Для расчета необходимы следующие исходные данные: географическое местоположение рассматриваемого участка дороги; конструкция дорожной одежды (наименование и толщина слоев) без теплоизолирующего слоя, необходимая по условиям прочности и дренирования; тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна (1, 2 или 3) и глубина залегания подземных вод от низа дорожной одежды; наименование грунта земляного полотна.

Расчет толщины теплоизолирующего слоя (HП), см, проводят в следующем порядке.

1. Определяют по карте (рис. 10) номер изолинии, которая проходит через рассматриваемый участок дороги. При расположении участка между изолиниями определяют номера этих двух изолиний.

2. Вычисляют термическое сопротивление дорожной одежды без теплоизолирующего слоя, м2×К/Вт

 (2)

Где NОд - число конструктивных слоев дорожной одежды без теплоизолирующего слоя; HОд(I) - толщина отдельного слоя, м; lод(I) - коэффициент теплопроводности отдельных слоев в мерзлом состоянии.

В расчет следует включать фактические замеренные значения lод(I). При отсутствии таких данных допускается включать в расчет табличные значения lод(I) [2]. Для некоторых материалов lод(I) имеет следующие значения: 1,74 Вт/(м×К) для цементобетона, 1,40 для плотного асфальтобетона, 1,25 для пористого асфальтобетона, 1,86 для щебня из гранита, 1,39 для щебня из известняка, 2,10 для гравийно-песчаной смеси, 2,00 для песка.

3. Определяют значение показателя пучинистого грунта СПуч (табл. 2). К среднепучинистым грунтам относятся супесь песчанистая, суглинок легкий песчанистый, суглинок тяжелый песчанистый, глина. К сильнопучинистым грунтам относятся песок пылеватый, супесь пылеватая, суглинок тяжелый пылеватый. К чрезмерно пучинистым грунтам относятся супесь пылеватая с содержанием песчаных частиц менее 20 % массы, суглинок легкий пылеватый.

При наличии грунтов особых разновидностей и при необходимости более точного определения показателя пучинистости следует определять степень пучинистости грунта по ГОСТ 28622-90.

4. Определяют значение коэффициента СР, учитывающего влияние давления от веса дорожной одежды и мерзлых слоев земляного полотна на значение пучения грунта. Этот коэффициент устанавливают по табл. 3 в зависимости от толщины дорожной одежды HОд и допустимой глубины промерзания земляного полотна HПр(доп).

При толщине дорожной одежды меньше или больше указанных в табл. 3 следует принимать значение СР по интерполяции соответствующих величин.

Первоначально нужно принимать значение СР, соответствующее допустимой глубине промерзания земляного полотна от 0 до 50 (100) см.

Рис. 10. Карта с изолиниями для определения требуемых значений термического сопротивления дорожной одежды:

I - X - номера изолиний; 1 - граница сплошного распространения вечномерзлых грунтов; 2 - то же островного (глубиной до 25 м); 3 - северный полярный круг

5. Определяют по табл. 4 значения коэффициентов КОд, учитывающего срок службы дорожной одежды, и КУвл, учитывающего тип увлажнения рабочего слоя земляного полотна.

Значение коэффициента КУвл нужно уменьшать на 5 % при расположении дороги в южной подзоне II дорожно-климатической зоны, на 10 % - при расположении дороги в III дорожно-климатической зоне и на 15 % - при расположении дороги в IV дорожно-климатической зоне [1].

Рис. 11. Номограммы для определения требуемого термического сопротивления дорожной одежды RОд(тр) при значениях LДоп / (СПучСР) от 0 до 6 см (А) и от 6 до 30 см (Б):

I - X - номера изолиний на карте (см. рис. 10); 1 - кривая расчета для 1-го и 2-го типов увлажнения рабочего слоя земляного полотна

6. Устанавливают по номограмме (см. рис. 11) требуемое термическое сопротивление дорожной одежды RОд(тр). Для этого выполняют следующие операции:

Вычисляют значение выражения LДоп / (СПучСР);

Определяют по номограмме значение HПр(доп) в зависимости от значения выражения LДоп / (СПучСР), типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна и глубины залегания подземных вод (HG, м) от низа дорожной одежды;

Таблица 2

Таблица 3

Таблица 4

Уточняют по табл. 3 значение СР в зависимости от HПр(доп);

Вновь вычисляют значение выражения LДоп / (СПучСР),

Устанавливают по номограмме значение выражения RОд(тр) / (КОд ´ КУвл), в зависимости от LДоп / (СПучСР), типа увлажнения рабочего слоя земляного полотна и глубины залегания подземных вод (НG) от низа дорожной одежды и номера изолинии на карте (см. рис. 10), которая проходит через рассматриваемый участок дороги;

Вводят в выражение RОд(тр) / (КОдКУвл) значения коэффициентов КОд и КУвл и вычисляют искомую величину RОд(тр).

При глубине залегания подземных вод на участке дороги, отличающейся от указанных на номограмме, нужно определять два значения RОд(тр): одно - при значении НG на номограмме более, а другое - при значении НGна номограмме менее глубины залегания подземных вод на участке. Искомое значение RОд(тр) устанавливают методом интерполяции между соответствующими величинами.

Рис. 12. График для определения необходимой толщины слоя пенопласта Styrofoam:

RОд(тр) - требуемое термическое сопротивление дорожной одежды; RОд(о) - термическое сопротивление дорожной одежды без слоя пенопласта

7. Устанавливают по графику (рис. 12) необходимую толщину слоя пенопласта HП, в зависимости от RОд(о) и RОд(тр).

При расположении рассматриваемого участка дороги между изолиниями на карте (см. рис. 10) определяют два значения HП, соответствующих этим изолиниям, искомую толщину теплоизолирующего слоя определяют методом интерполяции в зависимости от расстояния от рассматриваемого участка до одной из изолиний.