5. Проектирование теплоизоляционной подушки.

В процессе эксплуатации земляного полотна железных дорог (и не только железных) в зимний период наблюдается постепенное поднятие грунта, которое увлекает за собой всю конструкцию верхнего строения пути. Этот процесс продолжается в течение всей зимы пока грунт не промерзнет до максимальных для данного региона глубин. Но наибольшие трудности в эксплуатации вызывает не собственно само пучение, а неравномерное вспучивание отдельных участков земляного полотна. Как правило, такие процессы наиболее интенсивно наблюдаются в выемках большой глубины в силу близости поверхности грунтовых вод и использовании в качестве основания для верхнего строения пути грунтов в природном состоянии.

При устройстве противопучинной подушки исходят из тех соображений, что грунт подверженный морозному пучению в течение всей зимы не должен промерзать, т.е. градиент температур должен быть достаточно высок за счет устройства именно противопучинной подушки.

Запроектируем противопучинную подушку при следующих начальных условиях:

− район строительства: Пермская область;

− высота равномерного пучения: h₀=45 мм;

− материал подушки: ПС1-100 (накладная);

Расчет:

1) Определение глубины промерзания грунта

,

где d₀=0,23 – эмпирически полученный коэффициент в зависимости от вида грунта,

М_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячной отрицательной температуры за зимний период для Пермской области: М_t= – 54,6°

= =1,7 (м)

2) Определение толщины накладной подушки

Снег лежит внутри колеи и после прохода снегоочистителя остается 5 см.

Для I категории дороги и деревянных шпал:

m_сн/n_сн=0,18 ;m_щ=0,4 ;n_щ=1,3 ;m_песч=0,2 ;n_песч=1,2.

Толщина подушки m_под=0,15м, делаем вывод: 3 слоя по 0,05м.

3) Проектирование сопряжения подушки

а) Определяем длину сопряжения и делим ее на 3 части

,

где h₀ – величина равномерного пучения;

[i] – допустимый уклон

=45/0,0015=30 м

l_с1=10; l_с2=20; l_с3=30; l_с=30.

Длина блока ,

где n – количество плит,

а – ширина плиты пенопласта.

, определяем количество плит .

В итоге получаем 6 плит шириной 0,6м.

B=5.5 м − основная ширина покрытия;

Далее более точно определяем длину сопряжения:

Рис.5. Накладные подушки из пенопласта.

Теплотехнический расчет для определения толщины и ширины покрытия проводится при расчетном коэффициенте теплопроводности плит пенополитстиирола во влажном состоянии и максимальной сумме градусов суток отрицательной температуры за зиму с вероятностью ее превышения 1 раз в 10 лет.

Допускается приближенно определять толщину покрытия δ_пок по номограмме в зависимости от расчетной суммы градусосуток отрицательных температурΩ_р и толщины непучинистого слоя под покрытием m_неп. . При этом ширина покрытияиз плит пенополистирола В_пок назначется:

Для Свердловской области

Ω_р=(15,3*31+13,4*28+6,9*31+6,3*30+12,7*31)=1646,1 градусосуток

При значении 1600 < Ω_р ≤ 2000 ширина покрытия назначается В_пок=5,0 м.

Согласно номограмме толщина плит пенополистирола δ_пок=8 см.

Протяженность укладки покрытия из пенополистирола, укладываемого для ликвидации деформаций морозного пучения, принимают равной длине участка с деформациями с запасами на неточность определения его границ по 5-10 см с каждой стороны. Минимальная длина покрытия принимается 25 м.

Для обеспечения плавного перехода по жесткости и теплофизическим свойствам вдоль пути по концам покрытия из пенополистирольных плит в обязательном порядке устраивают сопряжения.

Сопряжения выполняют за счет постепенного уменьшения толщины плит до минимальной 4 см и далее при неизменной минимальной толщине плит с укладкой их с зазорами в продольном направлении, либо за счет постепенного уменьшения ширины покрытия.

Изменение толщины плит производиться ступенчато с шагом 1 см. При этом длина каждого участка с неизменной толщиной плит принимается 5-6 м.