Учебное пособие 800553

Рис.6.5. Карта с изолиниями для определения требуемых значений термического сопротивления дорожной одежды: I-X – номера изолиний; 1 – граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 – то же, островного; 3 – Северный полярный круг

Значения коэффициента теплопроводности λмз можно принимать по фактически измеренным значениям. При их отсутствии допускается принимать значения коэффициента теплопроводности материала по данным, приведенным в прил. 3 (табл. П.3).

Величину требуемого термического сопротивления Rод(тр) вычисляют по формуле

где Rпр – приведенное термическое сопротивление, м2 К/Вт; Код – коэффициент, учитывающий срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами, принимается по табл.6.7; Кувл – коэффициент, учитывающий схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна, принимаемый при 2-й и 3-й схе-

мах увлажнения равным единице, а при 1-й схеме увлажнения – по табл.6.8.; δ - понижающий коэффициент.

Значения понижающего коэффициента принимаются: для II1, II5 и III5 до- рожно-климатических подзон равным 1,0; для II2, II4 и II6 подзон равным 0,95;

91

для III дорожно-климатической зоны равным 0,90; для IV дорожно - климатической зоны равным 0,85.

Приведенное термическое сопротивление Rпр определяется при помощи

номограммы (рис.6.6) методом итерации через отношение lдоп/(Спуч Ср) (горизонтальная ось номограммы).

Значение lдоп определяется по табл.6.3, Спуч – показатель, определяемый в зависимости от типа грунта земляного полотна по пучинистости, табл. 6.9; Ср

Примечание. Группу грунта по степени пучинистости допускается определять при помощи табл. 6.1 и 6.2.

92

Рис.6.6. Номограмма для определения приведенного термического сопротивления дорожной одежды Rпр: I-X – номера изолиний на карте (см. рис.6.5); 1 – кривая расчета для 1 и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляного полотна; Hγ – глубина залегания расчетного УГВ от низа дорожной одежды, включая морозозащитный слой

93

Таблица 6.10

Значение коэффициента Ср

Примечание. При промежуточных значениях толщины дорожной одежды следует принимать значение Ср по интерполяции соответствующих величин.

При определении коэффициент Ср принимают общую толщину дорожной одежды, отвечающую требованиям морозоустойчивости hдо.необх. Допустимую глубину промерзания hпр(доп) подбирают таким образом, чтобы получаемому значению отношения lдоп/(Спуч Ср) соответствовала величина hпр(доп) на вертикальной оси номограммы, равная принятой при определении Ср. Подбор нужно начинать со значения hпр(доп), соответствующего наименьшей допустимой глубине промерзания.

При использовании номограммы (рис.6.6) необходимо учитывать следующие особенности: если глубина залегания подземных вод на участке дороги отличается от указанных в номограмме, то нужно определить два ближайших

значения Rпр – одно при значении Hγ на номограмме более, а другое при значе-

нии Hγ на номограмме менее данного. Искомое значение Rпр устанавливают методом интерполяции между соответствующими величинами.

После завершения расчета толщины морозозащитного слоя по формуле (6.6) сравнивают полученное значение hмз с предварительно назначенной вели-

94

чиной hмз. Разница не должна быть более 5 см. В противном случае расчет не-

обходимо повторить, задавшись новой толщиной морозозащитного слоя hмз. Расчет толщины теплоизолирующего слоя осуществляется так же, как и

морозозащитного. Теплоизолирующие слои применяются в тех случаях, когда технически невозможны или экономически нецелесообразны традиционные мероприятия по обеспечению морозоустойчивости конструкции.

В качестве теплоизолятора могут быть использованы: легкие бетоны, пенопласт, теплоизоляционные композиции из местных материалов или отходов промышленности, укрепленных вяжущими, и пористых заполнителей (керамзита, перлита, аглопорита, гранул полистирола, измельченных отходов пенопласта).

Толщину теплоизолирующего слоя определяют по графику, приведенному на рис.6.7, в зависимости от Rод(тр) и Rод(о). При проведении расчетов значения показателя пучинистости грунта Спуч определяют по табл.6.11.

Таблица 6.11

Рис.6.7. График для определения необходимой толщины теплоизолирующего слоя из пенопласта

95

Вопросы для самопроверки

1.Как классифицируются грунты по степени пучинистости ?

2.Какие грунты наиболее подвержены пучению ?

3.При соблюдении какого условия дорожная одежда считается морозоустойчивой ?

4.От чего зависит допускаемая величина морозного пучения ?

5.Какие мероприятия по регулированию водно-теплового режима могут быть предусмотрены на стадии проектирования для обеспечения морозоустойчивости дорожной одежды ?

6.В каких случаях проверка дорожной одежды на морозоустойчивость может не производиться ?

7.От каких параметров зависит расчетная величина морозного пучения ?

8.Какие материалы используются при устройстве морозозащитного слоя ?

9.Для каких материалов коэффициент теплопроводности определяется как среднеарифметическая величина коэффициентов для талого и мерзлого состояния ?

10.Как производится расчет теплоизолирующего слоя ?

11.В каких случаях применяются теплоизолирующие слои в дорожных конструкциях ?

12.Какие материалы могут быть использованы в качестве теплоизоляторов ?

96

7.ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ПО ОСУШЕНИЮ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

В зимний период в связи с процессами миграции влаги из нижних теплых слоев грунта к границе промерзания в морозозащитном слое дорожной одежды и подстилающем грунте накапливается вода, образуя ледяные линзы и прослойки.

Весной грунт под проезжей частью оттаивает быстрее, чем на обочинах, покрытых снегом. Вода, накопившаяся в грунте за зиму, выжимается вверх в

песчаное основание. Поверхность неоттаявшего мерзлого грунта приобретает вогнутое очертание, образуя так называемый донник, в котором скапливается выделяющаяся при оттаивании грунтовая вода, лишенная возможности просачиваться вниз. Схема оттаивания земляного полотна приведена на рис.7.1.

Рис.7.1. Неравномерное оттаивание земляного полотна: 1 – оттаявший грунт; 2 – переувлажненный оттаявший грунт; 3– мерзлый грунт

При проезде автомобилей в переувлажненном подстилающем грунте возникают гидродинамические напоры, сопротивление грунта сдвигу снижается, что может привести к разрушению дорожной одежды. Поэтому в конструкции дорожной одежды должна быть предусмотрена возможность своевременного отвода выделившейся воды через дренирующие слои из хорошо фильтрующих материалов – песка, щебня и отгрохоченного гравия, имеющих коэффициент фильтрации не менее 1 м/сут.

Дренирующий слой дорожных одежд относят к системе дорожного водоотвода. Для отвода воды в резервы или боковые канавы дренирующий слой выводится на откосы насыпи по всей длине дороги.

В благоприятных гидрогеологических условиях сплошной вывод песчаного слоя на откосы насыпи или в боковые канавы может быть заменен устройством дренажных воронок. Схема дренажных воронок приведена на рис. 7.2.

Дренажные воронки заполняют хорошо дренирующим материалом (одноразмерным щебнем, галькой размером 40—60 мм и т.д.), по которому вода просачивается из земляного полотна. Дренажные воронки имеют сечение 0,4x0,2 м, и их располагают через 4—6 м в шахматном порядке.

Пропускная способность дренажных воронок невелика, поэтому для отвода воды, заполнившей поры песчаного основания, необходимо значительное время. Кроме того, в период весеннего оттаивания, наиболее ответственный для до-

97

рожной конструкции, воронки находятся в промерзшем состоянии и не могут отводить воду, поступающую под проезжую часть и скапливающуюся в песчаном дополнительномслоеоснования.

Рис.7.2. Дренажные воронки: а — разрез по полотну дороги; б — примыкание воронки к песчаному слою при малых уклонах;

в — то же при уклоне более 10 ‰; 1 — прослойка дерна или мха; 2 — щебень или гравий; 3 — дорожная одежда

В местах с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями воду из дренирующего слоя отводят поперечными и продольными дренажными трубками из асбоцементных или керамических (гончарных) труб. Схема установки дренажных трубок приведена на рис.7.3.

Рис.7.3. Дренажные трубки, укладываемые в песчаный слой: а — продольная труба; б — приемная часть поперечной трубы; в — то же в плане; I — обочина; 2 — слои дорожной одежды; 3 — песчаный слой

При использовании дренажных трубок необходимо принимать меры, предотвращающие прониканиепотокахолодноговоздухавземляноеполотно.

Вместо трубок могут быть устроены прорези, заполненные крупным дренирующимматериалом.

Дренажная система дорожной одежды включает плоскостной горизонтальный дренаж, дополняемый, если требуется, прикромочным дренажом и поперечнымдренажоммелкогозаложения.

Комбинированный плоскостной горизонтальный дренаж является универсальным мероприятием для большинства участков дорог.

98

Поперечный дренаж мелкого заложения устраивают для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги, на участках с продольным уклоном свыше 20‰, а также с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные; в местах вогнутых вертикальных кривых и на участках уменьшения продольного уклона.

Ввесенний период, дренирующий слой собирает воду, которая попадает из верхних слоев земляного полотна при таянии ледяных прослоек, образовавшихся на пучинистых участках в процессе зимнего влагонакопления. Дренирующие песчаные слои особенно важно устраивать во II и III дорожно-климатических зонах, припылеватых грунтахземляного полотна.

Взависимости от ширины проезжей части и климатических особенностей района строительства песчаные материалы для дренирующего слоя должны в уплотненном состоянии иметь коэффициент фильтрации от 3 до 10 м /сут. Толщину подстилающего песчаного слоя назначают не менее указанной в табл.7.1.

Наиболее сложным для работы дренирующих слоев является весенний период, когда основание под серединой проезжей части оттаяло, а у краев еще находится в мерзлом состоянии и водоотводные устройства не работают.

Скорость оттаивания грунта земляного полотна под проезжей частью во II и III дорожно-климатических зонах может достигать 5 см в день. Скорость оттаивания обочин меньше и составляет в среднем 3 см. В связи с этим отвод воды из донника задерживается на 3-6 дней. Поэтому конструкция дренирующего слоя должна обеспечивать размещение в порах песка всей воды, накапливающейся за этот период.

99

На начальном этапе проектирования дорожной одежды толщину песчаного дополнительного слоя основания назначают конструктивно или из условия морозоустойчивости. Затем ее проверяют на возможность размещения в порах песчаного слоя воды, поступающей за период от начала оттаивания до начала работы отводящих дренажных устройств, и ее отвода через песчаный слой. При этом необходимо учитывать, что полное заполнение пор может быть допущено только в нижней части песчаного слоя. В верхней его части песок должен находиться только в состоянии капиллярного водонасыщения.

Таким образом, при проектировании должна быть предусмотрена запасная дополнительная толщина песчаного слоя находиться только капиллярная влага.

Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глинистых грунтов). Она проектируется во II дорожно-климатической зоне при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна, в III зоне – при 2-й и 3-й схемах, вIV иV зонах– толькопри3-йсхеме(см. прил. 2, табл.П.2.3).

Схему увлажнения на участках дороги, где в придорожной полосе застаивается вода, определяют с учетом расстояния lу от бровки земляного полотна до уреза воды, застаивающейся осенью в придорожной полосе. При отсутствии фактических данных следует принимать для супесей lу = 10 м, для суглинков легких и пылева-

тыхlу = 3 м, длясуглинковтяжелыхиглинlу = 2 м.

В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция может быть рассчитананаодинизтрехвариантовееработы:

-наосушение;

-наосушениеспериодомзапаздыванияотводаводы;

-напоглощение.

При проектировании дренирующего слоя следует, помимо осушения, учитывать необходимость обеспечения сдвигоустойчивости самого зернистого материала и прочности всей дорожной конструкции.

Дренажную конструкцию проектируют с учетом объема воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период, фильтрационной способности материала дренирующего слоя и конструкции земляного полотна.

Дренирующий слой, работающий по принципу осушения, необходимо устраивать из песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси (щебня или гравия) открытого типа (с незаполненными пустотами), отвечающих определенным требованиям по водопроницаемости. Для устройства дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, следует применять материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Если слой выполняет одновременно дренирующие и морозозащитные функции, рекомендуется применять материалы с коэффициентом фильтрации 1-2 м/сут.

100