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: