Если экспериментально определить коэффициент Кпуч невозможно, расчетное значение комплексной характеристики В грунтов можно брать по табл. 4.2.
(4.4)
где |
h1, h2, h3,…, |
— |
толщины слоев дорожной одежды из стабильных материалов, см; |
|
|
— |
эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (см. приложение 9). |
Однако на дорогах с капитальной одеждой, если она подстилается пылеватыми супесями, следует предусматривать меры по ограничению поступления воды в дорожную конструкцию с поверхности.
Облегченные конструкции дорожных одежд с усовершенствованными покрытиями при 1-м типе местности на морозоустойчивость проверять не требуется.
Расчет теплоизоляционных слоев дорожной конструкции
При многослойной конструкции слои, находящиеся над теплоизоляционным слоем, следует приводить к эквивалентному по теплофизическим характеристикам однородному слою, а слои, лежащие под теплоизоляцией, включая земляное полотно, — к эквивалентному однородному полупространству (см. п. 4.36).
, (4.5)
где |
|
— |
ожидаемая амплитуда колебания температуры поверхности земляного полотна (низа теплоизоляции), °С; |
|
|
— |
то же, допускаемое, °С. |
, (4.6)
где |
tп.ср |
— |
среднегодовая температура поверхности покрытия в наиболее неблагоприятный год в районах, где преобладают положительные температуры, за период между капитальными ремонтами, ° С (приложение 10); |
|
[t] |
— |
допускаемая самая низкая отрицательная температура поверхности земляного полотна в расчетный год с учетом температуры замерзания грунта, ° С. |
Под наиболее неблагоприятным годом понимают год с максимальной суммой отрицательных температур поверхности покрытия за период между капитальными ремонтами дорожной одежды.
при , (4.7)
где |
t1 |
— |
находят по графику (рис.4.5); |
|
tзам |
— |
температура замерзания грунта, принимаемая для песков — минус 0,3°С, супесей — минус 0,6°С, суглинков — минус 1,0°С и для глин — минус 1,5°С . |
При расчете теплоизоляционного слоя, предназначенного для полного предотвращения промерзания земляного полотна, принимаю t1 =0°С.
, (4.8)
где |
[z] |
— |
допускаемая глубина промерзания земляного полотна от низа теплоизоляционного слоя, м; |
|
|
— |
удельная теплота перехода воды в лед, принимаемая равной 335000 Дж/кг; |
|
Wт |
— |
влажность грунта при пределе текучести, доли единицы; |
|
Wн |
— |
содержание не замерзшей воды, доли единицы; |
|
|
— |
плотность скелета мерзлого грунта, кг/м3. |
|
|
— |
Коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, Вт/(м К). |
[z] = lдоп/Kпуч, (4.9)
где |
lдоп |
— |
допускаемое пучение (см. п. 4.18); |
|
Kпуч |
— |
коэффициент пучения грунта 3-го типа местности по условиям увлажнения (см. п. 4.22 и приложение 6), доли единицы |
Значения lдоп могут быть приняты меньшими по сравнению с указанными в п. 4.18, если при этом ровность поверхности покрытия обеспечивает высокую экономическую эффективность работы транспортных средств, обращающихся по дороге. Но, поскольку снижение величины lдоп приводит, естественно, к удорожанию дорожной одежды, оптимальное значение lдоп должно быть определено на основании технико-экономического сравнения вариантов.
где h — толщина слоя, находящегося над теплоизоляцией, т.е. общая толщина слоев над теплоизоляцией при многослойной конструкции, м;
Рис. 4.5. График зависимости температур t1/ tп.ср от для определения допускаемой суммы отрицательных температур за зиму на поверхности земляного полотна под теплоизоляцией
|
— |
толщина теплоизоляцион-ного слоя, м; |
Aп |
— |
амплитуда годового колебания температуры поверхности покрытия, °С (см. приложение 10); |
|
— |
частота колебаний температуры, с -1 ; |
a1, a2 |
— |
коэффициенты температу-ропроводности материала, находящегося над теплои-золяцией, и теплоизо-ляционного материала , м2/с; |
ci |
— |
удельная теплоемкость материала, Дж/(кг К). |
Рис. 4.6. Номограмма для расчета теплоизоляционных слоев дорожной конструкции
при s1/s3=0,8 и при
При расчете теплоизоляционного слоя используют номограммы (рис. 4.6, 4.7). Предварительно вычисляют отношение , затем на нижней оси номограммы (см. рис. 4.6) находять точку, соответствующую величине . Из этой точки ведут вертикаль до пересечения с лучом , откуда проводять горизонтальную прямую до кривой с заданным значеним s1/s2. Из точки пересечения горизонтали с кривой s1/s2 опускают перпендикуляр на верхнюю ось абсцисс, отсекающий на ней отрезок . Зная величины а2 и , нетрудно вычислить толщину теплоизоляционного слоя .
При расчете конструкций, для которых отношение s1/s2 = s отличается от 0,8, наряду с номограммой (см. рис. 4.6) используют другую номограмму (см. рис. 4.7). В этом случае по предварительно полученной при s1/s3 = 0,8 (см. рис. 4.6) величине и фактическому значению s1/s3 находят (см. рис. 4.7) значение , а затем и величину .
Искомая толщина теплоизолирующего слоя
, (4.10)
где Кт=0,8 — коэффициент, учитывающий влияние теплового потока от грунтовых вод на промерзание конструкций.
Пользуясь номограммами (см. рис. 4.6, 4.7) можно определить любой другой комплекс показателей. В частности, можно найти ожидаемую амплитуду колебания температуры на нижней границе теплоизоляционного слоя при известных значениях остальных показателей, связанных между собой номограммами.
Слои, лежащие над теплоизоляцией, заменяют одним слоем, эквивалентным по термическому сопротивлению и имеющим толщину h, равную сумме толщин этих слоев .
Коэффициент теплопроводимости такого эквивалентного слоя
, (4.11)
где |
u |
— |
число слоев над теплоизоляцией, приводимых к эквивалентному; |
|
i |
— |
Номер слоя. |
Плотность и удельную теплоемкость сэ эквивалентного слоя определяют соответственно:
, (4.12)
, (4.13)
Слои, находящиеся под теплоизоляцией, объединяют с грунтом земляного полотна в одно эквивалентное полупространство.
Поскольку коэффициенты теплоусвоения si обычных дорожно-строительных слабосвязных материалов (пески, гравийные материалы и др.) и грунтов существенно не различаются, значения теплофизических характеристик при определении амплитуды колебания температуры на нижней границе теплоизоляции принимают для эквивалентного полупространства такими же, как и для грунта.
Рис. 4.7. Номограмма для определения толщины теплоизоляционного слоя
Значения температуры замерзания, Wт, Wн (см. п.4.33) и (см. п.4.35) применительно к эквивалентному полупространству также принимают равными соответствующим значениям этих параметров для грунта.
, (4.14)
где — общая толщина слоев из стабильных материалов, находящихся между нижней границей теплоизоляции поверхностью земляного полотна.
Таблица 4.3
Покрытие
|
lдр, см
|
Уклон iдоп , 0/00, для категории дороги |
||
|
|
|
||
|
|
I |
II |
III |
Монолитный цементобетон Горячий асфальтобетон марок I—II Горячий асфальтобетон марки III
|
2 4 6
|
0,5 2,0 — |
1,0 2,5 4,0
|
1,0—2,0 3,0 5,0
|
Примечание. Уклон равный 10/00 соответствует неравномерному пучению 1 мм/м.
При этом глубину z промерзания от поверхности покрытия и общую приведенную толщину z1,э слоев из стабильных материалов, включая толщину теплоизоляции, принимают:
, (4.15)
при , (4.16)
, (4.17)
где |
|
— |
эквиваленты соответственно по теплотехническим свойствам материалов слоев (см. приложение 9, табл. 32), находящихся над теплозащитой, и теплоизоляционного материала по отношению к уплотненному щебню; |
|
аз.п. |
— |
показатель, зависящий от скорости и глубины промерзания земляного полотна, который определяют по формуле (4.16); |
|
|
— |
продолжительность промерзания земляного полотна в часах, определяемая по формуле (4.17). |
Величину находят по формуле (4.6).
L=10lдр /iдоп, (4.18)