Gosy / гос.экз / проектирование / Задача 9

Задача 9

Проверка дорожной конструкции на морозоустойчивость

Конструкция считается морозоустойчивой, если соблюдено условие:

,

где - расчётное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта.

При предварительной проверке на морозоустойчивость величину возможного морозного пучения следует определять по формуле:

=*****,

где - величина морозного пучения при осреднённых условиях, определяемая по рисунку 4.3 ОДН в зависимости от толщины дорожной одежды, группы грунта по степени пучинистости (табл. 4.1) и глубины промерзания ();

- коэффициент, учитывающий влияние расчётной глубины залегания УГВ или длительно стоящих поверхностных вод () (рисунок 4.1 ОДН); при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжёлой и пылеватой и суглинка =0,53; для песка и супеси - =0,43;

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (таблица 4.4 ОДН);

- коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки (таблица 4.5);

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем грунте и зависящий от глубины промерзания (таблица 4.2 ОДН);

- коэффициент, зависящий от расчётной влажности грунта (таблица 4.6 ОДН).

Глубину промерзания можно определить по формуле:

=*1,38

где - средняя глубина промерзания для данного района (рисунок 4.4 ОДН).

При глубине промерзания дорожной конструкции до 2 м устанавливают по графикам (рисунок 4.3 ОДН).; при 2,0 – 3,0 м вычисляют по формуле:

=*[+(-)],

- величина морозного пучения при =2,0м.

=1,0; =0,16; =2,0 при 2,02,5;

=1,08; =0,08; =2,5 при 2,53,0;

Если при расчётном сроке службы до 10 лет полученная величина возможного пучения будет превышать требуемую, а при сроке службы более 10 лет будет превышать 80% от требуемой, требуется рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя. В этом случае предварительно определяют ориентировочную требуемую толщину морозоустойчивой конструкции дорожной одежды с использованием графиков на рисунке 4.3 ОДН. Для этого, зная допустимую величину морозного пучения , рассчитывают среднюю величину морозного пучения по формуле:

= /****,

Затем по графику (рисунок 4.3 ОДН) определяют в соответствии с группой грунта постели пучинистости.

Толщина морозозащитного слоя определяем по формуле:

=(-),

где - термическое сопротивление рассматриваемой конструкции дорожной одежды (м²К/Вт);

- требуемое термическое сопротивление рассматриваемой конструкции дорожной одежды (м²К/Вт).

=,

где - приведенное термическое сопротивление, определяемое при помощи номограмм (П.4.12 ОДН);

- коэффициент, учитывающий срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами;

- коэффициент, учитывающий схему увлажнения рабочего слоя земельного полотна (для II и III типа местности =1,0)

 - понижающий коэффициент, принимаемый:

для II₁; II₃; II₅ ДКЗ равным 1,0;

для II₂; II₄; II₆; - 0,95; III-ей ДКЗ – 0,90.

=/,

где п – число конструктивных слоёв;

- толщина i–го слоя, м;

- коэффициент теплопроводности отдельных слоёв в мёрзлом состоянии, Вт/мк;

- коэффициент теплопроводности морозозащитного слоя, равный среднеарифметическому значению коэффициентов теплопроводности материала слоя в талом и мёрзлом состоянии, Вт/мк.

После завершения расчёта толщины морзозащитного слоя сравнивают полученное значении с предварительно назначенной величиной . Разница не должна быть более 5 см. в противном случае расчёт необходимо повторить.

Пример расчёта

Исходные данные:

– дорога III технической категории

– II₂ ДКЗ – Московская обл.

– высота насыпи – 1,50 м

– схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна III

– глубина залегания грунтовых вод – 1,2 м

– грунт насыпи – суглинок тяжёлый пылеватый.

Конструкция дорожной одежды:

Материалы	Толщина слоя , м	Коэффициент теплопроводности
Плотный асфальтобетон	0,05	1,40
Пористый асфальтобетон	0,10	1,25
Щебень, укреплённый вязким битумом	0,16	1,28
ПЩС	0,18	2,10
Крупнозернистый песок	0,20	2,03

Поскольку в период промерзания дорожной конструкции песок находится сначала в талом, а затем в мёрзлом состоянии, в расчёт вводится среднеарифметическое значение коэффициентов теплопроводности и .

1) По карте на рисунке 4.4 ОДН определяем среднюю глубину промерзания для условий II₂ ДКЗ, умножаем её на поправочный коэффициент и находим таким образом глубину промерзания дорожной одежды :

=1,40*1,38=1,93 м  2,0 м

2) Для глубины промерзания 2,0 м по номограмме (рисунок 4.3 ОДН) по кривой для сильнопучинистых грунтов (группа IV) при толщине дорожной одежды 0,69 м определяем величину морозного пучения = 7,2 см.

По соответствующим таблица и графикам находим коэффициенты:

= 0,7 (рисунок 4.1)

= 1,2 (таблица 4.4)

= 1,3 (таблица 4.5)

= 0,92 (рисунок 4.2)

= 1,1 (таблица 4.6). относительная влажность грунта W / W_T определена при помощи таблицы П.2.1 (W / W_T = 0,72).

Находим величину пучения для данной конструкции:

= =7,2*0,7*1,2*1,3*0,92*1,1=7,96 см.

Поскольку для данного типа дорожных одежд допускаемая величина пучения согласно таблице (4.3) составляет 4 см, следует выполнить расчёт морозозащитного слоя

Предварительно ориентировочно определяем необходимую толщину морозозащитного слоя по допустимой величине пучения =4см. Для этого определяем величину морозного пучения для осреднённых условий , при которой пучение для данной конструкции не превышает 4 см.

= /****=

=4/0,7*1,2*1,3*0,92*1,1=3,62 см.

По номограмме на рисунке 4.3 ОДН определяем необходимую толщину дорожной одежды =125 см, отсюда толщина морозозащитного слоя =1,25 – 0,69 = 0,56 м.

Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчёт с учётом теплофизических характеристик отдельных слоёв (таблица П.5.1). Задаёмся =0,60 м.

Для использовании в морозозащитном слое назначается крупнозернистый песок.

3) Определяем термическое сопротивление дорожной одежды без морозозащитного слоя.

= 0,05/1,4+0,10/1,25+0,16/1,28+0,18/2,10+0,2/2,03=

=(0,036+0,08+0,125+0,086+0,099) = 0,426 (м²К/Вт)

По карте изолиний на рисунке 4.5 ОДН определяем номер изолинии V.

4) По таблице 4.9 находим =1,35.

5) По таблице 4.10 при общей толщине дорожной одежды =1,25м для сильнопучинистого грунта при помощи интерполяции определяем =0,70.

6) Вычисляем отношение /(*) = 4/(1,35*0,7) = 4,23 см.

7 По номограмме на рисунке 4.6 ОДН определяем методом интерполяции приведенное термическое сопротивление = 0,73.

8) По таблице 4.7 ОДН = 0,90, = 1,0,  = 0,95.

По формуле = = 0,73*0,9*1*0,95 = 0,624 (м²К/Вт)

9) =(-) = (0,624 – 0,426)*2,03 = 0,40 м.

10) Разница между полученными и заданными значениями превышает 5 см. Задаёмся новым значением = 50 см.

11) По таблице 4.10 ОДН при общей толщине дорожной одежды 119 см для сильнопучинистого грунта при помощи интерполяции определяем =0,69.

12) Вычисляем отношение /(*) = 4/(1,19*0,69)=5,08 см.

13) По номограмме на рисунке 4.6 ОДН определяем =0,79(м²К/Вт).

14) По таблице 4.7 = 0,9, = 1,0,  = 0,95.

15) =0,79*0,9*1,*0,95=0,69 (м²К/Вт).

16) = (0,69 – 0,426)*2,03=0,54 см

Разница между полученным и заданным значениями не превышает 5 см. Принимаем =0,50 м.

Задача 9.1

Произвести проверку дорожной конструкции на морозоустойчивость при следующих исходных данных:

– техническая категория дороги II

– область проектирования – Омская обл.

– высота насыпи – 1,8 м

– схема увлажнения рабочего сдоя земляного полотна III

– глубина залегания грунтовых вод – 1,0 м

– грунт насыпи и грунтовое основание – супесь легкая пылеватая.

Конструкция дорожной одежды:

– асфальтобетон плотный – 6 см

– асфальтобетон пористый – 7 см

– щебень чёрный – 12 см

– цсментогрунт – 18 см

– среднезернистый песок – 30 см

1. Необходимо произвести предварительную проверку на морозоустойчивость.

2. При необходимости произвести расчёт необходимой толщины морозозащитного слоя.

3. Сравнить толщину морозозащитного слоя полученную расчётом с предварительно назначенной величиной. Если разница превышает 5 см расчёт повторяется.

Вопросы

1. В чём заключается методика проверки дорожной конструкции на морозоустойчивость?

2. Какие материалы используют для устройства теплоизолирующих слоёв?

3. Какие ещё дополнительные расчёты выполняют при проектировании нежёстких дорожных одежд и в чём они заключаются?

4. Какие грунтыы относят к пучинистым? Как происходит процесс пучинообразования?

5. В чем заключается проектирование «оптимальной» дорожной конструкции.