Страница 9: Методические рекомендации по проектированию и устройству теплоизолирующих слоев на пучиноопасных участках автомобильных дорог (46155)

И, наконец, в-четвертых, на поверхности покрытия в конструкции без пенопласта будут более интенсивно накапливаться в процессе эксплуатации неровности, обусловленные морозным пучением грунта, так как нормами ВСН 46-72 допускается общая величина пучения до 4 см.

Пример 2. Запроектировать дорожную одежду с асфальтобетонным покрытием и теплоизолирующим слоем из стиропорбетона.

Исходные данные. Пучиноопасный участок дороги II категории находится на территории Ленинградской области (II дорожно-климатическая зона). Грунтовые воды расположены близко к поверхности земли. По условиям проектирования продольного профиля дороги расстояние от поверхности покрытия до расчетного уровня грунтовых вод не должно превышать 1,6 м (3-й тип местности по степени увлажнения). Грунт земляного полотна - тяжелый пылеватый суглинок.

Расчетная приведенная интенсивность движения по дороге - 300 авт/сутки на одну полосу (с учетом перспективы). Расчетная нагрузка - автомобиль группы А по ГОСТ 9314-59.

Для устройства основания дорожной одежды строительная организация может использовать битумоминеральную смесь и стиропорбетон.

Конструирование и расчет

1. Исходя из эксплуатационных требований к проезжей части дороги и учитывая материальные возможности строительной организации, намечают следующую конструкцию дорожной одежды: покрытие - два слоя асфальтобетона, верхний слой основания - битумоминеральная смесь, нижний конструктивно-теплоизоляционный слой основания - стиропорбетон. Ввиду того, что стиропорбетон не является таким высокоэффективным теплоизолятором, как пенопласт, его применяют только для ограничения глубины промерзания земляного полотна и снижения величины пучения грунта.

2. Теплотехнический расчет производят следующим образом.

Принимают расчетные значения теплофизических характеристик слоев дорожной конструкции:

а) для верхнего и нижнего слоев асфальтобетона λ1,2 = 0,9 ккал/м∙ч∙град; С1,2 = 0,4 ккал/кг∙град; γ1,2 = 2350 кг/м3;

б) для битумоминеральной смеси λ3 = 0,85 ккал/м∙ч∙град; C3 = 0,4 ккал/кг∙град; γ3 = 2300 кг/м3;

а) для стиропорбетона (конструкционно-теплоизолирующий слой) λ4 = 0,2 ккал/м∙град; С4 = 0,4 ккал/кг∙град; γ4 = 1100 кг/м3;

г) для грунта земляного полотна - тяжелого пылеватого суглинка - λ5 = 1,7 ккал/м∙ч∙град; C5 = 0,27 ккал/кг∙град; γ5 = 2000 кг/м3 (характеристики относятся к мерзлому грунту, так как в рассматриваемом примере допускается некоторая величина промерзания земляного полотна).

Многослойная конструкций, приводимая к трехслойной расчетной модели (см. пример 1 и п. 4.10), характеризуется следующими значениями параметров: λ1,э = 0,87 ккал/м∙ч∙град; С1,э = 0,4 ккал/кг∙град; γ1,э = 2820 кг/м3.

По формуле (1) находят, что расчетные значений коэффициента теплоусвоения слоев трехслойной модели (см. рис. 7) равны: S1 = 28,4; S2 = 8,12 и S3 = 30,27 ккал/м2∙ч∙град.

Устанавливают расчетные параметры годовой закономерности изменения температуры поверхности асфальтобетонного покрытия вблизи Ленинграда (см. пример 1 и приложение 4). По таблице приложения 4 находят tв.м = 3,7 С; σt = 0,9 °С; Aв.м = 12,8 °С и σА = 2,1 °С.

Аналогично тому, как это делается в примере 1, рассчитывают температуру поверхности покрытия в расчетном году и амплитуду колебания температур. В результате этого получают, что tп.ср = 9,4 С, а Аn = 21,4 °С.

Определяют попускаемую глубину промерзания земляного полотна от низа теплоизолирующего слоя [z]. Для этого предварительно по ВСН 46-72 устанавливают, что для одежд с асфальтобетонным покрытием величина пучения не должна превышать 4 см, затем по формуле (8) находят, что коэффициент пучения тяжелого пылеватого суглинка равен

Величины параметров В и о приняты по ВСН 46-72.

Наконец, по формуле (7) получают, что

По формуле (6), учитывающей фазовые превращения воды, определяют допускаемое значение произведения средневзвешенной отрицательной температуры поверхности земляного полотна t и продолжительности промерзания его τ:

Здесь Wт = 0,30; Wн = Кн, Wp = 0,75∙0,17 = 0,13 (см. приложение 5).

По графику рис. 8 при известном значении  находят, что , откуда t1 = 9,4∙0,16 = 1,5 °С.

Таким образом, допускаемое значение самой низкой отрицательной температуры поверхности земляного полотна за период промерзания должно составлять (см. п. 4.5) [t1 + tзам] = (- l,5) + (- 0,6) = - 2,l °C, а допускаемая амплитуда колебаний температур [A(h + δ)] = tn.ср + [t1 + tзам] = 9,4 + 2,1 = 11,5 ??С.

Для того чтобы промерзание земляного полотна за зиму не превысило 46 см, необходимо выдержать следующее соотношение амплитуд:  При данном отношении амплитуд и также при     определяют толщину слоя из стиропорбетона. По номограмме приложения 6 () при   и  получают, что , откуда  см. По номограмме приложения 6 , откуда δ = 22 см. Интерполяцией находят, что при  толщину слоя из стиропорбетона следует принять равной ~20 см.

3. Конструкцию (рис. 2) проверяют на морозоустойчивость. Делают это в соответствии с требованиями ВСН 46-72 и с учетом дополнений, изложенных в (см. п. 4.13).

Предварительно проводят следующие расчеты. Устанавливают глубину промерзания конструкции от поверхности покрытия с учетом влияния теплоизолирующего слоя и величины [z]n:

Уточняют расчетную толщину слоев из стабильных материалов, включая стиропорбетон, с учетом теплотехнических эквивалентов z1,э = 1,2 - 0,46 = 0,74 м. По формулам (14) и (15) определяют величину климатического показателя:

где

Pиc. 2. Схема конструкции к примеру 2:

1, 2 - верхний и нижний слои асфальтобетона; 3 - битумоминеральная смесь; 4 - стиропорбетон; 5 - тяжелый пылеватый суглинок

После выполнения этих предварительных расчетов по номограмме рис. 24 ВСН 46-72 при   находят, что  откуда  что незначительно отличается от [l] = 4 см. Следовательно, практически обеспечивается необходимая устойчивость конструкции.

4. Оценка прочности конструкции (см. рис. 2). Прежде всего определяют расчетную влажность грунта земляного полотна.

В соответствии с указаниями п. 5.3 это выполняют с помощью метода, изложенного в «Методических рекомендациях» /3/. Применительно к условиям рассматриваемого примера при максимальной объемной массе скелета грунта δmax = 1,7 г/см3, оптимальной его влажности Wопт = 0,15, пределе текучести Wт = 0,30, δлет = 0,98∙δmax, δвес = 0,92 δmax и сумме осенних осадков 125 мм анализ показал, что расчетная влажность грунта составляет 0,8 Wт.

Таблица 2

Для оценки прочности намеченной конструкции приняты следующие расчетные деформационные и прочностные характеристики:

а) модуль упругости верхнего слоя асфальтобетона при 10 С - 15000 кгс/см2, а нижнего при 10 ??С - 10000 кгс/см2; сопротивление растяжению при изгибе асфальтобетона (нижнего слоя) при N = 300 авт/сутки Ru = 12∙1,15 = 12,8 кгс/см2 (см. приложение 3 ВСН 46-72);

б) модуль упругости битумоминерального материала - 8000 кгс/см2;

в) модуль упругости стиропорбетона - 8000 кгс/см2; сопротивление растяжению при изгибе Ru = 4,0 кгс/см2 (см. приложение 1);

г) расчетная влажность грунта земляного полотна (тяжелый пылеватый суглинок) - 0,8 Wт; при этой влажности модуль упругости грунта Егp = 240 кгс/см2, φ = 13°, с = 0,10 кгс/см2 (см. табл. 4 приложения 2 ВСН 46-72).

Требуемый модуль упругости конструкции при N = 300 авт/сутки Етр = 1980 кгс/см2.

Результаты послойного расчета конструкции (см. рис. 2) на прочность по всем трем критериям ВСН 46-72 приведены в табл. 2, показывающей, что запроектированная дорожная конструкция отвечает всем требованиям ВСН 46-72 к прочности и морозоустойчивости конструкций.

ЛИТЕРАТУРА

1. «Инструкция» по проектированию дорожных одежд нежесткого типа ВСН 46-72. М., «Транспорт», 1973.

2. СНиП II-Д.5-72, «Автомобильные дороги общей сети Союза ССР. Нормы проектирования».

3. Методические рекомендации по осушению земляного полотна и оснований дорожных одежд в районах избыточного увлажнения и сезонного промерзания грунтов. М., Союздорнии, 1974.

4. СНиП I-Д.2-70. Автомобильные дороги. Материалы и изделия.

5. «Инструкция по применению грунтов, укрепленных вяжущими материалами, для устройства оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов» СН 25-74. М., Стройиздат, 1975.

6. Типовая методика определения экономической эффективности капитальных вложений. М., «Экономика», 1969.

7. Корсунский М.Б. Технико-экономическое обоснование конструкций дорожных одежд. М., «Транспорт», 1964.

8. Справочник инженера-дорожника. «Содержание и ремонт автомобильных дорог». Под редакцией А.П. Алексеева. М., «Транспорт», 1974.

9. СНиП III-Д.5-73 Автомобильные дороги. Правила производства и приемки работ. Приемка в эксплуатацию.

10. СНиП II-А.7-71. Строительная теплотехника. Нормы проектирования.

11. СНиП II-Б.6-66. Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. Нормы проектирования.

12. Бирюков Н.С., Казарновский В.Д., Мотылев Ю.Л. Методическое пособие по определению физико-механических свойств грунтов. М., «Недра», 1975.

13. Шимановский С.В., Шимановская Т.С. Инструктивные указания по определению теплопроводности грунтов при положительных и отрицательных температурах. Сб. 2 «Материалы по лабораторному исследованию грунтов», 1954.

14. Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. Т.2. Под ред. Е.М. Сергеева и др. М., Изд-во МГУ, 1968.

15. Нерсесова З.А. Инструктивные указания по определению количества незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах. Сб. 2 «Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов», 1954.

СОДЕРЖАНИЕ