Расчёт на морозоустойчивость

В районах сезонного промерзания грунтов земляного полотна при неблагоприятных грунтовых и гидравлических условиях должна быть обеспечена не только прочность и устойчивость дорожной одежды, но и достаточная морозоустойчивость.

Расчёт на морозоустойчивость конструкции может производиться по двум различным алгоритмам. Первый алгоритм рассчитывает морозоустойчивость всей конструкции дорожной одежды в целом без учёта свойств морозозащитного слоя, используя данные о термосопротивлении каждого слоя и морозозащитные свойства грунта. Второй алгоритм позволяет рассчитать морозоустойчивость конструкции с использованием дополнительного слоя основания в качестве морозозащитного. Однако не все методики поддерживают оба алгоритма расчёта. Согласно ПНСТ 542–2021 и ПНСТ 265–2018 возможен расчёт на морозоустойчивость только по первому алгоритму.

Рассмотрим поэтапно произведение расчёта морозоустойчивости конструкции дорожной одежды по первому алгоритму.

1. Установите критерий расчёта на морозоустойчивость, нажав кнопку Главная > Расчёт >  Морозоустойчивость или установив опцию  Расчёт на морозоустойчивость в свойствах проекта.

2. На вкладке  Свойства проекта появится дополнительная группа  Параметры расчёта на морозоустойчивость.

• Глубина промерзания. Задайте в этом поле глубину промерзания. Задать глубину промерзания возможно в явном виде или установив способ определения глубины промерзания Автоматический расчёт — в этом случае глубина промерзания дорожной конструкции вычисляется из средней глубины промерзания для данного района.

• Средняя многолетняя глубина промерзания. В этом поле задаётся значение средней многолетней глубины промерзания.

• Способ задания уровня грунтовых вод. В выпадающем меню необходимо указать, от какой поверхности вы задаёте уровень грунтовых вод — От поверхности земляного полотна или От поверхности дорожной одежды. Затем в строке Глубина грунтовых вод, м укажите предполагаемую глубину расположения уровня грунтовых вод.

• Изолиния термосопротивления грунта. Задайте в этом поле соответствующую изолинию термосопротивления грунта. Просмотреть номера изолиний и их расположение можно на карте, нажав кнопку Карта… 

• Соблюсти запас пучения не более 80% от требуемого. При сроке службы дорожной одежды между капитальными ремонтами более 10 лет расчётное значение пучения на поверхности покрытия от воздействия низких температур не должно превышать 80% предельно допустимого значения морозного пучения. Необходимо соблюдать данное условие при расчёте по ПНСТ 542–2021, ОДН 218.046–01, МОДН 2–2001 и МКН 46–2008. При задании данной опции сравнение расчётного морозного пучения грунта земляного полотна происходит не с допустимой величиной морозного пучения, а с величиной, равной 80% от этого числа. По умолчанию расчёт происходит с учётом данной опции.

3. В группе  Параметры дороги укажите  Тип земляного полотна. Если между земляным полотном и дорожной одеждой не предполагается насыпь или выемка, то выберите пункт Нулевые места. Для обозначения насыпи выберите пункт Насыпь и в появившемся поле Высота насыпи укажите значение высоты насыпи в метрах. Если нужно обозначить выемку, то выберите пункт Выемка и в появившемся поле Глубина выемки введите значение глубины выемки в метрах.

4. Если в качестве грунта используется материал с пользовательскими характеристиками, на вкладке Свойства грунта определите параметры морозоустойчивости грунта земляного полотна.

   • Теплопроводность (мёрзл.) λ_од. В этом поле задаётся теплопроводность материала в мёрзлом состоянии.

• Пучинистость грунта. Из списка можно выбрать одну из групп, определяющую характер пучинистости грунта: Группа 1 (непучинистый), Группа 2 (слабопучинистый), Группа 3 (пучинистый), Группа 4 (сильнопучинистый) или Группа 5 (чрезмернопучинистый).

• К_угв (коэффициент учёта уровня грунтовых вод). В этом поле можно задать коэффициент, учитывающий влияние расчётной глубины залегания уровня грунтовых вод или длительно стоящих поверхностных вод.

• К_нагр (коэффициент учёта нагрузки от вышележащих слоёв). В этом поле можно указать коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания.

• К_пл (коэффициент, зависящий от уплотнения слоя). В этом поле задаётся коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя.

• К_гр (коэффициент учёта гранулометрии основания). В этом поле задаётся коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки.

При расчёте по первому алгоритму результаты расчёта отображаются в инспекторе объектов в свойствах варианта (группа Результаты расчёта на морозоустойчивость). Конструкция считается морозоустойчивой, если соблюдено условие:

где — расчётное (ожидаемое) пучение грунта земляного полотна, рассчитываемое по формуле;

— допускаемое для данной конструкции пучение грунта, зависящее от типа дорожного покрытия.

Расчётное пучение грунта l_пуч рассчитывается следующим образом:

где — величина морозного пучения при усреднённых условиях, определяемая в зависимости от толщины дорожной одежды;

— коэффициент, учитывающий влияние расчётной глубины залегания уровня грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод;

— коэффициент, зависящий от степени уплотнения грунта рабочего слоя;

— коэффициент, учитывающий влияние гранулометрического состава грунта основания насыпи или выемки;

— коэффициент, учитывающий влияние нагрузки от собственного веса вышележащей конструкции на грунт в промерзающем слое и зависящий от глубины промерзания;

— коэффициент, зависящий от расчётной влажности грунта.

Если условие выполняется, то в группе Результаты расчёта на морозоустойчивость отображается соотношение и информация о том, что ожидаемая пучинистость грунта меньше допустимой, т.е. конструкция удовлетворяет критерию морозоустойчивости. При невыполнении этого условия строка соотношения выделяется красным цветом.

В области формирования конструкции в столбце  Мороз для грунта земляного полотна отображается величина расчётного (ожидаемого) пучения грунта земляного полотна l_пуч и запас пучинистости, вычисляемый по формуле:

где — величина допустимой пучинистости грунта земляного полотна;

— ожидаемая (расчётная) пучинистость грунта.

Описание расчёта по второму алгоритму приведено в пункте Расчёт морозозащитного и теплоизолирующего слоёв.