§ 2. Определение высоты насыпей автомобильных дорог

При обеспечении мерзлого состояния грунтов основания дороги (II метод) высоту насыпи H определяют теплотехническим расчетом, исходя из нормативной глубины сезонного оттаивания слагающих насыпь грунтов H^н (рис. III-19, III-20) с учетом коэффициента теплового влияния откосов m₁ и цвета покрытия m₂:

(I-13)

Коэффициент, учитывающий дополнительный приток тепла через откосы насыпи,

(I-14)

где F - площадь поверхности земляного полотна;

F₁ - площадь основания земляного полотна.

Численные значения коэффициентов m₁ для насыпей с заложением откосов 1:1,5 приведены на рис. I-42, а. Цифрами на кривых указана ширина земляного полотна в м.

При проектировании дорожной одежды с черным покрытием применяется коэффициент m2, он может быть определен в зависимости от средней температуры воздуха за теплый период года по графику (рис. I-42, б).

Рис. I-42. Коэффициент теплового влияния. а - от формы насыпи; б - для черных покрытий; 1 - глинистые и торфяные грунты; 1 - песчано-гравийные грунты

При цементно-бетонном дорожном покрытии коэффициент теплового влияния m₂ принимается равным 1,05.

При совместном применении коэффициенты теплового влияния земляного полотна и цвета покрытия перемножаются.

Таблица I-12 Расчетная влажность грунтов земляного полотна

Расчетная влажность, при которой определяется глубина сезонного протаивания (в случае возведения земляного полотна из дренирующих грунтов), приближенно назначается по табл. I-12. При возведении земляного полотна из глинистых грунтов расчетная влажность их может быть определена по методике И. А. Золотаря [1].

Дорожные конструкции, как правило, представляют собой многослойные системы с различными физико-механическими и теплофизическими характеристиками грунтов каждого слоя; при этом расчет общей глубины протаивания системы насыпь -основание производится путем условного приведения ее к однослойной, эквивалентной ей по теплопроводности толщи.

Глубина протаивания двухслойной толщи грунтов

(I-15)

многослойной толщи

(I-16)

где h_i - толщина i-го слоя грунта в м;

Н₁^н, Н_i^н - нормативная мощность протаивания верхнего и i-го слоя в м;

Н^н - то же, нижнего слоя в м.

При допущении протаивания основания насыпи в пределах деятельного слоя (метод III, а) ее высота определяется комплексным методом Н. А. Пузакова - по пересечению кривых, построенных на основании расчетов: теплотехнического (по картам глубин протаивания) и на прочность для нежестких дорожных одежд (рис. I-43).

Рис. I-43. Зависимость глубины протаивания основания от высоты насыпи. 1 - Якутск; 2 - Норильск; 3 - Амдерма; 4 - Тикси, аб - кривая для модуля Е_экв 450 ^кг/_см²

На графике представлена зависимость расчетной высоты насыпи от глубины протаивания ее основания без поправок на тепловое влияние формы насыпи и покрытия.

Влажность грунтов основания принята равной 25%, а насыпи из дренирующих материалов - 5%. На участке графика с высотами насыпи 0,5-0,7 м кривая проведена приблизительно.

Если грунты основания не дают возможности применения расчета на прочность вследствие низких значений модулей деформации основания (или при отсутствии их численной величины), высота насыпи может быть определена по методу допускаемых деформаций грунтов основания насыпи S^p.

Полная высота насыпи H с учетом осадки основания S^p

(I-17)

Высота насыпи без учета ее осадки в грунт основания определяется по формулам:

при однородных грунтах насыпи и основания

(I-18)

при двухслойной конструкции

(I-19)

при многослойной конструкции

(I-20)

где δ - относительная осадка грунтов основания при оттаивании.

Коэффициент k, учитывающий изменение теплофизических свойств грунтов основания вследствие обжатия его насыпью, принимается равным 1,03 для глинистых грунтов и 1,05 - для песчаных. При сплошной подсыпке территории коэффициенты k и m могут быть приняты равными 1.

Нормативная глубина протаивания насыпи H₁^н и основания Н^н принимается по картам изоглубин протаивания.

Приближенные значения допускаемых (расчетных) неравномерных осадок основания земляного полотна S^p при высоте насыпи не менее 1,0 м рекомендуется принимать по табл. I-13.

Таблица I-13. Допускаемые неравномерные осадки основания земляного полотна (по Н. А. Пузакову)

Относительная осадка грунтов при оттаивании δ под нагрузкой 0,5 ^кг/_см² может определяться по графику (рис. I-44) в зависимости от влажности грунта.

Рис. I-44. Зависимость относительной осадки грунтов при оттаивании под нагрузкой 0,5 ^кг/_см² от их весовой влажности W и числа пластичности W_n

Для определения высоты насыпи с щебеночными и гравийными покрытиями могут использоваться графики, приведенные на рис. I-45, а-в, разработанные с учетом коэффициента m₂ для черных покрытий. На этих графиках цифрами при кривых показаны величины H^н (рис. III-20).

Рис. I-45. Графики определения высоты насыпи. а - при допускаемой неравномерной осадке S^p = 0,10, расчетной влажности земляного полотна W = 5 %; б - S^p = 0,10, W = 15 %; в - S^p = 0,15, W = 5 %; г - при устройстве покрытий с применением черных вяжущих материалов W = 10%

Если грунт основания характеризуется модулем деформации менее 10 ^кг/_см² или относительной просадочностью 0,2 и более,- проектирование по III методу нецелесообразно. В подобных случаях следует произвести замену грунта или вести проектирование по II методу.