, для легких супесей от —0,2 до 0°С, для легких пылеватых супесей от 0,3 до 0,5°С, для тяжелых пылеватых супесей от —0,9 до —1,4°С, для пылеватых глин и тяжелых суглинков от —1,2 до —2°С; Q0 — расход тепла на плавление льда в единице объема грунта, ккал/м3, который определяется по формуле
(4)
где rd и w — соответственно плотность сухого грунта, кг/м3, и влажность, %, грунта земляного полотна; величины rd и w принимаются по табл. П.13.8; a¢ — скрытая теплота плавления льда, 80 ккал/кг; wнз — среднее содержание незамерзшей воды в грунте, %.
Ориентировочно величина wнз принимается равной: 0 — для песков, 7 % — для супесей, 10 % — для суглинков, 15 % — для глин;
г) определяется высота минеральной части насыпи по формуле
(5)
где h — глубина оттаивания земляного полотна с учетом принятой конструкции дорожной одежды, м; величина h определяется по графикам (рис. П.5.1) при известных параметрах m и Кт; т — коэффициент эквивалентного приведения (по условиям оттаивания) величины hд к грунту земляного полотна принимается равным 3,9 для песков, 4,0 — для супесей, 4,1 — для суглинков легких, 4,2 — для суглинков тяжелых и глин; hд — допустимая глубина оттаивания намороженной торфяной плиты сверху в период эксплуатации дороги, м; величина устанавливается с учетом категории дороги по табл. П.5.2.
Таблица П.5.2
Категория дороги |
Допустимая глубина оттаивания hд, м, при использовании в насыпи грунтов |
|
|
песчаных |
глинистых |
III-B |
0,30 |
0,25 |
IV-В |
0,40 |
0,35 |
V-В |
0,50 |
0,45 |
Прочность дорожной конструкции проверяется комплексным расчетом согласно приложению 7.
Рис. П.5.1. График для определения глубины протаивания
земляного полотна
Конструктивные параметры мерзлого торфяного основания (ширина и толщина промораживаемого слоя болота и намораживаемой торфяной плиты) определяются исходя из условий:
(6)
(7)
где Нн — толщина намораживаемой плиты из торфа, м; Нпл — толщина промороженного слоя торфяной залежи, м; S1 — осадки талого слоя торфяной залежи под действием веса дорожной конструкции и подвижной нагрузки, м; подвижную нагрузку рекомендуется учитывать в том случае, когда высота минеральной части насыпи менее 1,0 м; S2 — осадка намороженного слоя торфа при максимальном оттаивании его в период строительства, м; hвт — требуемое возвышение намороженной торфяной плиты над поверхностью болота, принимаемое равным 0,3—0,4 м; hн — величина оттаивания мерзлого основания снизу, которая для большинства торфяных залежей Западной Сибири (за исключением проточных топей, топей выклинивания и т. п.) составляет 0,09—0,11 м; Нд — минимальная толщина мерзлого основания из условий обеспечения деформативной устойчивости дорожной конструкции, устанавливаемая по табл. П.5.3.
Таблица П.5.3
Тип дорожных покрытий |
Величина Нд, м, при сопротивлении сдвигу верхнего промораживаемого слоя торфяной залежи, кгс/см2 |
||
|
0,1 |
0,05—0,1 |
0,05 |
Сборные цементобетонные |
1,00 |
1,15 |
1,30 |
Переходные и низшие |
0,55 |
0,60 |
0,70 |
Для повышения общей устойчивости дорожной конструкции на болотах, снижения осадок и уменьшения объема работ по намораживанию торфяной плиты целесообразно верхний слой торфяной залежи промораживать на возможно большую глубину.
Минимальная толщина верхнего промораживаемого слоя торфяной залежи Нпл, обеспечивающая безопасное ведение строительных работ в зимнее время, назначается с учетом механических свойств торфяной залежи по табл. П.5.4.
Таблица П.5.4
Сопротивление сдвигу верхнего слоя торфяной залежи, кгс/см2 |
0,1 |
0,05—0,1 |
0,05 |
.Минимальная величина Нпл, м |
0,40 |
0,45 |
0,50 |
Глубина промерзания, м, за время t, ч, или время, в течение которого торфяная залежь промерзнет на величину Нпл прогнозируется по формуле
(8)
где W — содержание льда в мерзлом торфе, кг/м3, величина устанавливается по графику (рис. П.5.2) в зависимости от влажности торфяной залежи w; Соб — объемная теплоемкость торфа в талом состоянии, ккал/м3·град., определяемая по данным приложения 13; tг —температура торфяной заложи на глубине 3,0—3,5 м (глубина нулевых амплитуд для торфа), °С; величина tг устанавливается по замерам в любое время года; tв — средняя за период промораживания t температура воздуха °С; величина tв устанавливается по данным метеорологических станций; lтм — коэффициент теплопроводности торфа в мерзлом состоянии, ккал/м·ч, устанавливается согласно приложению 13; S — толщина слоя торфа с термическим сопротивлением, равным термическому сопротивлению слоя мерзлого торфа толщиной hос, при которой начинают расчистку болота от снега и промораживание торфяной залежи, м
(9)
где a — коэффициент теплообмена, равный 20 ккал/м2·ч·град.
Рис. П.5.2. График для определения содержания льда в мерзлом торфе
Время промерзания торфяных залежей болот I типа при hос = 0,15 м допускается устанавливать на стадии разработки технического проекта по графикам на рис. П.5.3.
Рис. П.5.3. Ход промерзания торфяных залежей в районе Шаима (1), Сургута (2), Салехарда (3), Тазовского (4)
Ширина мерзлой торфяной плиты основания определяется по формуле
(10)
где К — коэффициент запаса, принимаемый равным 1,5 при строительстве на болотах I типа и 2,0 — при строительстве на болотах II типа; Е — модуль упругости мерзлого торфа при температуре 0°С, равный 4·104 т/м2; gт — удельный вес торфа, равный 1 тс/м3; m0 — коэффициент Пуассона, равный для мерзлого торфа 0,34.
Осадка талого слоя торфяной залежи (S1) определяется по методике, изложенной в приложении 3.
Осадка от оттаивания сверху намороженной торфяной плиты (S2) определяется по формуле
(11)
где hо — максимальная глубина оттаивании намороженной торфяной плиты в период подведения минеральной части; если досыпка земляного полотна до проектных отметок выполняется в течение всего теплого периода, то hо = 0,55¸0,60 м.
Приложение 6
СХЕМЫ КОНСТРУКЦИИ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД
а
б
в
Рис. П.6.1. Сборное покрытие на неукрепленных основаниях
с прослойками геотекстиля:
а — в разрезе; б — в плане с прослойкой под швами и кромками плит;
в — в плане с прослойкой на всю ширину покрытия; 1 — геотекстиль;
2 — покрытие из плит; 3 — насыпь из песка
Рис. П.6.2. Сборное покрытие на неукрепленном основании с деревянными подкладками (размером 3´15´100 см) под поперечными швами:
1 — деревянная подкладка; 2 — сборное покрытие; 3 — насыпь из песка
Вместо деревянных подкладок (пропитанных антисептиком) могут быть использованы подкладки из синтетических жестких материалов (полиэтилен)
Рис. П.6.3. Сборное покрытие на цементогрунтовом основании:
1 — покрытие из плит; 2 — выравнивающий слой из сухой цементопесчаной смеси или белитового шлама; 3 — цементогрунтовое основание или сухая цементопесчаная смесь
а
б
Рис. П.6.4. Дорожная одежда с асфальтобетонным покрытием:
а — на сборном основании из преднапряженных или неармированных и слабоармированных плит; б — на основании из цементогрунтовых плит со скосами (заполняются асфальтобетоном или щебнем); 1 — асфальтобетон; 2 — плиты;
3 — плиты со скосами
Рис. П.6.5. Дорожная одежда переходного типа:
1 — геотекстиль; 2 — щебень (гравий)
Рис. П.6.6. Дорожная одежда переходного типа с покрытием из каменных материалов, укрепленных белитовым шламом: 1 — геотекстиль; 2 — покрытие
Рис. П.6.7. Дорожная одежда со сборным покрытием на укрепленном основании из белитового шлама: 1 — слой белитового шлама; 2 — выравнивающий слой из сухой цементно-песчаной смеси или белитового шлама; 3 — плиты сборного покрытия
Приложение 7
РАСЧЕТ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ НА ПРОЧНОСТЬ
ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТОРФЯНЫХ ГРУНТОВ
В ОСНОВАНИИ И НИЖНЕЙ ЧАСТИ НАСЫПИ
Данный расчет может применяться для конструкций, суммарная толщина слоев из минеральных грунтов и материалов в которых не превышает 2,0—2,5 м.
Соблюдение условии настоящего расчета обеспечивает для условий дорог Среднего Приобья работу конструкций в стадии упруго-пластических деформаций при сроке службы между капитальными ремонтами для одежд с покрытиями из щебня и гравия 6—7 лет, а для одежд с покрытиями из сборных плит типа ПАГ-14 — 10—12 лет.
Расчетная схема дорожной конструкции—пакет из слоев конечной мощности на недеформируемом основании (дно болота), включающий связные (сплошные) слои и зернистые слои с коэффициентом распределительной способности v = 0,33.
Мощность системы ограничивается снизу уровнем минерального дна болота.
К связным слоям относят мерзлые слои торфа и минерального грунта, бетон, асфальтобетон и т. п. материалы, к несвязным — слои талого торфа, песков, супесей, гравия, щебня и т. п.
Дорожные одежды из предварительно-напряженных плит рассчитываются по критериям сопротивления растяжению при изгибе материала плиты и допустимому упругому прогибу всей конструкции. Дорожные одежды из щебня и гравия рассчитываются только по критерию допустимого упругого прогиба всей конструкции.
Расчетная нагрузка — автомобиль группы А. Приведение фактического движения к интенсивности движения расчетного автомобиля группы А производится для жестких одежд — по ВСН 197—83, для нежестких — по ВСН 46—83. Диаметр штампа эквивалентного круга для нежестких одежд — 37 см (движущийся автомобиль по ВСН 46—83), для жестких — 33 см.
Конструкции с нежесткими одеждами переходного типа
Толщина отдельных конструктивных слоев одежды и земляного полотна уточняется расчетом. При этом с ошибкой не более 5 % должно быть достигнуто равенство между расчетным прогибом проектируемой конструкции и допустимым прогибом по условиям движения, который определяется по рис. П.7.1.
Рис. П.7.1. Требуемые модули упругости и предельно допустимые прогибы в зависимости от приведенной к расчетному автомобилю группы А суточной интенсивности движения на одну полосу:
1 — для сборных предварительно-напряженных покрытий (диаметр эквивалентного кругл 33 см);
2 — для нежестких покрытий переходного типа (диаметр эквивалентного круга 37 см)
Допустимый прогиб и требуемый модуль упругости всей конструкции связаны между собой соотношением
(1)
где р — удельное давление по площади следа расчетного автомобиля, кгс/см2; D — диаметр круга, равновеликого следу колеса расчетного автомобиля, см; m — коэффициент Пуассона, принимается 0,3; lдоп — допустимый упругий прогиб дорожной одежды, см.
Расчетный прогиб проверяемой конструкции определяется графоаналитически с использованием вспомогательного графика на рис. П.7.2 в три приема.
Рис. П.7.2. Номограмма для определения функционального коэффициента Fi
Первый шаг. Определяются для каждого слоя (i—N слоя, считая сверху) вспомогательные величины по формуле
(2)
где, помимо прежних обозначений, Hi — расстояние в дорожной конструкции от нагрузки до низа i-го слоя, см.
Второй шаг. По графику на рис. П.7.2 для каждой величины Ki находится функциональный коэффициент Fi.
Третий шаг. Вычисляется упругий прогиб по формуле
(3)
где, помимо прежних обозначений, Ei — штамповый модуль упругости i-го слоя, кг/см2.
Для торфа в болоте I и II типов следует принимать значения штампового модуля упругости торфа, приведенные в прил. 13.
Если в конструкции имеется один или несколько слоев из связных материалов, способных воспринять растягивающие усилия при изгибе, то при использовании формул (2), (3) толщины этих слоев должны быть приведены к эквивалентной по формуле
(4)
где hэ — эквивалентная толщина связного слоя, см; h — фактическая толщина связного слоя, см; Ев — модуль упругости материала связного слоя, кгс/см2; Еэн — эквивалентный модуль упругости слоев, подстилающих связный слой, кгс/см2. Для слоев дорожной одежды с достаточной степенью точности, можно принять его равным требуемому модулю упругости одежды.
Слой мерзлого торфа следует относить к связным слоям. При определении его эквивалентной толщины Еэн следует принимать, как для торфа, по прил 13, а Ев — 400 кгс/см2.
Модули упругости слоев земляного полотна из минеральных грунтов в зависимости от влажности даны в прил. 13. Там же указаны расчетные характеристики новых местных материалов для устройства дорожных одежд.
Конструкции с жесткими дорожными одеждами из сборных предварительно-напряженных плит ПАГ-14 и ПДГ
В результате расчета уточняется толщина слоев искусственного основания и земляного полотна. При этом с ошибкой не более 5 % должно быть: