Классификация грунтов по степени пучинистости при замерзании

( #M12291 5200258СНиП 2.05.02-85#S, прил.2 табл.6)

Таблица 4.2

Группы грунтов по степени пучинистости ( #M12291 5200258СНиП 2.05.02-85#S, прил.2 табл.7)

4.2. Конструкцию считают морозоустойчивой при условии

, (4.1)

где - расчетное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна;

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

Таблица 4.3

#G0Тип дорожной одежды	Вид покрытия	Допустимая величина морозного пучения , см
Капитальный	Асфальтобетонное
Облегченный	Асфальтобетонное
Переходный	Переходное

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

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 одинаковую 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.4.3 в зависимости от толщины дородной одежды (включая дополнительные слои основания), группы грунта по степени пучинистости (см. табл.4.3) 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 зернового 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).

Таблица 4.4

#G0Коэффициент уплотнения	для грунта
	песка пылеватого, супеси легкой и пылеватой, суглинка, глины	песка, кроме пылеватого, супеси легкой крупной
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
< 0, 90	1, 5	1, 3

Таблица 4.5

#G0Грунт
Пески	1, 0
Супеси	1, 1
Суглинки	1, 3
Глины	1, 5

Таблица 4.6

#G0Относительная влажность	0, 6 и менее	0, 7	0, 8	0, 9
	1, 0	1, 1	1, 2	1, 3

Рис.4.1. Зависимость коэффициента от расстояния от низа дорожной одежды до расчетного УГВ или УПВ: 1 - супесь пылеватая и тяжелая пылеватая, суглинок; 2 - песок, супесь легкая и легкая крупная

Рис.4.2. Зависимость коэффициента от глубины промерзания от поверхности покрытия: 1 - супесь пылеватая и тяжелая пылеватая, суглинок; 2 - песок, супесь легкая и легкая крупная

4.5. Если данные натурных наблюдений отсутствуют, то глубину промерзания дорожной конструкции можно 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 м устанавливают по графикам рис. 4.3; при м - 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 IIа выбирают при 2 и 3-й схемах увлажнения рабочего слоя, кривую IIб - при 1-й

4.7. Если при расчетном сроке службы до 10 лет полученная величина возможного пучения будет превышать требуемую (см. табл.4.3), а при сроке службы более 10 лет будет превышать 80% от требуемой, то 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 осредненную 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)/Bт;

- то же, в данных условиях;

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

При отсутствии фактически замеренных значений в расчет допускается включать по табл.1 прил.5.

Величину определяют в зависимости от номера изолинии на карте (рис.4.5), соответствующей географическому положению рассматриваемого участка дороги. Если участок находится между изолиниями, то определяют по два значения и , соответствующих этим изолиниям. Искомую толщину слоя определяют методом интерполяции в зависимости от расстояния от рассматриваемого участка дороги до соседних изолиний.

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

Рис.4.5. Карта с изолиниями для определения требуемых значений термического сопротивления дорожной одежды. I-Х - 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/(м·К).

4.11. Величину требуемого термического сопротивления рассчитывают по выражению

, [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; принимается при 2-й и 3-й схемах увлажнения равным единице, а при 1-й - по табл.4.8;

- понижающий коэффициент; для II , II и III дорожно-климатических подзон =1, 0; для II , II и II =0, 95; для III =0, 90; для IV =0, 85 (см. прил.2).

Таблица 4.7

#G0Номер изолинии(см. рис.4.5)	Значение коэффициента при сроке службы дорожной одежды, годы
	менее 10
I-II	0, 70	0, 85	1, 0
IIl-X	0, 80	0, 90	1, 0

Таблица 4.8.

#G0Номер изолинии (см. рис.4.5)	Значение коэффициента при 1-й схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна
I	0, 85
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. Значение 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.

Рис.4.6. Номограмма для определения приведенного термического сопротивления дорожной одежды : I-Х - номера изолиний на карте (см. рис.4.5); 1 - кривая расчета для 1 и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляного полотна; - глубина залегания расчетного УГВ от низа дорожной одежды, включая морозозащитный слой

Таблица 4.9

#G0	Значение показателя , для грунтов:
Номер изолинии (см рис.4.5)	слабо пучинистых	пучинистых	сильно пучинистых	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

#G0Грунт земляного полотна	, м	Значение в зависимости от , см
		0-50	51-100	> 100	0-100
Песок пылеватый	0, 5	0, 60	0, 55	0, 50	-
	1, 0	-	-	0, 45	0, 50
	1, 5	-	-	0, 40	0, 45
	2, 0	-	-	0, 35	0, 40
Супесь легкая	0, 5	0, 70	0, 65	0, 60	-
	1, 0	-	-	0, 55	0, 60
	1, 5	-	-	0, 50	0, 55
	2, 0	-	-	0, 45	0, 50
Супесь пылеватая	0, 5	0, 75	0, 70	0, 65	-
	1, 0	-	-	0, 55	0, 65
	1, 5	-	-	0, 50	0, 55
	2, 0	-	-	0, 45	0, 50
Суглинок легкий и легкий пылеватый	0, 5	0, 80	0, 75	0, 70	-
	1, 0	-	-	0, 65	0, 70
	1, 5	-	-	0, 60	0, 65
	2, 0	-	-	0, 55	0, 60
Суглинки тяжелый, тяжелый пылеватый, глина	0, 5	0, 85	0, 80	0, 75	-
	1, 0	-	-	0, 70	0, 75
	1, 5	-	-	0, 65	0, 70
	2, 0	-	-	0, 60	0, 65

Примечание. При промежуточных значениях толщины величину следует принимать по интерполяции соответствующих величин.

При назначении величины по табл.4.10 подбирают допустимую глубину промерзания таким образом, чтобы получаемому значению отношения соответствовала величина нa 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.4.7 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 : при на номограмме больше данной величины и при - меньше ее. Искомое значение устанавливают методом интерполяции между соответствующими величинами.

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

4.14. Толщину теплоизолирующего слоя рассчитывают, 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

#G0Грунт по степени пучинистости	Показатель
Слабопучинистый	0, 50
Пучинистый	1, 0
Сильнопучинистый	1, 5
Чрезмернопучинистый	2, 0

4.15. Пенопласт, используемый для устройства теплоизолирующего слоя, должен удовлетворять следующим требованиям: предел прочности при сжатии при 10%-ной линейной деформации - не менее 0, 40 МПа, при изгибе - не менее 0, 30 МПа; водопоглощение по объему - не более 0, 45%, теплопроводность - не более 0, 032 Вт/(м·К) (методы испытания по действующим ГОСТам). Выбор нужной марки пенопласта следует проводить с учетом результатов опытной проверки.

4.16. Если рабочий слой земляного полотна включает два слоя из грунтов с различной пучинистостью (предусмотрено с целью сократить объемы привозного менее пучиноопасного грунта), то толщину морозозащитного слоя с верхней частью рабочего слоя из менее пучиноопасного грунта следует рассчитывать по формуле

, (4.9)

где - толщина морозозащитного слоя при полной замене местного грунта привозным менее пучиноопасным, м;

- то же, при однослойной конструкции земляного полотна из местного пучиноопасного грунта, м;

- допустимая глубина промерзания земляного полотна при полной замене местного грунта привозным менее пучиноопасным, 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 пп.4.9-4.13. Максимальное значение .

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

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. прил.7). Методику рекомендуется использовать в порядке накопления опыта ее применения. Пример применения методики приведен в прил.8 (пример 12).

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ПО ОСУШЕНИЮ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД И ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА