ПРОВЕРКА ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ НА МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТЬ

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 15Следующая ⇒

4.1. В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидрологических условиях, наряду с требуемой прочностью и устойчивостью должна быть обеспечена достаточная морозоустойчивость дорожных одежд.

С этой целью применяют различные специальные мероприятия:

- использование непучинистых или слабопучинистых грунтов (табл.4.1, табл.4.2.) для сооружения верхней части земляного полотна, находящегося в зоне промерзания;

- осушение рабочего слоя земляного полотна (см. раздел 5), в том числе устройство дренажа для увеличения расстояния от низа дорожной одежды до уровня подземных вод; устройство гидроизолирующих или капилляропрерывающих прослоек для перехода от 2-ой или 3-й схемы увлажнения рабочего слоя земляного полотна к 1-й схеме;

- устройство морозозащитного слоя из непучинистых минеральных материалов, в т.ч. укрепленных малыми дозами минеральных или органических вяжущих;

- устройство теплоизолирующих слоев, снижающих глубину или полностью исключающих промерзание грунта под дорожной одеждой;

- устройство основания дорожной одежды из монолитных материалов (типа тощего бетона или других зернистых материалов, обработанных минеральным или органическим вяжущим).

Таблица 4.1

Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании (СНиП 2.05.02-85, прил.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

Таблица 4.2.

Группы грунтов по степени пучинистости (СниП 2.05.02-85, прил.2 табл.7)


Грунт	Группа
Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0, 05 до 2%	I
Песок гравелистый, крупный и средней крупности с содержанием частиц мельче 0, 05 до 15%, мелкий с содержанием частиц мельче 0, 05 до 15%, супесь легкая крупная	II
Супесь легкая; суглинок легкий и тяжелый, глины	III
Песок пылеватый; супесь пылеватая; суглинок тяжелый пылеватый	IV
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый	V

4.2. Конструкцию считают морозоустойчивой, если соблюдено условие

, (4.1)

где - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

- допускаемое для данной конструкции пучение грунта (табл.4.3).

Таблица 4.3


Тип дорожных одежд	Вид покрытия	Допустимая величина морозного пучения, ( ), см
Капитальные	асфальтобетонное
Облегченные	асфальтобетонное
Переходные	переходное

Примечание. В восточных районах II-III дорожно-климатических зон значения следует увеличивать на 20-40% (большие значения для облегченных и переходных дорожных одежд).

4.3. Расчет на морозоустойчивость необходимо выполнять для характерных участков или групп характерных участков дороги, сходных по грунтово-гидрологическим условиям, имеющим одну и ту же конструкцию дорожной одежды и схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

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

, (4.2)

где - величина морозного пучения при осредненных условиях, определяемая по рис.4.4 в зависимости от толщины дорожной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (табл.4.1) и глубины промерзания ( );

- коэффициент, учитывающий влияние расчетной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод ( ) (рис.4.1); при отсутствии влияния грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод следует принимать: для супеси тяжелой и пылеватой и суглинка = 0, 53; для песка и супеси легкой и крупной = 0, 43;

- коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя (табл.4.4);

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

- коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания (рис.4.2);

- коэффициент, зависящий от расчетной влажности грунта (табл.4.6).

Рис.4.1. Зависимость коэффициента от расстояния от низа дорожной одежды

до расчетного УГВ или УПВ: 1 - супесь тяжелая и тяжелая пылеватая, суглинок;

2 - песок, супесь легкая и легкая крупная

Рис.4.2. Зависимость коэффициента от глубины промерзания от поверхности покрытия:

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

Таблица 4.4


Коэффициент уплотнения
	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 4.5


Грунт
пески	1, 0
супеси	1, 1
суглинки	1, 3
глины	1, 5

Таблица 4.6


Относительная влажность	0, 6	0, 7	0, 8	0, 9
	1, 0	1, 1	1, 2	1, 3

4.5. Если данные натурных наблюдений отсутствуют, глубину промерзания дорожной конструкции допускается определять по формуле:

, (4.3)

где - средняя глубина промерзания для данного района, устанавливаемая при помощи карт изолиний (рис.4.4).

4.6. При глубине промерзания дорожной конструкции до 2 м устанавливают по графикам рис.4.3. При от 2, 0 до 3, 0 м вычисляют по формуле:

, (4.4)

где - величина морозного пучения при = 2, 0 м;

= 1, 0; = 0, 16; = 2, 0 при 2, 0< < 2, 5;

= 1, 08; = 0, 08; = 2, 5 при 2, 5< < 3, 0.

Рис.4.3. Графики для определения осредненной величины морозного пучения .

Примечания: 1. Кривую (II-V) выбирают в соответствии с табл.4.2;

2. Кривую IIa выбирают при 2-й и 3-й схеме увлажнения рабочего слоя, кривую IIб - при 1-й схеме увлажнения

Рис.4.4. Карта изолиний глубины промерзания грунтов на территории СНГ:

1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов;

2 - то же, островного; 3 - границы стран СНГ

4.7. Если при расчетном сроке службы до 10 лет полученная величина возможного пучения будет превышать требуемую (табл.4.3), а при сроке службы более 10 лет будет превышать 80% от требуемой, необходимо рассмотреть вариант устройства морозозащитного слоя. В этом случае предварительно определяют ориентировочно требуемую толщину морозоустойчивой конструкции дорожной одежды, используя графики рис.4.3. Для этого, зная допустимую величину морозного пучения , рассчитывают среднюю величину морозного пучения по формуле:

. (4.5)

Затем по графику рис.4.3 в соответствии с группой грунта по степени пучинистости определяют .

4.8. Уточненный расчет толщины морозозащитного слоя ( ) выполняют по термическому сопротивлению конструкций. Для этого необходимо иметь следующие исходные данные:

- географическое местоположение рассматриваемого участка дороги;

- конструкцию дорожной одежды (наименование и толщина слоев), необходимую по условиям прочности и дренирования;

- схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна (1, 2 или 3) и расчетную глубину залегания подземных вод от поверхности покрытия;

- наименование грунтов земляного полотна;

- расчетный срок службы дорожной одежды.

4.9. Толщину морозозащитного слоя определяют по формуле:

, (4.6)

где - термическое сопротивление рассматриваемой конструкции дорожной одежды, [м К/Вт];

- требуемое в данных условиях термическое сопротивление дорожной одежды, [м К/Вт];

- коэффициент теплопроводности морозозащитного слоя, равный среднеарифметическому значению коэффициентов теплопроводности материала слоя в талом и мерзлом состояниях, Вт/(мК).

При отсутствии фактически замеренных значений в расчет допускается включать табличные значения (табл.П.5.1).

определяют в зависимости от номера изолинии на карте (рис.4.5), соответствующей географическому положению рассматриваемого участка дороги. При расположении участка между изолиниями определяют два значения и вычисляют два значения , соответствующих этим изолиниям. Искомую толщину морозозащитного слоя определяют методом интерполяции в зависимости от расстояния от рассматриваемого участка дороги до соседних изолиний.

Рис.4.5. 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

4.10. Термическое сопротивление дорожной одежды вычисляют по формуле:

, [м К/Вт], (4.7)

где - число конструктивных слоев дорожной одежды без морозозащитного слоя;

- толщина i-го слоя, м;

- коэффициент теплопроводности отдельных слоев в мерзлом состоянии, Вт/(мК).

4.11. Величину требуемого термического сопротивления вычисляют по формуле:

, [м К/Вт], (4.8)

где - приведенное термическое сопротивление, определяемое при помощи номограммы (см. п.4.12);

- коэффициент, учитывающий срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами (табл.4.7);

- коэффициент, учитывающий схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна, принимаемый при 2-й и 3-й схемах увлажнения равным единице, а при 1-ой схеме увлажнения - по табл.4.8;

- понижающий коэффициент, принимаемый для II , II и II дорожно-климатических подзон равным 1, 0; для II , Il и II подзон равным 0, 95; для III-ей дорожно-климатической зоны равным 0, 90; для IV дорожно-климатической зоны равным 0, 85 (схему дорожно-климатических зон см. Приложение 2).

Таблица 4.7


N изолинии на карте (рис.4.5)	Значение коэффициента 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 4.8


N изолинии на карте (рис.4.5)	Значение коэффициента при первой схеме увлажнения слоя земляного полотна
I	0, 8
II	0, 65
III	0, 55
IV	0, 45
V	0, 40
VI	0, 35
VII	0, 30
VIII	0, 30
IX	0, 25
X	0, 25

4.12. определяют с помощью номограммы (рис.4.6) методом итерации через отношение (горизонтальная ось номограммы). Значения , и определяют соответственно по табл.4.3, 4.9, и 4.10.

Таблица 4.9


N изолинии на карте (рис.4.5)	Значение показателя для грунтов:
	Слабопучинис- тых	Пучинистых	Сильнопучи- нистых	Чрезмерно- пучинистых
I	0, 70	1, 40	2, 10	2, 80
II	0, 60	1, 25	1, 85	2, 50
III	0, 55	1, 10	1, 65	2, 20
IV	0, 50	1, 00	1, 50	2, 00
V	0, 45	0, 90	1, 35	1, 80
VI	0, 40	0, 80	1, 20	1, 60
VII	0, 35	0, 70	1, 05	1, 40
VIII	0, 30	0, 60	0, 90	1, 20
IX	0, 25	0, 50	0, 75	1, 00
X	0, 20	0, 40	0, 60	0, 80
Примечание. Группу грунта по степени пучинистости допускается определять с помощью табл.4.1 и 4.2.

Таблица 4.10


Грунт земляного полотна	Значение коэффициента в зависимости от толщины дорожной одежды ( , м) и допустимой глубины промерзания ( , см)
	= 0, 5	= 1, 0	= 1, 5	= 2, 0

	0-50	51-100	> 100	0-100	> 100	0-100	> 100	0-100	> 100
Песок пылеватый	0, 60	0, 55	0, 50	0, 50	0, 45	0, 45	0, 40	0, 40	0, 35
Супесь легкая	0, 70	0, 65	0, 60	0, 60	0, 55	0, 55	0, 50	0, 50	0, 45
Супесь пылеватая	0, 75	0, 70	0, 65	0, 65	0, 60	0, 60	0, 55	0, 55	0, 50
Суглинок легкий, суглинок легкий пылеватый	0, 80	0, 75	0, 70	0, 70	0, 65	0, 65	0, 60	0, 60	0, 55
Суглинок тяжелый, суглинок тяжелый пылеватый, глина	0, 85	0, 80	0, 75	0, 75	0, 70	0, 70	0, 65	0, 65	0, 60
Примечание. При промежуточных значениях толщины дорожной одежды следует принимать значение по интерполяции соответствующих величин.

Рис.4.6. Номограмма для определения требуемого термического сопротивления дорожной одежды :

I-X - номера изолиний на карте (рис.4.5);

1 - кривая расчета для 1-го и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляного полотна;

- глубина залегания расчетного УГВ от низа дорожной одежды, включая морозозащитный слой

При назначении величины по табл.4.10 подбирают допустимую глубину промерзания , таким образом, чтобы получаемому значению отношения соответствовала величина на вертикальной оси номограммы, равная принятой при определении . Подбор нужно начинать со значения , соответствующего наименьшей допустимой глубине промерзания.

Расстояние от низа дорожной одежды до уровня подземных вод, необходимое для использования номограммы, определяют, приняв за исходную полученную в соответствии с п.4.6 ориентировочную толщину морозозащитного слоя и вычислив при заданном общую толщину дорожной одежды .

При глубине залегания подземных вод на участке дороги, отличающейся от указанных на номограмме, нужно определить два значения . Одно - при значении на номограмме более, а другое - при значении на номограмме менее данного. Искомое значение устанавливают методом интерполяции между соответствующими вел

ичинами.

4.13. После завершения расчета толщины морозозащитного слоя по формуле (4.6) сравнивают полученное значение с предварительно назначенной величиной . Разница не должна быть более 5 см. В противном случае расчет необходимо повторить.

4.14. Расчет толщины теплоизолирующего слоя осуществляется так же, как и морозозащитного. В расчет следует включать толщину дорожной одежды, необходимую по условиям обеспечения прочности и дренирования, а также значения показателя пучинистости грунта (табл.4.11); толщину теплоизолирующего слоя следует определять по графику (рис.4.7) в зависимости от и .

Рис.4.7. График для определения необходимой толщины теплоизолирующего слоя из пенопласта

Таблица 4.11


Значения показателя для грунтов
Слабопучинистых	Пучинистых	Сильнопучинистых	Чрезмерно- пучинистых
0, 50	1, 0	1, 5	2, 0

4.15. Пенопласт, используемый для устройства теплоизолирующего слоя, должен удовлетворять следующим требованиям: прочность на сжатие при 10% линейной деформации не менее 0, 40 МПа, предел прочности при изгибе - не менее 0, 70 МПа, водопоглощение по объему - не более 0, 45, теплопроводность - не более 0, 032 Вт/(мК) (при методах испытания по действующим ГОСТам). Выбор нужной марки пенопласта следует проводить с учетом результатов опытной проверки на дорогах.

4.16. Если рабочий слой земляного полотна включает два слоя из грунтов с различной пучинистостью (что может быть предусмотрено в целях сокращения объемов привозного менее пучинистого грунта), толщину морозозащитного слоя при верхней части рабочего слоя из менее пучинистого грунта следует рассчитывать по формуле:

(4.9)

где - толщина морозозащитного слоя, которая необходима в случае полной замены местного грунта на привозной менее пучинистый, м;

- толщина морозозащитного слоя, которая необходима при однослойной конструкции земляного полотна из местного грунта, м;

- допустимая глубина промерзания земляного полотна в случае полной замены местного грунта на привозной менее пучинистый, м;

- толщина слоя замены грунта от низа дорожной одежды (без морозозащитного слоя), конструкция которой обеспечивает прочность и дренирование, м.

Расчет значений , и выполняется в соответствии с п.п.4.9-4.13. Максимальное значение равно + .

Расчет толщины теплоизолирующего слоя при замене верхней толщи земляного полотна на менее пучинистый грунт следует проводить так же, как для морозозащитного с

лоя.

4.17. Для определения величины морозного пучения, требуемой толщины морозозащитного или теплоизолирующего слоя может быть использована также методика, основанная на определении коэффициента влагопроводности грунта (см. Приложения 7.1 и 7.2). Методику рекомендуется использовать в порядке накопления опыта ее применения. Пример применения методики приведен в приложении 8 (пример 12).

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒