книги / Проектирование автомобильных дорог. Ч. 2
.pdf
1,6—2 Д лесса 1„5—2„1 Вт//(м-К)- Большие значения соответствуют а меньшие талому состоянию.
Полное термическое сопротивление равно сумме термических сопротивлений теплообмену воздуха с поверхности земли за счет кюнвекщнн и излучения и термического сопротивления изолирую щего слоя толщиной к
Грунт,, имеющий коэффициент теплопроводности А®, будет иметь равное термическое ширшивденме при толщине слоя
* = да® = * ® ( т + ' г ) - |
«*“ » |
Если теишизшдящия многослойная.
Лц |
Ярц;{Д^1ШЦНД1ЖСГЦПГИЯЧМЖП1ДННТН]^1ИИ |
|
|
Ори расчетах |
на отпаивание |
грунтов их |
тешшофтаическую |
характеристику А® следует брать |
дом труштов в талом состоянии, |
||
шри расчетах на промерзание— в замороженном |
(мерзлом). |
||
Начальное распределение температур па рис. 28.9 обозначено прямой ЛС^ Нулевая изотерма, условно принимаемая при расчете за трашппу между мерзлмм п талым трутом , соответствует ли шаи » 1Ь
Ш уст за промежуток времени № транппа промерзания шеремесштся па величину А в положение №”М/„ При этом прямая распределения температуры в м азлом грунте займет положение ЛС"п площадь треугольника ЛЕС увеличится па величину А .
ОшпасЕв® законам тешпопередачж количество теплоты, щюхоЛЯВДее за елдевнинщу сем ен и через едшшмду поверхности, анграничивашивдгй грунтовой массив,, выражается зависимостью
*+ А ’ |
(2М) |
|
|
щпк Яки— шнффшшшлг т№1ишщр(ш®шшшшв тшшапв труяпга;; F®— 'падипчржпура аиз- |
|
л щ ж ц , "С ;; И//(ф+Лг))— тщ ш щ р ш п эд р аш й щрашииетг.. |
|
ШЬшоупшеяшю в мерзлый трушпг тепла за период времени di с Д м2 ияаержиности раздела между талым п мерзлым трушпюм сла гается ш :
Д)) тпавла,, шстуишвшпето в нижние «слои грунта.
2) скрытой теплоты, потребовавшейся для оттаивания воды в объеме lXlXdfc. Это количество тепла
92=Qdb,
где Q— жаднчество воды, находящейся в еддтяпвде объема гтруаига,, у т т к е ж о е - на 80 (ккаярт) и в на 335 (кДя^кг);
Q= В^аЛю»
р —скрытая тешила, расходуемая иа ш г ш з ш ш II юг мдаи;; — тдогяиат» <£Ш' лета груша; V»— влажность груша, % ш© малое,, за иынетям т рвш м га т л щ . сохраняющейся в груше в жалком сюшвш шря шршдапБШШэк тешердаэдра#;;
3) теплоты, потребовавшейся на нагревание верхнего слоя талого груш а, т. е. на перемещение прямой раотределешюя темпе' ратур из положения АС в положение А С , Это количеств© тешга равво сумме теплоемкостей всех элемент® нагреваемо®® умноженной на величину повышения их температур.
Изменение содержания тепла в любом выделенном в ©стая»' шеи груш е элементарном слое тшшщишой Л и шшощады© В м* при изменении температуры па dLT равно €-dk-df„ где <£— ©баемная теплоемкость, груша.
Удельная теплоемкость основных дорожио-сшрйютельныж пш е' риале® составляет [в Д м /(иг-К )J I®-® для асфальтобетонов ж гра' винных и щебеночных материалов, обработанных ортамтксжимж
вяжущими: |
Д„25— 11,65; для щемешобешна ©,$&;; грунтов,, укрепи |
|
ленных пемешом ©„85—©Д; топочного шишака Д„Д;; торфа |
—ЦД; |
|
пенопласта |
п стиршшра Д„45; песка 11,11—©Д; сулеею |
Д,$5— ДД; |
суглинка п глины fl„45— Д„25. Для грунтов менишие значения ©г- носятся к мерзлому состоянию.
Согласно рис. 28 8 dh -dT —d{dm)j и, следовательно,, суммарное поглощение теплоты шрш нагревании оттаявшего слоя равно mpon©- ведению удельной тешшоемкости г Щж//((кт--К))]] па шри^раиддакне площади des>„ Учитывая промерзший слой грунта На ж жржведвшую) толшщшшу слоя ошрелеляем шрнрашщешие шшапщоди <&& за период dT из разности ашюшщадей треутш1ьишков АС С' ш АВЮУ' ППри злом
пренебрегают шшлюпщением тепла слоем шэоляжжи ш учипвтвадаяг только ппромерзпший слой грунта Наза период d J
{($+№■)¥ dUk.
Отсюда шштдгащвдже тешша штажвашшим грунтом при л ш ш ® ' мни его темшературы
— аТф д — (Шк. (($-+№ J1
Пшшвдщву суммарное шотзшявдэиже тепиа при отлапшаши! йюнш>- мерэдкшго грунта равно ею поступлению с пвщршшещ, и®
ф— +
ж
или
Wo h + s
d t = |
1 |
Г |
s2 |
1 |
(28.10) |
+ Q d h + — |
сГ0 1^1 - |
-(~-+ "Д)2-] d h . |
|||
Разделяя переменные и интегрируя выражение (28.10) в пре делах от 0; да i от 0 до h, получаем искомое выражение для определения скорости оттаивания или промерзания:
t |
CT Q |
\ Г ХрГр |
^ |
ХрГо — q s________ h |
~1 |
||
2 |
JL |
q2 |
П IQTQ— q(h + s) |
q \ |
|||
|
|||||||
|
|
cs2 |
^ |
(A -f S )(KQT 0 —qs) |
(28.11) |
||
|
|
2XQ П s [XQ^о — q (A + $)] |
|||||
|
|
|
|||||
Для облегчения решения |
этого |
трансцендентного уравнения |
|||||
имеются программы для ЭВМ.
Как показывают сравнительные расчеты, второй член получен ного уравнения оказывает относительно малое влияние на значе ние t и может быть опущен. Поэтому для определения скорости оттаивания или промерзания грунта можно пользоваться упро щенным выражением
Л = |
с Т о \ / ХрГо |
ХрТ о — q s |
(28.12) |
|
2 } \ q 2 |
П ХрГр — ^ (А + i) |
|||
( Q |
|
Из формулы (28.12), если принимать в ней различные пара метры равными нулю, можно получить простые формулы, извест ные из литературы. При <7= 0, 5=0 и с=0 получается формула Стефана, предложенная первоначально для оценки скорости на растания льда в стоячих водоемах:
Q/t2
(28.13)
2ХрГ0
Формулу (28.13) можно с достаточной точностью использовать в теплотехнических расчетах при проектировании автомобильных дорог.
При конструировании теплоизоляции из нескольких слоев, а также при расчете влияния различных слоев дорожной одежды необходимо приводить эти слои к эквивалентным по теплопередаче слоям грунта.
Используя формулу Стефана и приравнивая выражения для
двух разных материалов, можно |
получить |
зависимость |
‘ ‘ “ ‘ ■ |
V l S - |
<2814) |
В этом случае под Q2 и Qi следует понимать основные источ ники поглощения тепла при оттаивании. Для грунта им будет скрытая теплота плавления содержащегося в нем льда, для тепло изоляционных слоев — теплоемкость.
244
28.3. Наледи и борьба с ними
Наледями называются отложения льда, образующиеся во время сильных морозов в результате периодического выхода на поверх ность грунтовой или речной воды, а также таяния снега в пред шествующую оттепель. Наледные бугры, рост которых обычно начинается в декабре, увеличиваются до конца марта, часто оттаи вая только в середине лета. Наледи, образующиеся в придорож ной полосе, заливают дорогу, закрывают отверстия водопропуск ных сооружений, создавая тем самым значительные трудности для эксплуатации дороги.
По условиям питания различают несколько видов наледей: лодземных межмерзлотных и подмерзлотных вод (ключевые на леди), грунтовых вод деятельного слоя (грунтовые наледи), реч ных и талых вод (поверхностные наледи) и смешанные наледи от одновременного действия нескольких причин.
Наледи подземных вод образуются в местах выхода на по верхность по тектоническим трещинам и разломам воды постоянно действующих источников глубоких подмерзлотных вод. В ряде мест Якутии в долинах рек возникают огромные наледи (тарыны) длиной до 100 км, шириной 3—5 км и толщиной свыше 10 м, вызы ваемые мощными потоками подмерзлотных вод, выходящими на поверхность.
Такие места при трассировании следует обходить.
Грунтовые наледи возникают на склонах холмов в результате скопления воды у верхней поверхности мерзлоты в местах неглу бокого ее залегания. При зимнем промерзании деятельный слой в отдельных местах сливается с верхней поверхностью многолет ней мерзлоты, разделяя при этом водоносный горизонт на ряд замкнутых объемов. При дальнейшем промерзании грунт расши ряется, в результате чего в воде создается повышенное давление. Вода деформирует промерзший верхний слой грунта, вызывая его взбугривание. По достижении бугром некоторой высоты он рас трескивается, и изливающаяся из него вода быстро замерзает, образуя напластование льда — наледь. Этот процесс по мере про мерзания может повторяться несколько раз. Иногда вода не выте кает, и бугор после летнего оттаивания оседает. В других случаях бугры зимой разрушаются внезапно с бурным извержением воды и разбрасыванием в стороны глыб льда. Грунтовые наледи обычно занимают площади от нескольких сотен до тысяч квадратных ме тров. Высота бугров редко превышает 4 м.
С буграми грунтовых наледей сходны большие бугры — булгунняхи, постепенно вырастающие в течение ряда лет в резуль тате накопления под нетеплопроводными поверхностными слоями грунта больших масс льда, не оттаивающего за лето. Достигнув высоты 10 м и более, булгуннях начинает таять и постепенно исче зает.
245
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
29.1 |
НСшавздфшкэдюя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фсвойпг |
|
|
Жацряита^ртиД ШИИфШПОТГа |
| |
Рабют* ООШ1ЯМ DWUЯЯ№11Ы0 |
|||
|
|
|
|
||||||
Таи |
Шкадпит |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
а |
|
Згитшииниюя» (ЕйЬШШШЫМШГруш- |
Преимувдествевнее сжатие |
|||||
|
|
|
1 Щ |
годетрыгамми сшив |
иа- |
без бокового выдавливания под |
|||
|
|
|
юшшп щрунпга |
|
|
тжгммапмпи тмгцтгрб pjo 3 Ш |
|
||
|
Ф |
|
(Гштгашп.жип»тли*я«п»г№ Апгготпттпяид- |
|
|
|
|||
|
|
|МП ТфувПШМВ |
|
|
|
|
|
||
ш |
а |
|
Сшпй тгаврфщ, |
шшшшший |
Ощсржвгг ЮЛ бы О ЛИ Н СТОН |
||||
|
|
|
(стаж |
(снцршпищ, |
мдртгедд шш |
слабил» грунта* который вылав |
|||
|
|
Iпруштии |
|
|
ливается три быстром вшвеле- |
||||
|
|
|
|
— игаи-мтпшвысотой ш> 3 м, но |
|||||
|
|
|
|
утдшияется три МВДШСЯНОМвоз- |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
И№[Г|#ЧМ1111ИЯЯМПШШШ |
|
|
|
Ф |
| |
Т® зек;, ($& таицццшпш ирунпгл |
|
|
|
|||
шш |
ш |
| |
ШШШВПФ <Е 'тлргЦмилмш ОЩЯМ* |
Имеется |
жиги бы |
слой, |
|||
|
|
|
тпатяющрт Вт диииржНИСТШ ШВ- |
иигилinдлядя |
шнд>Т)^ш1И1И1ЦЗ>1ртпа1 |
при |
|||
|
|
|
дщв (((птшяитимдцр* Йишилга]) |
|
вдовелешии шакгмии высотой до |
||||
|
|
|
|
|
|
|
3 м шрш дгобшх режимах шрозс- |
||
|
|
|
|
|
|
|
,щемив работ |
|
|
Торф обладает большой! влатоемюоетъго и может удерживать ве дай ф Щ —Ш раз больше сш ей массы в воэдушшо-сухом состоянии.
Вшаячцтшгхгпш, торфа зависит от степени разлюжешносщ, т. е. от стетеии треаравдгшшж растительных остатков в бесструктурную пуму* свиую массу.. Сильно разложившийсяторф не содержит заметных ша глаз растительных остатков. Сжатый в руке* ов хорошо иродав- •лишается ткаещ шальнами* не выделяя воды.
И торфе всегда содержатся минеральные частшпы* количество
.йиптаршис определяет еш зольность. На низовых бшпшиж зольность достигает 112!—11$%.. Плотность торфов зависит от степвени раздоженишетпл щ уишотпеиия.. Мало разложившиеся торфы имеют пилотность ®,,®—ф,? v//mP„ сильно разложившиеся 11„И т//м®. Вошошронищаемость упшшшыешея по мере разложения торфа. Хорош© разложившийся пшйшшй ттрф прашгагаесян шодовеппроиищаем.
Прошищрсиаише дорог в болотистых райошах требует весьма инЕшпшшйшп® ирелварипешьшмг© изучения и вдоледовання болота. Пршнигашя проектные решения* необходим© учитывать местные особйшшети ботолг различных природных районов СССР.
Важное значащие для проектирования земляного шошепша авто- 1ш^йшшшпж даршг имеет строение болота в вертикальном разрезе,
шражашашее условия его формирования и соотношение прочности
Ш