Климатические характеристики регионов России 4 страница

По номограмме (рис. 4.3) при Z_п = 2,00 м определяем толщину дорожной одежды, включая морозозащитный слой, h_од = 1,30 м, отсюда толщина морозозащитного слоя 1,30 - 0,70 = 0,60 м.

Для уточнения требуемой толщины морозозащитного слоя выполняем расчеты с учетом теплофизических характеристик отдельных слоев (Табл. П.5.1). Задаемся толщиной морозозащитного слоя 0,60 м.

Для использования в морозозащитном слое назначаем крупнозернистый песок с коэффициентами теплопроводности в талом и мерзлом состояниях соответственно l_т = 1,74 Вт/(мК) и l_м = 2,32 Вт/(мК)

l_ср = (1,74 + 2,32)/2 = 2,03 Вт/(мК)

4. По формуле (4.6)

= 0,05 : 1,40 + 0,15 : 1,25 + 0,30 : 1,28 + 0,20 : 2,03 = 0,48 (м²×К/Вт).

5. По карте изолиний рис. 4.5 определяем номер изолинии, соответствующий месту положения трассы - V. По табл. 4.9 для сильнопучинистых грунтов по номеру изолинии V находим С_пуч = 1,35.

При величине h_од = 1,30 м расстояние от низа дорожной одежды до залегания грунтовых вод Н_у = 0,7 м. По табл. 4.10 при h_од = 1,3 м для h_пр(доп) в интервале 0-100 методом интерполяции находим С_р = 0,72.

6. Вычисляем отношение l_доп/(С_пуч×С_р) = 4/(1,35×0,72) = 4,12 см.

7. По номограмме рис. 4.6 определяем методом интерполяции определяем приведенное термическое сопротивление R_пр = 0,91 м² К/Вт.

8. По табл. 4.7 К_од = 0,90. В соответствии с п. 4.10 К_увл = 1,0; d = 0,95.

9. По формуле (4.8) R_од(тр) = R_пр×К_од×К_увл×d = 0,91×0,90×1,0×0,95 = 0,78 (м² К/Вт);

10. По формуле (4.6) h_мз = (R_од(тр) - R_од(о))×l_мрз = (0,78 - 0,48)×2,03 = 0,61 м.

Разница между полученным и заданным значениями h_мз превышает 5 см. Принимаем h_мз = 0,60 см.

Пример 7.

Определить толщину теплоизолирующего слоя из пенопласта для указанной дороги в районе г. Москвы. Исходные данные те же, что и в предыдущем примере.

Расчет.

1. В соответствии с п. 4 предыдущего примера R_од(о) = 0,48 м² К/Вт.

2. По табл. 4.11 для сильнопучинистых грунтов находим С_п = 1,5.

При толщине дорожной одежды h_од = 0,70 м расстояние от низа дорожной одежды до УГВ Н_у составит 1,3 м.

3. Принимаем допустимую глубину промерзания h_пр(доп) 0-50 и по табл. 4.10 методом интерполяции между h_од = 0,50 м и h_од = 1,0 определяем С_р = 0,81.

4. Находим l_доп/С_п×С_р = 4:(1,5×0,81) = 3,3. При Н_у = 1,3 м по номограмме рис. 4.5 получаем значение h_пр(доп) = 82 см.

5. Поскольку значение С_р было определено для интервала h_пр(доп) 0-50, возвращаемся к табл. 4.10 и находим при h_пр(доп) = 0-1,0 м и h_од = 0,70 м С_р = 0,78. Для этих значений по номограмме рис. 4.6 определяем R_пр = 0,86 в соответствии с п. 8 и п. 9 предыдущего примера.

R_од(тр) = 0,86×0,90×1,0×0,95 = 0,74 м² К/Вт.

6. По графику рис. 4.7 при R_од(тр) = 0,74 м² К/Вт и R_од(тр) = 0,47 м² К/Вт находим h_п = 1,5 см. Учитывая минимальные размеры плиты пенопласта, принимаем толщину теплоизолирующего слоя 3 см.

Пример 8

Исходные данные

1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.

2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды, включая морозозащитный слой - 1,10 м.

3. Толщина морозозащитного слоя из мелкозернистого песка 0,50 м, коэффициент фильтрации К_ф = 2,1 м/сут, пористость n = 0,32.

4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.

5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.

6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.

Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.

Расчет.

1. Поскольку коэффициент фильтрации песка достаточно высок, дренирующий слой рассчитывают на осушение.

По табл. 5.3 находят удельный приток воды во II ДКЗ для 3-ей схемы увлажнения q = 3,5 л/м² сут. По табл. 5.4. К_п = 1,6; К_г = 1,0. Ввиду отсутствия переломов продольного профиля на участке, а также специальных мероприятий по уменьшению притока, К_вог = 1; К_р = 1.

2. По формуле (5.2) расчетный приток воды в дренирующий слой составляет q_p = q×K_п×К_г:1000 = 3,5×1,6×1,0:1000 = 0,0056 м³/м²сут.

3. Для расчета используют номограмму рис. 5.1.

Для двускатного профиля

q¢ = q_pB/2 =0,0056×7:2 = 0,0196 м³/м²;

q¢/К_ф = 0,0196:2,1 = 0,0093;

По номограмме для отношения q_p/К_ф находят величину 3,5h_нас/L = 0,07,

где L - путь фильтрации, для двускатного профиля - половина длины дренирующего слоя; L = В/2 + а +d;

В - ширина проезжей части;

а - ширина обочины;

d - средняя длина участка дренирующего слоя, расположенная в откосной части земляного полотна, равная сумме толщины дорожной одежды и половине толщины дренирующего слоя, умноженной на заложение откоса;

L = 7/2 + 2,5 + (0,79 + 0,60/2)×1,5 = 9,6 м;

отсюда h_нас = 0,19 м.

Тогда полная толщина дренирующего слоя

h_п = h_зaп + h_наc = 0,20 + 0,19 = 0,39 м.

4. Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5.4). По табл. 5.6 j_зим = 0,45; Т_зап = 6 сут.

h_p = (q_p×Т_зап/n + 0,3h_зап):(1 - j_зим) = (0,0056×6:0,27 + 0,3×0,20):(1 - 0,5) = 0,3 м.

Расчет окончен.

Пример 9.

Исходные данные.

1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.

2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,79 м.

3. Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка 0,60 м, коэффициент фильтрации К_ф = 1,2 м/сут, пористость n = 0,34.

4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.

5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.

6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.

Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.

Расчет.

Расчет толщины дренирующего слоя выполняют на осушение.

1. В соответствии с п.п. 1-3 предыдущего примера q_р = 0,0056 м³/м²сут

q¢ = q_pB/2 =0,0056×7:2 = 0,0196 м³/м²;

q¢/К_ф = 0,0196:2,1 = 0,0093;

2. По номограмме рис. 5.1 определяют 3,5h_нас/L = 0,28; L = 9,6 м (см. п. 3 предыдущего примера), отсюда h_нас = 0,77

h_п = h_зaп + h_наc = 0,20 + 0,77 = 0,97 м.

Поскольку требуемая толщина дренирующего слоя превышает заданную, следует применить конструкцию с прикромочным дренажем. Примем, что продольная дрена расположена под серединой обочины. В этом случае путь фильтрации L = В/2 + а/2 = 4,75 м.

3. По номограмме рис. 5.4 по величине q_p/К_ф = 0,0056/1,2 = 0,0047 находят 2 значения h_п: для L = 5,0 м и L = 3,5 м. По методу интерполяции h_п = 0,40 м.

4. Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5.4). По табл. 5.6 j_зим = 0,4; Т_зап = 6 сут.

h_p = (q_p×Т_зап/n + 0,3h_зап):(1 - j_зим) = (0,0056×6:0,27 + 0,3×0,20):(1 - 0,4) = 0,31 м.

Расчет окончен.

Пример 10

Исходные данные

1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.

2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды - 0,70 м.

3. Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка 0,70 м, коэффициент фильтрации К_ф = 0,49 м/сут, пористость n = 0,28.

4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.

5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.

6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.

Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.

Расчет

Ввиду того, что коэффициент фильтрации грунта достаточно низкий, дренирующий слой рассчитывают на поглощение.

По табл. 5.6 для n = 0,28 j_зим = 0,55.

По табл. 5.3 для условий II дорожно-климатической зоны и 3-й схемы увлажнения Q_p = 60 л/м². По формуле 5.3:

h_п = (Q_p/1000n + 0,3h_зап):(1 - j_зим) = [60:(1000×0,28) + 0,3×0,15]:(1 - 0,55) = 0,58 м.

Расчет окончен.

Пример 11

Исходные данные.

1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.

2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды совместно с дренирующим (морозозащитным) слоем - 1,10 м.

3. Конструкция дорожной одежды

Материал	Толщина слоя h, м
Плотный асфальтобетон	0,04
Пористый асфальтобетон	0,08
Высокопористый асфальтобетон	0,14
Укрепленная щебеночно-гравийно-песчаная смесь	0,26
Песок средней крупности	0,70

4. Конструкция дренирующего слоя - дренирующий слой из среднезернистого песка под проезжей частью с трубчатыми дренами.

5. Грунт насыпи и естественного основания - супесь пылеватая.

6. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III.

Требуется определить расчетную влажность грунта насыпи без испытаний,

Расчет

Расчетную влажность определяют по формуле П.2.1

W_p = ( _таб + D₁ - D₂ )(1 + 0,1t) - D₃

По табл. П.2.1 для условий II дорожно-климатической подзоны, 3-й схемы увлажнения определяем _таб = 0,72.

По табл. П.2.2 поправка D₁ = 0.

По табл. П.2.3 поправка D₂ = 0,09 (за счет укрепленного слоя основания из щебеночно-гравийно-песчаной смеси - 0,04 и за счет дренажа с продольными трубчатыми дренами - 0,05).

По графику рис. П.2.1 поправка на влияние суммарной толщины стабильных слоев дорожной одежды D₃ = 0,003.

По табл. П.4.2 для уровня надежности 0,95 коэффициент нормированного отклонения t = 1,71.

W_p = (0,72 - 0,09)(1 + 1,71) - 0,003 = 0,699 » 0,7 (доли от W_т).

Расчет окончен.

Пример 12

Исходные данные

Автомобильная дорога II категории расположена в регионе Нижнего Новгорода.

Грунт земляного полотна - супесь тяжелая пылеватая.

Глубина выемки составляет 100 см.

Расчетный уровень грунтовых вод - на глубине 120 см от поверхности земляного полотна.

Экспериментально установленное значение коэффициента влагопроводности К_вл = 5 см²/ч.

Начальная влажность W_o = 0,12, предел текучести W_т = 0,18, плотность сухого грунта r = 1,66 г/см².

Суммарная толщина дорожной одежды, имеющей асфальтобетонное покрытие, равна 60 см.

Требуется определить среднюю осеннюю влажность W_occp, среднюю весеннюю влажность W_вeccp и морозное пучение h_пуч.

Расчет.

1. Из табл. П.7.2 находим для Нижнего Новгорода t_вл = 1440 ч., t_пp = 182 суток, s = 26,21.

2. Вычисляем по зависимости (П.7.6) значение критерия осеннего влагонакопления:

F_он = К_вл×t_вл/h² = 5×1440/120² = 0,50.

3. Определяем параметр h_АВ = h_А/h_В. В соответствии с (П.7.7) h_А = 160 - 60 = 100 см. Тогда h_АВ = 100/120 = 0,83.

4. По графику рис. П.7.2 находим DW_отн = 0,73.

5. Используя (П.7.5) и приняв D = 2,68, получим W_пв = 1/1,66 - 1/2,68 = 0,23.

6. По зависимости (П.7.4) находим W_occp = 0,12 + 0,73×(0,23 - 0,12) = 0,20.

7. По зависимости (П.7.12) вычисляем характеристику скорости промерзания

a = 1,24 + 0,72×lns - 0,05×h_s = 1,24 + 0,72×ln 26,21 = 3,59.

8. Используя (П.7.9), вычисляем критерий зимнего влагонакопления Z:

Z = 3,59/(2× ) = 0,80

9. По графику рис. П.7.3. находим С = 1,50.

10. Для супеси тяжелой пылеватой из табл. П.7.1 находим W_h = 0,09 и W_из = 0,06.

11. С помощью (П.7.8) находим W_вeccp = 0,09 + (0,20 - 0,09)×1,50 = 0,26.

12. По зависимости (П.7.15) находим глубину промерзания- грунта h_пp:

h_пр = a× см.

Так как h_пр > h_кр, то принимаем в соответствии с данными таблицы П.7.1. h_пp = 130 см.

13. Вычисляем по формуле (П.7.14) вероятную величину морозного пучения h_пуч.

14. h_пуч = 130×(1,66/1,0)×[1,09×(0,26 - 0,06)×(0,23 - 0,06)] = 10,4 см.

Поскольку полученная величина морозного пучения превышает допустимую для асфальтобетонного покрытия (4 см), намечаем в составе дорожной одежды слой из пеноплэкса толщиной 8 см.

Выполняем весь вышеприведенный цикл расчетов с учетом данного мероприятия, сохранив нумерацию соответствующих позиций расчетов.

3. Уточняем значение параметра h_А = 160 - (60 + 8) = 92 см, h_АВ = 92/120 = 0,77.

4. По графику рис. П.7.2 находим DW_отн = 0,72.

6. Находим W_occp = 0,12 + 0,72×(0,23 - 0,12) = 0,20.

7. По зависимости (П.7.12) вычислим характеристику скорости промерзания

a = 1,24 + 0,72 lns - 0,05×8 = 3,19.

8. Используя (П.7.9), вычислим критерий зимнего влагонакопления Z:

Z = 3,19/(2× ) = 0,71

9. По графику рис. П.7.3 находим С = 1,57.

11. С помощью (П.7.8) находим W_веccp = 0,09 + (0,20 - 0,09)×1,57 = 0,26.

12. По зависимости (П.7.16) находим глубину промерзания грунта h_пр:

h_пр = 151 - (13,93 - 0,0067×26,21)×8 = 41 см.

13. Вычисляем по формуле (П.7.14) вероятную величину морозного пучения h_пуч:

h_пуч = 41×(1,66/1,0)×[1,09×(0,26 - 0,6) - (0,23 - 0,6)] = 3,3 см.

Расчет окончен.

ПРИЛОЖЕНИЕ 9