Страница 5: Методические рекомендации по проектированию и строительству автомобильных дорог на промороженных основаниях в заболоченных районах Западной Сибири (46194)

Расчетные значения теплофизических характеристик материалов для устройства дорожной одежды и теплоизоляционных материалов с учетом их состояния в конструкции принимают по табл. 3 и 4.

Определение прочностных и деформационных характеристик грунтов и торфа

Расчетные значения прочностных и деформационных характеристик минеральных грунтов в талом состоянии, а также дорожно-строительных материалов определяют согласно «Инструкции по проектированию дорожных одежд нежесткого типа» ВСН 46-72.

Основными деформационными и прочностными характеристиками талого и мерзлого торфа, которые используются при проектировании и расчете дорог на промороженных основаниях, являются: модули деформации и упругости талого торфа нарушенной и ненарушенной структуры, модуль упругости мерзлого торфа, коэффициент Пуассона, сцепление и угол внутреннего трения.

Таблица 3

х) Для асфальтобетона меньшие значения принимают при песчаном заполнителе, большие - при заполнителе из щебня.

Таблица 4

Расчетные значения модулей деформации торфа нарушенной и ненарушенной структуры определяют по формуле

                                                                  (2)

где Ei - модуль деформации, кгc/см2, на расчетный промежуток времени Т;

Т - расчетный промежуток времени (время достижения условной стабилизации) принимают ориентировочно, в зависимости от глубины болота, по табл. 5;

Таблица 5

Е0 - модуль, соответствующий осадке за одни сутки, кгс/см2;

n - коэффициент, учитывающий интенсивность накопления деформации во времени.

Для торфов, характерных для условий Среднего Приобья, значения Е0 и n можно рассчитывать по формулам:

E0 = 154ск2 + 0,16;                                                         (3)

n = 0,079 - 0,003/ск,                                                       (4)

где ск - объемный вес скелета торфа, г/см3, определяемый лабораторным путем при изысканиях или по формуле

                                                            (5)

где W - влажность торфа, %.

Модули упругости талых верховых торфов болот I типа ненарушенной и нарушенной структуры определяют по графику (рис. 2) в зависимости от объемного веса скелета торфа ск.

Рис. 2. Зависимость модуля упругости верхового торфа от его плотности

Модуль упругости мерзлой торфяной залежи Е, кгс/см2 рекомендуется определять по формуле

Е = 2,5  104К(1 + 0,04tт),                                              (6)

где К - коэффициент упрочнения мерзлого торфа по сравнению с чистым льдом, К = 1 + 0,125qск, где qск - содержание абсолютно сухого скелета торфа в процентах от общего веса торфа (табл. 6);

Таблица 6

tт - абсолютное значение средней температуры мерзлого слоя торфа, С; при определении расчетных значений Е принимают tт = 0 С.

Значения коэффициента бокового расширения (Пуассона) при нагрузках на торф по 1 кгс/см2 рекомендуется принимать:

для талых торфов ненарушенного строения - 0,1;

для талых торфов нарушенного строения - 0,2.

Величины угла внутреннего трения (j, град.) и сцепления (С, кгс/см2) верховых торфов в талом состоянии могут быть определены по формулам:

 = 250(ск - 0,05);                                                       (7)

С = 1,48(ск - 0,05).                                                      (8)

При нарушении структуры верховых торфов величина угла внутреннего трения практически не изменяется, а сцепление снижается, примерно, на 30 %.

Приложение 2

Пример расчёта конструкций дороги на промороженном основании

Требуется запроектировать в районе г. Нижневартовска автомобильную дорогу IV категории на промороженном торфяном основании (Етр = 1800 кгс/см2, р = 6 кгс/см2 и D = 33 см). Конструкция дорожной одежды: покрытие из сборных железобетонных плит ПАГ-ХIV (h1 = 0,14 м), основание из песчано-гравийной смеси толщиной 0,2 м. Для отсыпки земляного полотна используется супесь легкая (W = 17 %,  = 2050 кг/м3, gск = 1750 кг/м3, Е = 400 кгс/см2).

Дорога проходит через болото I типа, мощность торфа в залежи Нт = 3 м, торф верховой. Влажность торфа в залежи 900 %, ск = 0,1 г/см3. Сопротивление торфа сдвигу Су = 0,11 кгс/см2.

Дорога проходит в местности со слабой метелевой деятельностью.

При проектировании дороги на промороженном основании согласно п. 2.8. «Методических рекомендаций» необходимо установить:

а) высоту верхней (минеральной) и нижней (торфяной) части земляного полотна;

б) деформационную устойчивость конструкций и величину осадки;

в) упругие деформации конструкции.

Порядок расчета

1. Расчет высоты минеральной части насыпи выполняют в последовательности, изложенной в п. 2.8 настоящих «Методических рекомендаций»:

а) для принятой конструкции дорожной одежды и вида грунта насыпи назначают расчетные значения теплофизических характеристик материалов согласно приложению 1:

железобетонные плиты -  = 2,0 ккал/м  час  град;

гравийно/песчаная смесь -  = 1,2 ккал/м  час  град;

супесь легкая в талом состоянии -  = 1,4 ккал/м  час  град, Ст = 635 ккал/м3  град;

б) по данным метеорологической станции устанавливают (см. табл. 1 настоящих «Методических рекомендаций»):

продолжительность теплого периода года  = 4030 час;

среднюю за теплый период температуру поверхности бетонного покрытия tп = 12,4 °С;

в) вычисляют по формуле (2) настоящих «Методических рекомендаций» значения величин:

S = 1,4(1/20 + 0,14/2,00 + 0,20/1,20) = 0,402;

m = 1/S = 1/0,402 = 2,5;

г) по графику (рис. 2) настоящих «Методических рекомендаций» находят величину h = 2,51 м и по формуле (4) определяют высоту верхней (минеральной) части насыпи:

hгр = 2,51 - 4,0  0,35 = 1,11 м.

2. Величину hгр, установленную теплотехническим расчетом, проверяют по условию прочности (см. п. 2.10).

Эквивалентный модуль упругости дорожной конструкции рассчитывают по формуле (6), предварительно установив общий модуль многослойной системы без учета мерзлого основания (см. схему), используя «Практическую методику расчета жестких дорожных покрытий с учетом повторности воздействия нагрузок» (МАДИ «Высшая школа», 1970).

Общий модуль упругости определяют по формуле

где Еос - модуль упругости основания дорожной одежды, определяемый по специальным номограммам, приведенным в указанной методике; для нашего случая при hгр = 1,11 м; Еос = 120 кгс/см2.

Тогда

При R/hоб = 16,5/180 = 0,09 по графику (рис. 3) находят величину А = 1,10 и по формуле (6) устанавливают Еэ = 4/3,14  1330  1,10 = 1860 кгс/см2, что выше требуемого модуля Етр = 1800 кгс/см2, т.е. условие (5) удовлетворяется.

Схема дорожной конструкции для определения Еобщ:

1 - железобетонная плита, Е1 = 350000 кгс/см2; 2 - гравийно-песчаная смесь, Е2 = 1500 кгс/см2; 3 - супесь легкая, Е3 = 400 кгс/см2; 4 - талая прослойка торфяной плиты, Е4 = 40 кгс/см2

3. Расчет нижней (торфяной) части насыпи выполняют по пп. 2.12 - 2.17:

а) определяют, согласно приложению 1, модуль деформации торфа в залежи (ск = 0,1 г/см3) и модуль упругости торфа в намороженной торфяной плите (ск = 0,16 г/см3):

Е = 2,5 × 104  3 = 75000 кгс/см2 = 750000 тс/м2;

б) по формуле (11) определяют ширину мерзлой торфяной плиты, приняв по табл. 2 Нд = 1,0 м:

в) по формуле (14) определяют удельную нагрузку на торфяную залежь:

а затем по формуле (12) вычисляют величину осадки талого слоя торфа

г) по формуле (15) определяют величину осадки

S2 = 0,4 ?? 0,6 = 0,24 м;

д) исходя из условия (7), определяют высоту нижней (торфяной) части насыпи

Hн = 0,75 + 0,24 + 0,3 = 1,29 м.

Толщина намораживаемой плиты из торфа Hн = 1,29 м > Нд, поэтому условие (8) будет удовлетворено и толщину промороженного слоя торфяной залежи принимают по табл. 4, исходя из условия обеспечения безопасного ведения работ, Нпл = 0,4 м.

4. Согласно условию (16)

(1,11 + 0,14 + 0,20) + 1,29 + 0,4 > 3,0 м,

поэтому недопустимые по величине упругие деформации дорожной конструкции не будут иметь места.

Приложение 3

Расчёт величины оттаивания мёрзлой торфяной плиты снизу

Величину оттаивания намораживаемой торфяной плиты снизу находят по формуле

hн = т  z,                                                                (1)

где aт - коэффициент температуропроводности торфа в талом состоянии, м2/час; величину определяют согласно приложению 1;

z - параметр, определяемый по графикам (см. рисунок), в зависимости от значений  и

f - тепловой поток из торфяной залежи в пределах дорожного полотна, ккал/м2  час;

w - содержание льда в мерзлом торфе, кг/м3, которое определяют по графику (см. рис. 4) настоящих «Методических рекомендаций».

Время оттаивания t (час) определяют по формуле

 = л + пр,                                                             (2)

где tл - продолжительность теплого периода года, час;

tпр - продолжительность периода, в течение которого происходит полное промерзание земляного полотна сверху, час.

Величину л определяют по данным метеорологических станций или принимают по табл. 1 настоящих «Методических рекомендаций». Величину tпр рассчитывают по методике, изложенной в п. 2.14, при этом теплофизические характеристики принимают согласно приложению 1 для грунта и материалов в мерзлом состоянии.

Тепловой поток f из торфяной залежи в пределах дорожного полотна определяют по формуле

                                                      (3)

где lт - коэффициент теплопроводности торфа в талом состоянии; lт = 0,45 ккал/м  час  град.;

tн - замеренная в период изысканий температура торфяной залежи на глубине Н, которую принимают не менее 3,5 м (глубина нулевых годовых амплитуд для торфа), °С;

Нпл - глубина промораживания торфяной залежи, м;

S1 - осадка торфяной залежи, м.

Для районов Среднего Приобья (Сургут, Нижневартовск) t = 6100 час, f = 0,8  1,0 ккал/м2  час. При этом глубина оттаивания снизу согласно расчетам по формуле (1) при влажности торфа 600 % составит в среднем 0,10 м. С увеличением влажности торфяной залежи величина уменьшается.

График для определения параметра z

СОДЕРЖАНИЕ