Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85)

5. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В ЗИМНИЙ ПЕРИОД

5.1. Для прогноза плотности, влажности и пучения промерзающих грунтов следует проводить расчет температурного поля земляного полотна в зимний период. В результате этого расчета нужно установить на один и тот же момент времени значения глубин, на которых температура грунта равна , и , где - температура льдообразования при оптимальной влажности грунта, а и - температуры, характеризующие кривую содержания незамерзшей воды в грунте (см. табл.12). По данным расчета температурного поля следует также определить среднюю скорость промерзания грунта.

Температурное поле земляного полотна нужно прогнозировать с учетом процессов теплопередачи и массопереноса. Для этого следует проводить расчет температурного поля в два этапа. Первый расчет проводят при значениях коэффициента теплопроводности и количестве замерзшей воды, соответствующих плотности и влажности грунтов перед промерзанием. Второй расчет проводят при величине коэффициента теплопроводности, соответствующей среднеарифметическим значениям плотности и влажности в период промерзания и при количестве замерзшей воды, соответствующей влажности грунта после промерзания.

5.2. Для расчета температурного поля необходимы приведенные ниже данные:

климатические параметры для трех расчетных периодов: наиболее холодного и наиболее теплого года (периодичностью повторения 1 раз в период между капитальными ремонтами дорожной одежды) и года со среднемноголетними температурами (принимают по табл.8 или устанавливают по прил.3);

среднемесячная скорость ветра за зиму (по данным гидрометеослужбы);

конструкция дорожной одежды (материалы слоев, толщина и плотность слоев по проекту);

грунтовый разрез земляного полотна и основания насыпи или выемки (наименование грунта и толщина слоев из этих грунтов по данным проекта) в пределах предполагаемой зоны промерзания;

плотность грунтов перед промерзанием (плотность скелета грунта земляного полотна по проекту, то же, для грунтов в основании насыпи или выемки по данным изысканий или согласно изложенному в п.1.6 Пособия;

влажность грунтов перед промерзанием (принимают по данным расчета согласно разд.4);

среднее положение уровня грунтовых вод в зимний период (принимают согласно разд.3).

Таблица 8


Город	Температурная характеристика года	Климатические параметры
		, - °С	, сут	, сут	, м	, м·К/Вт
Архангельск	Холодный	23,3	129	140	0,79	2,33
	Со среднемноголетними температурами	16,8	98	125	0,69	2,13
	Теплый	13,7	116	143	0,66	1,91
Великие Луки	Холодный	14,9	75	127	0,69	1,98
	Со среднемноголетними температурами	6,1	103	104	0,48	0,88
	Теплый	4,6	71	98	0,18	0,66
Вильнюс	Холодный	11,9	50	102	0,62	1,72
	Со среднемноголетними температурами	8,3	43	80	0,15	0,4
	Теплый	3,3	36	62	0,1	0,3
Горький	Холодный	20,8	101	102	0,77	2,2
	Со среднемноголетними температурами	17,9	100	123	0,72	2,08
	Теплый	8,9	87	117	0,51	1,39
Ижевск	Холодный	21,3	154	155	0,81	2,37
	Со среднемноголетними температурами	19,6	117	141	0,77	2,27
	Теплый	14,8	99	136	0,61	1,84
Казань	Холодный	22,8	84	119	0,79	2,36
	Со среднемноголетними температурами	12,6	86	127	0,74	2,14
	Теплый	15,9	88	134	0,66	1,86
Калининград	Холодный	10,7	48	92	0,53	1,48
	Со среднемноголетними температурами	5,8	77	105	0,34	0,95
	Теплый	0,7	15	29	0,03	0,1
Киев	Холодный	14,5	45	90	0,58	1,59
	Со среднемноголетними температурами	12,4	21	69	0,42	1,15
	Теплый	3	67	87	0,15	0,4
Киров	Холодный	19,8	85	133	0,82	2,49
	Со среднемноголетними температурами	18,3	81	125	0,75	2,15
	Теплый	14	52	102	0,68	1,81
Кишинев	Холодный	13,4	65	85	0,45	1,29
	Со среднемноголетними температурами	4,6	36	70	0,15	0,43
Кострома	Холодный	20,3	87	148	0,8	2,36
	Со среднемноголетними температурами	16,5	102	121	0,72	2,09
	Теплый	9,1	85	110	0,45	1,22
Котлас	Холодный	24,4	48	108	0,8	2,37
	Со среднемноголетними температурами	21,3	108	150	0,77	2,25
	Теплый	11,6	96	102	0,52	1,5
Ленинград	Холодный	15,2	77	127	0,77	1,96
	Со среднемноголетними температурами	12,6	58	91	0,63	1,85
	Теплый	5,1	58	91	0,2	0,5
Львов	Холодный	11,7	61	106	0,56	1,5
	Со среднемноголетними температурами	7,2	68	94	0,37	1
	Теплый	3,1	48	70	0,15	0,38
Минск	Холодный	13,8	66	103	0,65	1,81
	Со среднемноголетними температурами	7,2	85	112	0,48	1,32
	Теплый	6,5	15	57	0,19	0,52
Москва	Холодный	17,5	86	135	0,76	2,32
	Со среднемноголетними температурами	14	117	120	0,62	1,81
	Теплый	8,8	67	70	0,41	1,03
Новгород	Холодный	15	77	119	0,69	2
	Со среднемноголетними температурами	8	72	124	0,38	1,05
	Теплый	6	71	101	0,22	0,6
Петрозаводск	Холодный	20,2	101	128	0,75	2,18
	Со среднемноголетними температурами	15,6	76	128	0,69	1,98
	Теплый	6,6	93	96	0,31	0,86
Пермь	Холодный	27,1	88	118	0,82	2,5
	Со среднемноголетними температурами	20,2	61	132	0,8	2,36
	Теплый	13,2	92	114	0,67	1,89
Псков	Холодный	14,3	57	108	0,69	1,99
	Со среднемноголетними температурами	13,3	76	112	0,49	1,36
	Теплый	4,4	74	97	0,14	0,53
Свердловск	Холодный	27,9	129	160	0,82	2,54
	Со среднемноголетними температурами	25,6	61	97	0,76	2,24
	Теплый	13,3	108	111	0,68	1,96
Таллин	Холодный	12	77	122	0,58	1,61
	Со среднемноголетними температурами	9,3	71	118	0,38	1,04
	Теплый	2,2	29	52	0,07	0,2
Ульяновск	Холодный	21	93	129	0,79	2,34
	Со среднемноголетними температурами	11,9	106	136	0,72	2,06
	Теплый	10,6	92	105	0,52	1,5
Усть-Цильма	Холодный	26	118	203	0,98	3,35
	Со среднемноголетними температурами	24	75	116	0,8	2,37
	Теплый	14,8	122	144	0,73	2,11
Уфа	Холодный	25,7	117	133	0,82	2,48
	Со среднемноголетними температурами	16,9	75	130	0,78	2,27
	Теплый	11	75	108	0,66	1,87

Примечания: 1. В таблице приведены значения климатических параметров для наиболее холодного и наиболее теплого года повторяемостью один раз в 20 лет и для среднемноголетнего года. 2. При проектировании автомобильных дорог в районах, для которых нет данных о климатических параметрах, необходимо устанавливать эти параметры по прил.3.

5.3. С учетом указанных исходных данных следует определить значения коэффициентов теплопроводности слоев дорожной одежды, мерзлых грунтов земляного полотна и основания насыпи или выемки. Их нужно устанавливать экспериментально или принимать по табл.9 и 10.

Таблица 9


Материал	Плотность, кг/м	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К)
Цементобетон	2400	1,74
Асфальтобетон:
горячий плотный	2400	1,4
пористый	2300	1,25
высокопористый, в том числе битумо-песчаная смесь (ТУ 218 РСФСР 395-79)	1900-2200	1-1,1
Одномерный гранитный щебень, обработанный вязким битумом	1850	1,28
Слабопрочные известняки, укрепленные известью	2000	1,16
Керамзитовый гравий, обработанный вязким битумом	1100-1450	0,64-0,93
Аглопоритовый щебень, обработанный вязким битумом	800	0,23
Аглопорит, укрепленный цементом (аглопоритовый щебень - 45%, аглопоритовый песок - 45%, цемент - 10%, вода - 10%)	1540	0,35
Керамзитобетон	1400	0,75
Шлакобетон	1600	0,58
Стиропорбетон (на щебне из отходов жестких пенопластов)	800-1400	0,2-0,5
Каменноугольная золошлаковая смесь, укрепленная 6-8% цемента	1600	0,7
Пенопласт:
из полистирола ПС-4-60	60	0,05
"Стайрофоум"	40	0,03
Песок:
разномерный, укрепленный 6-10% цемента	2100	1,86
мелкий одномерный, укрепленный 10% цемента	2100	1,62
Супесь, укрепленная:
10% битумной эмульсией	1800	1,45
8-10% цемента	1800	1,51
Суглинок, укрепленный:
6-12% цемента	1850	1,45
2-6% цемента и 6-2% извести	1850	1,33
Щебень:
из гранита	1800	1,86
из известняка	1600	1,39
Гравий	1800	1,86
Гравийно-песчаная смесь	2000	2,1

Таблица 10


Плотность скелета грунта, кг/м	Влажность грунта, доли единицы	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·К), мерзлых грунтов
		песков	супесей	суглинков и глин
1000	0,6	-	2,04	1,92
1200	0,4	-	1,92	1,8
1400	0,35	-	1,86	1,69
	0,3	-	1,8	1,57
	0,25	2,15	1,69	1,51
	0,2	1,86	1,51	1,22
	0,15	1,63	1,28	0,99
	0,1	1,28	1,05	0,76
	0,05	0,81	0,7	0,52
1600	0,3	-	1,98	1,8
	0,25	2,73	1,92	1,69
	0,2	2,38	1,74	1,51
	0,15	2,04	1,57	1,22
	0,1	1,63	1,28	0,93
	0,05	1,1	0,87	0,64
1800	0,2	2,85	1,98	1,8
	0,15	2,62	1,8	1,57
	0,1	2,21	1,57	1,22
	0,05	1,51	0,99	0,76
2000	0,1	2,9	1,86	1,39
	0,05	2,15	-	-

Нужно также определить температуру льдообразования и содержание незамерзшей воды в слоях грунта. Эти величины устанавливают экспериментально или принимают по табл.12 и по формуле, где количество незамерзшей воды в грунте , доли единицы:

, (35)