Расчет конструкций на морозоустойчивость

4.18. Зимнее вспучивание существенно не влияет на ровность покрытия и долговечность дорожной одежды, если общее поднятие проезжей части в процессе промерзания конструкции не превышает следующих значений l_доп (в сантиметрах) по формуле (4.1):

Капитальная одежда:

Цементобетонное монолитное покрытие ……………………………………………… 3

” сборное покрытие …………………………………………………... 4

Асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая смесь I и II марок) …………………. 4

Облегченная одежда:

Асфальтобетонное покрытие (горячая и теплая смесь III марки) ……………………. 6

Переходная одежда …………………………………………………………………….. 10

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

4.19. Ожидаемое зимнее вспучивание дорожной конструкции зависит от размера зимнего влагонакопления в грунте земляного полотна, которое, в свою очередь, в основном зависит от глубины и скорости промерзания, условий увлажнения конструкции, возвышения верха земляного полотна над поверхностью земли и над уровнем грунтовых вод, свойств грунта и степени его уплотнения, толщины слоев стабильных материалов и их теплофизических свойств и других факторов.

Рис. 4.2. Номограмма для расчета конструкции на морозоустойчивость:

1 - слои из стабильных материалов; 2 - грунт земляного полотна; 3 - глубина промерзания

4.20. Для расчета конструкций на морозоустойчивость при z/H £ 1,0 при определении по номограмме (рис. 4.2) ожидаемого пучения l_пуч нужны значения следующих параметров:

z - расчетная глубина промерзания, см;

z₁ - толщина стабильных слоев дорожной одежды, в том числе и дополнительного морозозащитного слоя, см;

e_i - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (приложение 9);

Н - расчетная глубина залегания уровня грунтовых вод (УГВ), см;

В - комплексная характеристика грунта по степени пучинистости (табл. 4.2), см²/сут;

a₀ - климатический показатель, см²/сут.

С помощью номограммы (см. рис 4.2) можно найти значения любого из перечисленных параметров при известных остальных. Так, общую толщину слоев z₁ из стабильных материалов можно определить следующим образом. Вычислить отношение l_пуч a₀/(Bz) при l_пуч = l_доп, найти его значение на вертикальной оси номограммы, провести горизонтальную прямую до пересечения с кривой, соответствующей z/H, и, перенося эту точку на горизонтальную ось, получить значение z₁/z; откуда, зная z, найти z₁.

Рис. 4.3. Карта изолиний глубины промерзания z_ср грунтов на территории СССР:

1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 - то же, островного (глубиной до 25 м). Поправка, добавляемая к z_ср при определении глубины промерзания дороги:

zср, м	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4
Поправка, м	0,30	0,40	0,50	0,57	0,63	0,68	0,72	0,75	0,77

При расчете конструкции на морозоустойчивость при z/H > 1,0 можно ожидаемое пучение l_пуч и общую толщину стабильных слоев дорожной одежды (в том числе и дополнительного морозозащитного слоя, z₁), необходимую для обеспечения морозоустойчивости конструкции, назначить по методу, изложенному в приложении 7.

4.21. Расчетные значения глубины промерзания z и расстояния Н до предзимнего уровня подземных вод следует определять в соответствии с ГОСТом и инструктивными указаниями с использованием многолетних данных наблюдений за изменением этих параметров в натурных условиях сходных с условиями района строительства. Допускается назначать расчетные значения z и Н по данным региональных исследований.

При отсутствии достоверных практических данных о глубине промерзания за расчетную может быть принята глубина промерзания по карте (рис. 4.3) и при этом климатический показатель следует назначать по карте изолиний a₀ (рис. 4.4).

При использовании данных непосредственных измерений глубины промерзания величина

, (4.2)

где - средняя многолетняя глубина промерзания по данным измерения, см;

z_1.0 - толщина дорожной одежды на объекте измерения, см;

- средняя многолетняя продолжительность промерзания грунта земляного полотна, сут.

4.22. Комплексная характеристика В (п. 4.20) зависит от влагопроводимости грунта, полной его влагоемкости при требуемой плотности (за вычетом защемленного воздуха), а так же от капиллярной влагоемкости. Значение В следует определять на основе данных испытаний грунта на морозоустойчивость.

В = К_пучa₀/1,86, (4.3)

где К_пуч - коэффициент пучения грунта, определяемый по приложению 6, в долях единицы.

Рис. 4.4. Карта изолиний климатического коэффициента a₀.

Поз. 1 и 2 - см. на рис. 4.3

Таблица 4.2

Грунты	Показатель В, см2/сут	Степень пучинистости в условиях 3-го типа местности по характеру увлажнения
Песок (непылеватый) с содержанием частиц мельче 0,05 мм в пределах 2 15 %, супесь легкая крупная	1,5-2,0	Слабопучинстые
Глины, суглинки легкие и тяжелые (непылеватые), супеси легкие	3,0-3,5	Пучинистые
Супеси пылеватые, суглинки тяжелые пылеватые пески пылеватые	4,0-4,5	Сильнопучинистые
Супеси тяжелые пылеватые, суглинки легкие пылеватые	5,0	Чрезмерно пучинистые

Если экспериментально определить коэффициент К_пуч невозможно, расчетное значение комплексной характеристики В грунтов можно брать по табл. 4.2.

4.23. С учетом теплотехнических свойств эквивалентная толщина (по отношению к щебню из гранитных пород) слоев из стабильных материалов:

z_1.э = h₁e₁ + h₂e₂ + h₃e₃ +..., (4.4)

где h₁, h₂, h₃, … - толщины слоев дорожной одежды из стабильных материалов, см;

e₁, e₂, e₃ ... - эквиваленты теплотехнических свойств материалов по отношению к уплотненному щебню (см. приложение 9).

4.24. На дорогах с капитальными одеждами и усовершенствованными покрытиями при 2-м типе местности по условиям увлажнения необходимая общая эквивалентная толщина слоев из стабильных материалов составляет обычно 65-80 % от толщины, получаемо по номограмме (см. рис. 4.2) при z/H » 1,0, т. е. = (0,65 ¸ 0,80) ; коэффициент, равный 0,65, принимают при обеспечении безопасного расстояния от бровки земляного полотна до уреза длительно застаивающейся воды (см. п. 5.19).

4.25. На участках дорог, находящихся на местности 1-го типа по условиям увлажнения, не наблюдается значительного зимнего влагонакопления и пучения даже в районах с глубоким промерзанием. В этом случае толщина дорожной одежды, определяемая расчетом на прочность, обеспечивает также и необходимую морозоустойчивость конструкции.

Однако на дорогах с капитальной одеждой, если она подстилается пылеватыми супесями, следует предусматривать меры по ограничению поступления воды в дорожную конструкцию с поверхности.

4.26. Облегченные дорожные одежды с усовершенствованными покрытиями при 2-м типе местности по условиям увлажнения необходимо проверять на морозоустойчивость только при пылеватых супесчаных грунтах. При других подстилающих грунтах толщины дорожных одежд, определяемые расчетом на прочность, обеспечивают также и морозоустойчивость.

Облегченные конструкции дорожных одежд с усовершенствованными покрытиями при 1-м типе местности на морозоустойчивость проверять не требуется.

4.27. Если для обеспечения необходимой морозоустойчивости требуется общая толщина дорожной одежды, превышающая толщину, полученную расчетом на прочность, следует конструкцию одежды откорректировать и вновь рассчитать по критериям прочности.

4.28. Морозозащитный слой из фильтрующих материалов обычно служит и элементом дренажной конструкции, поэтому он должен быть рассчитан также на своевременный отвод поступающей воды