Страница 2: Методические рекомендации по применению теплоизолирующих слоев из пенопласта для снижения объема земляных работ (48320)

Пенопласт следует укладывать на прослойку из геотекстиля, обеспечивая равномерное опирание плит на поверхность земляного полотна. При необходимости следует выравнивать поверхность земляного полотна песком.

При двух-, трехъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит необходимо перекрывать вышележащими плитами. Края теплоизолирующего слоя закрепляют кольями. Слой песка над плитами пенопласта должен отсыпаться на толщину не менее 0,25 м в плотном теле по способу «от себя». При переходе к участкам дорог без теплоизолирующего слоя необходимо постепенно уменьшать толщину плит пенопласта на протяжении не менее 10 м. При отсутствии пенопласта разной толщины следует укладывать плиты в шахматном порядке с окнами без плит.

2.5. Для устройства дополнительного слоя дорожной одежды над теплоизолирующим слоем из пенопласта допускается использовать местные спабопучинистые песчаные грунты с коэффициентом фильтрации не менее 0,2 м/сут и с содержанием пыли и глины не более 10 %.

3. Расчет значений плотности, влажности, пучения и осадки грунтов

3.1. Расчет значений плотности, влажности, пучения и осадки грунтов следует проводить согласно «Методическим рекомендациям по расчету водно-теплового режима для разработки оптимальной конструкции земляного полотна автомобильных дорог» (Союздорнии. М., 1983).

Для прогноза необходимы следующие исходные данные: местоположение дороги (область, район, пункт); тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна, расчетный уровень залегания грунтовых вод и верховодки; конструкция дорожной одежды (материалы, толщина и плотность слоев); грунтовый разрез земляного полотна и естественного основания (характеристика грунта по дорожной классификации и толщина слоев из этих грунтов) до глубины 2 м от верха покрытия и ниже - до горизонта грунтовых вод или верховодки; влажность грунта в карьере; максимальная плотность грунта по данным пробного уплотнения при влажности, равной влажности грунта в карьере; плотность грунтов естественного основания по данным изысканий в конце осени.

При отсутствии данных пробного уплотнения грунтов земляного полотна можно принимать значения их плотности согласно рисунку, приведенному в настоящих Методических рекомендациях.

При отсутствии данных полевых испытаний грунтов естественного основания допускается принимать значения плотности скелета грунта равными 0,9 максимальной плотности для песков, супеси и пылеватых суглинков и 0,95 максимальной плотности по методу стандартного уплотнения для непылеватых суглинков и глин. Влажность грунтов естественного основания допускается принимать равной капиллярной влагоемкости, в пределах залегания грунтовых вод или верховодки - полной влагоемкости.

3.2. Расчет следует начинать с установления толщины теплоизолирующего слоя из пенопласта, при которой глубина промерзания грунта равна 0,3 м от низа дорожной одежды. При этом термическое сопротивление дорожной одежды Rод ((м2·К)/Вт) с теплоизолирующим слоем из пенопласта рекомендуется определять по формуле

где                                                

α  - коэффициент теплообмена на поверхности дорожной одежды, Вт/(м2·К);

nод  - количество конструктивных слоев дорожной одежды;

∆hод(i)  - толщина отдельного слоя дорожной одежды, м;

λод(i)   - коэффициент теплопроводности отдельного слоя дорожной одежды, Вт/(м·К);

3.3. Плотность и влажность грунтов, их пучение и осадку предлагается рассчитывать в такой последовательности:

определяют температурное поле земляного полотна в зимний период и по данным его расчета устанавливают градиенты незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания (Jнз(0)) и среднюю скорость промерзания грунта (υпр, м/с);

определяют расход пленочной воды (, м3/с), поступающей в мерзлый слой из талого грунта с влажностью выше оптимальной:

где Kпуч - коэффициент пучения грунта, м/с;

f(p)    - функция влияния давления от веса дорожной одежды и мерзлых слоев грунта на интенсивность пучения грунта;

  - площадь поперечного сечения грунта, м2;

 = 1 м2;

вычисляют расход собственно капиллярной воды в талом грунте на границе мерзлого слоя (Qp(A,Z), м3/с):

                 (1)

где                                   

W0   - влажность грунта, из которого будет возводиться земляное полотно, доли единицы;

ρск(0)   - плотность скелета грунта земляного полотна при строительстве дороги, кг/м3.

ρв     - плотность воды, кг/м3;

, - коэффициенты просачивания воды в капиллярах соответственно I и IV групп n-го слоя грунта, м/с;

, - удельные движущие силы менисков воды в капиллярах соответственно I и IV групп n-го слоя грунта, Па;

sск  - расстояние от горизонта грунтовых вод (верховодки) до середины промерзшего слоя грунта, м;

g    - ускорение свободного падения, м/с2;

i     - индекс слоя грунта;

n    - количество слоев грунта между горизонтом грунтовых вод (верховодки) и границей промерзания на рассматриваемый момент времени;

∆si  - толщина слоя грунта, м;

,   - коэффициенты просачивания воды в капиллярах соответственно I и IV групп i-го слоя грунта, м/с;

ξIi, ξIVi   - коэффициенты, характеризующие степень заполнения водой капилляров I и IV групп грунта (при просачивании воды на всю толщину слоя грунта ξi = 1, в остальных случаях ξi = 0);

вычисляют расход капиллярно-подвешенной воды в талом грунте на границе мерзлого слоя (Qp(A,Z), м3/с):

                           (2)

где

sкп   - среднее расстояние, на которое перемешается капиллярно-подвешенная вода, м; sкп принимают равным половине толщины промерзшего слоя грунта.

При 1-м и 2-м типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна расчет Qp(A,Z) проводят по формуле (2), при 3-м типе - по формулам (1) и (2), принимая в качестве расчетной наибольшую величину расхода воды;

определяют влажность грунта WI0 (доли единицы) под границей промерзания после оттока воды из талого грунта в мерзлый слой (значение WI0 должно быть не менее Wопт):

вычисляют усадку грунта при промерзании:

где еусад  - относительное значение усадки грунта при промерзании, доли единицы;

αусад - коэффициент линейной усадки грунта;

hус(м)   - усадка грунта в пределах мерзлого слоя земляного полотна, см;

устанавливают плотность скелета грунта (ρIск(0),кг/м3) под границей промерзания после оттока воды из талого грунта в мерзлый слой:

ρIск(0) = ρск(0)/(1 - еусад);

вычисляют критическую влажность грунта (Wкр, доли единицы), при которой воздухоемкость мерзлого грунта равна нулю:

где ρгр    - плотность частиц грунта, кг/м3;

Wнз    - количество незамерзшей воды, доли единицы;

определяют средний расход пленочной воды (, м3/с), поступающей из талого грунта в мерзлый слой:

 при WI0 > Wопт;

 при WI0 = Wопт;

вычисляют влажность грунта в мерзлом слое земляного полотна под дорожной одеждой (Wм, доли единицы):

рассчитывают пучение мерзлого слоя грунта в результате миграционного льдонакопления (hпуч(0), см):

определяют пучение грунта (hпуч, см):

hпуч = hпуч(0) - hус(м) - hус(т),

где hус(т)    - усадка грунта в зимний период в пределах талого слоя земляного полотна, см.

При промерзании многослойной грунтовой толщи hпуч(0) и hус(м) определяют для каждого слоя и суммируют. Усадка грунта в зимний период в пределах талого слоя земляного полотна сравнительно невелика, и ею можно пренебречь в запас прочности земляного полотна;

вычисляют осадку оттаявших грунтов весной в зависимости от их разновидности, плотности перед промерзанием, размера пучения и нагрузки на слой земляного полотна;

вычисляют усадку грунтов, принимая их влажность в летний период равной оптимальной при 1-м и 2-м типах увлажнения рабочего слоя земляного полотна и равной капиллярной влагоемкости при 3-м типе увлажнения.

3.4. При величине пучения более допустимого поднятия покрытия в зимний период следует увеличить толщину теплоизолирующего слоя из пенопласта или изменить конструкцию дорожной одежды и земляного полотна и повторить расчет. То же необходимо сделать, если суммарное значение осадки и усадки грунтов превышает допустимое опускание покрытия весной и летом.

4. Учет влияния повторных нагрузок на сдвигоустойчивость глинистых грунтов

4.1. При оценке сдвигоустойчивости глинистых грунтов рекомендуется определять их сцепление по следующим формулам:

CWN = Cwcm - ξ1lgN при N ≤ 104;

 при N > 104,

где CWN,    - расчетное сцепление грунта в условиях динамического воздействия нагрузки от транспорта соответственно при ожидаемом количестве проходов автомобиля и при N = 104, МПа;

Cwcm  - статическая расчетная величина сцепления грунта, МПа;

ξ1, ξ2 - коэффициенты, характеризующие интенсивность снижения сцепления грунта соответственно при N ≤ 104 и N > 104.

N  - суммарное количество проходов расчетного автомобиля по одной полосе проезжей части за расчетный период;

N = NпрtTкр;

Nпр  - перспективная интенсивность движения расчетных автомобилей на проектируемой автомобильной дороге, авт./сут;

t  - продолжительность расчетного периода влияния нагрузки от транспорта, сут;

Ткр  - срок службы автомобильной дороги между капитальными ремонтами, годы.

4.2. Сдвигоустойчивость глинистых грунтов требуется устанавливать для двух периодов влияния нагрузки от транспорта:

1) при W = Wраcч, t = tв,

где Wраcч   - влажность грунта в весенний период расчетного года;

tв   - продолжительность весны, сут.

Величину Wрасч можно принять равной Wм;

2) при W = W0, t = (T - Tзим)Tкр,

где Т      - продолжительность года, сут (Т = 365 сут);

Tзим    - продолжительность зимы, сут.

Величину CWN определяют отдельно для каждого периода влияния нагрузки от транспорта.

В расчет вводят наименьшее значение CWN.

4.3. При ориентировочной оценке сдвигоустойчивости глинистых грунтов допускается включать в расчет значения сцепления по таблице в зависимости от отношения W/WL, где WL - влажность грунта на границе текучести.

СОДЕРЖАНИЕ