СТО 218.3.001-2006

ОКС 93.080.01

91.100.60

 

Проектирование и устройство
теплоизолирующих слоев
из экструдированного
пенополистерола «STYROFOAM»
на автомобильных дорогах России

The Dow Chemical Company
(Дау Кемикал Компани)

 

 

Москва 2006

 

1. РАЗРАБОТАН ФГУП «РОСДОРНИИ» Федерального дорожного агентства Министерства транспорта РФ на основе многолетних исследований (отд. № 31 «Исследования дорог на многолетнемерзлых грунтах») по заданию «ДАУ ЮРОП ГмбХ».

ИСПОЛНИТЕЛИ: ФГУП «РОСДОРНИИ» отдел № 31: профессор, канд. техн. наук, начальник отдела В.А. Давыдов (руководитель разработки), доктор РАЕН, ст. н. с., Л.П. Троян, мл. н. с. О.Н. Гулько; «ДАУ ЮРОП ГмбХ»: технический эксперт по «STYROFOAM» в России С.В. Матанцев. Подготовка чертежей, приложений, оформление СТО выполнены младшими научными сотрудниками отдела № 31 О.Н. Гулько, А.В. Кегелес и инженером С.В. Матанцевым «ДАУ».

2. ВНЕСЁН: Представительством компании «ДАУ ЮРОП ГмбХ»

3. УТВЕРЖДЁН И ВВЕДЁН В ДЕЙСТВИЕ: Представительством компании «ДАУ ЮРОП ГмбХ» «26» мая 2006 г.

4. ВВЕДЁН ВПЕРВЫЕ

Настоящий «СТО» запрещается полностью или частично воспроизводить, тиражировать и распространять без разрешения фирмы «The Dow Chemical Company» (Дау Кемикал Компани), а также ФГУП «РОСДОРНИИ» Федерального дорожного агентства Министерства транспорта РФ.

 

СТО 218.3.001-2006

ОКС 93.080.01

91.100.60

УТВЕРЖДАЮ:

Представительство компании

«ДАУ ЮРОП ГмбХ»

Генеральный директор

___________ Адриаан ван ден

Берге

26 мая 2006 г.

СТАНДАРТ ОРГАНИЗАЦИИ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И УСТРОЙСТВО
ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩИХ СЛОЕВ
ИЗ ЭКСТРУДИРОВАННОГО ПЕНОПОЛИСТИРОЛА
«STYROFOAM»
НА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГАХ РОССИИ

СОДЕРЖАНИЕ

 

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Введение

Стандарт организации на проектирование и устройство теплоизолирующих слоев из экструдированного пенополистирола «STYROFOAM» на автомобильных дорогах России разработан в соответствии с Федеральным законом от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании» и ОДМ 218.1.001-2005 «Рекомендации по разработке и применению документов технического регулирования в сфере дорожного хозяйства».

Стандарт организации разработан для правильного применения проектными и строительными организациями экструдированного пенополистирола «STYROFOAM» на автомобильных дорогах России, изготавливаемый «The Dow Chemical Company» (Дау Кемикал Компани) для внутреннего и внешнего рынка.

Стандарт организации может использоваться другой организацией в своих интересах только по договору с компанией «The Dow Chemical Company» (Дау Кемикал Компани), в котором предусматривается полное выполнение данного Стандарта организации.

Россия характеризуется значительным разнообразием природно-климатических условий и огромными перепадами температуры воздуха летом и зимой (от + 60 °С до минус 60 °С. По дорожно-климатическому районированию (см. СНиП 02.05.02-85) вся территория России подразделена на 5 (пять) зон: первая - зона вечной мерзлоты, вторая - зона избыточного увлажнения местности, третья - зона умеренного увлажнения местности, четвёртая - зона недостаточного увлажнения местности и пятая - засушливая зона (Приложение А).

В Северном полушарии Земли вечная мерзлота занимает более 22000000 км², из которых на долю территории бывшего Советского Союза приходилось более половины (11454000 км², что составляло более 49 % территории СССР), а в современной Российской Федерации уже превышает 65 % её территории, в том числе занимает 85 % территории Сибири, 95 % Республики Саха (Якутии) и т.д. (см. таблицу 1.1).

При этом I ДКЗ - зона вечной мерзлоты занимает наибольшую территорию России. В свою очередь зона вечной мерзлоты подразделяется на три подзоны: Северную, Центральную и Южную (прил. А). Подробнее дорожно-климатическое районирование рассмотрено в документе Минтранса РФ ОДМ.218.0.084-2006 «Рекомендации по изысканиям, проектированию и строительству автомобильных дорог в районах вечной мерзлоты» (взамен ВСН 84-89).

Кроме того, вся территория страны находится под воздействием промерзания и оттаивания почвы. Во II и III дорожно-климатических зонах глубина промерзания достигает 2,5 - 3 м и более. Автомобильные дороги должны быть защищены от деформаций из-за действия морозного пучения, чтобы сохранить свои транспортно-эксплуатационные качества и обеспечить бесперебойное круглогодичное движение. Это можно осуществить при условии применения современных теплоизоляционных высокотехнологичных материалов.

Таблица 1.1 - Распространение вечной мерзлоты в бывшем СССР

2. Геопенопласт «Стайрофом» - термоизоляция автомобильных дорог

«The Dow Chemical Company» (Дау Кемикал Компани) производит экструдированный пенополистирол «STYROFOAM» (геопенопласт «Стайрофом») с 1941 года.

Все материалы серии «Стайрофом» имеют отличительный голубой цвет и равномерную мелкую закрытоячеистую структуру, сочетающую в себе высокие изоляционные параметры с прекрасными механическими характеристиками. Таким образом, этот материал способен обеспечить долгую жизнь любого сооружения, независимо от климатических условий. В 1956 г. «Стайрофом» впервые применили на автомобильной дороге.

В России «Стайрофом» впервые применил «СОЮЗДОРНИИ» под руководством д.т.н., профессора Рувинского В.И. в 1983 году на участке дороги Омск-Новосибирск (1304 км) и в течение нескольких лет вёл наблюдение за этим участком. В 1995 году сотрудники Омского филиала «СОЮЗДОРНИИ» провели обследование данного участка.

Омский автодорожный институт «СибАДИ» под руководством д.т.н., профессора Шестакова В.Н. с участием профессора В.А. Давыдова (ФГУП «РОСДОРНИИ») в течение 2003 - 04 гг. провели обследования данного участка. Все эти наблюдения дали возможность установить фактическое изменение физико-механических свойств геопенопласта «Стайрофом» в течение 20 лет, (таблица 2.1).

Таблица 2.1 - Изменение физико-механических свойств геопенопласта «Стайрофом» в течение 20 лет (а/д Омск-Новосибирск)

Как видно из таблицы 2.1, увеличилась плотность материала, увеличилась прочность на сжатие, значительно вырос модуль упругости геопенопласта «Стайрофом», незначительно снизилась теплопроводность.

В то же время проводилась оценка стабильности грунтов земляного полотна, в мае 2003 г. было заложено шесть шурфов: четыре на опытной конструкции с теплоизолирующим слоем (Ш-2 - Ш-5) и два на традиционной конструкции (Ш-1, Ш-6).

При закладке шурфов и бурении скважин было зафиксировано фактическое расположение участков с теплоизолирующим слоем: с толщиной геопенопласта «Стайрофом» 0,05 м = 104,5 п.м; с толщиной 0,10 м = 268,5 п.м.

Земляное полотно и его основание сложено глиной лёгкой пылеватой, оцениваемой СНиП 2.05.02-85 по пучинистости как грунт III группы.

Уровень подземной воды в середине мая 2003 г. отмечен на глубине 2,20 м от поверхности одежды, а в августе на глубине 2,45 м.

Образцы грунта земляного полотна отобраны на глубине 0,15 - 0,20 м от низа дорожной одежды. Результаты определения физических свойств грунтов земполотна сведены в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Физические свойства грунтов земполотна на км 1317 + несколько метров

«Центральный Научно-Исследовательский Институт Транспортного Строительства» (ЦНИИС) под руководством д.т.н., профессора А.А. Цернанта, в 1984 г. применил геопенопласт «Стайрофом» на 775 км «БАМа» для сохранения ВМГ под железнодорожным полотном.

Более 40 лет в мире и 20 лет в России с успехом применяют «Стайрофом» для предотвращения вспучивания оснований автомобильных дорог как при строительстве новых, так и при реконструкции существующих дорог. Сейчас становится всё более привычным создавать термоизоляцию дорог, предохраняющую от воздействия мерзлоты или от оттаивания вечномёрзлых грунтов (ВМГ) с помощью высокоэффективного изолирующего материала. Используя в качестве изоляции геопенопласт «Стайрофом», можно радикально упростить защиту от воздействия мерзлоты или тепла как при строительстве новых, так и при реконструкции действующих дорог.

3. Физико-механические свойства геопенопласта «Стайрофом» (STYROFOAM)

Согласно ТУ 2244-001-42809359-02, плиты «Стайрофом», в зависимости от основной части состава вспенивающего реагента, изготавливают на основе углекислого газа СО₂ - с основной частью вспенивающего реагента.

В наименование марки изделия, изготовленного с использованием реагента с основной частью углекислого газа, вводится буква «А», например: «Styrofoam Geo 500 А» (Стайроформ Гео 500 А), расположенные после наименования, но перед буквой «А» обозначают прочность на сжатие при 10 % линейной деформации в кПа.

Таблица 3.1 - Физико-механические свойства геопенопласта «Стайрофом» (STYROFOAM)

4. Геопенопласт «Стайрофом»

4.1. Область применения геопенопласта «Стайрофом»

4.1.1. Термоизолирующие прослойки из геопенопласта «Стайрофом» в дорожной конструкции могут применяться как на автодорогах в черте населённых пунктов, так и на автомобильных дорогах общего пользования и подъездных дорог к промышленным предприятиям:

♦ как альтернатива устройству традиционных морозозащитных слоев для снижения деформаций пучения при промерзании конструкции, в которой в пределах глубины промерзания имеются пучинистые грунты;

♦ как альтернатива устройству высоких насыпей или устройству термоизоляции из торфа в зоне вечной мерзлоты, обеспечивающая реализацию первого принципа проектирования - сохранения вечномёрзлого грунта в основании (или теле) насыпи с исключением просадок земляного полотна при его оттаивании.

4.1.2. Первое направление использования термоизолирующей прослойки может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах в любой дорожно-климатической зоне при наличии сезонного промерзания-оттаивания грунтов с повышенной пучинистостью.

Второе направление может быть реализовано на дорогах общей сети и ведомственных дорогах только в зоне вечной мерзлоты или в специальных проектных решениях, рассчитанных на особые условия строительства и эксплуатации дороги (временные дороги, промышленные дороги, подъезды к аэропортам, к морским и речным причалам и т.п.).

4.1.3. Эффект от применения теплоизолирующего слоя, используемого для снижения морозного пучения, может быть получен за счёт:

♦ уменьшения объёма качественных материалов, используемых в дорожной одежде для обеспечения её морозоустойчивости;

♦ возможности использования в верхней части земляного полотна местных пучинистых грунтов (без их замены);

♦ повышения долговечности конструкции, вследствие исключения периодически возникающих деформаций морозного пучения;

♦ возможности понижения рабочих отметок насыпей на участках, где при традиционных конструкциях действуют ограничения СНиПа по минимальному возвышению насыпи над уровнем подземных или поверхностных вод, а также над уровнем земли;

♦ снижения расчётной влажности грунта земляного полотна и соответствующего повышения расчётных значений прочностных характеристик грунта за счёт понижения влагонакопления при процессе морозного пучения;

♦ снижения требуемой толщины дренирующего слоя за счёт исключения поступления воды снизу при оттаивании земляного полотна.

4.1.4. Эффект от применения теплоизолирующего слоя для предотвращения оттаивания грунта, используемого в конструкции в мёрзлом состоянии в зоне вечной мерзлоты, получается за счёт:

♦ уменьшения объёмов привозных грунтов при сооружении земляного полотна по первому принципу (сохранение мёрзлого грунта в основании насыпи);

♦ обеспечения возможности использования в земляном полотне грунтов с любой степенью увлажнения в виде мёрзлокомковатого материала;

♦ обеспечения возможности уменьшения рабочих отметок насыпей, сооружаемых по первому принципу в зоне вечной мерзлоты с соответствующим уменьшением объёмов земляных работ;

♦ исключения необходимости замены грунта в основании дорожной одежды в выемке;

♦ повышения надёжности и долговечности дорожной конструкции, запроектированной по первому принципу (сохранение мёрзлого грунта в основании насыпи);

♦ сокращения затрат на уплотнение грунтов при сооружении насыпей;

♦ снижения экологического ущерба при строительстве дорог в северных районах.

4.1.5. Реальный экономический эффект при применении теплоизоляционного слоя из плит геопенопласта «Стайрофом» выражается в удешевлении конструкции от 8 до 45 %, что связано чаще всего с отсутствием качественных грунтов (особенно в районах вечной мерзлоты) и технологическими сложностями при их добыче и использовании. В связи с чем этот способ строительства с применением плит геопенопласта рекомендуется как преимущественный.

4.1.6. Конструктивные решения с использованием термоизолирующих прослоек должны быть обоснованы соответствующими теплотехническими расчётами.

4.1.7. Преимущества геопенопласта «Стайрофом» при строительстве автомобильных дорог в сравнении с традиционной дорожной конструкцией:

♦ уменьшается толщина морозозащитного слоя;

♦ уменьшается высота насыпи до требований по условиям снегонезаносимости;

♦ уменьшается высота насыпи до требований по возвышению над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно стоящих поверхностных вод;

♦ уменьшается глубина выемки;

♦ используется грунт повышенной влажности;

♦ сокращается объём вывозимого грунта, а также сокращается объём привозного песка, и уменьшается объём временных складов;

♦ на выемках не требуется устраивать дополнительные мероприятия, т.е. устройство откосов, полок, обочин, закюветных полок или кювет-траншей, а также дренажей;

♦ исключаются ограждающие конструкции за счёт снижения высоты насыпи;

♦ сокращаются затраты на рекультивацию и экологию;

♦ снижается ширина землеотвода как временного, так и постоянного;

♦ уменьшаются затраты на пересечениях автомобильных и железных дорог;

♦ не производится замена опор ЛЭП на более высокие опоры при пересечении с дорогой;

♦ уменьшаются затраты при устройстве автостоянок, остановочных площадок и т.д.;

♦ увеличивается период строительных работ;

♦ сокращается объём машиночасов;

♦ сокращается срок строительства.

4.1.8. При эксплуатации автомобильных дорог, построенных с геопенопластом «Стайрофом», получаем ряд преимуществ:

♦ улучшается уборка снега и травы на обочинах автодороги из-за отсутствия ограждения;

♦ увеличивается срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами;

♦ увеличивается плотность грунта до нормативных требований;

♦ увеличивается модуль упругости дорожной одежды;

♦ снижается нагрузка на грунты;

♦ выполняется капилляропрерывание влаги;

♦ снимается ограничение на движение большегрузного транспорта в весенне-осенний период;

♦ улучшается экологическая обстановка на автодорогах, так как не происходит разрушений дорожного покрытия; это способствует обеспечению требуемой скорости движения автотранспорта, а также уменьшению пылеобразования и сокращению количества дорожно-транспортных происшествий (ДТП);

♦ уменьшается или исключается образование «колеи».

4.2. Хранение геопенопласта «Стайрофом»

4.2.1. Изолирующие плиты можно хранить вне помещения. Дождь, снег или мороз не оказывают на них никакого действия. Следует защитить плиты от воздействия прямого солнечного света при долговременном хранении. Защитные материалы тёмного цвета запрещается применять, поскольку образование тепла может быть слишком высоким. Следует обеспечить регулярную вентиляцию при хранении вне помещения.

4.2.2. Изолирующие плиты можно обрабатывать столярным инструментом и на станках стандартного типа.

4.2.3. Изолирующие плиты огнеопасны, поэтому при установке всегда должны быть защищены от возгорания. Продуктами горения, как и для всех органических материалов, являются в основном окись углерода, а также двуокись углерода и сажа. Дым незначительно ядовит, как и дым от других строительных материалов, например, древесины.

4.2.4. Плиты расплавляются, если они в течение продолжительного времени подвергаются действию высокой температуры. Максимальная рекомендуемая рабочая температура составляет от минус 70 °С до + 75 °С.

4.2.5. Геопенопласт «Стайрофом» следует предохранять от:

♦ прямого механического воздействия нагрузок выше расчётных;

♦ нефтяных продуктов (бензин, керосин и т.д.);

♦ органических растворителей (бензол, ацетон и т.д.);

♦ открытого огня;

♦ открытых ультрафиолетовых лучей (более 30 суток).

4.2.6. Геопенопласт «Стайрофом» не поддаётся воздействию:

♦ карбоната натрия и гидроокиси кальция;

♦ натрия хлорида (поваренная соль);

♦ бактерий природного происхождения и органических веществ (гумус, сапропель и т.д.).

4.2.7. При наличии в грунте кислот, щелочей, органических удобрений и других веществ, не перечисленных выше, следует проводить оценку устойчивости «Стайрофом» индивидуально по конкретному составу и концентрации этих веществ.

5. Дорожные конструкции с геопенопластом «Стайрофом»

5.1. Принципы расчёта конструкций с прослойками из геопенопласта «Стайрофом» по строительной стоимости

5.1.1. При применении конструкций с термоизолирующими слоями из геопенопласта «Стайрофом» следует реализовывать возможность получения оптимального решения по строительной стоимости. При такой оптимизации могут учитываться:

♦ изменение стоимости термоизолирующей прослойки из геопенопласта «Стайрофом» в зависимости от требуемой её толщины, глубины заложения от поверхности покрытия, а также её марки;

♦ увеличение стоимости земляного полотна при увеличении глубины заложения прослойки (за счёт увеличения доли более качественного грунта в общем объёме полотна);

♦ возможность снижения требуемого возвышения поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод на участках насыпей и выемок, где требуемое возвышение (без принятия специальных мер) определяется условиями увлажнения и промерзания рабочего слоя земляного полотна;

♦ возможность снижения высоты насыпи в зоне вечной мерзлоты при проектировании по первому принципу проектирования (сохранения мерзлоты в основании насыпи);

♦ возможность уменьшения толщины дорожной одежды за счёт уменьшения расчётной влажности грунта в зоне сезонного промерзания и уменьшения глубины промерзания;

♦ возможность возникновения необходимости усиления дорожной одежды (при близком расположении низкомодульной термоизолирующей прослойки).

5.1.2. Оптимизация должна осуществляться на основе использования целевой функции:

С_к = [C_в + C_пp + C_ниж + C_до + C_мз + C_от] ® min,                              (5.1)

где:

С_к - стоимость дорожной конструкции;

С_в - стоимость верхней части земляного полотна (над прослойкой);

С_пр - стоимость прослойки;

С_ниж - стоимость нижней части земляного полотна (под прослойкой);

С_до - стоимость несущей части дорожной одежды (покрытие + несущее основание);

С_мз - стоимость морозозащитного и дренирующего слоев дорожной одежды;

С_от - стоимость откосной части с естественным (торф) или искусственным термоизолятором.

5.1.3. При приближённом решении задачи оптимизации следует ограничиться условием С_до = const. При этом дорожная одежда по прочности должна быть рассчитана на невыгодный случай конструкции рабочего слоя земляного полотна и слоев основания.

5.1.4. В случае устройства теплоизолирующей прослойки для снижения морозного пучения дорожной одежды аналитическое выражение стоимости конструкции в зависимости от глубины залегания прослойки имеет вид:

С = c_в[(B + mz)z] - bh_доc_н[B(H - z) + m(H² - z²)] + с_доbh_н + с_мзh_мзb_мз + с_прh_прХ_пр, (5.2)

где:

с_в - стоимость единицы объёма верхней части земляного полотна (над прослойкой);

с_н - то же, под прослойкой;

Н - высота насыпи;

В - ширина полотна;

m - заложение откосов;

z - глубина расположения прослойки;

h_до - толщина дорожной одежды;

b - ширина проезжей части;

с_до - стоимость единицы объёма несущей части дорожной одежды;

с_мз - стоимость единицы объёма морозозащитного и дренирующего слоев;

h_мз - толщина морозозащитного и дренирующего слоя;

b_мз - ширина морозозащитного и дренирующего слоя;

с_пр - стоимость единицы объёма прослойки;

h_пp - толщина прослойки;

h_н - толщина несущей части дорожной одежды;

Х_пр - ширина прослойки.

5.1.5. Толщина прослойки h_np в общем случае является функцией глубины промерзания z_пp, убывающей при увеличении z_np. Характер этой функции может быть установлен на основе теплофизического расчёта.

В первом приближении ширину прослойки Х_пр следует назначать равной ширине земляного полотна (В).

5.1.6. Толщина морозозащитного и дренирующего слоя h_мз также является функцией глубины расположения теплоизолирующей прослойки (при заданной её толщине).

5.1.7. Для определения оптимальной глубины заложения прослойки заданной толщины h_np выражение (5.2) необходимо решить на минимум при h_np = const.

При устройстве термоизолирующего слоя для исключения оттаивания нижней части насыпи или её основания используется выражение:

С_к = c_в[(B + m_Z)z²] - bh_до + c_н[B(H - z) + m(m² - Z²)] + C_до + C_прh_пр[(B + 2mz) + C_от, (5.3)

где:

C_om - стоимость откосной части из торфа или торфопесчаной смеси.

5.1.8. Оптимизацию дорожных конструкций можно проводить при заданных рабочих отметках полотна или с изменением отметок.

В последнем случае осуществляется общая оптимизация проектного решения с изменением по теплофизическому критерию продольного профиля и сокращением объёма или стоимости земляных работ.

5.2. Принципы оценки эффективности конструкций с геопенопластом «Стайрофом»

5.2.1. При оценке экономической эффективности теплоизолирующей прослойки в условиях сезонного промерзания за базовую следует принимать конструкцию с морозозащитным слоем требуемой толщины при требуемом по условию водно-теплового режима возвышении земляного полотна над источниками увлажнения.

При оценке экономической эффективности теплоизолирующей прослойки в зоне вечной мерзлоты за базовую следует принимать конструкцию насыпи из дренирующего грунта, высота которой обеспечивает исключение протаивания основания под насыпью (под земляным полотном).

5.2.2. При оценке экономической эффективности следует учитывать, что применение конструкций с термоизоляторами обеспечивает удлинение межремонтных сроков дорожной конструкции. До накопления фактических данных по продлению межремонтных сроков следует принимать их удлинение до 10 %.

5.2.3. При оценке эффективности дополнительно следует учитывать положительные и отрицательные эффекты от:

♦ повышения доли зимних работ;

♦ снижения нагрузки на окружающую среду;

♦ ускорения строительства.

5.2.4. Из прил. Е и Ж видно, что по теплотехническому расчёту, например в районе Майкопа, не требуется применять морозозащитный слой или теплоизоляционный слой из геопенопласта «Стайроформ». Но согласно расчёту над уровнем грунтовых вод (РУГВ) или длительно стоящих поверхностных вод, покрытие дорожной одежды должно возвышаться над РУГВ на высоту 1,8 м. Применение геопенопласта «Стайрофом» толщиной 0,3 м даёт возможность снизить высоту насыпи до низа дорожной одежды на 1,15 м, что, в свою очередь, может привести к экономии на периоде строительства, сокращению сроков строительства и т.д.

ДЛЯ РАЙОНОВ СЕЗОННОГО ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ ВО II - V ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ ЗОНАХ (ДКЗ)

6. Расчёт термоизолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» при сезонном промерзании дорожной конструкции

6.1. Морозоустойчивость дорожной конструкции оценивается по величине её морозного пучения. Морозоустойчивость конструкции считается обеспеченной при условии:

,                                                          (6.1)

где:

l_пуч - расчётная величина морозного пучения конструкции, (в см);

 - допустимая величина морозного пучения, устанавливаемая по табл. 6.1.

Таблица 6.1 - Допустимое морозное пучение

6.2. Классификацию грунтов по степени пучинистости при замерзании определяют по табл. 6.2.

Таблица 6.2 - Относительное морозное пучение

6.3. Группы грунтов по степени пучинистости определяют по табл. 6.4.

6.4. Расчёт требуемой толщины термоизолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» при обеспечении морозоустойчивости дорожной конструкции выполняется по ОДН 218-046-01. По карте определяем номер изолинии (рис. 6.1), которая проходит через рассматриваемый участок дороги. При расположении участка между изолиниями определяют номера этих двух изолиний и выводят средний показатель линейной интерполяции.

6.5. Требуемое термическое сопротивление дорожной одежды, при котором пучение грунта исключается (R_од(о)), определяют по табл. 6.3.

6.6. Термическое сопротивление дорожной одежды R_од(о) вычисляют по формуле:

                                        (6.2)

где:

п_од - число конструктивных слоев дорожной одежды без теплоизолирующего слоя;

h_од(i) - толщина отдельного слоя, м;

l_од(i) - коэффициент теплопроводности отдельных слоев, фактические значения или табличные значения (прил. Г).

6.7. Величину требуемого термического сопротивления R_од(mp) вычисляют по формуле:

R_од(тр) = R_пр×К_од×К_увл×d, (м²×°К/Вт),                                      (6.3)

где:

R_пp - приведённое термическое сопротивление, определяемое при помощи номограммы (см. рис. 6.2.1 и 6.2.2);

К_од - коэффициент, учитывающий срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами, определяют по табл. 6.5;

К_увл - коэффициент, учитывающий схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна, принимаемый при II и III схемам увлажнения, равный единице, а при 1-й схеме увлажнения - по табл. 6.8;

d - понижающий коэффициент, принимаемый для II₁, II₃ и II₅ дорожно-климатических подзон, равный 1,0; для II₂, II₄ и II₆ подзон, равный 0,95; для III дорожно-климатической зоны, равный 0,95; для IV дорожно-климатической зоны равным 0,85 (схема дорожно-климатических зон (прил. А).

Таблица 6.3 - Требуемое термическое сопротивление дорожной одежды

Таблица 6.4 - Группы грунтов по степени пучинистости

Рис. 6.1. - Карта-схема 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

Таблица 6.5 - Коэффициент, учитывающий срок службы дорожной одежды

6.8. R_np определяют с помощью номограммы (рис. 6.2.1) методом итерации через отношение l_доп/(С_пуч×С_р). Значения l_доп, С_пуч и С_р определяют соответственно по таблицам 6.1, 6.6 и 6.7.

При назначении величины С_р по табл. 6.6 подбирают допустимую глубину промерзания h_np(доп) таким образом, чтобы получаемому значению отношения l_доп/(С_пуч×С_р) соответствовала величина h_np(доп) на вертикальной оси номограммы, равная принятой при определении С_р. Подбор нужно начинать со значения h_np(доп), соответствующего наименьшей допустимой глубине промерзания.

Расстояние Н_g от низа дорожной одежды до уровня подземных вод, необходимое для использования номограммы, определяют, приняв за исходную, полученную в соответствии с п. 6.5, ориентировочную толщину морозозащитного слоя h_мз и общую толщину дорожной одежды h_од.

Рис. 6.2.1. - Номограмма для определения требуемого термического сопротивления дорожной одежды R_од(тр) при значениях L_доп/(C_пуч×C_р) от 0 до 6 см:

I - Х - номера изолиний на карте (см. рис. 6.1);

1 - кривая расчёта для 1-го и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляного полотна; Нg - глубина залегания расчетного УГВ от низа дорожной одежды, включая морозозащитный слой

Таблица 6.6 - Допустимая глубина промерзания в зависимости от толщины дорожной одежды

Рис. 6.2.2. - Номограмма для определения требуемого термического сопротивления дорожной одежды R_од(mp) при значениях L_доп/(C_пyч×C_р) от 6 до 30 см:

I - Х - номера изолиний на карте (см. рис. 6.1); 1 - кривая расчёта для 1-го и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляного полотна; Н_g - глубина залегания расчетного УГВ от низа дорожной одежды, включая морозозащитный слой

Таблица 6.7 - Показатель пучения для грунтов

Таблица 6.8 - Коэффициент увлажнения рабочего слоя земляного полотна

Рис. 6.3 - График для определения необходимой толщины теплоизолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом»

При глубине залегания подземных вод на участке дороги, отличающейся от указанных на номограмме, нужно определить два значения R_np. Одно - при значении Н_g на номограмме более, а другое - при значении Н_g на номограмме менее данного. Искомое значение R_пр устанавливают методом линейной интерполяции между соответствующими величинами.

6.9. Расчёт толщины теплоизолирующего слоя осуществляют так же, как и морозозащитного. В расчёт следует включать толщину дорожной одежды, необходимой по условиям обеспечения прочности и дренирования, а также значения показателя пучинистости грунта С_пуч (табл. 6.7); толщину теплоизолирующего слоя следует определять по графику (рис. 6.3) в зависимости от R_од(тр) и R_од(о).

6.10. Пример расчёта при сезонном промерзании для геопенопласта «Стайрофом» с нагрузкой в 500 кПа.

Исходные данные:

♦ автомобильная дорога II технической категории;

♦ расположена в Московской области - II₂ дорожно-климатическая подзона;

♦ грунт земляного полотна - супесь тяжёлая пылеватая или суглинок лёгкий пылеватый (чрезмерно пучинистый);

♦ влажность грунта насыпи - 0,7 W_T;

♦ высота насыпи h = 0,7 м, толщина дорожной одежды h = 0,5 м;

♦ схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;

♦ глубина залегания грунтовых вод - 0,5 м;

♦ допустимая величина пучения - 4 см;

♦ срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами - 20 лет.

Таблица 6.9 - Расчёт дорожной одежды толщиной 0,5 м

Расчёт:

1. По карте на рис. 6.1 определяем номер изолинии - «V»;

2. «V» - изолиния,

R_од(max) = R_од(тр) = 2,200 м²×°К/Вт (табл. 6.3);

3.  (6.2)

где:

R_од(o) = (0,05/1,4) + (0,15/1,25) + (0,3/0,52) = 0,036 + 0,12 + 0,577 = 0,733 м²×°К/Вт - термическое сопротивление дорожной одежды, запроектированной по условиям прочности (табл. 6.9);

4. С_пуч = 2,0 (определяем по табл. 6.7). При толщине дорожной одежды h_од = 0,50 м расстояние от низа дорожной одежды до УГВ Н_g составит 0,5 м;

5. С_р = 0,85 (определяем по табл. 6.6 методом интерполяции между h_од = 0,50 см и h_од = 1,0 м для h_пр(доп) = 0 - 50 см),

l_доп/(С_пуч×С_р) = 4/(2,0×0,85) = 4/1,70 = 2,4 см.

При Н_g = 0,5 м по номограмме (рис. 6.2.1) получаем значение h_пр(доп) = 50 см;

6. С_р = 0,80 (так как С_р определялась для интервала h_пр(доп) 0 - 50 см, возвращаемся к табл. 6.6 и находим при h_пр(доп) 0 - 1,0 и h_од = 0,50 м);

l_доп/(С_пуч×С_р) = 4/(2,0×0,80) = 4/1,6 = 2,5 см.

При Н_g = 0,5 м по номограмме (рис. 6.2.1) получаем значение h_пр(_доп) = 50 см;

7. По номограмме (рис. 6.2.1) определяем методом интерполяции приведённое термическое сопротивление R_np= 1,190 м²×К/Вт.

K_од = 1,0 (по табл. 6.5, учитывающий срок службы дорожной одежды);

К_увл = 1,0 (учитывающий схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна при III схеме увлажнения п. 6.7);

d = 0,95 (понижающий коэффициент для II₂ дорожно-климатической подзоны, п. 6.7).

8. R_од(тр) = R_np×K_од К_увл×d.

R_од(тр) = 1,190×1×1×0,95 = 1,130 м²×°К/Вт.

9. По графику (рис. 6.3) определяем искомую толщину слоя «Floormate 500» из геопенопласта «Стайрофом» марки «Styrofoam Geo 500A» или:

h_п = 2 см, при h_nyч = 4 см, R_од(тр) = 1,131 м²×°К/Вт.

10. По графику (рис. 6.3) определяем искомую толщину слоя «Floormate 500:

h_п = 8 см, при h_пуч = 0 см, R_од(тр) = 2,200 м²×°К/Вт.

6.11. Пример расчёта при сезонном промерзании для геопенопласта «Стайрофом» с нагрузкой в 350 кПа.

Исходные данные:

♦ автомобильная дорога - II технической категории;

♦ расположена в Московской области - II₂ дорожно-климатическая подзона;

♦ грунт земляного полотна - суглинок тяжёлый пылеватый, сильно пучинистый (из этого же грунта возводится земляное полотно);

♦ влажность грунта насыпи - 0,7 W_T;

♦ высота насыпи h = 1,5 м, толщина дорожной одежды h = 1,0 м;

♦ схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна - III;

♦ глубина залегания грунтовых вод - 0,5 м;

♦ допустимая величина пучения - 4 см;

♦ срок службы дорожной одежды между капитальными ремонтами - 20 лет.

Расчёт:

1. По карте на рис. 6.1 определяем номер изолинии - «V»;

2. «V» - изолиния, R_од(max) = R_од(тр) = 2,200 м²×°К/Вт (табл. 6.3);

Таблица 6.10 - Расчёт дорожной одежды толщиной 1,0 м

3.  (6.2)

R_од(о) = (0,05/1,4) + (0,15/1,25) + (0,3/0,52) + (0,5/2,03) = 0,979 м²×°К/Вт - термическое сопротивление дорожной одежды, запроектированной по условиям прочности (табл. 6.10);

4. С_пуч = 2,0 (определяем по табл. 6.7). При толщине дорожной одежды h_од = 1,50 м расстояние от низа дорожной одежды до УГВ Н_g составит 0,5 м;

5. С_р = 0,75 (определяем по табл. 6.6 методом интерполяции между h_од = 1,50 м для h_пр(доп) = 0 - 100 см),

l_доп/(C_nyч - C_p) = 4/(2,0×0,75) = 4/1,5 = 2,7 см.

При Н_g = 0,5 м по номограмме (рис. 6.2.1) получаем значение h_пр(доп) = 53 см;

6. По номограмме (рис. 6.2.1) определяем методом интерполяции приведённое термическое сопротивление R_пр = 1,120 м²×°К/Вт.

К_од = 1,0 (по табл. 6.5, коэффициент, учитывающий срок службы дорожной одежды);

К_увл = 1,0 (коэффициент, учитывающий схему увлажнения рабочего слоя земляного полотна при III схеме увлажнения п. 6.7);

d = 0,95 (понижающий коэффициент для II₄ дорожно-климатической подзоны, п. 6.7);

7. R_од(тр) = R_np×К_од×К_увл×d.

R_од(тр) = 1,120×1×1×0,95 = 1,064 м² °К/Вт;

8. По графику (рис. 6.3) определяем искомую толщину слоя из геопенопласта «Стайрофом» марки «Floormate 350»:

h_п = 0,00 см, при h_nvч = 4 см, R_од(тр) = 1,064 м² °К/Вт.

9. По графику (рис. 6.3) определяем искомую толщину слоя из геопенопласта «Стайрофом» марки «Floormate 350»:

h_п = 6 см, при h_nyч = 0 см, R_од(тр) = 2,200 м²×°К/Вт.

6.12. Гидроизоляция дорожной конструкции выполняется геопенопластом «Стайрофом» со склеенными стыками, а глубина его заложения определяется расчётом более 0,15 м над горизонтом грунтовых вод (ГГВ) или надмерзлотных вод (ГМВ) (рис. 7.15).

6.13. В дорожном полотне воздухо- и парообмен осуществляются в течение года по определённым закономерностям:

♦ воздух движется снизу вверх (в тёплый период года) и сверху вниз (в холодный период года) (во II - V ДКЗ);

♦ водяной пар диффундирует сверху вниз (в тёплый период года) и снизу вверх (в холодный период года) (во II - V ДКЗ).

6.14. Расчёт гидроизоляции, а также воздухо- и паропроницаемость проводятся по методике профессора В.М. Сиденко.

7. Конструирование дорожной одежды с геопенопластом «Стайрофом»

7.1. Расстояние от верхней точки геопенопласта «Стайрофом» до поверхности дорожного полотна должно быть более или равно 0,5 м. Поскольку изолирующий слой затрудняет излучение тепла из накопителя тепла в грунте основания дороги, поверхность дороги охлаждается быстрее, чем на неизолированных участках дороги. Поэтому температура здесь может опускаться ниже точки замерзания гораздо быстрее и вызывать неожиданное образование слоя льда и гололёда. Противодействовать этому может упомянутый слой в 0,5 м и более (рис. 7.1). Геопенопласт «Стайрофом» укладывается шире проезжей части на 0,5 - 1,5 м с каждой стороны в зависимости от глубины промерзания земляного полотна.

7.2. Возможность неожиданного образования льда на коротких отрезках дороги представляет собой особую опасность. В тех местах, где тенденция образования льда высока, например, вблизи водоёмов или участков с постоянной тенью, следует быть особенно внимательным. На подобных участках или на поворотах, а также подъёмах и спусках нельзя сооружать переходы между изолированными и неизолированными участками дороги. Решить эту задачу поможет слой дорожной одежды более 0,5 м над геопенопластом «Стайрофом».

1 - асфальтобетон; 2 - щебень (гравий); 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - грунт естественный.

Рис. 7.1 - Дорожная одежда

7.3. При реконструкции существующих дорог в качестве изолирующей постели может служить уже имеющийся верхний слой земляного полотна, который выравнивают. Для снижения уровня неудобств при дорожном движении чаще всего необходимо занимать для работы менее половины дорожного полотна за один раз. Временные ограничители вдоль середины облегчают стыковку изолирующих плит на половине дороги.

1 - асфальтобетон; 2 - щебень (гравий); 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - песок;

5 - существующая дорожная конструкция; 6 - грунт естественный.

Рис. 7.2 - Дорожная одежда (реконструкция)

7.4. На существующих дорогах термоизоляцию могут укладывать либо с использованием имеющегося верхнего слоя земляного полотна в качестве основания (рис. 7.2), либо за счёт заглубления. Заглублённая термоизоляция может быть лучшим решением в районах плотной застройки там, например, где необходимо уменьшение высоты насыпи или других проблем на границах земельных участков. В подобных случаях необходимо также согласовать длины переходов между изолированными и неизолированными участками дороги.

7.5. Чтобы избежать слишком резких переходов между изолированным и неизолированным дорожным полотном, переход выполняют за счёт постепенного уменьшения толщины изоляции, в направлении неизолированного участка дороги, длина стандартной переходной зоны с термоизоляцией составляет 16,0 м (рис. 7.4). Плиты укладывают ступенями с накладкой по 60 см (лесенкой) (рис. 7.3). Протяжённость переходной зоны зависит от скорости движения транспорта (табл. 7.1).

1 - асфальтобетон; 2 - щебень; 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - грунт естественный

Рис. 7.3 - Переход участка насыпи с теплоизоляционным слоем и без изоляции

(Разрез по глубине насыпи в продольном направлении)

Таблица 7.1 - Протяжённость переходной зоны

7.6. В разрезах горных пород геопенопласт «Стайрофом» укладывают на полную толщину изоляции до тех пор, пока не дойдут до грунта с однородным слоем грунта толщиной более 1,0 м, после чего начинается выполнение перехода между изолированными и неизолированными участками дороги.

Рис. 7.4 - Укладка геопенопласта «Стайрофом»

На существующих дорогах может стать необходимым неоднократное увеличение длины перехода между изолированными и неизолированными участками дороги до 24,0 м. Длина перехода часто должна быть согласована как с примыкающими дорогами и выездами на земельные участки, так и со смещением существующей дороги из-за пучения. Съезды изолируют по длине более 5,0 м (рис. 7.5).

7.7. Если толщина постели 0,5 м, то рекомендуется применение геопенопласта «Стайрофом» с нагрузками 500 кПа (рис. 7.6а), а если она превышает 1,0 м, то можно использовать геопенопласт «Стайрофом» с нагрузками 350 кПа (рис. 7.6б).

Необходимую марку геопенопласта «Стайрофом» можно выбрать в третьем разделе данного документа, с учётом расчётной нагрузки. Указанные значения характеристик в состоянии предела прочности установлены при нижней 5 %-ной деформации. Эти значения отражают кратковременные нагрузки. В случае долговременных нагрузок эти значения снижаются. Допустимое напряжение при долговременной нагрузке рассчитано на срок эксплуатации более 50 лет, и его (срок) следует сохранить.

Рис. 7.5 - Съезд с существующей дороги

7.8. Первый слой дорожной одежды над плитами геопенопласта «Стайрофом» из песка или щебня должен быть более 0,2 м в уплотнённом состоянии, но при укладке щебня толщина геопенопласта «Стайрофом» увеличивается на 1 см, а также увеличивается толщина геопенопласта «Стайрофом», если он укладывается на щебень.

Если толщина геопенопласта «Стайрофом» 6 см и более, то в этом случае рекомендуется увеличить количество слоев, например: 3 + 3 = 6 см, что позволит увеличить модуль упругости дорожной одежды, но при этом снизится термическое сопротивление дорожной одежды.

7.9. Термоизоляция геопенопластом «Стайрофом» водопропускных труб и подземных переходов под дорогами (пешеходные и велосипедные тоннели и т.п.) может быть также необходима для снижения пучения дорожной одежды (рис. 7.9). Водопропускные трубы влияют на промерзание грунта, а небольшого диаметра трубы часто промерзают в зимнее время, и они должны быть теплоизолированы для предотвращения пучения дорожной одежды (рис. 7.8 и 7.9).

Геопенопласт «Стайрофом» на входе и выходе железобетонных конструкций выступает за их границы более 1,0 м (рис. 7.9). Требуемая толщина h_k должна быть ³ 0,1 м. Расчёт толщины геопенопласта «Стайрофом» выполняют «численными методами» по методике МГУ и ЦНИИС. В данных конструкциях прочностные характеристики геопенопласта «Стайрофом» должны быть 500 кПа при 10 % линейной деформации.

7.10. В тоннелях вода часто просачивается из горных пород как в своде, так и в донной части. Чем ближе тоннельный вход к воде, тем выше риск, что она замёрзнет с образованием наслоений из льда. В связи с этим объёмы воды и льда могут быть значительными и стать причиной возникновения опасности.

Зимой под воздействием различных факторов (ветер, «эффект дымовой трубы», всасывающий эффект от движения транспорта, от механической вентиляции и др.) холод всегда проникает в тоннель. В связи с этим свод тоннеля, дорожное полотно, а также дренаж следует защитить от промерзания геопенопластом «Стайрофом» и предотвратить пучение (рис. 7.10).

Свод тоннеля термоизолируется геопенопластом «Стайрофом» прочностью более 200 кПа и крепится при изготовлении бетонных тюбингов на заводе железобетонных изделий. Толщину геопенопласта «Стайрофом» определяют «численными методами», но в то же время она должна быть более 0,1 м.

7.11. Для укладки дорожного полотна дно тоннеля очищают до такого уровня, который необходим для размещения верхней части земляного полотна. Тот грунт, который остаётся под дорожной одеждой, часто представляет некоторую опасность при промерзании, что может быть причиной пучения в сочетании с поступлением воды и низкой несущей способностью.

а) 1 - асфальтобетон; 1а - асфальтобетон двухслойный; 2 - щебень (гравий); 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - песок; 5 - грунт естественный.

б) 1 - асфальтобетон; 6 - цементобетон; 7 - щебень (гравий), укреплённый цементом; 2 - щебень (гравий); 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - песок; 5 - грунт естественный

Рис. 7.6 (а, б) - Дорожные конструкции (толщины слоев назначают по расчёту)

Рис. 7.7 - Конструкция дорожной одежды и земляного полотна с термоизолирующими слоями из геопенопласта «Стайрофом»

1 - асфальтобетон; 2 - щебень, уложенный по способу заклинки; 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - водопропускная труба; 5 - песок; 6 - грунт естественный

Рис. 7.8 - Водопропускная труба

Толщину изолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» определяют «методом конечных элементов», но в тоже время она должна быть более 0,1 м. В остальном материал для дороги рассчитывают точно так же, как и для обычных дорог, когда речь идёт о стандартных материалах, включая несущую способность и минимальную толщину изоляции (рис. 7.11).

Г_н - габарит пешеходного тоннеля; Г_в - габарит велосипедного тоннеля; 1 - асфальтобетон; 2 -щебень (гравий); 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - железобетон; 6 - грунт естественный; 7 - грунт насыпной; 8 - дренажные трубы.

Рис. 7.9 - Пешеходные и велосипедные тоннели

7.12. Грунтовая вода должна удаляться из свода в донную часть тоннеля, а затем в дренажную систему. Дренаж защищают от промерзания геопенопластом «Стайрофом». Изоляцию укладывают по всему круглому или эллипсоидному контуру тоннеля сразу за железобетонной стеной толщиной от 3 - 4 и даже до 10 см (в зависимости от природно-климатических условий и с учётом дорожно-климатического районирования).

В основании под дорожной одеждой изоляцию из геопенопласта «Стайрофом» укладывают на ширину основания одежды + по 0,25 - 0,5 м в обе стороны - под укреплёнными полосами или обочинами.

Толщину слоя теплоизоляции в дорожной одежде назначают по теплотехническому расчёту.

В продольном направлении (перед тоннелем и после тоннеля) изоляцию укладывают на основе решения автора проекта, но более 0,6 м.

Га - габарит автотранспортного тоннеля; 1 - железобетон; 2 - асфальтобетон; 3 - песчано-гравийная смесь; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - песок; 6 - грунт естественный

Рис. 7.10 - Изоляция автотранспортного тоннеля

7.13. Для предотвращения оползневых явлений устраиваются подпорные стенки. Подпорную стенку защищают от бокового давления грунта при промерзании и пучении. Расчёт изолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» такой же, как для дорожного покрытия (рис. 7.13) (более 0,1 м на вертикальной стенке).

1 - асфальтобетон; 2 - щебень (гравий); 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - грунт естественный

Рис. 7.11 - Изоляция автотранспортного тоннеля

7.14. Для предотвращения промерзания и пучения грунта за подпорной стенкой в верхней зоне (рис. 7.12) изоляцию геопенопласт «Стайрофом» следует укладывать по ширине, согласно теплотехническому расчёту, но более 1,0 м поверх подверженных промерзанию и пучению грунтов.

Толщина изолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» определяется «методом конечных элементов», но в тоже время она должна быть 0,1 м или более. Дренажные системы укладывают в нижнем углу естественного откоса ниже уровня геопенопласта «Стайрофом». Обратную засыпку подпорной стены выполняют выкопанным грунтом с последующим уплотнением.

7.15. Дамбы и насыпи на поймах, выполненные из грунта, защищают геопенопластом «Стайрофом» (рис. 7.14). Толщину изолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» определяют расчётом, но она должна быть более 0,10 м. На боковых поверхностях применяют геопенопласт «Стайрофом» с прочностью 350 кПа и более, а на проезжей части более 500 кПа при 10 % линейной деформации. Высоту расположения геопенопласта «Стайрофом» определяют расчётом, но она должна быть выше на 0,15 м расчётного горизонта воды (рис. 7.15).

1 - асфальтобетон; 2 - песчано-гравийная смесь; 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - железобетон; 6 - грунт естественный; 7 - грунт насыпной; 8 - дренажная труба

Рис. 7.12 - Подпорная стенка с боковой теплоизоляцией

7.16. Переходные зоны между теплоизолированной дамбой (плотиной) и берегом определяют теплотехническим расчётом, но они должны быть более 25 п.м.

7.17. Во всех дорожно-климатических зонах должно быть выше на 0,50 м возвышение поверхности дорожного покрытия с геопенопластом «Стайрофом» над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод. Согласно пункту 6.10. СНиПа 2.05.02-85 для обеспечения устойчивости и прочности верхней части земляного полотна и дорожной одежды, возвышение поверхности покрытия над расчётным УГВ, верховодки или длительно (более 30 суток) стоящих поверхностных вод должно соответствовать требованиям табл. 7.2.

7.18. Допустимая влажность грунтов (суглинки пылеватые и тяжёлые пылеватые глины) 1,20 W_опт в долях от оптимальной при коэффициенте уплотнения грунта 1,0. Но при условии, что грунт уплотняется до 0,95 от максимальной плотности, то под геопенопластом «Стайрофом» запрещается промерзание грунта.

7.19. При устройстве геопенопласта «Стайрофом» в фундаментах мостовых переходов или фундаментах мелкого заложения толщину геопенопласта «Стайрофом» определяют теплотехническим расчётом, но она должна быть 0,1 м и более.

1 - асфальтобетон; 2 - щебень, уложенный по способу заклинки; 3 - щебень (гравий); 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - железобетон; 6 - грунт естественный; 7 - грунт насыпной; 8 - дренажная труба

Рис. 7.13 - Подпорная стенка с боковой и горизонтальной теплоизоляцией

Рис. 7.14 - Монтаж геопенопласта «Стайрофом» на земляной дамбе

1 - асфальтобетон двухслойный; 2 - песчано-гравийная смесь; 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - грунт естественный; 6 - вода; РГПВ - расчётный горизонт паводковых вод

Рис. 7.15 - Расчётный горизонт паводковых вод

Таблица 7.2 - Наименьшее возвышение низа дорожной одежды по условиям увлажнения местности (из СНиП 2.05.02-85)

8. Технология и организация работ по устройству термоизоляции из геопенопласта «Стайрофом» при строительстве дорог

8.1. Устройство теплоизолирующей прослойки из плит геопенопласта «Стайрофом» на автодороге

8.1.1. До устройства теплоизолирующего слоя должны быть выполнены работы по:

♦ подготовке земляного полотна;

♦ обеспечению водоотвода с поверхности земляного полотна;

♦ подготовке подъезда для завоза строительных материалов.

8.1.2. Земляное полотно должно быть спланировано и уплотнено в соответствии с действующими нормативами. Если требуемого уплотнения в рабочем слое достичь невозможно, то должны быть выполнены специальные указания проекта.

Водоотвод с поверхности земляного полотна должен быть осуществлен до начала отсыпки выравнивающего слоя под геопенопласт «Стайрофом». При соответствующем технико-экономическом обосновании применяют дренирующую прослойку из геотекстиля. Поперечный уклон дренирующей прослойки принимают более 20 ‰.

8.1.3. Для обеспечения равномерного опирания плит на поверхность земляного полотна, как правило, устраивают выравнивающий слой из песка толщиной 5 - 10 см, но также допускается укладка геопенопласта «Стайрофом» на щебень. Распределение песка производят бульдозерами или автогрейдерами с последующим выравниванием под термоизолирующий слой вручную с контролем нивелира. По подготовленному выравнивающему слою проезд механизмов и автотранспорта запрещается.

8.1.4. Плиты геопенопласта «Стайрофом» укладывают вручную (звено из 2 человек), располагая их длинной стороной вдоль дороги. Плиты следует укладывать таким образом, чтобы поперечные швы в соседних рядах плит располагались вразбежку, т.е. в одной точке не должны соединяться 4 плиты (рис. 8.1).

При двухъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит необходимо перекрывать вышележащими плитами (рис. 8.2). Уложенные плиты закрепляют деревянными или металлическими стержнями диаметром 6 - 8 мм и длиной от 20 до 40 см.

Стержни забивают в геопенопласт «Стайрофом» заподлицо. При ширине теплоизолирующей прослойки до 8 м достаточно закрепить крайние ряды плит и 1 - 2 ряда по середине слоя. Каждая плита крайнего ряда должна быть закреплена более чем двумя стержнями. Плиты крайних рядов допускается закреплять, забивая стержни рядом с плитой, но заподлицо с верхом плиты.

8.1.5. Первый над плитами слой дорожной одежды или земляного полотна должен отсыпаться толщиной более 30 см, но менее 50 см в плотном теле по способу «от себя» (рис. 8.3). Распределение песка или щебня производят бульдозером или автогрейдером. Для уплотнения используют вибрационные уплотняющие средства.

1 - геопенопласт «Стайрофом»; 2 - ось дороги; 3 - стальные или деревянные колышки

Рис. 8.1 - Схема укладки и крепления геопенопласта «Стайрофом» стальными или деревянными колышками

При использовании построечной техники с диаметром следа заднего колеса более 37 см и при среднем давлении от заднего колеса более 0,6 МПа следует выполнить расчёт необходимой толщины защитного слоя над геопенопластом «Стайрофом». После уплотнения этого слоя виброкатком весом 14 - 17 т по нему допускается пропуск построечного транспорта. Виброкаток со статической линейной нагрузкой больше 25 кН/м нельзя использовать при уплотнении слоя, прилежащего к геопенопласту «Стайрофом».

Рис. 8.2 - Схема укладки геопенопласта «Стайрофом» в два яруса

8.2. Устройство теплоизолирующей прослойки из плит геопенопласта «Стайрофом» при строительстве мостов, водопропускных труб и тоннелей

8.2.1. Для выполнения строительно-монтажных работ необходимо выполнять требования ПОС, где отмечается, что геопенопласт «Стайрофом» укладывают при положительной температуре в атмосфере, но в исключительных случаях допускается выполнять работы и в холодное время года при разработке ППР.

8.2.2. Геопенопласт «Стайрофом» укладывают на сухую, уплотнённую и выровненную поверхность. После монтажа геопенопласта «Стайрофом» укладывают бетон. При устройстве свайного основания, первоначально производят забивку свай, а затем укладывают геопенопласт «Стайрофом».

8.2.3. В процессе строительства фундаментов необходимо контролировать понижение температуры грунта до 0 °С, подтапливание подземными или поверхностными водами с размягчением и размывом верхних слоев основания.

8.2.4. При отрицательных температурах в атмосфере проходку тоннеля с возведением сборной обделки совместно с геопеноластом «Стайрофом» следует выполнять с подогревом воздуха, для исключения промерзания грунта и пучения в период строительства.

Рис. 8.3 - Укладка песка или щебня способом «от себя» по геопенопласту «Стайрофом»

ДЛЯ РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МНОГОЛЕТНЕМЁРЗЛЫХ ГРУНТОВ В I ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ (ДКЗ)

9. Основные термины и понятия мерзлотоведения

Геокриология (от греч, geo - земля; kryos - холод, мороз, лед; logos - слово) - наука «мерзлотоведение», изучающая строение, состав, свойства, происхождение, распространение и историю развития мёрзлых толщ в земной коре, а также процессы, связанные с их промерзанием и оттаиванием.

Вечная мерзлота (многолетняя мерзлота) - многозначный термин, соответствующий понятиям: многолетнемёрзлые горные породы, многолетняя криолитозона.

Перелетки - слои грунта, замерзающие зимой и не оттаивающие в течение одного, двух, трёх лет.

Термокарст (термокарстовые озёра) представляет собой образование просадочных и провальных форм рельефа вследствие вытаивания подземных льдов или оттаивания мёрзлого грунта.

Наледи - это слоистые ледяные массивы на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, возникшие при замерзании периодически изливающихся природных или техногенных вод.

Глубина сезонного оттаивания - это максимальная для данного района глубина оттаивания за летний период при наличии ММГ, которая устанавливается замерами в конце осеннего, начале зимнего периодов (сентябрь - ноябрь) или в соответствии с прил. 3 в СНиП 2.02.04-88.

Глубина нулевых годовых амплитуд - это глубина, на которой температура ММГ является постоянной в течение всего годового периода, независимо от сезонных колебаний температуры воздуха на поверхности земли. Эта температура (в связи с отсутствием амплитуды, А₀ = 0) является основной характеристикой среднегодовой температуры многолетнемёрзлых (вечномёрзлых) грунтов.

Рис. 9.1 - Изменения температуры в годовом периоде по глубине сезоннооттаивающего слоя грунта и вечномёрзлой толщи пород

А_n, А₁, А₂ - годовые амплитуды температур на поверхности земли, на глубинах Н₁, Н₂, и т. д., в °С;

А_о - нулевая амплитуда температур толщи пород, равная 0 °С;

Н_о - глубина нулевой амплитуды пород, м;

Н_от - максимальная глубина оттаивающих грунтов за летний период, м;

ВГММГ - верхний горизонт многолетнемёрзлых грунтов;

НГММГ - нижний горизонт многолетнемёрзлых грунтов;

t_о - отрицательная температура многолетнемёрзлых грунтов, °С;

1 - обёртывающая линия самых низких отрицательных температур толщи пород по глубине в данной конкретной точке поверхности земли;

2 - обёртывающая линия самых высоких положительных и отрицательных температур толщи пород по глубине в данной конкретной точке поверхности земли.

10. Принципы проектирования

10.1. В зоне вечной мерзлоты, согласно СНиПу 2.05.02-85 для I ДКЗ и прил. А данного документа, выделены три дорожно-климатические подзоны, которые различаются по климатическим условиям, влажности грунтов деятельного (сезоно-оттаивающего) слоя, его мощности, характера распространения и температуры ВМГ. Например, температура вечномёрзлых грунтов на глубине нулевых годовых амплитуд в дорожно-климатической подзоне колеблется от минус 3 °С до минус 12 °С, в I₂ дорожно-климатической подзоне колеблется от минус 1,5 °С до минус 7 °С, в I₃ дорожно-климатической подзоне колеблется от 0 °С до минус 3 °С.

10.2. Земляное полотно с геопенопластом «Стайрофом» в I ДКЗ следует проектировать с учётом температурного режима грунтов и их физико-механических свойств, на основе теплотехнических расчётов, исходя из принципов направленного регулирования уровня залегания верхнего горизонта вечномёрзлых грунтов (ВГММГ) в основании насыпи в период эксплуатации дороги, а также руководствуясь одним из следующих принципов:

♦ первый - обеспечение поднятия ВГММГ до подошвы насыпи или выше и сохранение его на этом уровне в течение всего периода эксплуатации дороги;

♦ второй - допущение оттаивания грунта деятельного слоя в основании насыпи в период эксплуатации дороги при условии ограничения осадок допустимыми пределами для конкретного типа покрытия;

♦ третий - обеспечение предварительного оттаивания ММГ и осушения дорожной полосы до возведения земляного полотна.

Первый принцип применяется на участках с низкотемпературной вечной мерзлотой сплошного распространения.

Второй принцип применяется на участках также с низкотемпературной вечной мерзлотой сплошного и прерывистого распространения.

Третий принцип применяется на участках с островной высокотемпературной вечной мерзлотой при наличии хорошего водоотвода.

11. Конструкции земляного полотна с геопенопластом «Стайрофом»

11.1. На существующих дорогах термоизоляция может укладываться либо с использованием имеющегося верхнего слоя земляного полотна в качестве основания, либо за счёт заглубления. Заглублённая термоизоляция может быть лучшим решением в районах городской или сельской местности плотной застройки там, например, где необходимо избежать высоких насыпей или других проблем на границах земельных участков. В подобных случаях необходимо также согласовывать длины переходов между изолированными геопенопластом и неизолированными участками дороги.

Чтобы избежать слишком резких переходов между изолированным и неизолированным дорожным полотном, переход выполняют за счёт постепенного уменьшения изоляции в направлении неизолированного участка дороги (рис. 7.3). Протяжённость переходной зоны зависит от скорости движения транспорта (см. табл. 11.1).

Таблица 11.1 - Протяжённость пешеходной зоны

11.2. Переходные зоны с геопенопластом «Стайрофом» нельзя устраивать вблизи водоёмов или участков с постоянной тенью, на поворотах, а также на подъёмах и спусках дороги.

11.3. В разрезах горных пород геопенопласт «Стайрофом» укладывают на полную ширину изоляции толщиной более 1 п.м до тех пор, пока не дойдут до грунта с однородным подъёмом, после чего начинается выполнение перехода между изолированными геопенопластом неизолированными участками дороги.

На существующих дорогах может стать необходимым неоднократное увеличение длины перехода между изолированными геопенопластом и неизолированными участками дороги. Длина перехода часто должна быть согласована как с примыкающими дорогами и выездами на земельные участки, так и со смещением существующей дороги. Съезды изолируют по длине более 5,0 п.м (см. рис. 11.1).

11.4. Если толщина постели равна 0,5 м, то рекомендуют применение геопенопласта «Стайрофом» с нагрузками 500 кПа, а если она превышает 1,0 м, то можно использовать геопенопласт «Стайрофом» с нагрузками 350 кПа.

11.5. Необходимый тип геопенопласта «Стайрофом» можно выбрать из табл. 3.1, с учётом разной нагрузки. Указанные значения характеристик в состоянии предела прочности (табл. 3.1) отражают кратковременные величины, которые установлены при нижней 5 % деформации. В случае долговременных нагрузок эти характеристики могут понижаться. Допустимое напряжение при долговременной нагрузке рассчитано на срок эксплуатации до 50 лет и его запрещается превышать.

Рис. 11.1 - Съезд с существующей дороги

11.6. Свод тоннеля термоизолируется геопенопластом «Стайрофом» прочностью более 200 кПа, а толщина геопенопласта «Стайрофом» определяется «численными методами» по методике МГУ и ЦНИИС, но в то же время должна быть более 0,1 м.

Для укладки дорожного полотна толщину изолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» определяют «методом конечных элементов». В то же время она должна быть более 0,1 м. В остальном материал для дорог рассчитывают точно так же, как и для обычных дорог, когда речь идёт о стандартных материалах, включая несущую способность и минимальную толщину изоляции.

Грунтовую воду удаляют от свода в донную часть тоннеля, а затем сливают в дренажную систему. Дренаж защищают от промерзания геопенопластом «Стайрофом». Изоляцию укладывают на максимальной глубине. Ширину плиты определяют теплотехническим расчётом, но она должна быть равна 0,6 м или более.

11.7. Земляное полотно с геопенопластом «Стайрофом» конструируют в зависимости от типов местности, руководствуясь принятыми принципами проектирования (см. пункт 10.2). Расстояние от верхней точки геопенопласта «Стайрофом» до поверхности дорожного полотна должно быть более 0,5 м.

11.8. Высоту насыпи назначают, исходя из комплекса требований, на основе расчётов на устойчивость, прочность и снегонезаносимость, с учётом расчётного уровня паводковых вод, наличия наледных участков и т.д. Окончательно принимают наибольшую высоту, удовлетворяющую всем требованиям.

11.9. При проектировании по первому принципу земляное полотно конструируют в насыпях, как правило, из несцементированных обломочных грунтов, применяют поперечные профили насыпи с геопенопластом «Стайрофом» на льдонасыщенных грунтах (рис. 11.3) см. дорожные конструкции, типы 1 - 2.

11.10. На участках местности (тип 3), сложенных грунтами IV - V категории просадочности, при проектировании по первому принципу земляное полотно конструируют в насыпи с геопенопластом «Стайрофом» из крупнообломочных, а также из талых или сыпучемёрзлых и сухомёрзлых песчаных грунтов в основании. Насыпи с геопенопластом «Стайрофом» проектируют с бермами, а мохорастительный покров в пределах подошвы насыпи следует сохранять. Поперечные профили насыпи конструируют с геопенопластом «Стайрофом» с грунтами IV и V категории просадочности, см. дорожные конструкции, типы 3 - 4 (рис. 11.3).

11.11. С геопенопластом «Стайрофом» проектируют земляное полотно по первому принципу используя мёрзлые грунты, в т. ч. глинистые, в нижней части насыпи, см. дорожную конструкцию, тип 5 - 6 (рис. 11.3). Толщину мёрзлого слоя и толщину грунта над ним и на откосах назначают по расчёту.

1 - цементобетон; 2 - щебень (гравий); 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - железобетон; 5 - асфальтобетон двухслойный; 6 - песок; 7 - грунт естественный; 8 - горизонт ВГММГ; Г_а - габарит тоннеля (для автотранспорта)

Рис. 11.2 - Тоннели

11.12. Земляное полотно с геопенопластом «Стайрофом» проектируют в две стадии на льдонасыщенных грунтах, типы 6 - 7 (рис. 11.3). На первой стадии применяют несцементированные обломочные грунты, а на второй стадии допускаются глинистые грунты. В таких случаях верхнюю часть насыпи предусматривают из щебёночного или гравийного материала толщиной более 0,5 м или равной.

11.13. Для определения толщины геопенопласта «Стайрофом», укладываемого на поверхность промороженного глинистого грунта, необходимо выполнить расчёт теплоизолирующих слоев с использованием методов математического моделирования (см. расчёт толщины теплоизоляции на откосах в типовом альбоме «Союздорпроекта»).

11.14. На льдонасыщенных косогорных участках положе (1:5) земляное полотно, как правило, проектируют в насыпях с геопенопластом «Стайрофом», а в отдельных случаях - на косогорах круче (1:10) предусматривают полунасыпи-полувыемки, см. дорожную конструкцию, тип 9 - 10 (рис. 11.3). Во избежание нарушения теплового режима, увеличения глубины оттаивания и снижения устойчивости сооружения устройство уступов на косогорах запрещается.

11.15. На косогорных участках круче (1:5) земляное полотно с геопенопластом «Стайрофом» укрепляют специальными подпорными стенками, дорожная конструкция, тип 11 - 12 (рис. 11.3), предусматривая их заглубление в вечномёрзлый грунт по расчёту на боковое давление и выпучивание. Для предотвращения оползневых явлений устраивают подпорные стенки. Расчёт геопенопласта «Стайрофом» (за вертикальной стенкой) такой же, как для дорожного покрытия, но толщина его должна быть равна 0,1 м или более.

11.16. При проектировании по второму принципу земляное полотно с геопенопластом «Стайрофом» на участках без льдонасыщенных грунтов допускают устраивать земляное полотно из местных глинистых грунтов с закладкой притрассовых резервов, дорожные конструкции, типы 13 - 14 (рис. 11.3). Место, размер и очертания резервов назначают согласно требованиям СНиП 2.05.02-85. Крутизну откосов резервов необходимо назначать положе (1:5) с учётом рекультивации, а дно и откосы покрывают растительным слоем толщиной более 0,3 м.

11.17. На затопляемых участках и на подходах к мостам и другим искусственным сооружениям земляное полотно с геопенопластом «Стайрофом» проектируют из несцементированных обломочных грунтов. Бровка земляного полотна должна быть выше уровня расчётного горизонта воды на высоту волны с набегом на откос, но при любых условиях бровка земляного полотна должна быть выше более чем на 0,2 м. В необходимых случаях предусматривают укрепление откосов с учётом скорости течения воды.

В случае высокой насыпи и низкого (относительно насыпи) расчётного горизонта воды верхнюю часть насыпей допускается проектировать из глинистых грунтов. При этом высоту нижней части насыпи из несцементированных обломочных грунтов назначают по расчёту (высота подпора воды плюс высота волны на широких поймах), но во всех случаях она должна быть выше расчётного горизонта воды более чем на 0,2 м, (см. дорожные конструкции), типы 15 - 16 (рис. 11.3).

11.18. На участках местности с благоприятными грунтово-гидрогеологическими условиями (скальные, щебенистые и т. п. грунты) при отсутствии линз и прослоек льда допускается проектировать выемки (рис. 11.3). В случае необходимости разработки выемок в сложных мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условиях (сырые места) их проектируют (при соответствующем технико-экономическом обосновании) с теплоизоляцией откосов и оснований дорожной одежды геопенопластом «Стайрофом», см. дорожные конструкции, типы 17 - 18 (рис. 11.3). При этом должен быть обеспечен надёжный отвод воды из выемки.

При проектировании выемок глубиной более 2 м в мелких и пылеватых песках, переувлажнённых пылеватых суглинках, в легковыветривающихся сильнотрещиноватых скальных породах, а также в многолетнемёрзлых грунтах, переходящих при оттаивании в мягкопластичное состояние, предусматривают замену переувлажнённых глинистых грунтов или применение геопенопласта «Стайрофом» с устройством закюветных полок шириной 0,5 - 2 м (в зависимости от крутизны откосов и глубины выемки) или (при соответствующем обосновании) предусматривают более пологие откосы, (см. дорожные конструкции), типы 15 - 16 (рис. 11.3).

11.19. Для уменьшения неравномерности осадки оттаивающего грунта основания и одновременно для улучшения условий проезда построечного транспорта, при отсыпке и уплотнении нижнего слоя земляного полотна, чтобы предотвратить проникновение сыпучего материала верхней части насыпи в поры комковатого грунта и отвести воду за пределы насыпи при оттаивании грунта в летний период, а также для повышения общей устойчивости насыпи рекомендуется применять геопенопласт «Стайрофом».

11.20. Для защиты от водной и ветровой эрозии откосы насыпи (выемки), сложенные песчаными пылеватыми и глинистыми грунтами, следует укреплять геопенопластом «Стайрофом» и слоем торфяно-песчаной смеси (40 % торфа, 60 % песка) толщиной 0,1 - 0,2 м, при этом в смесь вводят семена многолетних трав. Откосы насыпей и выемок необходимо укреплять, а тип укрепления назначают в зависимости от физико-механических свойств грунтов, слагающих откосы земляного полотна, погодно-климатических факторов, гидрологического режима подтопления, высоты насыпи и глубины выемки и наличия местных материалов для укрепительных работ в соответствии с типовым альбомом «СОЮЗДОРПРОЕКТА».

11.21. Земляное полотно, как правило, конструируют с пологими откосами для повышения устойчивости дорожных конструкций, технологичности их сооружения и повышения безопасности движения, а это возможно только с геопенопластом «Стайрофом». Поперечные профили дорог с геопенопластом «Стайрофом» проектируют в одном уровне с отметками планировки и в выемках, см. типы 19 - 20 (рис. 11.3).

11.22. При проектировании насыпей следует учитывать возможные осадки земляного полотна за счёт обжатия растительного покрова, а также оттаивания и уплотнения грунтов основания. Осадку земляного полотна определяют, исходя из типа местности, вида грунта основания, наличия или отсутствия на поверхности земли мохорастительного покрова и его мощности, а также с учётом капитальности дорожной одежды (табл. 18.1).

11.23. Объём дополнительных земляных работ из-за осадки основания насыпи принимают равным произведению площади осадки под насыпью на длину участка. Площадь осадки следует рассчитывать в виде трапеции с максимальной осадкой по оси и бровкам земляного полотна и равной нулю в точке пересечения подошвы откоса насыпи с естественной поверхностью земли.

11.24. Продольный водоотвод на дорогах в населённых пунктах осуществляют с помощью лотков, водотоков открытого и закрытого типов, а поперечный водоотвод - приданием покрытию и обочинам необходимых поперечных уклонов (соответственно 20 ‰ и 40 ‰). Лотки предусматривают, как правило, мелкого заложения, но выше верхней отметки геопенопласта «Стайрофом». Дно и стены лотков укрепляют бетонными плитами с гидроизоляцией. Расстояние лотка от стен здания должно быть более 10 - 15 п.м, (см. дорожную конструкцию), тип 21 - 22 (рис. 11.3) При закрытой системе водоотвода тротуары располагают непосредственно у отмостки здания, а проезжая часть должна примыкать к тротуару и иметь уклон в сторону водоприёмников.

11.25. В районах с мощным снеговым покровом на дорогах, проектируемых в зоне застройки, предусматривают обочины при отсутствии прилегающих газонов или иных площадей, пригодных для укладки убираемого с дороги снега.

Рис. 11.3 - Поперечные профили насыпи с геопенопластом «Стайрофом»

Рис. 11.3 - Поперечные профили насыпи с геопенопластом «Стайрофом» (продолжение)

Рис. 11.3 - Поперечные профили насыпи с геопенопластом «Стайрофом» (продолжение)

Рис. 11.3 - Поперечные профили насыпи с геопенопластом «Стайрофом» (окончание)

12. Водоотводные сооружения

12.1. В зависимости от рельефа, гидрологических, гидрогеологических и мерзлотно-грунтовых условий поверхностные и грунтовые надмерзлотные воды от дорожного полотна отводят с помощью боковых водоотводных канав (рис. 12.1) и лотков, нагорных мерзлотных валиков, приоткосных берм и водонепроницаемых замков с нагорными канавами или поперечных канав.

В I₃ ДКЗ с островной высокотемпературной несливающейся вечной мерзлотой допускают при соответствующем технико-экономическом обосновании проектирование дренажей для отвода грунтовых вод с геопенопластом «Стайрофом».

12.2. Размеры водоотводных сооружений назначают по гидравлическому расчёту, учитывая приток и глубину залегания вод, площадь осушаемой территории и её инженерно-гидрогеологические условия. Форму поперечного сечения канав принимают такой, чтобы обеспечить механизированное производство работ и устойчивость откосов. Дно и откосы канав (кюветов) укрепляют одиночным или двойным слоем луговой или тундровой дернины, камнем или бетонными плитами (рис. 12.1). Если скорость течения воды превышает допустимую для соответствующих типов укрепления (3 м/с и более), необходимо предусматривать перепады, быстротоки или водобойные колодцы. На участках с подземными льдами, а также с сильнольдонасыщенными грунтами, рекомендуется применять геопенопласт «Стайрофом» толщиной 0,1 м и более.

12.3. Нагорные валики располагают более 20 п.м от подошвы насыпи. Высоту их назначают с обязательным превышением максимального расчётного уровня воды на 0,25 м. Во всех случаях высота валика должна быть более 0,6 м, а ширина по верху более 1 п.м. Валики отсыпаются из глинистых грунтов с геопенопластом «Стайрофом» в основании. Откос валика и полосу вдоль его подошвы на ширину 1 п.м с нагорной стороны укрепляют гравием. На участках с наличием потока грунтовых вод водоотводные устройства проектируют в комплексе с противоналедными мероприятиями (рис. 13.1).

12.4. На косогорных участках с большой водосборной площадью или сильными снежными заносами проектируют водоотвод, при этом уклоны дна канав принимают более 3 ‰, а в выемках - более 5 ‰.

12.5. Степень возможного воздействия наледи на движение транспортных средств и устойчивость дорожных сооружений выявляют в зависимости от типа наледи, её размеров, длительности действия, места формирования и отложения относительно проектируемого или ограждаемого объекта.

12.6. Расчётные значения параметров природных наледей поверхностных и грунтовых вод определяют по данным разовых замеров при изысканиях. Значения параметров природных наледей подземных вод и наледей, вызванных строительством в результате изменения естественных условий и ледотермического режима поверхностных и подземных вод, определяют расчётом по ВСН 210-91 (прил. 3).

1 - мохоторф; 2 - геопенопласт «Стайрофом»; 3 - грунт естественный; 4 - линия ВГММГ; 5 - смесь песчано-щебеночная; 6 - железобетон; 7 - тротуарная плитка

Рис. 12.1 - Поперечные сечения водоотводных канав с геопенопластом «Стайрофом»

13. Земляное полотно на наледных участках в районах ВМГ

13.1 Земляное полотно совместно с противоналедными устройствами (земляные валы или заборы, буровзрывной дренаж, теплоаккумулирующие полости и др.) проектируют на участках действующих ключевых наледей, когда можно каптировать источники и отвести их по утеплённым лоткам и канавам за пределы земляного полотна, а также на участках грунтовых наледей объёмом до 10000 м³, образующихся в пологих (уклон менее 20 ‰) и широких логах (рис. 13.1).

13.2. Валы проектируют на основании с удалением растительного и торфяного покрова, а откос нижней части вала укрепляют. Высота укрепления откоса должна быть выше расчётного горизонта воды более чем на 0,2 м.

13.3. На участках прогнозируемых наледей в районах глубокого сезонного промерзания и островного распространения вечномёрзлых грунтов земляное полотно проектируют с таким расчётом, чтобы глубина промерзания под насыпью была менее промерзания грунтов в естественных условиях.

13.4. В районах сплошного распространения вечномёрзлых грунтов земляное полотно проектируют совместно с мерзлотным грунтовым поясом или с водонепроницаемым экраном, активизирующими наледный процесс в удалении от полотна дороги.

13.5. При вскрытии водоносных слоев выемками перехват и отвод грунтовых и надмерзлотных вод осуществляют глубокими полуоткрытыми лотками и удерживают наледь выше по склону. Когда применение указанных мероприятий затруднено или экономически нецелесообразно, предусматривают уширение выемок и устройство противоналедных заборов.

13.6. На участках природных наледей, образующихся по руслам водотоков, проектируют мосты и трубы совместно с утеплёнными лотками (рис. 13.2).

Рис. 13.1 - Конструкции нагорных валиков и канав с геопенопластом «Стайрофом»

а) продольный разрез; б) план (засыпка и плиты перекрытия не показаны); 1 - асфальтобетон; 1а - бетон; 2 - песок; 3 - железобетон; 4 - мохоторф; 5 - геопенопласт «Стайрофом»; 6 - грунт естественный; 7 - линия ВГММГ; 8 - вода; 9 - грунт насыпной.

Рис. 13.2 - Схема пропуска наледного водотока в утеплённом лотке через бетонную прямоугольную трубу

13.7. Безналедный пропуск водотоков осуществляют с применением утеплённых лотков при чётко выраженном, сконцентрированном в одном месте наледном источнике с температурой воды выше +3 °С и незначительном его удалении от сооружения. Толщину утепления лотков устанавливают теплотехническим расчётом, но равное 0,1 м или более.

Постоянный противоналедный лоток проектируют совместно с мостом или трубой. Лоток может устраиваться с заглублением в грунт или на его поверхности. Длину лотка принимают равной ширине моста или длине трубы, но более 25 - 30 п.м.

13.8. Трубы на участках прогнозируемых наледей проектируют с облегчёнными или свайными фундаментами, предусматривая теплоизолирующие подушки, чтобы глубина промерзания грунта под фундаментом не превышала промерзания грунтов в естественных условиях. Подошва фундамента (теплоизолирующей подушки) трубы должна располагаться выше уровня грунтовых или надмерзлотных вод. Если это условие выполнить невозможно, проектируют мосты с увеличенными отверстиями или (при соответствующих технико-экономических обоснованиях) трубы и мосты с дренажно-каптажными устройствами.

13.9. Каптаж совместно с дренажом применяют при наличии источников подземных вод, выходящих на склоне выше дороги. Он может состоять из одного или нескольких колодцев, а также из коротких галерей, канав или лотков и отводных устройств. Колодцы и водоотводные трубы утепляют, а трубы закладывают в нижней трети глубины сезонного промерзания грунта в естественных условиях.

13.10. Свайно-эстакадные мосты проектируют на постоянно действующих малых и средних водотоках, предусматривая мероприятия, компенсирующие нарушенные строительством мерзлотно-гидрологические условия (устройство теплоизолирующих подушек, накопление снега, углубление русел и т. п.).

14. Конструкции дорожных одежд

14.1. Дорожные одежды нежёсткого и жёсткого типов конструируют и рассчитывают, руководствуясь СНиПом 2.05.02-85, ВСН 197-97 и ОДН 218.0.084-2006.

14.2. Применяя щебёночно-гравийно-песчаные смеси, щебёночные материалы и другие грунты, расчёт коэффициента теплопроводности материала принимают по геологическим изысканиям или по ВСН 197-97 (прил. Г).

14.3. При расчёте дорожных одежд с щебёночными слоями, укреплённых вяжущими и со слоями из материалов, способных к самоомоноличиванию, расчётные значения модуля упругости и предела прочности на растяжение при изгибе принимают по ОДН.

14.4. Материалы для устройства покрытий, несущих и дополнительных слоев оснований дорожной одежды должны удовлетворять требованиям соответствующих ГОСТу, СНиПу, техническим условиям и настоящего документа.

14.5. Первый слой дорожной одежды над плитами геопенопласта «Стайрофом» из песка или щебня должен быть более 0,2 м в уплотнённом состоянии.

При укладке щебня на геопенопласт «Стайрофом» увеличивается толщина геопенопласта «Стайрофом» на 10 мм, и также увеличивается толщина геопенопласта «Стайрофом», если он укладывается на щебень.

14.6. Термоизоляция геопенопластом «Стайрофом» трубопроводов, водопропускных труб и подземных переходов под дорогами (пешеходные и велосипедные тоннели и т.п.) может быть также необходимой для снижения пучения или осадки дорожной одежды. Расчёт толщины геопенопласта «Стайрофом» проводится «численными методами» по методике МГУ и ЦНИИС толщина должна быть равна 0,1 м или более. В данных конструкциях прочностные характеристики геопенопласта «Стайрофом» должны быть равны 500 кПа или более при 10 % деформации.

15. Пересечения автомобильных дорог с горячими трубопроводами, газо- и нефтепроводами

15.1 Пересечения автомобильных дорог с горячими трубопроводами всех диаметров и назначений должны осуществляться подземным способом с соблюдением общих требований, регламентируемых СНиПом 2.05.06-85 или другими нормативными документами.

15.2. Пересечения, как правило, следует предусматривать на участках, сложенных непросадочными и слабопросадочными грунтами. Для участков с другими грунтами в проектах пересечений необходимо предусматривать комплекс инженерных мероприятий, направленных на обеспечение устойчивости земляного полотна и максимально возможное сохранение естественного температурного режима вечномёрзлых грунтов под горячими трубопроводами.

15.3. В месте пересечения земляное полотно автомобильной дороги проектируют в нулевых отметках, в выемках и в насыпях, а трубопровод следует прокладывать подземным способом.

15.4. Угол пересечения автомобильной дороги с трубопроводом должен составлять 85 - 90°. На участках, сложенных просадочными и сильнопросадочными грунтами, трубопровод надлежит укладывать в зимний период с заменой грунтов в основании непросадочными грунтами на глубину их сезонного оттаивания. В целях уменьшения зоны оттаивания применяют геопенопласт «Стайрофом» под трубой на песчаной подсыпке толщиной более 0,2 м (рис. 15.1).

15.5. Толщина теплоизолирующего слоя из геопенопласта «Стайрофом» должна составлять более 0,1 м (рис. 15.2 а, б). Его следует укладывать на всю ширину траншеи, которую назначают согласно СНиПу 2.05.06-85. Во всех случаях ширина траншеи должна быть более полуторного поперечного габарита механизмов, уплотняющих и разравнивающих укладываемый грунт.

Рис. 15.1 - Коробчатая изоляция без лотка

1 - трубы; 2 - геопенопласт «Стайрофом»; 3 - щебень (ПГС); 4 - грунт естественный

15.6. Для засыпки траншеи следует применять грунты с устойчивой структурой, большой объёмной массой, высоким коэффициентом фильтрации. При их отсутствии траншеи необходимо засыпать грунтом, из которого возведено земляное полотно автомобильной дороги. Грунт засыпки над верхней образующей трубопровода должен иметь тот же коэффициент уплотнения, что и грунт в нижней части насыпи. Засыпку траншеи грунтом и его уплотнение следует осуществлять до заполнения трубопровода продуктами.

1 - асфальтобетон двухслойный; 2 - щебень, уложенный по способу заклинки; 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - железобетон; 5 - трубопровод; 6 - грунт естественный; 7 - линия ВГММГ; 8 - цементобетон; 9 - песчано-щебёночная смесь, укреплённая цементом; 10 - песок.

Рис. 15.2. а, б - Пересечение трубопроводов с автомобильными дорогами

16. Основные положения по организации работ

16.1. Проект производства работ должен содержать детально разработанные, отвечающие местным условиям указания по технологии строительства и времени года проведения работ с учётом принятых принципов проектирования. На участках, где земляное полотно запроектировано по первому принципу, запрещается даже частичное перенесение отдельных видов и этапов работ на последующие сроки, не предусмотренные проектом. Изменения, возникающие в процессе строительства, могут быть допущены после согласования с организацией, разработавшей проект, и только по разрешению учреждений, утвердивших проект.

При выполнении строительно-монтажных работ геопенопласт «Стайрофом» укладывают при отрицательной температуре грунта, только в исключительных случаях допускают выполнение работы при положительной температуре грунта.

16.2. Более чем за год до начала основных работ следует расчистить дорожную полосу от леса и кустарника, снять мохорастительный покров и устроить водоотводные канавы. Водоотводные сооружения, за исключением лотков, полулотков и дренажей в выемках, должны быть построены до начала основных земляных работ.

16.3. Мерзлотные валики на косогорных участках устраивают осенью, после промерзания грунта основания на 0,3 м, а геопенопласт «Стайрофом» укладывают на откосах после слияния горизонта деятельного слоя с ВГММГ.

16.4. Нагорные и водоотводные канавы устраивают в весенний период по мере оттаивания грунта, одновременно с расчисткой резервов или зимой взрывным способом (до расчистки резервов). Возможно устройство канав осенью после промерзания грунта на глубину 150 мм, но геопенопласт «Стайрофом» укладывают после слияния горизонта деятельного слоя с ВГММГ.

16.5. Земляное полотно, запроектированное по первому принципу, возводят в осенний период после промерзания грунта основания на глубину более 0,5 м, после чего укладывают геопенопласт «Стайрофом».

16.6. Земляное полотно, запроектированное по второму принципу, возводят в зимний период после слияния горизонта деятельного слоя с ВГММГ, только потом укладывают геопенопласт «Стайрофом».

16.7. До укладки геопенопласта «Стайрофом» в дорожную конструкцию необходимо выполнить подготовку земляного полотна, т.е. обеспечить водоотвод с поверхности земляного полотна, а также подготовить подъезд для завоза строительных материалов.

Земляное полотно должно быть спланировано и уплотнено в соответствии с действующими нормативами. Если требуемого уплотнения в рабочем слое достичь невозможно, то должны быть выполнены специальные указания проекта. Водоотвод с поверхности земляного полотна должен быть осуществлен до начала отсыпки выравнивающего слоя под геопенопласт «Стайрофом». При соответствующем технико-экономическом обосновании применяют дренирующую прослойку, из геотекстиля. Поперечный уклон дренирующей прослойки принимают равным или более 20 ‰.

16.8. Чтобы обеспечить равномерное опирание геопенопласта «Стайрофом» на поверхность земляного полотна, как правило, устраивают выравнивающий слой из песка толщиной 50 - 100 мм. Допускается укладка геопенопласта «Стайрофом» на щебень или грунт.

16.9. Плиты геопенопласта «Стайрофом» укладывают вручную, располагая их длинной стороной вдоль дороги. Плиты укладывают так, чтобы поперечные швы в соседних рядах плит располагались вразбежку, т.е. в одной точке не должны соединяться 4 плиты.

При двухъярусном теплоизолирующем слое швы нижележащего ряда плит необходимо перекрывать вышележащими плитами. Уложенные плиты закрепляют деревянными или металлическими стержнями диаметром 6 - 8 мм, и длиной 10 см плюс толщина теплоизоляции. Стержни забивают в геопенопласт «Стайрофом» заподлицо. Каждая плита крайнего ряда должна быть закреплена двумя стержнями или более. Плиты крайних рядов допускается закреплять, забивая стержни рядом с плитой, но заподлицо с верхом плиты.

16.10. Земляное полотно по геопенопласту «Стайрофом» отсыпают на полный профиль одностадийно или в две стадии. При двухстадийном возведении земляного полотна насыпь первой стадии отсыпают в осенне-зимний период на промёрзшее основание, а досыпают до проектной отметки (вторая стадия) в весенне-летний период с обязательным окончанием работ в сроки, устанавливаемые расчётом. Для обеспечения проектной скорости движения транспортных средств верхнюю часть земляного полотна по геопенопласту «Стайрофом» на первой стадии отсыпают на высоту более 0,25 м из карьерной мелочи, разравнивая грунт бульдозерами и автогрейдерами (рис. 16.1).

При использовании построечной техники с диаметром следа заднего колеса более 37 см и при среднем давлении от заднего колеса более 0,6 МПа следует выполнить расчёт необходимой толщины защитного слоя над геопенопластом «Стайрофом». После уплотнения этого слоя виброкатком весом 14 - 17 т по нему допускается пропуск построечного транспорта. Виброкаток со статической линейной нагрузкой больше 25 кН/м нельзя использовать при уплотнении слоя менее 0,5 м, прилежащего к геопенопласту «Стайрофом».

а) по способу «от себя»; б) «продольным» способом; 1 - песчано-щебёночная смесь; 2 - геопенопласт «Стайрофом»; 3 - грунт естественный; 4 - линия ВГММГ; 5 - песчано-гравийная смесь

Рис. 16.1 - Возведение земляного полотна по геопенопласту «Стайрофом» из привозных грунтов

17. О строительстве дорожных одежд

17.1. Асфальтобетонные монолитные и цементобетонные дорожные покрытия, а также основания и дополнительные слои основания устраивают, руководствуясь требованиями СНиПа 3.06.03-85.

17.2. Сборные железобетонные покрытия при положительных и отрицательных температурах укладывают на выравнивающий слой из сухого песка согласно требованиям СНиП 3.06.03-85. Стыки плит омоноличивают и швы заполняют в тёплый период года после окончательной посадки плит.

17.3. Дорожные покрытия и основания из материалов, способных к самоомоноличиванию, из грунтов и щебёночно-гравийно-песчаных смесей, а также из щебня (гравия), обработанных на всю толщину слоя или только верхней части слоя вяжущими II и III видов, устраивают при температуре выше 0 °С. При температуре ниже 0 °С работы производят согласно пп. 8.15 - 8.23 СНиПу 3.06.03-85.

18. Теплотехнический расчёт для геопенопласта «Стайрофом»

18.1. Устойчивость насыпи обеспечивается при соблюдении условия:

S_ф = l_оh_г.о £ S_доп,                                                         (18.1)

где:

S_ф - максимальная расчётная (ожидаемая) осадка, см;

l_о - относительная (в долях единицы) осадка грунта основания насыпи после его оттаивания под нагрузкой;

h_г.о - глубина оттаивания грунта под насыпью, см;

S_доп - допустимая для данного типа покрытия общая осадка, см.

18.2. При проектировании по второму и третьему принципам ориентировочные величины допустимой осадки могут быть приняты по табл. 18.1.

18.3. При проектировании по первому принципу осадки естественного основания в процессе эксплуатации дороги запрещаются.

18.4. Применяя в дорожной конструкции термоизоляцию из геопенопласта «Стайрофом», определяем её толщину по формуле:

t_w = R_w×l,                                                             (18.2)

где:

R_w - термическое сопротивление теплоизоляции, м²×°С/Вт, определяемое по номограмме (рис. 18.2) в зависимости от критерия А и допускаемой толщины протаивания под теплоизоляцией t_t, м;

l - коэффициент теплопроводности геопенопласта «Стайрофом», Вт/(м×°С).

18.5. Среднемесячные температуры t_тр поверхности покрытия за период оттаивания покрытия и его основания следует определять в соответствии с п. 3, прил. 6 СНиПа 2.05.08-85.

,                                                      (18.3)

где:

q_т - среднепериодичная для процесса оттаивания температура поверхности покрытия, °С (рис. 18.1);

t_t - продолжительность периода оттаивания (периода положительной температуры поверхности покрытия), ч;

q - температура грунта на уровне ее нулевых годовых амплитуд, °С;

t_r - продолжительность года, равная 8760 ч.

Рис. 18.1 - Среднемесячные температуры поверхности покрытий

Таблица 18.1 - Допустимая осадка основания

Рис. 18.2 - Номограмма для определения термического сопротивления теплоизоляции

Примечания:

1. Методом интерполяции увеличиваем номограмму критерия «А» от 3,0 до 4,0, но эти данные будут давать ориентировочный параметр.

2. В зависимости от глубины оттаивания грунта под геопенопластом «Стайрофом» будет происходить осадка дорожной конструкции, например:

1) глубина оттаивания от 0,0 до 0,1 м равна осадке 0 см;

2) глубина оттаивания от 0,1 до 0,2 м равна осадке 1 см;

3) глубина оттаивания от 0,2 до 0,3 м равна осадке 2 см;

4) глубина оттаивания от 0,3 до 0,4 м равна осадке 3 см;

5) глубина оттаивания от 0,4 до 0,5 м равна осадке 4 см;

6) глубина оттаивания от 0,5 до 0,6 м равна осадке 5 см.

19. Контроль за качеством производства и приёмка работ

19.1. Контроль за качеством производства всех видов работ осуществляют, руководствуясь соответствующими главами СНиПа 3.06.03-85, ТУ 2244-001-42809359-02 и данными «Методических рекомендаций».

19.2. При сооружении земляного полотна, запроектированного по первому принципу, контролируют соблюдение сроков строительства, предусмотренных проектом производства работ.

19.3. При сооружении земляного полотна, запроектированного по второму принципу, контролируют соблюдение сроков выполнения подготовительных работ (устройство водоотводных канав и расчистка резервов за год до начала основных земляных работ), а также послойное уплотнение грунтов до требуемой плотности.

19.4. Контроль за качеством работ при строительстве покрытий (оснований) из материалов, обработанных органическими вяжущими, осуществляют, руководствуясь положениями ГОСТов, ВСН 93-73 и ВСН 123-77.

19.5. При неблагоприятных результатах освидетельствования, когда комиссией установлены значительные расхождения между фактическими и проектными характеристиками качества и временем производства работ, окончательное решение должно быть принято с участием проектной организации.

20. Охрана окружающей среды

20.1. Вопросы охраны окружающей среды при строительстве дорог в зоне вечной мерзлоты должны быть увязаны с решением следующих задач:

♦ назначение конструкций и технологии возведения земляного полотна;

♦ рекультивация нарушенных техногенным воздействием территорий.

20.2. В принятом варианте проложения трассы должно быть предусмотрено обеспечение сохранности путей миграции и мест жизнеобитания (пастбища, озёра, реки и т.п.) диких животных и птиц, а для рыбы - мест нереста и жировок (питания).

20.3. Строительную площадку необходимо выравнивать в начале зимы после промерзания грунта основания на глубину 0,3 - 0,4 м, а при необходимости подсыпать грунт для обеспечения продвижения транспорта и механизмов без нарушения поверхности. Если высота снежного покрова менее 0,2 м, то, во избежание нарушения мохорастительного покрова на площадке снег следует уплотнить.

20.4. Карьеры, резервы и другие временно отведённые под застройку территории после окончания работ должны быть рекультивированы. Необходимо демонтировать все временные сооружения, убрать мусор, в том числе остатки лесоповала, выровнять поверхность и распределить на обнажённых участках дерновомоховой слой, посеять траву или провести биологическое закрепление слоя (гидропосев, посадка деревьев и кустарника в сочетании с известкованием, внесением минеральных и органических удобрений).

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А

(обязательное)

«ДОРОЖНО-КЛИМАТИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ»

Карта П.А.1 - Дорожно-климатическое районирование

Таблица П.А.1 - Дорожно-климатическое районирование

Приложение Б

(справочное)

«ГЛУБИНА ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ»

1 - граница сплошного распространения вечномёрзлых грунтов; 2 - то же островного; 3 - границы стран СНГ

Рис. П.Б.1 - Карта изолиний глубины промерзания Z_пр(cp) грунтов на территории СНГ

Приложение В

(обязательное)

«УКАЗАНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ СТАЦИОНАРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ»

В.1. Общие положения

В.1.1. Стационарные наблюдения проводят с целью проверки правильности применяемых конструкций, способов производства работ, новых решений в области конструирования, расчёта, эксплуатации сооружений, а также установления характера их взаимодействия с многолетнемёрзлыми и сезонномёрзлыми грунтами.

В.1.2. Стационарные наблюдения проводят на специальных пунктах (постах), организуемых на опытных конструкциях, а также на характерных участках эксплуатируемых автомобильных дорог.

В.1.3. В программу наблюдений входит круглогодичное систематическое изучение:

♦ теплового режима грунтов земляного полотна и естественного основания (температура, глубина и скорость промерзания и оттаивания);

♦ водного режима грунтов земляного полотна и естественного основания (влажность, источники увлажнения);

♦ пучения и осадки грунтов земляного полотна дорожных покрытий;

♦ прочности и деформативности грунтов земляного полотна и естественного основания (модули деформации и упругости, сцепление и угол внутреннего трения);

♦ метеорологических условий (температура воздуха, осадки, ветер, время установления и схода снегового покрова, изменение его мощности и плотности в течение зимнего периода).

В.1.4. Наблюдательные пункты (посты) оборудуют после подробного изучения климатических, мерзлотно-грунтовых и гидрогеологических условий местности, конструктивных особенностей участка дороги и составляют специальный паспорт.

В.2. Температурный режим грунтов

В.2.1. Наблюдения за температурой, глубиной и скоростью промерзания и оттаивания грунтов осуществляют с помощью жидкостных (ртутных, спиртовых) термометров, а также и электрических термометров сопротивления.

Жидкостные (заленивленные) термометры применяют, как правило, при измерениях температуры грунтов в шурфах и буровых скважинах, а электрические термометры сопротивления, - главным образом, в скважинах.

В.2.2. Глубина скважин, предназначенных для температурных наблюдений, должна быть более 5 м; скважины проходят без подлива воды. Верхнюю часть скважины в пределах талого грунта и на 0,5 - 1 м в мёрзлом состоянии обсаживают трубами. Выступающую часть обсадной трубы закрывают деревянным коробом, заполненным термоизоляционным материалом. Температуры начинают измерять не ранее чем через 3 суток.

В.2.3. Температуру фиксируют на глубине 0,2; 0,4; 0,8; 1,2; 1,6; 2; 2,5; 3 м; от 3 до 10 м - через каждый метр, а глубже 10 м - через 5 м. Термометры собирают связками менее 5 штук в каждой и с помощью шнура опускают в скважину, где их выдерживают не менее 3 ч. На глубинах до 3 м измеряют температуру четыре раза в сутки; до 10 м - один раз в сутки, глубже 10 м - один раз в месяц.

1 - цементобетон; 2 - смесь песчано-щебёночная, укреплённая цементом; 3 - геопенопласт «Стайрофом»; 4 - смесь песчано-щебёночная; 5 - грунт естественный; 6 - линия ВГММГ после строительства; 7 - линия ВГММГ после строительства; 8 - мерзлотный валик

Рис. П.В.1 - Схема заложения термометров и влагомеров на наблюдательном посту.

В.2.4. Предварительно оттарированные электрические термометры собирают в плети и с помощью соединительных проводов припаивают к штепсельному разъёму^*. Длина соединительных проводов в каждом конкретном случае определяется расстоянием от места установки термометров до пункта наблюдения.

В.2.5. Пункт наблюдения имеет одну или несколько опытных секций^** и помещение, в котором смонтирована измерительная аппаратура. На каждой секции оборудуют наблюдательный поперечник, разделённый на вертикали, которые в свою очередь состоят из наблюдательных точек, где установлены электротермометры. Количество вертикалей и наблюдательных точек на поперечнике определяют задачами исследования. Например, на дороге должно быть более четырёх вертикалей - по оси, на обочине, в резерве и за полосой отвода, что позволяет взять под наблюдение половину дорожной конструкции (рис. П.В.1).

^* Штепсельные разъёмы выбирают по количеству термометров в плети; например, на 24 термометра можно использовать ШР-48, П-26-ЭШ2 с тщательной изоляцией мест припайки проводов.

^** Под опытной секцией понимают участки дорог с различными конструкциями, способами их сооружения, а также отдельные элементы искусственных сооружений (фундаменты, опоры, устои и т.п.).

Таблица П.В.1 - Журнал наблюдений

Измерил

Подсчитал                 (Подписи)

Проверил

Таблица П.В.2 - Журнал наблюдений на постах и опытных участках

Измерил

Подсчитал                 (Подписи)

Проверил

В.2.6. При наличии отапливаемого помещения вблизи опытной секции провода от термометров можно присоединить к регистрирующему прибору типа электронного уравновешенного моста ЭМП-209, позволяющего вести непрерывную запись температуры. Если отапливаемое помещение отсутствует, провода от термометров, припаянные к штепсельному разъёму, выводят на пост наблюдения (рис. П.В.1). В этом случае в качестве измерительной аппаратуры используют мосты постоянного тока типа Р-333 или МВУ-49, приспособленные для измерения по трёхпроводной системе, которая позволяет исключить влияние изменения сопротивления подводящих проводов. Результаты измерений температуры заносят в журнал наблюдений (таб. П.В.1).

В.3. Водный режим грунтов

В.3.1. Влажность грунтов земляного полотна и основания дорожных конструкций замеряют с помощью радиоизотопного прибора типа НИВ (зимой и летом) или влагомеров типа АМ-11, действие которых основано на использовании зависимости между электрическим сопротивлением грунтов и их влажностью. Измерительным прибором служит мегометр типа М-1101 (на 100 В). Влагомеры позволяют наблюдать изменение влажности грунта только при его положительных температурах.

В.3.2. Каждый влагомер перед установкой предварительно тарируют в условиях близких к тем, в которых он будет работать. В результате тарировки должна быть получена зависимость электрического сопротивления от влажности грунта.

В.3.3. К подводящим проводам оттарированных влагомеров припаивают соединительные провода такой же длины, как для электротермометров, и комплектуют измерительную плеть. Влагомеры устанавливают на тех же глубинах, что и термометры, за исключением точек измерений, находящихся в вечномёрзлых грунтах (рис. П.В.1).

В.3.4. Влагомеры и термометры (датчики) устанавливают в земляное полотно и основание в следующем порядке:

♦ откапывают траншею (шурф), выравнивают его стенку в местах установки датчиков и пробивают шлямбуром отверстия глубиной 25 - 30 см;

1 - смесь песчано-щебёночная; 2 - песок; 3 - геопенопласт «Стайрофом» ; 4 - грунт естественный; 5 - линия ВГММГ.

Рис. П.В.2 - Схема установки марок в земляном полотне

♦ в отверстия вставляют датчики, предварительно обмазанные жидким грунтом, взятым с этого горизонта, а отверстия забивают тем же грунтом;

♦ провода от датчиков прокладывают по дну траншеи в трубах или обматывают толем (рубероидом). Вертикальный участок прокладки (от датчиков до дна траншеи) выполняют в виде спирали для предотвращения разрыва проводов при зимнем пучении;

♦ траншеи засыпают грунтом с сохранением прежнего порядка расположения слоев и уплотняют до первоначальной плотности.

В.3.5. Электрическое сопротивление грунтов измеряют мегомметром в комплекте с переключателем и данные заносят в журнал наблюдений (табл. П.В.2).

В.3.6. В зимний период влажность грунтов определяют термостатно-весовым методом, для чего бурением отбирают образцы грунта с тех же глубин, на которых расположены влагомеры. Пробы мёрзлых грунтов в бюксы отбирают методом «бороздки» или «средней пробы». Бурение производят зимой один раз в месяц, весной в период оттаивания - один раз в 10 дней.

В.3.7. Наблюдения за источниками увлажнения дорожных конструкций (атмосферными осадками, уровнем грунтовых вод) проводят на специально оборудованных для этой цели площадках, скважинах или колодцах. Организация метеорологических наблюдений на постах должна быть согласована с УГМС РФ. Если вблизи опытных секций расположены метеорологические станции УГМС РФ, то данные о температуре и влажности воздуха, количестве и интенсивности осадков, скорости и направлении ветра, высоте и плотности снегового покрова выбирают по ежедневным наблюдениям, проводимым на станциях.

В.3.8. Уровень грунтовых вод фиксируют в скважинах (колодцах), оборудованных обсадными металлическими или эбонитовыми трубами с отверстиями для поступления воды. Измерения ведут от постоянной точки на поверхности земли рейкой или хлопушкой, прикреплённой к металлической ленте. Данные фиксируют один раз в 5 дней, а также после выпадения сильных дождей.

1 - геопенопласт «Стайрофом»; 2 - деревянный короб; 3 - стержень репера, заанкеренный в вечномёрзлый грунт; 4 - заглушка; 5 - мохоторф; 6 - грунт насыпной; 7 - заполнение солидолом; 8 - труба; 9 - песок; 10 - грунт естественный; 11 - линия ВГММГ; 12 - глина.

Рис. П.В.3 - Постоянный мерзлотный репер

В.4. Наблюдения за осадкой (пучением) грунтов земляного полотна и дорожных покрытий

В.4.1. Пучение (осадку) фиксируют путём нивелирования специальных марок (маяков). На участках автомобильной дороги с капитальными и облегчёнными покрытиями применяют закреплённые в покрытиях стержни со шляпкой, имеющей сферическую поверхность или специальную выточку для установки на ней рейки. На участках дорог с переходными типами покрытий применяют марки, изготовленные из металлического листа толщиной 3 - 4 мм, размерами 15´15 см, к которому по центру приварен металлический стержень диаметром 8 - 12 мм и длиной 15 - 20 см. Марки устанавливают под покрытием (заглубляя стержни в грунт земляного полотна) в створе, перпендикулярно оси дороги. Створ закрепляют специальными столбами, на которых отмечают год закладки поста, его номер и составляют схему закрепления. Количество марок (рис. П.В.4) должно быть более трёх - по оси дороги и по кромкам проезжей части (или на обочинах при переходных типах покрытий).

В.4.2. Марки для наблюдений за осадкой (пучением) грунтов основания земляного полотна изготовляют из металлического листа толщиной 3 - 4 мм размерами 30´30 или 40´40 см и стержня диаметром 10 - 15 мм, приваренного по центру листа. Высота стержня должна быть на 10 см меньше высоты насыпи в точке установки. Для предотвращения смерзания марки с грунтом на стержень надевают металлическую трубку диаметром 15 - 20 мм, заполненную солидолом. Марки устанавливают по оси дороги, под левой и правой обочинами в створе, перпендикулярном оси дороги (рисунок П.13.2), и составляют схему закрепления.

В.4.3. Нивелировочной основой является мерзлотный репер (рис. П.В.3), устанавливаемый в придорожной полосе. Он представляет собой металлический стержень диаметром 20 мм с приваренной на конце крестовиной. Его заглубляют на двойную мощность сезоннооттаивающего слоя, но более чем на 1,5 м ниже верхнего горизонта многолетнемёрзлых грунтов. Для этого предварительно пробуривают скважину. В пределах мёрзлой толщи скважину заливают глинистым раствором и на реперный стержень надевают трубу диаметром 40 - 45 мм. После замерзания глинистого раствора зазор между трубой и стенкой скважины засыпают песком, а трубу заполняют солидолом и закрывают заглушкой. Выступающую часть репера закрывают деревянным коробом, заполненным термоизоляционным материалом; наружную часть короба утепляют местным грунтом с присыпкой из мха или торфа. На стенке трубы выбивают номер репера и делают соответствующие надписи, как и в обычных условиях.

Если репер устанавливают в шурфе, то металлический стержень закрепляют (в нижней части) в бетонном блоке размерами 40´40´40 см. Отметку репера принимают условной. Если вблизи пункта наблюдения имеется государственная геодезическая нивелировочная основа с абсолютной отметкой, то отметку репера привязывают к ней. Марки нивелируют регулярно 2 раза в месяц (1 - 16 числа) с точностью отсчётов по рейке 1 мм.

В.4.4. Для наблюдений за послойными деформациями земляного полотна и основания количество нивелировочных марок увеличивают, устанавливая их на разных глубинах в земляном полотне и сезоннооттаивающем слое. Можно также использовать дистанционные и недистанционные пучиноосадкомеры.

1 - асфальтобетон двухслойный; 2 - щебень, уложенный по способу заклинки; 3 - песок; 4 - геопенопласт «Стайрофом»; 5 - смесь песчано-гравийная; 6 - мохоторф; 7 - грунт естественный; 8 - линия ВГММГ после строительства; 9 - линия ВГММГ до строительства

Рис. П.В.4 - Конструкция опытного участка (пример) с марками для оценки пучения и осадок земляного полотна и дорожной одежды

Приложение Г

(справочное)

«ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКТИВНЫХ СЛОЕВ ИЗ РАЗЛИЧНЫХ ДОРОЖНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ»

Таблица П.Г.1 - Теплофизические характеристики конструктивных слоев из различных дорожно-строительных материалов