Страница 17: ВСН 137-89. Проектирование, строительство и содержание зимних автомобильных дорог в условиях Сибири и Северо-Востока СССР (46703)

Продолжительность летнего или зимнего периода τл и τз (ч) рассчитывают по формуле

τл(з) = 730[Aл(з) + (n-1) + Bл(з)]                                           (14)

6. Расчет глубины оттаивания земляного полотна и торфяной плиты выполняют в следующем порядке:

а) устанавливают продолжительность теплого периода года τл и среднюю за этот период приведенную температуру τп.л, используя формулы (14) и (12);

б) определяют для принятой конструкции и вида грунта земляного полотна расчетные значения коэффициентов теплопроводности и объемную теплоемкость материала в талом состоянии по табл. 6 настоящего приложения;

в) вычисляют значения S, μ, Кг:

                                               (15)

где t0 - температура льдообразования, °С; принимается по СНиП 2.02.04-88;

г) по известным значениям μ и КГ, используя график на рис. 2 настоящего приложения, находят глубину оттаивания однородного массива минерального грунта h по оси дороги;

Рис. 2. Номограмма для определения глубины оттаивания (промерзания) грунта при малых (а) и больших (б) значениях КГ

д) приняв по табл. 2 настоящего приложения значения hгр, определяют глубину оттаивания намороженной торфяной плиты сверху:

                                                       (16)

где f -  коэффициент эквивалентного приведения (по условиям оттаивания-промерзания) глубины оттаивания торфяной насыпи  к грунту земляного полотна; для песков f = 3,9; для супесей f = 4, для суглинков f = 4,1, для суглинков тяжелых и глин f = 4,2.

Если  < hд и общая высота насыпи (hгр + hвоз + hп.в) обеспечивает снегонезаносимость дороги, то расчет можно закончить.

Если принять  = hд то можно определить толщину слоя минерального грунта

hгр = h - f hд,                                                           (17)

а затем проверить насыпь на снегонезаносимость.

7. Расчет глубины промерзания земляного полотна выполняют в следующем порядке:

а) устанавливают продолжительность холодного периода года τз и среднюю за этот период приведенную температуру tп.з, используя соответственно формулы (14) и (12);

б) определяют для грунта земляного полотна значения коэффициента теплопроводности λм и объемную теплоемкость См по табл. 6 настоящего приложения;

в) вычисляют значения S, μ, Кг:

;                                      (18)

г) по известным значениям μ и КГ, используя график рис. 2 настоящего приложения, находят глубину промерзания однородного массива минерального грунта h, а затем вычисляют глубину промерзания торфяной плиты сверху:

.

Если  >  + , то условие (5) выполняется.

Примеры расчета

Пример 1. Требуется запроектировать в районе г. Сургута (62 ° с.ш., среднегодовая температура воздуха минус 3,3 °С) автозимник I категории для круглогодичной эксплуатации. Конструкция автозимника - тип 28 (см. рис. 17 настоящих норм). Автозимник пересекает болото I типа глубиной Нт = 4 м. Показатели торфяных грунтов по глубине болота:

до 2 м - влажность торфа 700 %, плотность скелета ρск1 = 0,13 г/см3, сопротивление сдвигу по крыльчатке Скр1 = 15 кПа;

от 2 до 4 м - влажность 800 %, ρск2 = 0,1 г/см3, Скр2 = 10 кПа.

Параметры автозимника назначают предварительно согласно рекомендациям, изложенным в пп. 1 - 2 настоящего приложения:

ширина земляного полотна В = 12 м; для отсыпки насыпи используется супесь легкая (W =17 %, ρгр = 1,8 т/м3);

при среднегодовой температуре воздуха минус 3,3 °С согласно табл. 2 настоящего приложения толщина слоя грунта из супеси легкой ориентировочно hгр = 1,1 м; тогда

Вгрн = B + 2mhгр = 12 + 2 . l,5 . 1,1 = 15,3 м.

Толщину промороженного слоя торфяной залежи Нпр = 0,4 м назначают по табл. 1 настоящего приложения из условия обеспечения безопасности производства работ. Болото не обводнено, hп.в = 0, hвоз = 0,3 м.

При определении толщины намораживаемой плиты (Нн значения S0 и Sт принимают ориентировочно:

So =  = 0,3(4 - 0,4) = 1,1 м, Sт = 0,16 м.

Согласно условию (1) настоящего приложения толщина намороженной плиты

Нн = 0,3 + 0 + 1,1 + 0,16 = 1,56 м.

При такой толщине плиты условие (2) будет удовлетворено: 1,56 + 0,4 = 1,96 > Ндmin = 1,0 м (см. табл. 1 настоящего приложения).

Ширину намораживаемой плиты Bн определяют из условия (3) при bб = 2 м:

Bн = 15,3 + 2 . 2 ≈ 20 м = Bус.

Для принятых параметров земляного полотна условие (4) настоящего приложения будет удовлетворено:

1,1 + 0,4 + 1,56 = 3,06 > Hуп = 2,0 м.

Расчет осадки талого слоя торфяной залежи So проводят по формуле (7), предварительно установив значения коэффициента n, удельной нагрузки P и осредненного модуля деформации Eср

а) при  по рис. 1 настоящего приложения n = 0,18;

б) по формуле (10) настоящего приложения

 = 28,8 кПа;

в) при = 181 кПа,

119 кПа, определенных по формуле (9) при Тст = 730 сут, по формуле (8)

143 кПа.

Подставив в формулу (7) значения n, P и Eср определяют осадку слоя торфяной залежи

=0,73 м.

Среднемесячные значения температуры воздуха для г. Сургута солнечной радиации Qс, а также среднемесячные приведенные температуры воздуха tпрi, рассчитанные по формуле (11) настоящего приложения, приведены в табл. 9 настоящего приложения. При расчете tпрi принято:

α = 23,2 Вт/(м2 . °С); КА = 0,5 при А = 25 %.

Таблица 9

По данным табл. 9 определяют средние приведенные температуры воздуха за летний (tп.л) и за зимний (tп.з) периоды по формуле (12), предварительно установив по формулам (13) настоящего приложения коэффициенты Ал(з) и Bл(з):

°С

-14 °C.

По формуле (14) определяют продолжительность периодов τл и τз соответственно с положительными (tп.л) и отрицательными (tп.з) температурами:

τл = 730[0,9 + (5 - 1) + 0,9] = 4234 ч;

τз = 730[0,1 + (7 - 1) + 0,1] = 4526 ч.

Проверка: τл + τз = 24 . 365 = 8760 ч = 4234 + 4526 = 8760 ч.

Теплофизические характеристики грунтов приняты по табл. 6 настоящего приложения:

супесь легкая - λт = 1,72 Вт/(м . °С);

Ст = 2595 кДж/(м3 . °С); Q = 68650 кДж/м3;

λм = 1,86 Вт/(м . °С); См = 2009 кДж/(м3 . °C); уплотненный торф - λт = 0,52 Вт/(м . °С); λм = 0,81 Вт/(м . °С).

По формулам (15) вычисляют значения S, μ, КГ:

м;  м-1;

По номограмме рис. 2 настоящего приложения при μ = 13,5 м-1 и КГ = 18,0 находят величину протаивания однородного массива супеси легкой h по оси дороги: h = 3,0 м.

Зная, что hгр = 1,1 м, определяют глубину оттаивания намороженной торфяной плиты сверху по формуле (16):

0,48 м, что несколько превышает допустимую величину (hд = 0,4 м). Поэтому уточняют толщину насыпи из минерального грунта по формуле (17);

hгр = h - fhд = 3,0 - 4 . 0,4 = l,4 м.

Для проверки условия (5) производят расчет глубины промерзания конструкции, предварительно вычислив S, μ, КГ:

 м;  м-1;

По номограмме на рис. 2 настоящего приложения при μ = 12,5 м-1 и Кг = 20 находят глубину промерзания массива из супеси h = 3,4 м и вычисляют глубину промерзания торфяной плиты под слоем грунта hгр = 1,4 м:

0,5 м.

Величина  м, поэтому условие (5) будет удовлетворено.

В связи с тем, что толщина слоя минерального грунта по теплотехническому расчету hгр = 1,4 м больше, чем была принята предварительно (hгр = 1,1 м), необходимо уточнить параметры автозимника:

ширина насыпи понизу Bгрн = 12,0 + 2 . 1,5 . 1,4 = 16,2 м;

ширина намораживаемой плиты Вн = Bгрн + 2bб + 2mHн = 16,2 + 2 . 2 + 2 . 1 . 1,56 = 23 м.

Уточнение величины осадки S0:

при  по графику на рис. 1 настоящего приложения n = 0,17;

= 27,5 кПа;

 м.

Толщина намораживаемой плиты согласно условию (1) составит

Hн = 0,3 + 0 + 0,75 + 0,16 = 1,21 м.

Окончательно конструктивные параметры автозимника (см. рис. 17, тип 28 настоящих норм) приняты:

В = 12,0 м;           Bгрн = 18,2 м;            Hпр = 0,4 м;                 Hн = 1,21 м;

Bн = 23,0 м;          hгр = 1,4 м;                 S0 = 0,75 м;                 Sт = 0,16 м;

 = hд = 0,4 м;  = 0,1 м.

При этих параметрах условия (1) - (6) выполняются, и расчет считается законченным.

Пример 2. Требуется запроектировать автозимник в районе г. Сургута (климатические данные те же, что и в примере 1) для круглогодичной эксплуатации. Конструкция автозимника - тип 25 (см. рис. 15 настоящих норм). Земляное полотно отсыпают из песка мелкозернистого: влажность 10 %; λт = 1,51 Вт/(м . °С); Ст = 2009 кДж/(м3 . °С); Q = 60278 кДж/м3; слой теплоизоляции устраивают из торфа. Требуется определить толщину слоя из минерального грунта (hгр) и слоя теплоизоляции (hт) при условии, что оттаивание снежно-ледяного ядра в процессе эксплуатации автозимника не допускается.

Расчет глубины оттаивания земляного полотна и слоя теплоизоляции выполняют в следующем порядке:

а) устанавливают продолжительность теплого периода года τл = 4234 ч и среднюю за этот период приведенную температуру tп.л = 14 °С (см. пример 1);

б) вычисляют значения S, μ, КГ:

 м;  м-1;

в) по номограмме рис. 2 настоящего приложения при μ = 15,4 м-1 и КГ = 17,1 находят глубину протаивания однородного массива мелкозернистого песка:

h = 2,9 м;

г) при известном значении h = 2,9 м, задавшись высотой земляного полотна hгр, например hгр = 1,0 м, определяют толщину слоя теплоизоляции из торфа

 м,

или наоборот, задавшись толщиной слоя теплоизоляции, например hт = 0,3 м, находят толщину насыпного слоя из минерального грунта:

hгр = h - fhт = 2,9 - 3,9 . 0,3 = 1,73 м.

Приложение 7

Рекомендуемое

ЗАТРАТЫ ТРУДА И МАТЕРИАЛОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И СОДЕРЖАНИИ АВТОЗИМНИКОВ