Высота верхней (минеральной) части насыпи по оси дороги устанавливается по теплотехническому расчету, который рекомендуется выполнять в следующей последовательности:
Таблица 1
Теплотехнические характеристики материалов
Материал | Плотность, кг/м3 | Влажность, % | Коэффициент теплопроводности талого lт и мерзлого lм материалов, ккал/м ·ч·град. | Коэффициент температуропроводности талого материала, м2/ч | ||
lт | lм | aт | aм | |||
Железобетон | 2—5 | 2,0 | 2,2 | 0,004 | 0,0045 | |
Цементобетон | 3—6 | 1,7—1,8 | 1,9—2,0 | 0,0034 | 0,004 | |
Асфальтобетон* | 3—5 | 1,0—1,4 | 1,2—1,6 | 0,0015 | 0,0017 | |
Щебень | 2,5 | 2,9 | 0,0045 | 0,0055 | ||
Гравий | 3—5 | 1,2 | 1,4 | 0,0022 | 0,0025 | |
7—10 | 1,7 | 2,1 | 0,0030 | 0,0040 | ||
Песок | 0,45 |
*Для асфальтобетона меньшие значения принимают при песчаном заполнителе, большие — при заполнителе из щебня.
а) определяются для принятой конструкции дорожной одежды и вида грунта земляного полотна расчетные значения коэффициентов теплопроводности lт (табл.1) и объемная теплоемкость Ст материалов в талом состоянии (исходные данные).
б) устанавливаются продолжительность теплого периода года t и средняя за этот период температура поверхности покрытия tп по табл. 2;
Таблица 2
Средняя годовая | Продолжительность | Средняя за период t температура поверхности tп °С | |||
Пункт | температура воздуха, °С | теплового периода года t, ч | земляного полотна | цементобетонного покрытия | асфальтобетонного покрытия |
Тундра | |||||
Каменный мыс | —9,4 | 6,9 | 8,4 | 9,0 | |
Новый Порт | —3,8 | 7,8 | 9,1 | 9,8 | |
Тазовское | —9,3 | 8,4 | 10,4 | 10,8 | |
Яр-Сале | —7,5 | 8,4 | 10,0 | 10,8 | |
Ныда | —7,8 | 8,4 | 10,2 | 10,4 | |
Лесотундра | |||||
Салехард | —6,4 | 8,8 | 10,6 | 11,2 | |
Ра-Из | —8,2 | 4,9 | 6,4 | 6,8 | |
Ямбург | —6,9 | 8,4 | 10,2 | 10,7 | |
Полуй | —6,3 | 9,4 | 10,6 | 11,7 | |
Пытляр | —5,6 | 9,0 | 11,0 | 13,0 | |
Мужи | —5,1 | 9,2 | 10,8 | 11,3 | |
Надым | —6,6 | 9,6 | 10,9 | 11,7 | |
Уренгой | —7,8 | 9,5 | 11,0 | 11,5 | |
Сидоровск | —8,5 | 9,2 | 11,2 | 11,8 | |
Продолжение табл. 2 | |||||
Тайга | |||||
Тарко-Сале | —6,7 | 9,8 | 11,5 | 12,0 | |
Толька | —6,1 | 10,6 | 11,7 | 12,0 | |
Ларьяк | —3,3 | 11,0 | 12,6 | 13,4 | |
Лобчинское | —3,0 | 10,6 | 12,4 | 13,0 | |
Сургут | —3,1 | 10,2 | 12,6 | 14,5 | |
Ермаково | —3,6 | 11,4 | 12,2 | 13,0 | |
Горшково | —3,0 | 10,6 | 12,0 | 12,6 | |
Сытомино | —3,0 | 10,6 | 12,4 | 12,8 | |
Самарово | —1,4 | 10,5 | 12,7 | 13,4 | |
Нумто | —5,3 | 9,7 | 12,0 | 12,2 | |
Кондинское | —1,0 | 10,2 | 11,8 | 12,4 | |
Казым | —3,8 | 10,3 | 11,7 | 12,3 | |
Березово | —3,8 | 9,8 | 11,8 | 12,4 | |
Саранпауль | —3,9 | 9,9 | 11,4 | 12,8 | |
Сосьвинская | —3,4 | 10,3 | 11,6 | 12,2 | |
Няксимволь | —2,2 | 9,5 | 11,6 | 12,2 |
в) вычисляются значения параметров:
(1)
(2)
( 3)
где lт — коэффициент теплопроводности грунта земляного полотна в талом состоянии, ккал/м·ч·град; a — коэффициент теплообмена, 20 ккал/м2·ч; hн, lн — соответственно толщины, м, и коэффициенты теплопроводности, ккал/м·ч·град., конструктивных слоев дорожной одежды; Ст — объемная теплоемкость грунта земляного полотна в талом состоянии, ккал/м3·град; Т — температура льдообразования, принимаемая для песков от —0,4 до —0,6°С, для легких супесей от —0,2 до 0°С, для легких пылеватых супесей от 0,3 до 0,5°С, для тяжелых пылеватых супесей от —0,9 до —1,4°С, для пылеватых глин и тяжелых суглинков от —1,2 до —2°С; Q0 — расход тепла на плавление льда в единице объема грунта, ккал/м3, который определяется по формуле
(4)
где rd и w — соответственно плотность сухого грунта, кг/м3, и влажность, %, грунта земляного полотна; величины rd и w принимаются по табл. 3; a¢ — скрытая теплота плавления льда, 80 ккал/кг; wнз — среднее содержание незамерзшей воды в грунте, %.
Ориентировочно величина wнз принимается равной: 0 — для песков, 7 % — для супесей, 10 % — для суглинков, 15 % — для глин;
Таблица 3
Характеристики различных вида грунта
Грунт | w , % | r, г/см' | rd, г/см' |
Песок | 1,80 | 1,63 | |
Супесь легкая | 2,05 | 1,75 | |
Суглинок легкий пылеватый | 2,00 | 1,69 | |
Суглинок тяжелый пылеватый | 1,95 | 1,63 | |
Глина | 1,90 | 1,86 | |
Торф в намороженном слое после осадки при оттаивании | 350—400 | 1,00 | 0,16-0,18 |
г) определяется высота минеральной части насыпи по формуле
(5)
где h — глубина оттаивания земляного полотна с учетом принятой конструкции дорожной одежды, м; величина h определяется по графикам (рис. 3) при известных параметрах m и Кт; т — коэффициент эквивалентного приведения (по условиям оттаивания) величины hд к грунту земляного полотна принимается равным 3,9 для песков, 4,0 — для супесей, 4,1 — для суглинков легких, 4,2 — для суглинков тяжелых и глин; hд — допустимая глубина оттаивания намороженной торфяной плиты сверху в период эксплуатации дороги, м; величина устанавливается с учетом категории дороги по табл. 4.
Для эквивалентного приведения глубины оттаивания к одному материалу (песок) необходимо коэффициент т взять, как долю от 1, т.е. 1/т.
Таблица 4
Допустимая глубина оттаивания hд, м грунта
в зависимости от категории дороги
Категория дороги | Допустимая глубина оттаивания hд, м, при использовании в насыпи грунтов | |
песчаных | глинистых | |
III-B | 0,30 | 0,25 |
IV-В | 0,40 | 0,35 |
V-В | 0,50 | 0,45 |
Рис. 3. График для определения глубины протаивания земляного полотна
Таблица 5
Исходные данные к контрольной работе по дисциплинам
«Транспортная инфраструктура», «Пути сообщения, технологические сооружения», «Автомобильные дороги»
№ вариан-та | Грунт насыпи и значение Ст, кклал/м3С° | Конструкция покрытия / толщина слоя hн, м | Район строительства | Категория дороги | |
основания | покрытия | ||||
песок, 3,11 | гравий/0,21 | железобетон/0,14 | Каменный мыс | III-B | |
щебень/0,21 | цементобетон/0,12 | Новый Порт | III-B | ||
гравий/0,13 | асфальтобетон/0,16 | Тазовское | III-B | ||
щебень/0,13 | железобетон/0,14 | Яр-Сале | III-B | ||
гравий/0,14 | цементобетон/0,13 | Ныда | V-В | ||
щебень/0,14 | асфальтобетон/0,15 | Салехард | IV-В | ||
гравий/0,15 | железобетон/0,14 | Ра-Из | IV-В | ||
щебень/0,15 | цементобетон/0,14 | Ямбург | IV-В | ||
гравий/0,16 | асфальтобетон/0,13 | Полуй | IV-В | ||
щебень/0,16 | железобетон/0,14 | Пытляр | III-B | ||
гравий/0,17 | цементобетон/0,15 | Мужи | V-В | ||
щебень/0,17 | асфальтобетон/0,12 | Надым | V-В | ||
гравий/0,18 | железобетон/0.14 | Уренгой | V-В | ||
щебень/0,18 | цементобетон/0.16 | Сидоровск | V-В | ||
гравий/0,20 | асфальтобетон/0,11 | Тарко-Сале | III-B | ||
щебень/0,20 | железобетон/0,14 | Толька | III-B | ||
гравий/0,22 | цементобетон/0,17 | Ларьяк | III-B | ||
щебень/0,22 | асфальтобетон/0,1 | Лобчинское | III-B | ||
гравий/0,23 | железобетон/0,14 | Сургут | V-В | ||
щебень/0,23 | цементобетон/0,18 | Ермаково | IV-В | ||
Продолжение табл. 5 | |||||
гравий/0,25 | асфальтобетон/0,09 | Горшково | IV-В | ||
щебень/0.25 | железобетон/0,14 | Сытомино | IV-В | ||
гравий/0,13 | цементобетон/0,19 | Самарово | IV-В | ||
щебень/0,13 | асфальтобетон/0,08 | Нумто | III-B | ||
гравий/0,14 | железобетон/0,14 | Кондинское | V-В | ||
щебень/0,14 | цементобетон/0,2 | Казым | V-В | ||
гравий/0,15 | асфальтобетон/0,07 | Березово | V-В | ||
щебень/0.15 | железобетон/0.14 | Саранпауль | V-В | ||
гравий/0,17 | цементобетон/0,21 | Сосьвинская | IV-В | ||
щебень/0.17 | асфальтобетон/0,06 | Няксимволь | IV-В |