Приложение 6
Обязательное
РАСЧЕТ НАСЫПИ НА ПРОМОРОЖЕННОМ ОСНОВАНИИ
1. Прочность и устойчивость насыпи на промороженном основании (см. рис. 17 настоящих норм) обеспечиваются при соблюдении следующих условий:
Hн > (hвоз + hп.в + S0 + Sт); (1)
(Hпр + Hн) > Hдmin; (2)
Bн > (Bгрн + 2bб) > Bус; (3)
(hгр + Hн + Hпр) > Hуп; (4)
hотсв < hд; hпрсв > (hгр + Hн + Hпр - hотсн); (5)
(hгр + Hн + Hпр - hотсв - hотсн) > hmin; (6)
где Н - толщина намораживаемой плиты из торфа, м;
hвоз - требуемое возвышение торфяной плиты над расчетным уровнем воды на болоте, м; hвоз > 0,2 м;
hп.в - расчетная толщина слоя поверхностных или длительно (более 30 сут) стоящих вод на болоте, м;
S0 - осадка талых слоев торфяной залежи под действием веса насыпи и подвижной нагрузки, м;
Sт - осадка (сжатие) намороженного слоя торфа при максимальном оттаивании его в период строительства, м; Sт < 0,16 м;
Hпр - толщина промороженного слоя торфяной залежи из условия обеспечения безопасности работ, м; принимается по табл. 1 настоящего приложения;
Hдmin - минимальная толщина мерзлого основания из условия обеспечения деформативной устойчивости в период строительства и стабилизации основания после осадок, м (см. табл. 1 настоящего приложения);
Bн - требуемая ширина мерзлой плиты в период строительства, м;
Bгрн - ширина минеральной части насыпи понизу, м;
bб - ширина берм, м; bб > 2 м;
Bус - минимальная ширина плиты, при которой обеспечивается устойчивость конструкции в период протекания осадки, м; для болот I типа Bус > 20 м, II - III типов - В > 24 м;
hгр - толщина минеральной части насыпи под обочиной, м;
Hуп - высота насыпи, при которой исключаются недопустимые упругие деформации, м; при глубине болота до 2 м Hуп > 1,5 м, до 4 м - Hуп > 2 м; до 6 м - Hуп > 2,5 м;
hотсв - глубина оттаивания намороженной торфяной плиты сверху, м;
hд - допустимая глубина оттаивания намороженной торфяной плиты сверху из условия обеспечения требуемой прочности конструкции в процессе эксплуатации, м; hд < 0,4 м;
hпрсв - глубина промерзания дорожной конструкции сверху, м;
hотсн - величина оттаивания мерзлой торфяной плиты снизу, м; обычно hотсн < 0,15 м;
hmin - минимальная (предельная) толщина мерзлой торфяной плиты из условия обеспечения прочности и устойчивости конструкции в период ее эксплуатации, м; на болотах I типа hmin > 0,4 м, II типа - hmin > 0,5 м, III типа - hmin > 0,6 м.
Таблица 1
|
Сопротивление сдвигу верхнего слоя торфяной залежи, кПа |
Нпр, м |
Hдmin, м |
|
Более 10 |
0,40 |
1,00 |
|
От 5 до 10 |
0,45 |
1,15 |
|
Менее 5 |
0,50 |
1,30 |
2. Верхняя часть насыпи из минерального грунта должна не только воспринимать нагрузки, но и обеспечивать благоприятный тепловой режим мерзлого основания: не допускать оттаивания торфяной плиты на величину более hд в летний период и обеспечивать холодозарядку плиты в зимний период. Поэтому толщину минеральной части насыпи hгр определяют теплотехническим расчетом, руководствуясь рекомендациями пп. 4 - 7 настоящего приложения.
В первом приближении минимальную толщину слоя грунта назначают с учетом вида грунта и среднегодовой температуры воздуха по табл. 2 настоящего приложения. При этом общая высота насыпи (hгр + hвоз + hп.в) должна обеспечивать снегонезаносимость дороги.
Таблица 2
|
Среднегодовая температура воздуха, минус °С |
Толщина слоя грунта hгр, м, земляного полотна |
|
|
|
крупнообломочного и песчаного |
глинистого |
|
До 2 |
1,10 |
1,15 |
|
От 2 до 3 |
1,00 |
1,10 |
|
" 4 " 5 |
0,85 |
0,95 |
|
" 6 " 7 |
0,65 |
0,65 |
|
Более 7 |
0,60 |
0,60 |
3. Осадку талого слоя торфяной залежи S0 определяют с учетом распределяющего действия намороженной торфяной плиты по формуле
(7)
где Р - удельная нагрузка на талое торфяное основание, кПа;
n - коэффициент, определяемый по рис. 1 настоящего приложения в зависимости от относительной толщины слоя торфа ε.
НТ - мощность торфяной залежи (глубина болота), м;
Рис. 1. График для определения коэффициента n в зависимости от ε
Еср - средний модуль деформации сжимаемых (талых) слоев торфяной залежи, кПа;
; (8)
Нi и Еi - мощность, м, и модуль деформации, кПа, i-го слоя слабой толщи;
(9)
Е0 - модуль деформации, соответствующий осадке торфа за одни сутки, кПа;
Тст - расчетное время достижения стабилизации торфа, сут; принимают ориентировочно в зависимости от глубины болота по табл. 3 настоящего приложения;
m - коэффициент, учитывающий интенсивность накопления деформаций во времени; принимают в зависимости от плотности скелета торфа ρск по табл. 4 настоящего приложения.
Таблица 3
|
Нт, м |
2 |
3 |
4 |
6 |
8 |
|
Tст, сут |
440 |
540 |
730 |
900 |
1000 |
Таблица 4
|
ρск, г/см3 |
0,05 |
0,10 |
0,15 - 0,20 |
0,25 |
|
m |
0,02 |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
Удельную нагрузку Р на талое торфяное основание определяют по формуле
(10)
где Вгрв и Вгрн - ширина земляного полотна (минеральной части) соответственно поверху и понизу, м;
g - ускорение свободного падения, м/с2; g = 9,81 м/с2;
ρгр - плотность минерального грунта в насыпи, т/м3;
ρт - плотность торфа, т/м3; ρт = 1 т/м3;
аi - относительная осадка i-го слоя торфа толщиной Hi; ориентировочно принимается в зависимости от сопротивления торфа сдвигу Cкpi по крыльчатке (табл. 5 настоящего приложения).
Таблица 5
|
Cкpi, кПа |
Более 10 |
От 10 до 5 |
Менее 5 |
|
аi |
0,3 |
0,3 - 0,4 |
0,45 |
4. Для выполнения теплотехнических расчетов необходимо установить:
расчетные климатические характеристики района проектирования согласно п. 5 настоящего приложения;
расчетные теплотехнические характеристики слоев земляного полотка с учетом влажности и плотности материалов согласно СНиП II-3-79*; для наиболее часто встречающихся строительных материалов теплофизические характеристики приведены в табл. 6 настоящего приложения.
5. К основным климатическим характеристикам района относится:
приведенная температура воздуха: средняя за каждый месяц tпрi; средняя за летний (tп.л) и зимний (tп.з) периоды года;
продолжительность периодов с положительной (τл) и отрицательной (τз) температурами воздуха.
Значения tпрi (°C) определяют по формуле
(11)
где tвi - среднемесячная температура воздуха, °С; принимается по климатическим справочникам или СНиП 2.01.01-82;
ΔtRi - поправка к среднемесячной температуре воздуха за счет солнечной радиации, °С;
КA - коэффициент, зависящий от альбедо А (отражательной способности) грунтовых поверхностей (табл. 8 настоящего приложения);
Qci - среднемесячная суммарная величина солнечной радиации, Вт/(см2мес); принимается по табл. 7 настоящего приложения;
α - коэффициент теплообмена на поверхности, Вт/(м2 . °С); α = 23,2 Вт/( м2 . °С).
Таблица 6
|
Материал |
Плотность, т/м3 |
Влажность, % |
Коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м . °С) |
Объемная теплоемкость материала, кДж/м3 . °С) |
Скрытая теплота фазовых превращений Q, кДж/м3 |
||
|
|
|
|
талого λт |
мерзлого λм |
талого Ст |
мерзлого См |
|
|
Щебень |
2,0 |
10 |
2,67 |
3,37 |
2135 |
3093 |
66976 |
|
Гравий |
2,0 |
10 |
1,98 |
2,44 |
2386 |
2218 |
66976 |
|
Песок |
1,8 |
10 |
1,51 |
1,86 |
2009 |
1674 |
60278 |
|
Супесь легкая |
1,8 |
17 |
1,72 |
1,86 |
2595 |
2009 |
68650 |
|
Суглинок легкий пылеватый |
1,8 |
18 |
1,44 |
1,74 |
2720 |
2050 |
53580 |
|
Суглинок тяжелый пылеватый |
1,8 |
20 |
1,51 |
1,80 |
2846 |
2093 |
65302 |
|
Глина |
1,8 |
22 |
1,57 |
1,92 |
2930 |
2135 |
44539 |
|
Торф в нижней части насыпи |
1,0 |
- |
0,52 |
0,81 |
- |
- |
284648 |
Таблица 7
|
Месяц |
Среднемесячное значение суммарной солнечной радиации, Вт/ (см2 . мес), при широте местности, град |
|||||||
|
|
54 |
56 |
58 |
60 |
62 |
64 |
66 |
68 и севернее |
|
Январь |
2,6 |
2,1 |
1,7 |
1,2 |
0,7 |
0,6 |
0,2 |
0,1 |
|
Февраль |
4,8 |
4,4 |
3,6 |
3,3 |
2,6 |
2,3 |
1,7 |
1,5 |
|
Март |
10,5 |
9,5 |
9,0 |
8,4 |
7,9 |
6,8 |
6,8 |
6,2 |
|
Апрель |
12,8 |
12,8 |
13,3 |
13,3 |
13,1 |
12,8 |
13,3 |
13,3 |
|
Май |
16,3 |
16,3 |
16,3 |
16,3 |
16,3 |
16,8 |
16,8 |
16,8 |
|
Июнь |
18,0 |
18,0 |
18,0 |
18,0 |
18,0 |
18,0 |
17,4 |
17,4 |
|
Июль |
17,4 |
17,2 |
17,2 |
16,3 |
16,3 |
16,3 |
16,3 |
16,3 |
|
Август |
13,9 |
14,1 |
12,8 |
12,8 |
12,2 |
12,0 |
11,9 |
10,5 |
|
Сентябрь |
9,3 |
8,7 |
8,1 |
7,6 |
7,0 |
6,4 |
4,9 |
4,6 |
|
Октябрь |
5,8 |
4,6 |
3,7 |
3,7 |
3,5 |
3,3 |
2,8 |
2,3 |
|
Ноябрь |
2,9 |
2,3 |
2,0 |
1,7 |
1,2 |
1,2 |
0,6 |
0,4 |
|
Декабрь |
2,1 |
1,7 |
1,0 |
0,6 |
0,5 |
0,5 |
0,4 |
0 |
Таблица 8
|
Альбедо поверхности А,% |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
Значение КА |
0,66 |
0,60 |
0,55 |
0,50 |
Значения tп.л или tп.з определяют по формуле
(12)
где h - число календарных месяцев в теплом или холодном сезоне года;
Ал(з) , Bл(з) - коэффициенты, вычисляемые по формулам:
(13)
tпр.с, tпр.(n+1) - среднемесячные приведенные температуры воздуха (по модулю) для месяцев, приходящихся на конец и начало соответственно зимнего (при определении tп.л) или летнего (при определении tп.з) периода.
