На главную
На главную

Методические рекомендации «Методические рекомендации по проектированию и устройству теплоизоляционных слоев дорожной одежды из пенополистирольных плит \Пеноплэкс\»

Настоящие Методические рекомендации разработаны в развитие основных положений СНиП 2.05.02-85 и СНиП 3.06.03-85, касающихся применения геотекстильных материалов для обеспечения устойчивости откосов, и предназначены для применения при проектировании и строительстве конструкций укрепления откосов подтопляемых и неподтопляемых насыпей и откосов выемок автомобильных дорог. Кроме того, в Методических рекомендациях рассмотрены некоторые варианты использования геотекстильных материалов для укрепления обочин.

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТАРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБАДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА

(РОСАВТОДОР)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по проектированию и устройству
теплоизоляционных слоев дорожной одежды
из пенополистирольных плит «Пеноплэкс»

Москва, 2001

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие. 2

1. Общие положения. Условия эффективного применения термоизолирующих прослоек из плит «Пеноплэкс». 2

2. Обеспечение морозоустойчивости дорожной конструкции при сезонном промерзании с помощью термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса». 3

2.1. Условия морозоустойчивости дорожной конструкции. 3

2.2. Расчет величины морозного пучения конструкции. 3

2.3. Способы обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции. 4

2.4. Расчет и конструирование дорожной одежды с термоизолирующим слоем из плит «Пеноплэкс». 5

2.4.1. Расчет требуемой толщины термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» при обеспечении морозоустойчивости дорожной конструкции. 5

2.4.2. Учет термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» в расчете дорожной одежды на прочность. 11

2.4.3. Схемы конструктивных решений дорожных одежд с термоизолирующими слоями из «Пеноплэкса». 14

2.4.4. Требования к пенополистиролам, используемым в дорожных конструкциях. 16

3. Обеспечение термозащиты дорожной конструкции, сооружаемой на вечной мерзлоте, с помощью термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса». 17

3.1. Принципы проектирования дорожных конструкций на вечной мерзлоте и условия их применения. 17

3.2. Сохранение мерзлоты с помощью термоизоляционного слоя из «Пеноплэкса». 18

3.2.1. Расчет требуемой толщины термоизолирующего слоя. 18

3.2.2. Учет влияния термоизоляционного слоя из «Пеноплэкса» на прочность дорожной одежды.. 19

3.2.3. Схемы конструктивных решений дорожных конструкций, сооружаемых с сохранением грунта в мерзлом состоянии, с использованием термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса». 19

4. Условия оптимизации дорожных конструкций с термоизоляционными слоями из пенополистирольных плит «Пеноплэкс». 21

4.1. Принципы оптимизации конструкций с прослойками из «Пеноплэкса» по строительной стоимости. 21

4.2. Принципы оценки эффективности конструкций с «Пеноплэксом». 22

5. Технология и организация устройства термоизолирующих прослоек из «Пеноплэкса» при строительстве дорог. 22

5.1. Устройство теплоизолирующей прослойки из плит «Пеноплэкса». 22

5.2. Особенности организации строительных работ при применении теплоизолирующих слоев из «Пеноплэкса» в зоне вечной мерзлоты.. 23

Приложение 1. Расчет величины морозного пучения. 24

Приложение 2. Примеры расчета. 32

Предисловие

Настоящие Методическиерекомендации разработаны ФГУП «Союздорнии».

Методические рекомендацииразработаны в развитие ОДН 218.046-00 «Проектированиенежестких дорожных одежд», а также в развитие ВСН84-89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог врайонах распространения вечной мерзлоты». Методические рекомендациипредназначены для обеспечения возможности накопления практического опытаприменения термоизолирующих прослоек из экструзионного пенопласта «Пеноплэкс» вконструкциях дорожных одежд в условиях опытного строительства.

Пособие разработали:

д-р технич. наук, проф. В.Д.Казарновский,

д-р геолого-минерал. наук,проф. С.Е. Гречищев,

к.т.н. Е.С. Пшеничникова

при участииинж. Н.И. Черновой и к.т.н. И.В. Лейтланд.

Предполагается, чтореализация настоящих Методических рекомендаций как в части проектирования, таки строительства будет осуществляться при научном сопровождении, в рамкахкоторого будут предусмотрены последующие наблюдения за построеннымиконструкциями в процессе их эксплуатации.

Замечания, пожелания ивозникающие вопросы по Методическим рекомендациям просьба направлять по адресу:143900, г. Балашиха-6, Московская обл., ш. Энтузиастов, 79, Союздорнии.

1.Общие положения

1.1. Термоизолирующиепрослойки из «Пеноплэкса» в конструкции дорожной одежды могут применяться:

- как альтернатива устройствутрадиционных морозозащитных слоев для снижения деформаций пучения припромерзании конструкции, в которой в пределах глубины промерзания имеютсяпучинистые грунты;

- как альтернатива устройствуповышенных насыпей или устройству термоизоляции из торфа в зоне вечноймерзлоты, обеспечивающих реализацию 1-го принципа проектирования - сохранениявечномерзлого грунта в основании (или теле) насыпи с исключением просадокполотна при оттаивании его основания (или ее мерзлой части).

1.2. Первое направлениеиспользования термоизолирующей прослойки может быть реализовано на дорогахобщей сети и ведомственных дорогах в любой дорожно-климатической зоне приналичии сезонного промерзания-оттаивания грунтов с повышенной пучинистостью.

Второе направление может бытьреализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах только в зоне вечноймерзлоты или в специальных проектных решениях, рассчитанных на особые условиястроительства и эксплуатации дороги (временные дороги, спецдороги и т.п.).

1.3. Эффект от применениятеплоизолирующего слоя, используемого для снижения морозного пучения, можетбыть получен за счет:

- уменьшения объемакачественных материалов, используемых в дорожной одежде для обеспечения ееморозоустойчивости;

- возможности использования вверхней части земляного полотна местных пучинистых грунтов (без их замены);

- повышения долговечностиконструкции вследствие исключения периодически возникающих деформаций морозногопучения;

- возможности понижения рабочихотметок насыпей на участках, где при традиционных конструкциях действуютограничения СНиП по минимальному возвышению насыпи над уровнем подземных илиповерхностных вод, а также над уровнем земли;

- понижения расчетнойвлажности грунта земляного полотна и соответствующего повышения расчетныхзначений прочностных характеристик грунта за счет снижения влагонакопления припроцессе морозного пучения;

- снижения требуемой толщиныдренирующего слоя за счет исключения поступления воды снизу при оттаивании земляногополотна.

1.4. Эффект от применениятеплоизолирующего слоя для предотвращения оттаивания грунта, используемого вконструкции в мерзлом состоянии в зоне вечной мерзлоты, может быть получен засчет:

- уменьшения объемовпривозных грунтов при сооружении земляного полотна по 1-му принципу (сохранениемерзлого грунта);

- обеспечения возможностииспользования в земляном полотне грунтов с любой степенью увлажнения в видемерзло-комковатого материала;

- обеспечения возможностиуменьшения рабочих отметок насыпей, сооружаемых по 1-му принципу в зоне вечноймерзлоты с соответствующим уменьшением объемов земляных работ;

- исключения необходимостизамены грунта в основании дорожной одежды в выемке;

- повышения надежности идолговечности дорожной конструкции, запроектированной по 1-му принципу;

- сокращения затрат науплотнение грунтов при сооружении насыпей;

- снижения экологическогоущерба при строительстве дорог в северных районах.

1.5. Конструктивные решения сиспользованием термоизолирующих прослоек должны быть обоснованысоответствующими расчетами, указанными в настоящем пособии.

2.Обеспечение морозоустойчивости дорожной конструкции при сезонном промерзании спомощью термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса».

2.1. Условия морозоустойчивости дорожной конструкции (по ОДН 218.046 -00)

2.1.1.Морозоустойчивость дорожной конструкции оценивается по величине ее морозногопучения. Морозоустойчивость конструкции считается обеспеченной при условии:

                                                              (1)

где lпуч - расчетная величина морозного пучения конструкции;

 - допустимая величина морозного пучения,устанавливаемая по табл. 1.1.

Таблица 1.1

(Табл. 4.3 ОДН 218.046-00)

Тип дорожной одежды

Вид покрытия

Допустимое морозное пучение, см

Капитальные

Асфальтобетон

4

Цементобетон

3

Облегченные

Асфальтобетон

6

Переходные

Переходное

10

2.2. Расчет величины морозного пучения конструкции

2.2.1. Специальныемероприятия по снижению или исключению морозного пучения конструкции (включаяустройство теплоизолирующих слоев) должны рассматриваться в тех случаях, когдаопределенная расчетом величина морозного пучения конструкции превышаетдопустимые значения, указанные в табл. 1.1.

2.2.2. Для определениярасчетной величины морозного пучения конструкции lпуч могут быть использованы методики, предусмотренные в ОДН 218.046-00и представленные в приложении 1:

- методика, основанная наиспользовании осредненной для заданных условий величины морозного пучениятрадиционных конструкций, полученной по результатам региональных наблюдений, свведением корректирующих табличных коэффициентов (метод Ленфилиала Союздорнии);

- методика, основанная наиспользовании непосредственно определяемой экспериментально величиныкоэффициента влагопроводности грунта (метод проф. И.А. Золотаря).

2.3. Способы обеспечения морозоустойчивости дорожнойконструкции

2.3.1. При несоблюденииусловия морозоустойчивости конструкции (см. п. 2.1.1) принимают специальныемеры для повышения морозоустойчивости, назначаемые на основетехнико-экономических расчетов.

2.3.2. Традиционноприменяемыми способами повышения морозоустойчивости дорожных конструкцийявляются:

- использование в рабочемслое взамен местных пучинистых грунтов привозных непучинистых илислабопучинистых грунтов (замена грунта). При выборе грунта учитываютдействующую классификацию грунтов по пучинистости (табл. 2.1);

- увеличение расстояния отниза дорожной одежды до уровня подземных или поверхностных вод за счетувеличения высоты насыпей или устройства дренажной системы в выемке (осушениеземляного полотна);

- устройство морозозащитногослоя из непучинистых грунтов и минеральных материалов, в т.ч. укрепленныхмалыми дозами минеральных или органических вяжущих;

- устройство основаниядорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или зернистыхматериалов, обработанных минеральными или органическими вяжущими).

Таблица 2.1

Классификация грунтов по степени пучинистостипри замерзании (СНиП 2.05.02-85прил. 2, табл. 6)

Группы грунтов по пучинистости

Степень пучинистости

Относительное морозное пучение

I

Непучинистый

1 и менее

II

Слабопучинистый

Свыше 1 до 4

III

Пучинистый

Свыше 4 до 7

IV

Сильнопучинистый

Свыше 7 до 10

V

Чрезмернопучинистый

Свыше 10

2.3.3. К нетрадиционнымспособам повышения морозоустойчивости относят способы, предусматривающиеиспользование в конструкции промышленных изделий в виде различного родапрослоек:

- гидроизолирующих(полиэтиленовые пленки, гидроизол и др.);

- капилляропрерывающих;

- теплоизолирующих слоев,снижающих глубину промерзания или полностью исключающих промерзание грунта;

- армирующих прослоек изгеотекстиля и геосеток, обеспечивающих повышение равномерности деформацийпучения конструкции.

Теплоизолирующие слои могутустраиваться из различных материалов, как естественных (торф), так иискусственных (материалы с пониженной теплопроводностью, в том числе пенопластыразличных типов, отвечающие определенным требованиям).

Теплоизолирующие слои изэкструзионных пенопластов применяют для повышения морозоустойчивости дорожнойконструкции в особо неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, характерныхдля 2-го и 3-го типа местности по увлажнению. В зависимости от особенностейконкретного участка возможно либо не допускать промерзания насыпи и ееоснования и исключить таким образом морозное пучение грунтов полностью, либоуменьшить глубину промерзания и, соответственно, до допустимой его величины.

В общем случае видтеплоизолирующего материала и параметры теплоизолирующего слоя определяются наоснове специальных расчетов и технико-экономических обоснований.

Теплоизолирующие слои из«Пеноплэкса» могут быть применены как в случае насыпей, отсыпанных изпучиноопасных грунтов, так и в выемках, основание которых сложенопучиноопасными грунтами.

2.4. Расчет и конструирование дорожной одежды стермоизолирующим слоем из плит «Пеноплэкс»

2.4.1. Расчет требуемой толщины термоизолирующего слоя из«Пеноплэкса» при обеспечении морозоустойчивости дорожной конструкции

2.4.1.1. Для расчетатребуемой толщины теплоизолирующего слоя могут применяться:

- метод, использующий понятиео термическом сопротивлении конструкции (В.И. Рувинский);

- метод, использующий вкачестве характеристики грунта коэффициент влагопроводности, определяемыйэкспериментально (И.А. Золотарь).

Расчет по термосопротивлению

2.4.1.2. Требуемую толщинутеплоизолирующего слоя hп по этому методу приближенноможно определить по формуле:

                                              (2.1)

где Rод(тр) - требуемое для данныхусловий термическое сопротивление дорожной одежды, при котором морозное пучениеконструкции не превысит допустимой величины (табл. 1.1), м2К/Вт;

lп -коэффициент теплопроводности «Пеноплэкса», Вт/мк;

 - термическоесопротивление части конструкции дорожной одежды, расположенной надтеплоизолирующим слоем;

hi - толщина i-го слоя конструкции, м;

li - коэффициенттеплопроводности i-го слоя, Вт/мк;

п - число конструктивных слоевв конструкции, включая термоизолирующий слой.

2.4.1.3. Величину требуемоготермического сопротивления Rод(тр) вычисляют по формуле:

                                (2.2)

где Rпр - приведенное термическоесопротивление, определяемое с помощью номограммы (см п. 2.4.1.4);

Код - коэффициент, учитывающийсрок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами (табл. 2.1),

Кувл - коэффициент, учитывающийсхему увлажнения рабочего слоя земляного полотна, принимаемый при 2-й и 3-йсхемах увлажнения равным единице, а при 1-й схеме увлажнения - по графику рис. 2.1.

d- понижающий коэффициент, принимаемый по табл. 2.2.

2.4.1.4.Приведенное термическое сопротивление Rпр определяют, используя карту (рис. 2.2) и номограмму (рис. 2.3). По карте устанавливаютномер расчетной изолинии, отвечающей положению объекта. При расположенииобъекта между изолиниями расчеты выполняются для двух близлежащих изолиний споследующим осреднением результатов. По номограмме величину Rпр определяют методом итерациичерез отношение lдоп/(СпучСр) (горизонтальная ось номограммы).

При этом значения Спучи Ср определяют соответственно по табл. 2.3 и2.4lдоп - по табл. 1.1.

При назначении величины Српо табл. 2.3подбирают допустимую глубину промерзания hпр(доп) таким образом, чтобыполучаемому значению отношения lдоп/(СпучСр)соответствовала величина hпр(доп) на вертикальной осиномограммы, равная принятой при определении Ср. Подбор нужноначинать со значения hпр(доп), соответствующего наименьшейдопустимой глубине промерзания.

2.4.1.5. При глубинезалегания подземных вод на участке дороги, отличающейся от указанных наномограмме (рис. 2.3), нужно определить два значения Rпр. Одно - при значении Нg на номограмме более, а другое - при значении Нg на номограмме менее данного. Искомое значение Rпр устанавливают методоминтерполяции между соответствующими величинами.

Таблица 2.1

№ изолинии на карте (рис. 2.2)

Значение коэффициента Код при сроке службы дорожной одежды между капитальными ремонтами

менее 10 лет

10 лет

20 лет

I - II

0,70

0,85

1,0

III - X

0,80

0,90

1,0

Таблица 2.2

Зоны и подзоны

II1, II3, II5

II2, II4, II6

III

IV

d

1,0

0,95

0,90

0,85

Примечание.Схему дорожно-климатических зон см. МСМ 46-2000, прил. 2.

Таблица 2.3

Значения показателя Спуч для грунтов

Слабопучинистых

Пучинистых

Сильнопучинистых

Чрезмернопучинистых

0,50

1,0

1,5

2,0

изолиний на карте

Рис. 2.1. График дляопределения коэффициента Кувл при 1-й схеме увлажнения.

Таблица 2.4

Грунт земляного полотна

Значение коэффициента Ср в зависимости от толщины дорожной одежды (hод, м) и допустимой глубины промерзания (hпр(доп), см)

hод = 0,5

hод = 1,0

hод = 1,5

hпр(доп)

hпр(доп)

hпр(доп)

0 - 50

51 - 100

> 100

0 - 100

> 100

0 - 100

> 100

Песок пылеватый

0,60

0,55

0,50

0,50

0,45

0,45

0,40

Супесь легкая

0,70

0,65

0,60

0,60

0,55

0,55

0,50

Супесь пылеватая

0,75

0,70

0,65

0,65

0,60

0,60

0,55

Суглинок легкий, суглинок легкий пылеватый

0,80

0,75

0,70

0,70

0,65

0,65

0,60

Суглинок тяжелый, суглинок тяжелый пылеватый, глина

0,85

0,80

0,75

0,75

0,70

0,70

0,65

Примечание. При промежуточных значенияхтолщины дорожной одежды следует принимать значение Ср поинтерполяции соответствующих величин

2.4.1.6. Требуемоетермическое сопротивление дорожной одежды, при котором пучение грунтаисключается (Rод(о)), определяют по табл. 2.5.

Таблица 2.5

Номер изолинии на карте

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

Rод(о)

1,05

1,40

1,65

1,95

2,20

2,40

2,65

2,90

3,05

3,25

2.4.1.7. Требуемую толщинутеплоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» вычисляют по формуле 2.1.

Рис. 2.2. Карта с изолиниямидля определения требуемых значений термического сопротивления дорожной одежды:

I - Х - номера изолиний; 1 - граница сплошногораспространения вечномерзлых грунтов; 2 - то же, островного

Рис. 2.3. Номограмма дляопределения приведенного термического сопротивления дорожной одежды Rпр.

I - Х - номера изолиний на карте (рис. 2.2); 1- кривая расчета для 1-го и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляногополотна; Нg - глубина залегания расчетного УГВ от низадорожной одежды, включая морозозащитный слой

Расчет с использованиемкоэффициента влагопроводности

2.4.1.8. Требуемую толщину (hs) теплоизолирующего слоя из пеноплэкса устанавливают из соотношения:

                                      (2.3)

где  - допустимая глубина промерзания, см;

s- характеристика суровости зимнего периода (сумма градусочасов отрицательнойтемпературы, умноженная на 0,001), назначаемая по табл. П.1.7 (см.Приложение).

2.4.1.9. Величина допустимойглубины промерзания  определяется по формуле:

                         (2.4)

где  - допустимая величина пучения (табл. 1.1),см;

d -плотность воды, г/см3;

rсух - плотность сухого грунта, г/см3;

Wвесср - средняя весенняя весовая влажность грунта, доли единицы;

Wнз - весовая влажность по незамерзшей воде (табл. 2.6), доли единицы;

 - полная влагоемкостьв долях единицы;

rТ - плотность частиц грунта,г/см3;

Таблица 2.6

Значения влажности Wh и Wнз для различных грунтов

Грунт

Wh

Wнз

hкр

Песок пылеватый

0,03 - 0,04

0,02

80

Супесь тяжелая пылеватая

0,09 - 0,01

0,06

130

Суглинок легкий пылеватый

0,12 - 0,13

0,08

120

Суглинок тяжелый пылеватый

0,13 - 0,14

0,09

140

Глина пылеватая

0,19 - 0,21

0,16

150

2.4.1.10. Средняя весенняявесовая влажность грунта вычисляется по формуле:

                          (2.5.)

где Wh - влажность грунта по жидкойфазе в зоне первичного льдовыделения, назначаемая по табл. 2.6;

Wн- начальная влажность грунта;

DWотн - отношение осеннегоприращения влажности к максимально возможной величине приращения влажностигрунта, устанавливаемое по графику рис. 2.4 в зависимости отпараметров F и М;

С - коэффициент, определяемыйпо графику рис. 2.5 в зависимости от параметра Z.

2.4.1.11. Параметры F, Ми Z, необходимые для использования графиков, определяютсоответственно по формулам:

                                                          (2.6.)

                                                      (2.7.)

                                                           (2.8.)

где квлп - коэффициентвлагопроводности, устанавливаемый экспериментально, см2/час;

tвл - продолжительность периода осеннего влагонакопления, час, принимаемаяпо табл. П.1.7(см. Приложение);

hв- расчетное удаление верха земляного полотна от уровня грунтовых илиповерхностных вод, см;

hдо - суммарная толщина слоев дорожной одежды, см;

L -характеристика слоя промерзания грунта земляного полотна.

2.4.1.12. Величину L дляслучаев квлп £ 2,0 см2/часустанавливают по выражению:

                                             (2.9.)

Для случаев квлп= 2,1 ¸ 5,0 см2/часиспользуют выражение:

                                        (2.10.)

2.4.1.13. Поскольку величина hs в выражении (2.3) входит и в правую часть, определение hs ведется методом итераций. Для этого задаются величиной hs, вычисляютправую часть выражения (2.3) и сравнивают результат с принятымзначением hs. Расчет заканчивают, если различие не будетпревышать 10 %.

Рис. 2.4. Номограмма для определения DWотн при значениях F.

2.4.2. Учет термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» в расчетедорожной одежды на прочность.

2.4.2.1. Проверка напрочность конструкции дорожной одежды с теплоизолирующим слоем из «Пеноплэкса»производится в соответствии с расчетами, предусмотренными ОДН 219.046-00 (длянежестких дорожных одежд) и ВСН 197-91 (дляжестких дорожных одежд).

Учет влияниятермоизолирующего слоя на прочность конструкции дорожной одежды осуществляетсяпутем приведения системы подстилающий грунт + слой «Пеноплэкса» к однородномуслою с расчетным модулем упругости, равным общему модулю упругости наповерхности слоя «Пеноплэкса» (). Последний вычисляют по формуле:

                              (2.11)

Рис. 2.5. График дляопределения коэффициента С, используемого для вычисления весенней влажности.

где Ег - модуль упругости грунта,подстилающего термоизоляционный слой, МПа, (при слоистой толще принимаетсяобщий модуль упругости на поверхности толщи под «Пеноплэксом»), МПа;

Еп - модуль упругости«Пеноплэкса», МПа;

Do - расчетный диаметр отпечатка колеса, см;

hп- толщина слоя «Пеноплэкса», см.

Практическое определениевеличины расчетного модуля  осуществляют спомощью номограммы (рис. 2.7), построенной по зависимости (2.11).

2.4.2.2. При конструированиидорожных одежд со слоями из «Пеноплэкса» следует учитывать, что, исходя изтехнологических особенностей их устройства, над «Пеноплэксом» должен бытьустроен защитный слой из дискретного материала, предохраняющий его отвоздействия построечной техники, а под «Пеноплэксом» - выравнивающий слойтолщиной 5 - 10см. Защитный слой целесообразно устраивать из дренирующего материала.

2.4.2.3. Если междуподстилающим грунтом и «Пеноплэксом» имеется прослойка песчаного грунта(дренирующий слой) толщиной более 5 см в выражение (2.2) вместо Егподставляется общий модуль на поверхности песчаной прослойки, определяемый пообычной методике. При меньшей толщине песчаной прослойки допускается неучитывать ее влияние в расчете.

2.4.2.4. При применении вконструкции дорожной одежды термоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» следуетвыполнить проверку этого слоя на прочность при одноосном сжатии. Проверкаведется по двум расчетным случаям:

- для условий эксплуатациидороги;

- для условий строительствадорожной одежды.

Проверка ведется позависимости:

                                                       (2.12)

где ZТ - глубина расположенияпрослойки от поверхности, к которой прилагается внешняя нагрузка (поверхностьпокрытия для условий эксплуатации и поверхность слоя засыпки пристроительстве);

 - допустимая глубина по условию прочностипрослойки на одноосное сжатие.

Рис. 2.7. Номограмма длярасчета общего модуля двухслойной системы «теплоизолятор - подстилающий грунт»:

hв - толщина слоя пенопласта; Ев - модуль упругости пенопласта;Ен - модуль упругости грунта.

Приближенно величину  устанавливают по формуле:

                                                          (2.13)

где D - расчетный диаметротпечатка колеса расчетной нагрузки, м;

P -давление от расчетного колеса на поверхность покрытия или слоя засыпки, МПа;

R -прочность «Пеноплэкса» на одноосное сжатие при многократном нагружении, МПа;

к - коэффициент запаса,принимаемый равным 1,3.

В случае, если , прочность «Пеноплэкса» не обеспечена и следует увеличитьглубину расположения прослойки.

2.4.2.5. При расчете наусловия эксплуатации в качестве расчетной нагрузки принимается нагрузка, накоторую рассчитывается вся дорожная конструкция.

При расчете на условиястроительства параметры нагрузки выбираются в зависимости от применяемойтехники и технологии устройства слоев, располагаемых над прослойкой«Пеноплэкса».

2.4.2.6. Во всех случаяхрекомендуется располагать прослойку на глубине не менее 0,30 м от поверхности,к которой прикладывается нагрузка.

В случае применения пристроительстве техники на гусеничном ходу в формулу (2.13) вместо Dследует подставить величину 2b, равную ширине гусеницы, иполучаемое по формуле значение  увеличить на 20 %.

2.4.3.Схемы конструктивных решений дорожных одежд с термоизолирующими слоями из«Пеноплэкса»

2.4.3.1. Принципиальная схемадорожной конструкции с термоизолирующим слоем представлена на рис. 2.8.

Прослойка «Пеноплэкса» сосмежными слоями образуют единый дополнительный слой основания (ДСО), которыйможет кроме термоизолирующей функции при необходимости нести одновременнофункции дренирующего и морозозащитного слоя.

Схема предполагаетнеобходимость:

- обеспечения эффективностиполной или частичной теплозащиты пучинистого грунта земляного полотна отпромерзания;

- требующегося обеспечениядренирования дорожной одежды;

- учета снижения расчетногомодуля упругости земляного полотна, защищаемого слоем «Пеноплэкса»;

- защиты слоя «Пеноплэкса» отмеханических повреждений в процессе строительства;

- учета двухмерности схемыпромерзания полотна.

1 - покрытие;

2 - несущее основание;

3 - дополнительный слой основания стермоизолирующей прослойкой;

4 - пучинистый грунт;

5 - термоизолирующая прослойка;

6 - грунт в основании насыпи.

Рис. 2.8. Принципиальная схема дорожнойконструкции с термоизолирующим слоем (для условий сезонного промерзания).

2.4.3.2. Эффективностьтеплозащиты достигается:

- правильным расположениемтеплоизолирующей прослойки в конструкции;

- правильным назначением еетолщины и ширины.

2.4.3.3. Требуемая толщинатеплоизолирующего слоя определяется по методике, изложенной в п. 2.4.1.

Необходимая ширинатеплоизолирующей прослойки принимается равной не менее, чем на 2,0 - 1,5 мбольше ширины проезжей части или равной ширине земляного полотна по верху. Принеобходимости требуемая ширина может быть уточнена на основе специальныхрасчетов по двухмерной задаче (учет двухмерности).

2.4.3.4. Дренированиедорожной одежды с теплоизолирующим слоем обеспечивается устройствомдренирующего слоя, который может предусматриваться в трех вариантах:

- в виде песчаного слоя,располагаемого под теплоизолирующим;

- в виде песчаного слоя,вмещающего в себя теплоизолирующий слой;

- в виде дренирующего слоя изгеотекстиля, обладающего продольной водопроницаемостью.

2.4.3.5. Толщина дренирующегослоя определяется расчетом по методике, изложенной в ОДН 218.046-00. Еслитермоизолирующий слой предусматривает исключение промерзания пучинистого грунтаземляного полотна, из расчета дренирующего слоя исключается учет поступленияводы снизу.

2.4.3.6. Для учета влияниянизкомодульного теплоизолирующего слоя на прочность дорожной конструкциитеплоизолирующий слой рассматривается как элемент земляного полотна. Расчетныймодуль земляного полотна с такой прослойкой устанавливается в соответствии с п.2.4.2.С учетом его величины осуществляется расчет дорожной одежды на прочность иназначение ее конструкции по всем условиям прочности.

2.4.3.7. При устройстве слоевдорожной одежды, расположенных выше теплоизолирующей прослойки, возникаетопасность разрушения прослойки построечным транспортом или применяемымидорожными машинами. Для защиты слоя из «Пеноплэкса» толщина засыпки над этимслоем не должна быть менее 30 см (при одноразовой отсыпке). Этот слой принеобходимости может быть запроектирован как дренирующий или дополнительныйморозозащитный слой.

2.4.3.8. Возможные вариантыконструкции дополнительного слоя основания (ДСО) с теплоизолирующей прослойкой«Пеноплэкс» представлены на рис. 2.9.

Вариант 1 предусматривает расположениетеплоизолирующей прослойки внутри песчаного дренирующего слоя. В этом случаеДСО одновременно может выполнять функции дренирующего, теплоизолирующего иморозозащитного слоя. Толщина ДСО должна быть не менее требуемой по расчету наморозоустойчивость и осушение.

Вариант 2. Здесь ДСО выполняет те жефункции, что и в варианте 1. Дренирующая прослойка из геотекстиля позволяетболее глубоко расположить «Пеноплэкс» от поверхности ДСО, что обеспечиваетповышение общего модуля на поверхности ДСО и может в некоторых случаяхпозволить снизить толщину дорожной одежды (что проверяется расчетами напрочность).

Вариант 3. Этот вариант может бытьприменен, когда часть толщины дренирующего слоя может быть замененанедренирующим местным грунтом (тем же пучинистым грунтом, что и под«Пеноплэксом»), Толщина слоя недренирующего грунта назначается по расчету наморозное пучение и прочность.

В этом варианте «Пеноплэкс»укладывается на монтажный песчаный слой толщиной 5 - 10 см. Использованиепучинистого грунта над «Пеноплэксом» позволяет замедлять промерзаниеконструкции по сравнению с песчаным грунтом и частично использовать болеедешевый грунт. Указанные предпосылки могут позволить рассматривать вопрос овозможном уменьшении толщины «Пеноплэкса», т.е. в целом - о снижениистроительной стоимости конструкции по сравнению с вариантом 1. Вместе с темобщий модуль на поверхности ДСО в данном случае может оказаться ниже, чем в 1-ми 2-м варианте, что потребует усиления дорожной одежды. Решение о выбореоптимального варианта осуществляется на основе расчетов.

Вариант 1

Вариант 2

Вариант 3

Вариант 4

1 - песок;

2 - «Пеноплэкс»;

3 - пучинистый грунт;

4 - геотекстиль

Рис. 2.9. Варианты схем конструкцийдополнительного слоя основания (ДСО) с применением теплоизоляции из плит «Пеноплэкс»

Вариант 4 отличается от варианта 3только тем, что в качестве монтажного слоя (играющего также роль дренирующейпрослойки под теплоизолятором) используется геотекстиль, обладающий продольнойводопроницаемостью.

2.4.3.9. Указанные вариантыконструкции ДСО могут быть применены как для нежестких, так и для жесткихдорожных одежд. Толщины отдельных прослоек в ДСО назначаются на основе расчетовдорожных одежд на морозоустойчивость, на прочность и на осушение в соответствиис действующими нормами.

2.4.4.Требования к пенополистиролам, используемым в дорожных конструкциях

Теплоизоляционные материалы,применяемые в дорожных конструкциях, должны:

- сохранять теплоизолирующиесвойства под воздействием влаги, температуры и агрессивных вод в течение всегопериода эксплуатации дороги;

- быть морозостойкими(определяют циклическим промораживанием в зависимости от условийстроительства);

- быть биостойкими(определяют на основе химического анализа);

- быть нетоксичными(заключение СЭС);

- обладать технологичностью вработе (размеры плит, удобные в работе, возможность скрепления плит, например,шпунтовка);

- выдерживать нагрузки,возникающие при укладке и уплотнении вышележащих слоев дорожной одежды(испытание на прочность при сжатии);

- выдерживать нагрузки отвышележащих слоев насыпи и транспорта во времени (испытание длительнодействующей нагрузкой),

- обладать теплофизическими ипрочностными характеристиками, приведенными в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Не более

Не менее

Водопоглощение, % (ГОСТ 17177)

Теплопроводность, Вт/(мК) (ГОСТ 30256)

Сопротивление сжатию при 10 % линейной деформации, МПа (ГОСТ 17177)

Предел прочности при статическом изгибе, МПа (ГОСТ 17177)

0,45

0,032

0,40

0,6

3. Обеспечение термозащиты дорожной конструкции,сооружаемой на вечной мерзлоте, с помощью термоизолирующегослоя из «Пеноплэкса»

3.1. Принципы проектирования дорожных конструкций навечной мерзлоте и условия их применения

3.1.1. Наибольшее применениепри строительстве дорог на вечной мерзлоте имеют два принципа - первый ивторой.

Первый принцип проектирования дорожныхконструкций предусматривает обеспечение поднятия верхнего горизонта вечноймерзлоты не ниже подошвы насыпи и сохранение его на этом уровне в течение всегопериода эксплуатации дороги (расчетное состояние грунтов - мерзлое).

Второй принцип проектированияпредусматривает допущение оттаивания грунтов ниже подошвы насыпи на расчетнуюглубину в период эксплуатации дороги с учетом допустимой осадки основания взависимости от типа покрытия (расчетное состояние грунтов основания - талое).

3.1.2. Первый принципприменяют в 1-й и 2-й подзонах I дорожно-климатической зоны (ВСН84-89), которые примерно соответствуют зоне сплошного распространения вечноймерзлоты, при следующих условиях:

- температура грунтов награнице нулевых годовых амплитуд ниже -1,5 °С;

- широкое развитие мерзлотныхпроцессов и явлений: подземные льды различного генезиса, бугры пучения,наледные участки и т.п.,

- при наличии грунтов IV - Vкатегории просадочности.

В 3-й подзоне Iдорожно-климатической зоны (зона островного распространения вечной мерзлоты)проектирование по 1-му принципу допускается при условии понижения температурыгрунтов на границе нулевых годовых амплитуд ниже -1,5 °Сза счет выполнения специальных конструктивных и технологических мероприятий присоответствующем технико-экономическом обосновании.

3.1.3. Второй принципприменяют при условии залегания в основании насыпи минеральных грунтов I - IIIкатегорий просадочности и торфяников I - IV категорий просадочности.

3.1.4. Принцип проектированиявыбирают на основе технико-экономического сравнения вариантов, исходя измерзлотно-грунтовых и климатических условий участка трассы с учетом наличияспециальных материалов (геотекстильных, теплоизоляционных и т.п.), а такжекачественных грунтов, пригодных для возведения насыпи.

3.1.5. Для реализации 1-гопринципа могут использоваться следующие способы сохранения мерзлоты:

- устройство из обычныхгрунтов насыпей высотой, обеспечивающей термозащиту вечной мерзлоты в основаниинасыпи; требуемая для этого высота насыпи определяется по теплотехническимрасчетам;

- устройство в земляномполотне специальных термоизолирующих прослоек (в том числе из «Пеноплэкса»),обеспечивающих сохранение мерзлоты; требуемая толщина прослойки и еерасположение в конструкции определяются теплотехническими расчетами;

- выполнение основных объемовработ по сооружению земляного полотна в зимнее время.

3.2. Сохранение мерзлоты с помощьютермоизоляционного слоя из «Пеноплэкса»

3.2.1. Расчет требуемой толщины термоизолирующегослоя

3.2.1.1. Расчет толщинытермоизолирующего слоя, необходимой для исключения протаивания вечной мерзлотыпод насыпью или в ее теле производится как составная часть теплотехнического расчетамногослойной конструкции.

Расчет выполняется отдельнодля центральной части полотна и для откосных частей насыпи.

3.2.1.2. Для расчетацентральной части используется расчетная схема, представленная на рис. 3.1.Схема предполагает, что разрез конструкции над поверхностью массива грунта,сохраняемого в мерзлом состоянии, включая N слоев. Номера слоев (i)изменяются от i = 1 для первого сверху слоя до i = N дляпоследнего над мерзлым массивом слоем.

Рис. 3.1. Расчетная схема дляцентральной части дорожной конструкции

Каждый i-й слойхарактеризуется толщиной (hi, м), объемной теплоемкостью(Сi, Дж/м3×К), коэффициентомтеплопроводности (li,Вт/м×К), объемной влажностью (Wi, доли единицы).

Внешние факторы, определяющиетепловое воздействие, характеризуются средней за лето температурой воздуха (Tп,°С), продолжительностью периода сположительными температурами (ts, сек).

3.2.1.3.Выражения для расчета толщины нижнего оттаивающего слоя, являющегося последним(i = N) в пакете, имеет вид:

           (3.1)

При  hN = 0.

Здесь:

3.2.1.4. Определениенеобходимой толщины слоя «Пеноплэкса», включаемого в конструкцию,запроектированную по условию сохранения мерзлоты, производится подбором поформулам п. 3.2.1.3при условии, что количество, толщина и теплофизические характеристики остальныхслоев конструкции определены по тем или иным соображениям (высота насыпи,прочность дорожной одежды, технологические ограничения и пр.).

3.2.1.5. При выбореоптимальной конструкции следует учитывать, что наибольший эффект теплозащитымерзлого массива достигается в том случае, если слой «Пеноплэкса» являетсяпредпоследним (N-1), а в последнем слое используется грунт с высокойвлажностью (например, торф).

3.2.1.6. Расчет требуемой длясохранения мерзлоты теплоизоляции конструкции со стороны откосных частей осуществляетсяпо специальной методике, основанной на двумерной теплофизической задаче.

Решение реализуется с помощьюпрограммы ПЭВМ.

3.2.2.Учет влияния термоизоляционного слоя из «Пеноплэкса» на прочность дорожнойодежды

3.2.2.1. При расположениипрослойки из «Пеноплэкса» с защищаемым его мерзлым грунтом на глубине более 1,5м от поверхности покрытия наличие мерзлого слоя с высоким модулем упругости инизкомодульного термоизолирующего слоя в расчете дорожной одежды на прочностьне учитывается. В этом случае в качестве расчетного модуля грунта принимаетсямодуль упругости грунта, расположенного над прослойкой.

3.2.2.2. При расположениипрослойки и поверхности мерзлого грунта ближе 1,5 м от поверхности покрытия дляучета их влияния на напряженное состояние в расчете принимают модульподстилающего грунта, определяемый по формуле:

                                                   (3.2)

где Ем - модуль мерзлой толщи;

ЕТ - модуль прослойки;

hм- условная расчетная толщина мерзлого слоя, см;

hТ- толщина прослойки, см;

3.2.2.3. Расчетную толщинумерзлого слоя hм определяют по формуле:

hм= 1,5 - Z, см,                                                       (3.3)

где Z - расстояние от поверхностипокрытия до поверхности толщи, сохраняемой в мерзлом состоянии, см;

3.2.2.4. Если значение модуляупругости, определяемое по формуле (3.2), окажется больше модулягрунта, расположенного над прослойкой, за расчетный модуль грунтового массивапринимается модуль грунта, расположенного над прослойкой.

3.2.3.Схемы конструктивных решений дорожных конструкций, сооружаемых с сохранениемгрунта в мерзлом состоянии, с использованием термоизолирующего слоя из«Пеноплэкса»

3.2.3.1. В качествепринципиальных вариантов конструктивных решений, предусматриваемых присохранении грунта в основании или нижней части земляного полотна в мерзломсостоянии, могут предусматриваться (рис. 3.2):

- устройствотермоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» на поверхности основания или в теленасыпи с укрытием (присыпкой) откосной части основной насыпи торфопесчанойсмесью. При этом откос присыпки назначается менее крутым, чем откос основнойнасыпи (рис. 3.2.а);

- устройствотермоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» на поверхности основания или в теленасыпи с устройством теплозащитных берм (призм) из торфа (рис. 3.2.б);

- устройствотермоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» на поверхности основания или в теленасыпи с устройством теплозащитных слоев из «Пеноплэкса» на откосах (рис. 3.2.в).

Рис. 3.2. Термозащита состороны откосной части:

1 - основная насыпь; 2 - мерзлота в основании; 3 - термозащитнаяприсыпка; 4 - бермы из торфа; 5 - «Пеноплэкс»

3.2.3.2. Для повышенияэффективности термозащиты термоизолирующие слои из «Пеноплэкса» следуеткомбинировать с торфяными термозащитными слоями.

3.2.3.3. Во всех случаяхсохранения мерзлого грунта необходимо наряду с термоизолирующей прослойкой предусматривать устройство гидроизолирующейпрослойки (под «Пеноплэксом»).

3.2.3.4. Если в нижней частинасыпи используется твердомерзлый комковатый грунт для повышения надежностиконструкции следует дополнительно под прослойкой из «Пеноплэкса»предусматривать устройство прослойки из геовеба.

3.2.3.5. Параметры вариантовконструкций должны обосновываться теплотехническими расчетами на основедвухмерной задачи.

4.Условия оптимизации дорожных конструкций с термоизоляционными слоями изпенополистирольных плит «Пеноплэкс»

4.1. Принципы оптимизации конструкций с прослойками из«Пеноплэкса» по строительной стоимости

4.1.1. При примененииконструкций с термоизолирующими слоями следует реализовывать возможностьполучения оптимального решения по строительной стоимости. При такой оптимизациимогут учитываться:

- изменение стоимоститермоизолирующей прослойки из «Пеноплэкса» в зависимости от требуемой еетолщины и глубины заложения от поверхности покрытия;

- увеличение стоимостиземляного полотна при увеличении глубины заложения прослойки (за счетувеличения доли более качественного грунта в общем объеме полотна),

- возможность снижениятребуемого возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых иповерхностных вод на участках насыпей и выемок, где требуемое возвышение безпринятия специальных мер определяется условиями увлажнения и промерзаниярабочего слоя земляного полотна;

- возможность снижения высотынасыпи в зоне вечной мерзлоты при проектировании по 1-му принципу;

- возможность уменьшениятолщины дорожной одежды за счет уменьшения расчетной влажности грунта в зонесезонного промерзания и уменьшения глубины промерзания;

- возможность возникновениянеобходимости усиления дорожной одежды (при близком расположении низкомодульнойтермоизолирующей прослойки).

4.1.2. Оптимизация должнаосуществляться на основе использования целевой функции:

                          (4.1)

где С - стоимость дорожной конструкции;

Св - стоимость верхней частиземляного полотна (над прослойкой);

Спр - стоимость прослойки;

Сниж - стоимость нижней частиземляного полотна (под прослойкой);

Сдо - стоимость несущей частидорожной одежды (покрытие + несущее основание);

Сот - стоимость откосной части сестественным (торф) или искусственным термоизолятором;

Смз - стоимость морозозащитногои дренирующего слоев дорожной одежды.

4.1.3. При приближенномрешении задачи оптимизации следует ограничиться условием Сдо= const. При этом дорожная одежда по прочности должна быть рассчитана на самыйневыгодный случай конструкции рабочего слоя земляного полотна и слоевоснования.

4.1.4. В случае устройстватеплоизолирующей прослойки для снижения морозного пучения дорожной одеждыаналитическое выражение стоимости конструкции в зависимости от глубинызалегания прослойки имеет вид:

   (4.2)

где св - стоимость единицы объема верхнейчасти земляного полотна (над прослойкой);

сн - то же, под прослойкой;

Н - высота насыпи;

В - ширина полотна;

т - заложение откосов;

z -глубина расположения прослойки;

hдо - толщина дорожной одежды;

b -ширина проезжей части;

сдо - стоимость единицы объеманесущей части дорожной одежды;

смз - стоимость единицы объемаморозозащитного и дренирующего слоев;

hмз - толщина морозозащитного и дренирующего слоя;

bмз - ширина морозозащитного и дренирующего слоя;

спр - стоимость единицы объемапрослойки;

hпр - толщина прослойки;

hн- толщина несущей части дорожной одежды;

Хпр - ширина прослойки.

4.1.5. Толщина прослойки hпр в общем случае является функцией глубины промерзания zпр, убывающей при увеличении zпр. Характер этой функции можетбыть установлен на основе теплофизического расчета.

В первом приближении ширинупрослойки Хпр следует назначать равной ширине земляногополотна (В).

4.1.6. Толщинаморозозащитного и дренирующего слоя hмз также является функциейглубины расположения теплоизолирующей прослойки (при заданной ее толщине).

4.1.7. Для определенияоптимальной глубины заложения прослойки заданной толщины hпр выражение (4.2) необходимо решить на минимум при hпр = const.

При устройстветермоизолирующего слоя для исключения оттаивания нижней части насыпи или ееоснования используется выражение:

   (4.3)

где Сот - стоимость откосной частииз торфа или торфопесчаной смеси.

4.1.8. Оптимизацию дорожныхконструкций можно проводить при заданных рабочих отметках полотна или сизменением отметок.

В последнем случаеосуществляется общая оптимизация проектного решения с изменением потеплофизическому критерию продольного профиля и сокращением объема илистоимости земляных работ.

4.2. Принципы оценки эффективности конструкций с«Пеноплэксом»

4.2.1. При оценкеэкономической эффективности теплоизолирующей прослойки в условиях сезонногопромерзания за базовую следует принимать конструкцию с морозозащитным слоемтребуемой толщины при требуемом по условию водно-теплового режима возвышенииземляного полотна над источниками увлажнения.

При оценке экономическойэффективности теплоизолирующей прослойки в зоне вечной мерзлоты за базовуюследует принимать конструкцию насыпи из дренирующего грунта, высота которойобеспечивает исключение протаивания основания.

4.2.2. При оценкеэкономической эффективности следует учитывать, что применение конструкций стермоизоляторами обеспечивает удлинение межремонтных сроков дорожнойконструкции. До накопления фактических данных по продлению межремонтных сроковследует принимать их удлинение до 10 %.

4.2.3. При оценкеэффективности дополнительно должны учитываться положительные и отрицательныеэффекты:

- от повышения доли зимнихработ;

- от снижения нагрузки наокружающую среду;

- от ускорения строительства.

5.Технология и организация устройства термоизолирующих прослоек из «Пеноплэкса»при строительстве дорог

5.1. Устройство теплоизолирующей прослойки из плит«Пеноплэкса»

5.1.1. До устройстватеплоизолирующего слоя должны быть выполнены работы:

- подготовка земляногополотна;

- обеспечение водоотвода споверхности земляного полотна;

- подготовка путей завозастроительных материалов.

5.1.2. Земляное полотнодолжно быть спланировано и уплотнено в соответствии с действующими нормативами.Если требуемого уплотнения в рабочем слое достичь невозможно, то должны бытьвыполнены специальные указания проекта.

Водоотвод с поверхностиземляного полотна должен быть осуществлен до начала отсыпки выравнивающего слояпод «Пеноплэкс». При соответствующем технико-экономическом обоснованииприменяют дренирующую прослойку из геотекстиля. Поперечный уклон дренирующей прослойкипринимают не менее 2 %.

5.1.3. Для обеспеченияравномерного опирания плит на поверхность земляного полотна, как правило,устраивают выравнивающий слой из песка толщиной 5 - 10 см. Распределение пескапроизводят бульдозерами. По подготовленному выравнивающему слою проездмеханизмов и автотранспорта не допускается.

5.1.4. Плиты пеноплэкса (125´65 см) укладывают вручную (звено из 2 человек), располагая их длиннойстороной вдоль дороги. Выравнивание термоизолирующего слоя производят подсыпкойпеска под плиты с контролем нивелировкой. Стыковка плит осуществляется за счетшпунта, имеющегося на плите.

Плиты следует укладыватьтаким образом, чтобы поперечные швы в соседних рядах плит располагалисьвразбежку (т.е. в одной точке не должны соединяться 4 плиты) (рис. 5.1).

При двухъярусномтеплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит необходимо перекрыватьвышележащими плитами. Уложенные плиты закрепляют металлическими стержнямидиаметром 6 - 8 мм и длиной 400 мм. Стержни забивают в плиту заподлицо. Приширине прослойки до 8 м достаточно закрепить крайние ряды плит и 1 - 2 ряда посередине слоя. Каждая плита крайнего ряда должна быть закреплена не менее, чемдвумя стержнями. Плиты крайних рядов допускается закреплять, забивая стержнизаподлицо с верхом плиты рядом с плитой.

5.1.5. Первый над плитамислой дорожной одежды или земляного полотна должен отсыпаться толщиной не менее0,30 м в плотном теле по способу «от себя». Распределение песка производятбульдозером. Для уплотнения используют вибрационные уплотняющие средства.

При использовании построечнойтехники с диаметром следа заднего колеса более 37 см и при среднем давлении отзаднего колеса более 0,6 МПа следует выполнить расчет необходимой толщинызащитного слоя над пенопластом в соответствии с п. 2.4.2.

После уплотнения этого слоявиброкатком 14 - 17 т по нему допускается пропуск построечного транспорта.

Рис. 5.1. Схема укладки плит«Пеноплэкса» в один ярус

5.2. Особенности организации строительных работпри применении теплоизолирующих слоев из «Пеноплэкса» в зоне вечной мерзлоты

5.2.1.При применении «Пеноплэкса» в условиях вечной мерзлоты для реализации принципасохранения мерзлоты в основании земляного полотна при соответствующейорганизации работ частично может быть использован период положительныхтемператур. С этой целью на основе теплотехнических расчетов на стадиипроизводства работ должен быть разработан график строительства, обеспечивающийисключение оттаивания мерзлоты в основании насыпи в течение ограниченногопериода при недостроенной конструкции.

Такой график долженсоставляться совместно с проектной и научно-исследовательской организацией,осуществляющей научное сопровождение.

5.2.2. При проведении работ всоответствии с графиком, указанным в п. 5.2.1, должен проводитьсямониторинг, обеспечивающий контроль температуры в конструкции и принятиеоперативных мер в случае опасных ситуаций. В качестве таких мер может бытьпредусмотрено:

- ускорение сооруженияконструкции над термоизолятором;

- временное усилениетермоизоляции за счет укладки дополнительных слоев термоизолятора (споследующим их снятием);

- прекращение работ спереносом их на морозный период и т.д.

Генеральный директор                                                      В.М. Юмашев

Зав. лабораторией

Дорожных одежд,

руководитель темы,

д.т.н., проф.                                                                         В.Д.Казарновский

Исполнители:

д.г-м. наук, проф.                                                               С.Е.Гречищев

к.т.н.                                                                Е.С.Пшеничникова

Приложение 1

Расчет величины морозногопучения

П.1.1.Расчет морозного пучения на основе табличных значений расчетных параметров

1.1.1. Величину возможногоморозного пучения следует определять по формуле:

                                      (П.1.1.)

где lпуч.ср - величина морозного пученияпри осредненных условиях, определяемая по графикам рис. П.1.1 взависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания),группы грунта по степени пучинистости (табл. П.1.1) и глубины промерзания(zпр);

КУГВ -коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовыхили поверхностных вод (Нg) (рис. П.1.2.);при 1-й расчетной схеме следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой исуглинка КУГВ = 0,53; для песка и супеси легкой и крупной КУГВ= 0,43;

Кпл - коэффициент,зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл. П.1.2.);

Кгр - коэффициент,учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи иливыемки (табл. П.1.3.);

Кнагр -коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащейконструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания(рис. П.1.3);

Квл - коэффициент,зависящий от расчетной влажности грунта (табл. П.1.4).

Классификация грунтов постепени пучинистости при замерзании

Таблица П.1.1

Группы грунтов по пучинистости

Степень пучинистости

Относительное морозное пучение

I

Непучинистый

1 и менее

II

Слабопучинистый

Свыше 1 до 4

III

Пучинистый

Свыше 4 до 7

IV

Сильнопучинистый

Свыше 7 до 10

V

Чрезмернопучинистый

Свыше 10

1.1.2. Если данные натурныхнаблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускаетсяопределять по формуле:

                                                  (П.1.2.)

где zпр(ср) - средняя глубинапромерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис. П.1.4).

При глубине промерзаниядорожной конструкции zпр до 2 м lпуч.ср устанавливают по графикамрис. 4.3. При zпр от 2,0 до 3,0 м lпуч.ср вычисляют по формуле:

                                    (П.1.3)

где lпуч.ср2,0 - величина морозного пученияпри zпр= 2,0 м;

а = 1,0; b = 0,16;с = 2,0 при 2,0 < zпр < 2,5;

а = 1,08; b =0,08;с = 2,5 при 2,5 < zпр < 3,0.

Если при расчетном срокеслужбы до 10 лет полученная величина возможного пучения будет превышатьдопустимую, а при сроке службы более 10 лет будет превышать 85 % от допустимой,необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя.

Таблица П.1.2

Коэффициент уплотнения Купл

Кпл

песок пылеватый, супесь легкая и пылеватая, суглинки, глины

пески кроме пылеватых, супесь легкая крупная

1,03 - 1,00

0,8

1,0

1,01 - 0,98

1,0

1,0

0,97 - 0,95

1,2

1,1

0,94 - 0,90

1,3

1,2

менее 0,90

1,5

1,3

Таблица П.1.3

Грунт

Кгр

пески

1,0

супеси

1,1

суглинки

1,3

глины

1,5

Таблица П.1.4

Относительная влажность W/WТ

0,6

0,7

0,8

0,9

Квл

1,0

1,1

1,2

1,3

П.1.2. Определение величиныморозного пучения путем использования коэффициента влагопроводности

1.2.1. В соответствии сданной методикой при прогнозировании величины морозного пученияпредусматривается последовательное определение средней осенней влажности грунтарабочего слоя (Wосср), характеристики скорости промерзания (a),средней весенней влажности (Wвесср). При этом учитываютсяпродолжительность периода осеннего влагонакопления (tвл), продолжительность периодапромерзания (tпр), расчетное удаление верха земляного полотна отуровня грунтовых (или поверхностных) вод (hв), характеристика суровостизимнего периода (s), выражаемая суммойградусосуток отрицательной температуры воздуха. В табл. П.1.7 приведенызначения tвл, tпр, и sдля 65 пунктов России. При отсутствии в перечне нужного пункта значения этиххарактеристик берутся для ближайшего по географическому расположению пункта.

1.2.2. Расчет возможнойвеличины морозного пучения поверхности дорожного покрытия ведут сиспользованием зависимости:

                        (П.1.4)

где hпр - глубина промерзаниягрунта, см; q - плотность сухого грунта, г/см3; d -плотность воды, г/см3; Wнз - влажность (весовая),соответствующая незамерзающей воде, принимается по виду грунта из табл. П.1.5;Wпв- влажность (весовая) полной влагоемкости, вычисляемая из соотношения

                                              (П.1.5)

где rсух - плотность сухого грунта,г/см3;

D- плотность скелетных частиц грунта, находящаяся, как правило, в пределах 2,67 -2,73.

Таблица П.1.5

Значения влажности Wh и Wнз для различных грунтов

Грунт

Wh

Wнз

hкр

Песок пылеватый

0,03 - 0,04

0,02

80

Супесь тяжелая пылеватая

0,09 - 0,01

0,06

130

Суглинок легкий пылеватый

0,12 - 0,13

0,08

120

Суглинок тяжелый пылеватый

0,13 - 0,14

0,09

140

Глина пылеватая

0,19 - 0,21

0,16

150

1.2.3. Полную глубинупромерзания грунта hпр определяют из следующих соотношений: при отсутствиитеплоизоляционных слоев в составе дорожной одежды

                                                  (П.1.6)

при их наличии

                     (П.1.7)

где s - сумма градусочасовотрицательной температуры, умноженная на 0,001, определяемая длясоответствующего региона из таблицы П.1.7;

hs - толщина слоя эффективной теплоизоляции (пенопласт, пеноплэкс), см;

b= 1 при использовании в качестве теплоизоляции пенопласта или пеноплэкса.

1.2.4. Величину отношения Wвесср/Wт, где Wт - влажность грунта земляногополотна на границе текучести в соответствии с данной методикой можноиспользовать в качестве расчетной относительной влажности при определениипрочностных и деформационных характеристик грунта рабочего слоя.

Среднее значение весеннейвлажности Wвесср находят из выражения:

                                       (П.1.8)

где Wh - влажность грунта по жидкойфазе в зоне первичного льдовыделения (при температуре грунта -0,5 ... -1,0 °С).Значения Wh для разных грунтов приведены в таблице П.1.5;

С - коэффициент, определяемыйпо графику рис. П.1.5 в зависимости от величины критериязимнего влагонакопления Z, вычисляемого, в своюочередь, из соотношения:

                                                        (П.1.9)

Характеристику слояпромерзания грунта земляного полотна a определяют из соотношений:

При коэффициентевлагопроводности грунта до 2,0 см2/ч:

для автомобильных дорог I - IIкатегорий

                                      (П.1.10)

для автомобильных дорог III - IVкатегорий

                                     (П.1.11)

где hs - толщина слоя теплоизоляциитолько из местных материалов (керамзит, керамзитобетон, шлак, золошлаковаясмесь, укрепленная цементом и др.);

При коэффициентевлагопроводности грунта 2,1 - 5,0 см2/ч:

для дорог I - IIкатегорий

                                (П.1.12)

для дорог III - IVкатегорий

                              (П.1.13)

При Foh > 1 Wотн практически не зависит от ha/hb, поэтому приводим следующую таблицу значений Wотн в зависимости от Foh.

Таблица П.1.6

Foh

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

Wотн

0,95

0,96

0,97

0,98

0,99

При Foh > или = 2,1 следуетпринимать, что Wотн = 1.

hкр - критическая глубина, прикоторой процесс пучения прекращается. В случае, если hпр > hкр, в расчет вводят hкр = hпр.

Грунты, характеризующиесязначением коэффициента влагопроводности более 5,0 см/ч при неблагоприятныхгрунтово-гидрологических условиях, как правило, не должны применяться дляустройства земляного полотна.

Величину Wосср определяют по формуле:

                                   (П.1.14)

где Wо - начальная влажность грунтаземляного полотна (весовая, доли единицы);

Wпв - влажность полнойвлагоемкости грунта (весовая в долях единицы);

DWотн - отношение осеннегоприращения влажности к максимально возможной величине приращения влажностигрунта.

Величину Wпв вычисляют из соотношения:

Величину DWотн устанавливают по номограммерис. П.7.2 в зависимости от параметра

                                                    (П.1.15)

Величину параметра М,необходимого для использования номограммы рис. П.1.6, определяют по формуле

М = (160 - hдо)/hв,                                             (П.1.16)

где hдо - суммарная толщина слоевдорожной одежды, см;

hв - определяется по даннымизысканий (обследований).

Таблица П.1.7

Климатические характеристики регионов России

Условные обозначения: tвл - продолжительность периодаосеннего влагонакопления, часы; tпр - продолжительность периодапромерзания, сутки, s - сумма градусочасовотрицательной температуры, умноженная на 0,001

Пункт

tвл

tпр

s

1

2

3

4

Александровск

840

230

63,30

Архангельск

672

261

55,12

Багдарин

960

310

169,14

Белгород

1392

137

16,22

Белогорка (Ленинградской)

1056

250

36,00

Бисерть (Свердловской)

648

283

73,35

Валдай

1176

234

36,69

Владимир

528

240

44,16

Вологда

1464

199

38,21

Воронеж

1176

124

15,28

Вятка

936

232

55,31

Енисейск

816

262

109,41

Иваново

720

254

48,36

Ивдель (Свердловской)

1296

182

47,17

Ижевск

384

251

58,63

Иркутск

1512

264

98,42

Йошкар-Ола

240

259

59,26

Казань

384

263

53,02

Калининград

1776

245

52,92

Калуга

1320

225

10,44

Кандалакша

768

211

30,38

Кингисепп (Ленинградской)

1272

239

30,21

Киселевск (Кемеровской)

0

262

72,10

Кострома

1464

151

28,27

Курган

480

173

51,76

Курск

1440

139

17,12

Магадан

1872

250

70,00

Мезень

624

274

65,76

Мезень

624

274

65,76

Минусинск

264

261

86,86

Москва

1248

170

28,02

Мурманск

912

255

35,90

Великий Новгород

1680

151

28,03

Нижневартовск

720

275

94,59

Нижний Новгород

1440

182

26,21

Нолинск (Кировск. обл.)

312

254

57,71

Норск (Амурской)

1704

260

132,29

Огурцово (Новосибирской)

192

271

81,52

Оренбург

0

240

56,83

Парабель (Томской)

816

274

91,19

Пермь

0

192

47,00

Пенза

1152

259

50,56

Петербург

1632

160

20,48

Петрозаводск

1128

219

35,39

Порецкое (Чувашия)

480

96

48,81

Псков

1272

189

21,47

Ржев (Тверской)

1008

241

40,10

Родино (Алтайский край)

0

248

70,23

Рыбинск

1152

231

41,40

Рязань

864

193

29,64

Самара

96

206

41,20

Саранск

0

250

49,20

Саратов

168

199

36,30

Смоленск

1536

244

38,26

Сургут

624

281

94,58

Сыктывкар

600

268

69,47

Тамбов

1368

142

23,17

Тимирязевский (Примор. край)

1848

228

71,14

Тула

936

205

29,52

Улан-Уде (Бурятия)

0

238

94,44

Ульяновск

240

256

54,07

Ханты-Мансийск

672

266

85,55

Чекунда (Хабаровский край)

1800

261

141,15

Челябинск

240

173

36,54

Чита

1344

275

129,36

Чишмы (Башкортостан)

192

263

62,28

Рис. П.1.1. Графики дляопределения осредненной величины морозного пучения lпуч.ср

Примечания: 1. Кривую (II - V)выбирают в соответствии с табл. 4.2; 2. Кривую IIа выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнениярабочего слоя, кривую IIб при 1-й схеме увлажнения.

Рис. П.1.2. Зависимостькоэффициента Кугв от расстояния от низа дорожной одежды дорасчетного УГВ или УПВ.

1 - супесь тяжелая и тяжелая пылеватая,суглинок; 2 - песок, супесь легкая и легкая крупная.

Рис. П.1.3. Зависимостькоэффициента Кнагр от глубины промерзания zпр от поверхности покрытия:

1 - супесь тяжелая и пылеватая; суглинок; 2 -песок; супесь легкая, крупная

Рис. П.1.4. Карта изолинийглубины промерзания zпр(ср) грунтов на территории СНГ:

1 - граница сплошного распространениявечномерзлых грунтов; 2 - то же, островного; 3 - границы стран СНГ

Рис. П.1.5. График дляопределения коэффициента С, используемого для вычисления весенней влажности

Рис. П.1.6. Номограммы дляопределения DWотн при значениях F.

а - при F < 1; б - при F ³ 1.

Приложение 2

Примеры расчета

Пример 1.

Определить толщинутеплоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» для дороги в районе г. Москвы.

Исходные данные.

1. Дорога IIIтехнической категории.

2. Участок дороги расположенво II2дорожно-климатической подзоне.

3. Высота насыпи составляет1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,70 м.

4. Схема увлажнения рабочегослоя земляного полотна - III.

Глубина залегания грунтовыхвод - 0,5 м.

5. Грунт насыпи иестественного основания - суглинок тяжелый пылеватый, который относится ксильнопучинистым грунтам.

6. Конструкция дорожнойодежды:

плотный асфальтобетон - 5 см;

пористый асфальтобетон -15см;

известняковый щебень - 30 см;

среднезернистый песок - 20см.

7. Коэффициенттеплопроводности «Пеноплэкса» составляет 0,028 Вт/мк.

8. Срок службы дорожнойодежды между капитальными ремонтами - 10 лет.

Расчет

1. По табл. 3Приложения 1 МСН-2000 определяем коэффициенты теплопроводности материаловконструктивных слоев дорожной одежды:

Материал

Толщина слоя hод(i), см

Коэффициент теплопроводности lод(i), Вт/(мК)

Плотный асфальтобетон

5

1,40

Пористый асфальтобетон

15

1,25

Известняковый щебень

30

1,39

Крупнозернистый песок

20

2,03*

* Среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности lт и lм для песка в талом (lт) и мерзлом (lм) состоянии:

lср = 1,74 +2,32 = 2,03 (Вт/мК).

Определяем Rод(о):

Rод(о) =  = 0,05 : 1,40 + 0,15: 1,25 + 0,30 : 1,39 + 0,20 : 2,03 = 0,47 (м2К/Вт);

2. По табл. 2.3 длясильнопучинистых грунтов находим Спуч = 1,5.

При толщине дорожной одежды hод = 0,70 м расстояние от низадорожной одежды до УГВ Нg составит 1,3 м.

3. Принимаем допустимуюглубину промерзания hпр(доп) 0 - 50 и по табл. 2.4 методом интерполяции междуhод= 0,50 м и hод = 1,0 м определяем Ср = 0,81.

4. Находим lдоппучСр= 4 : (1,5 × 0,81) = 3,3. При Нg = 1,3 м по номограмме рис. 2.3 получаем значение hпр(доп) = 82 см.

5. Поскольку значение Србыло определено для интервала hпр(доп) 0 - 50, возвращаемся к табл.2.4и находим при hпр(доп) = 0,82 м и hод = 0,70 м.

Ср = 0,78. Дляэтих значений по номограмме рис. 2.3 определяем Rпр = 0,86 и по формуле (2.2)

Rод(тр) = 0,86 × 0,90 × 1,0 × 0,95 = 0,74 м2К/Вт.

6. По формуле (2.1)определяем толщину теплоизолирующего слоя.

hп = 0,028 Вт/мК × (0,74 - 0,47) ×  ×  м2К/Вт =0,013 м.

Полученная толщинатеплоизолирующего слоя составляет 1,3 см.

Исходя из минимальной толщиныплиты, назначаем толщину теплоизолирующего слоя 3 см.

Расчет окончен.

Пример 2.

Определить толщинутеплоизолирующего слоя из «Пеноплэкса» на основе коэффициента влагопроводности.

Исходные данные.

1. Автомобильная дорога II категориирасположена в регионе Нижнего Новгорода.

2. Грунт земляного полотна -супесь тяжелая пылеватая.

3. Глубина выемки составляет100 см.

4. Расчетный уровеньгрунтовых вод - на глубине 120 см от поверхности земляного полотна.

5. Экспериментальноустановленное значение коэффициента влагопроводности Квл = 5 см2/ч.

6. Начальная влажность Wн = 0,12, предел текучести Wт = 0,18, плотность сухогогрунта rсух = 1,66 г/см3.

7. Суммарная толщина дорожнойодежды, имеющей асфальтобетонное покрытие, равна 60 см.

Расчет.

1. Из табл. П.1.7находим для Нижнего Новгорода tвл = 1440 ч, tпр = 182 суток, s= 26,21.

2. Вычисляем по зависимости (2.6)значение критерия осеннего влагонакопления

3. Определяем параметр М всоответствии с (2.7)

М = (160 - 60)/120 = 0,83 см.

4. По графику рис. 2.4находим DWотн = 0,73.

5. Приняв rт =2,68, получим Wпв = 1/1,66 - 1/2,68 = 0,23.

6. По зависимости (2.10)вычисляем характеристику скорости промерзания

7. Используя (2.8), вычисляемкритерий зимнего влагонакопления Z.

8. По графику рис. 2.5находим С = 1,50.

9. Для супеси тяжелойпылеватой из табл. 2.6 находим Wh = 0,09 и Wнз = 0,06.

10. С помощью (2.5) находим

Wвесср = 0,09 + [0,12 + 0,73(0,23 - 0,12) - 0,09] × 1,50 = 0,26.

11. По зависимости (2.4)находим величину допускаемой глубины промерзания грунта

12. Определяем по формуле (2.3)требуемую толщину hs теплоизолирующего слоя из «Пеноплэкса»:

Расчет окончен.

 

1 491
Мне нравится
Комментировать Добавить в закладки

Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.

Пожалуйста зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.