Использование коэффициента влагопроводности для определения величины морозного пучения и толщины теплоизолирующего слоя

В соответствии с данной методикой при прогнозировании величины морозного пучения предусматривается последовательное определение средней осенней влажности грунта рабочего слоя (W_occp), характеристики скорости промерзания (a), средней весенней влажности (W_вeccp). При этом учитываются продолжительность периода осеннего влагонакопления (t_вл), продолжительность периода промерзания (t_пp), расчетное удаление верха земляного полотна от уровня грунтовых (или поверхностных) вод (h_в), характеристика суровости зимнего периода (s), выражаемая суммой градусо-суток отрицательной температуры воздуха. В табл. П.7.2 приведены значения t_вл, t_пр и s для 65 пунктов России. При отсутствии в перечне нужного пункта значения этих характеристик берутся для ближайшего по географическому расположению пункта.

Величина W_occp определяется по формуле:

W_occp = W_occp + W_oтн (W_пв - W_o), (П.7.4)

где W_occp - начальная влажность грунта земляного полотна (весовая, доли единицы);

W_пв - влажность полной влагоемкости грунта (весовая, доли единицы);

D W_oтн - отношение осеннего приращения влажности к максимально возможной величине приращения влажности грунта.

Величина W_пв вычисляется из соотношения:

, (П.7.5)

где r_cуx - плотность сухого грунта, г/см³;

D - плотность скелетных частиц грунта, находящаяся, как правило, в пределах 2,67 - 2,73.

Величина D W_oтн устанавливается по номограмме рис. П.7.2 в зависимости от параметра

Рис. П.7.2. Номограмма для Wотн при значениях Foh, от 0,1 до 1

. (П.7.6)

Параметр h_в принимается по данным изысканий (обследований), а параметр h_А, необходимый для использования номограммы рис П.7.2, определяется по формуле

h_А = 160 - h_ДО, (П.7.7)

где h_ДО - суммарная толщина слоев дорожной одежды, см.

Среднее значение весенней влажности W_вeccp находим из выражения:

W_вeccp = W_h + (W_oсcp - W_h) С, (П.7.8)

где W_h - влажность грунта по жидкой фазе в зоне первичного льдовыделения (при температуре грунта -0,5 ... -1,0 °С). Значения W_h разных грунтов приведены в таблице П.7.1;

С - коэффициент, определяемый по графику рис. П.7.3 в зависимости от величины критерия зимнего влагонакопления Z, вычисляемого, в свою очередь, из соотношения:

. (П.7.9)

Рис. П. 7.3. График для определения коэффициента С, используемого для вычисления весенней влажности

Характеристика скорости промерзания грунта земляного полотна a определяется из соотношений:

При коэффициенте влагопроводности грунта до 2,0 см²/ч:

для автомобильных дорог I-II категорий

a = 3,24 + s^0,079 - 0,005×h_s, (П.7.10)

где h_s - толщина слоя эффективной теплоизоляции (пенопласт, пеноплэкс), см;

s - характеристика суровости зимнего периода, определяемая для соответствующего региона из таблицы П.7.2;

для автомобильных дорог III-IV категорий

a = 3,24 + s^0,079 - 0,013×h_s, (П.7.11)

где h_s - толщина слоя теплоизоляции только из местных материалов (керамзит, керамзитобетон, шлак, золошлаковая смесь, укрепленная цементом и др.);

При коэффициенте влагопроводности грунта 2,1 - 5,0 см²/ч:

для дорог I - III категорий a = 1,24 + 0,72 ln s - 0,05 h_s; (П.7.12)

для дорог IV - V категорий a = 1,24 + 0,72 ln s - 0,013 h_s. (П.7.13)

При F_oh > 1 W_отн практически не зависит от h_a/h_b, поэтому приводим следующую таблицу значений W_отн в зависимости от F_oh.

Foh	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
Wотн	0,95	0,96	0,97	0,98	0,99

При F_oh > или = 2,1 можно принять, что W_отн = 1.

Таблица П.7.1

Значения влажности W_h и W_из для различных грунтов

Грунт	Wh	Wнз	hкр
Песок пылеватый	0,03-0,04	0,02
Супесь тяжелая пылеватая	0,09-0,10	0,06
Суглинок легкий пылеватый	0,12-0,13	0,08
Суглинок тяжелый пылеватый	0,13-0,14	0,09
Глина пылеватая	0,19-0,21	0,16

h_кр - критическая глубина, при которой процесс пучения прекращается. В случае, если h_пр > h_кр, в расчет вводят h_кр = h_пр.

Грунты, характеризующиеся значением коэффициента влагопроводности более 5,0 см/ч, при неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, как правило, не должны применяться для устройства земляного полотна.

Расчет возможной величины морозного пучения поверхности дорожного покрытия ведется с использованием зависимости:

, (П.7.14)

где h_пр - глубина промерзания грунта, см;

q - плотность сухого грунта, г/см³;

d - плотность воды, г/см³;

W_нз - влажность (весовая), соответствующая незамерзающей воде, принимается по виду грунта из табл. П.7.1;

W_пв - влажность (весовая) полной влагоемкости, вычисляемая в свою очередь из соотношения (П.7.5).

Полная глубина промерзания грунта h_пр определяется из следующих соотношений: при отсутствии теплоизоляционных слоев в составе дорожной одежды

; (П.7.15)

при их наличии

h_пp = (150,6 + 0,0027s) - (13,93 - 0,0067s) h_s×b, (П.7.16)

где b = 1 при использовании в качестве теплоизоляции пенопласта или пеноплэкса;

Р = 0,25 при теплоизоляции из местных материалов.

Величина отношения W_вeccp/W_Т, где W_Т - влажность грунта земляного полотна на границе текучести, в соответствии с данной методикой может использоваться в качестве расчетной относительной влажности при определении прочностных и деформационных характеристик грунта рабочего слоя.

Таблица П.7.2