Защита земляного полотна от промерзания

Страницы: 1 2 3 4 5 6

Теплоизоляционные слои (теплоизоляторы) устраивают для снижения глубины промерзания земляного полотна или для полного устранения его промерзания.
При полном устранении промерзания прочностные характеристики грунтов принимают такими, какие соответствуют осеннему периоду года. (Осенью, как известно, не наблюдается морозное пучение.) Прочностные характеристики грунтов достаточно высоки, но несколько ниже, чем летом. В связи с этим толщину одежд принимают из расчета высокой прочности грунтов, т. е. небольшой по сравнению с прочностью при ограниченном промерзании земляного полотна (рис. 9.3).

конструкции дорожных одежд с теплоизоляционным слоем
Рис. 9.3. Различные варианты конструкции дорожных одежд с теплоизоляционным слоем в районах II дорожно-климатической зоны
о — одежда нежесткого типа; б — жесткого; 1 — асфальтобетон; 2 — каменный щебень или гравий; 3 — песок; 4— жесткий пенопласт; 5 — бетон В15; 6 — стиропорбетон; 7 — синтетическая пленка; 8 — грунт, укрепленный цементом или известью с золошлаком или другим легким заполнителем; 9 — основной (активный) доменный шлак; 10 — отходы деревообрабатывающей промышленности; 11 — бетон не ниже В27,5 ... В30; 12 — местный слабопрочный каменный материал

При снижении глубины промерзания дорожная одежда частично может подвергаться морозному пучению, однако обычно не превосходящему допускаемых значений, зависящих от типа покрытия. Допустимое морозное пучение [17] принимают для цементобетонных покрытий равным 20 мм, асфальтобетонных — 40 мм и переходных— 60 мм. Нашими исследованиями и исследованиями, проведенными в ГДР, ФРГ и США, установлено, что приведенные значения допустимого морозного пучения несколько занижены. В соответствии с многолетними наблюдениями морозное пучение для жестких дорожных покрытий нужно принимать с учетом класса дорожного бетона: для бетона В22,5... В27,5—35 мм, бетона ВЗО... В35—40 мм*. Для асфальтобетонных покрытий допустимое морозное пучение составляет 55—60 мм.
Таким образом, возможное снижение глубины промерзания за счет применения теплоизоляционного слоя должны рассчитывать, ориентируясь на допускаемое морозное пучение [17]. Для его устройства используют материалы с различной степенью теплопроводности (табл. 9.1).

Таблица 9.1. Характеристика материалов по теплопроводности
Наименование материала Степень теплопроводности Коэффициент теплопроводности λ, Вт /(м·К)
Твердые пенопласты Малотеплопроводные Менее 0,1
Легкие бетоны (стиропорбетон плотностью не более 800 кг/м3, асфальтокерамзитобетон, аглопоритовый и перлитовый щебень, обработанный вязким битумом, шлакобетон плотностью до 1000 кг/м3); щебень шлаковый доменный с М>1; древесные отходы, в том числе укрепленные цементом с добавкой золы Среднетеплопроводные 0,1-0,5
Легкие бетоны (керамзитобетон, аглопоритобетон, перлитобетон, шлакобетон плотностью более 1000 кг/м3); грунты, укрепленные цементом и известью с легкими заполнителями из перлита, керамзита, аглопорита, полистирола; золошлаковые смеси, укрепленные цементом или известью, бокситовым шламом или золой горючих сланцев Повышенной теплопроводности 0,51—1
Асфальтобетон; битумопесчаная смесь: грунты, укрепленные золами-уноса, известью, бокситовым шламом или золой горючих сланцев; цементогрунты, обработанные битумной эмульсией Весьма повышенной теплопроводности Более 1
Тяжелый цементобетон плотностью не менее 2400 кг/м3 Высокой теплопроводности Более 1,5


Пенопласты, стиропор, древесные отходы, полистирол — органического происхождения, остальные, указанные в табл. 9.1, — минерального, причем за исключением щебня и древесных отходов относятся к монолитным материалам.
Коэффициент теплопроводности почти всех материалов зависит от степени плотности, т. е. пористости материала. Чем она выше, тем меньше коэффициент теплопроводности λ. Так, для асфальтобетона с пористостью около 5% λ≥1,5 Вт/(м·К). При повышении пористости до 25 % λ≥0,9 Вт/(м·К).
Как известно из [17], среднее значение коэффициента теплопроводности битума λ=0,24 Вт/(м·К), а цементного камня λ >1,5 Вт/(м·К). Поэтому при одинаковой плотности асфальтобетоны обладают большей теплоизоляционной способностью, чем материалы, обработанные минеральными вяжущими.
Наиболее целесообразно устраивать теплоизоляционные слои из жесткого пенопласта замкнуто-ячеистого строения, обладающего незначительным водонасыщением и плотностью 45—60 кг/м3. Пенопласт с плотностью 60 кг/м3 характеризуется пределом прочности при сжатии 0,6 МПа и модулем упругости 45 МПа, однако при плотности 30 кг/м3 прочность пенопласта снижается до 0,1 МПа. Значит с уменьшением плотности повышается сжимаемость и снижаются значения модуля упругости и коэффициента теплопроводности, что надо учитывать при выборе варианта дорожной одежды и земляного полотна. В районах II дорожно-климатической зоны независимо от типа увлажнения местности при общей толщине покрытия и основания 0,35—0,45 м теплоизоляционный слой из пенопласта плотностью 40 кг/м3 и толщиной 0,07 м полностью устраняет промерзание земляного полотна. При такой толщине дорожной одежды на покрытиях не образуется гололед. При меньшей толщине одежды в рассматриваемых районах наблюдается гололед.
Поскольку пенопласт сильно сжимается, то надо рассчитывать фактическое напряжение. Допустимое напряжение а для пенопласта плотностью 30 кг/м3 не должно превышать:
σ= RKодKсн=1·0,5·0,5 = 0,25 МПа,
где R — предел прочности при сжатии, МПа; Kод — коэффициент однородности пенопласта по прочности, равный 0,5;   Kсн — коэффициент снижения прочности при многократном воздействии нагрузок, принимаемый равным 0,5.


* Допустимое морозное пучение дорожных одежд жесткого типа. См.: Водно-тепловой режим земляного полотна и дорожных одежд. М.: Трамспорг, 1971. С. 303.

Строительство дорог