Для южной зоны рекомендуется применение технических решений с использованием глубинной системы охлаждения, например термоопор (см. приложение И).
Для северной зоны рекомендуется оценивать возможность применения технических решений с использованием поверхностной системы охлаждения, например, уширенных площадок (см. приложение Ж). Одновременно рекомендуется рассматривать конструктивные решения с неглубокими фундаментами или с фундаментами поверхностного типа, поскольку внизу залегают сильнозасоленные грунты, криопеги, погребенные льды, а верхние 5–10 м в большинстве незасоленные.
В фундаментах поверхностного типа (см. приложение А) целесообразно устраивать неглубокие термоопоры в пределах высоты подходной насыпи или тела насыпной площадки или заглубленных на глубину до 10 м.
В северной зоне следует обращать особое внимание на участки пересеченной местности с залеганием высокольдистых грунтов и погребенных льдов. На этих участках опасно нарушение естественной поверхности. Рекомендуется выявлять узлы резкого изменения профиля с предварительным их укреплением сетками и искусственными засыпками.
Скорость растепления или деградации мерзлоты следует прогнозировать используя численные методы расчета.
Г.21 Для правильного понимания температурного режима грунтовых массивов в зоне мостового перехода (в грунтах оснований устоев и промежуточных опор, теле подходной части насыпи и т. п.) рекомендуется при прогнозе в процессе проектирования и при мониторинге определять температуру в характерных точках, которые являются узловыми в температурном поле в характерные моменты времени. В соответствии с этими рекомендациями необходимо обустраивать термометрические скважины.
Для осуществления прогноза температурного режима в процессе проектирования и при мониторинге рекомендуется определять температуру, учитывая размеры территории в соответствии с Г.9.
В зоне береговой или промежуточной опоры рекомендуется контролировать температуру до глубины ниже 10 м от подошвы фундамента. Замеры по высоте должны быть осуществлены не реже, чем через 2 м, а глубина сезонного протаивания определена с точностью 0,2 м.
Температуру грунтов следует измерять для каждой мостовой опоры. Для подходных участков земляного полотна характерные точки температурного поля рекомендуется назначать в соответствии с рисунком Г.1. Если по оси пути нет возможности измерить температуру (например, в процессе мониторинга при интенсивном движении), то допускается глубины протаивания h и температуры t определять в пределах бровки основной площадки.
Измерение температур проводят для обеих половин поперечного сечения земляного полотна или массива у опоры. Допускается проводить измерение одной половины в случае обоснования тепловой симметрии по отношению к оси пути.
 | |
| 791 × 458 пикс. Открыть в новом окне | |
а– насыпь; б – выемка
 | |
| 711 × 518 пикс. Открыть в новом окне | |
1– естественная поверхность грунта; 2 – откос насыпи или выемки; 3 – положение верхней границы мерзлоты (ВГМ) на момент окончания теплого периода года; 4 – основание выемки
Рисунок Г.1 – Характерные точки температурного поля подходной части земляного полотна
Приложение Д Прогноз многолетних изменений температуры многолетнемерзлых грунтов оснований вследствие нарушения условий теплообмена после постройки мостов
Д.1 Расчеты температурных полей следует проводить, исходя из трехмерного распределения температур в грунтах оснований, характеризуемого тремя видами эпюр изменения температур по глубине (рисунок Д.1):
эпюра 1 (сечения I-I) характеризует распределение температур в зоне большой площади с одинаковыми условиями на поверхности. В этом случае к концу теплого периода года образуется талая зона в пределах деятельного слоя с соответствующей глубиной оттаивания, далее до глубины 10 м температура плавно изменяется, а ниже глубины 10 м остается постоянной;
эпюра 2 (сечения II-II) характеризует распределение температур в грунте русловой части, где имеется талик. В этом случае к концу теплого периода года образуется сплошная талая зона до низа талика, далее температура грунта плавно изменяется на глубину до 40 м, а глубже 40 м температуру можно считать постоянной. В отдельных случаях глубина талой зоны может превышать 40 м, при этом зона постоянной температуры существенно понижается;
эпюра 3 (сечения III-III) характеризует распределение температур в пределах береговой части рядом с руслом. В этом случае до глубины 40 м температура может изменяться по различным законам: например, может образовываться мерзлая зона в верхней части, а ниже, до определенной глубины, образовываться талик.
Д.2 Прогноз температурного режима рекомендуется проводить двумя методами: приближенным и точным с сопоставлением и взаимопроверкой результатов. Для точного расчета рекомендуется использовать программы для ЭВМ, основанные на использовании численных методов (разностных методов, методов конечных элементов и др.). Сущность приближенного метода изложена ниже.
Д.3 Для приближенного расчета температурных полей следует:
площадь мостового перехода разделить на зоны, в пределах которых можно считать постоянными граничные условия, характеризуемые температурой среды (воздуха или воды) с учетом солнечной радиации, испарений и условий теплообмена (при наличии или отсутствии растительного или снежного покрова и т. п.). Неровностями поверхности пренебречь, и рассматривать только горизонтальную проекцию. Эта операция одинакова как для приближенных расчетов, отражаемых в настоящем пункте, так и для точных методов, что обеспечивает единство подхода и возможность взаимоконтроля;
для каждой зоны аналитическим или численным методом или на основании натурных данных построить эпюру распределения температуры грунта по глубине (эпюра 1 на рисунке Д.1) в условиях полной изолированности данной зоны от соседних. Для каждого климатического района рекомендуется заранее подсчитать требуемое количество эпюр;
определить характер распределения температуры t по глубине основания в пределах любой зоны перехода через водоток, суммируя эпюры отдельных зон. Для этого на плане перехода намечают точку О (одну или несколько) (рисунок Д.2), в которой на глубине h, вычисляют температуру t по формуле
(Д.1)где ti − температура грунта на глубине h, определяемая по одномерной эпюре для i-й зоны;
Аi − площадь i-й зоны;
n− число зон в участке радиусом 2h.
Д.4 Если температура, вычисленная по формуле (Д.1), выше расчетной (см. Г.1 приложения Г), то необходимо расчет повторить с учетом конструктивно-технологических мероприятий.
Пример расчета приведен в К.7 приложения К.
 | |
| 731 × 437 пикс. Открыть в новом окне | |
УВ – уровень воды
Рисунок Д.1 − Характерное температурное поле и эпюры изменения температуры на конец теплого периода года по глубине залегания грунтов в естественных условиях вдоль оси мостового перехода
 | |
| 607 × 694 пикс. Открыть в новом окне | |
1 − опоры моста; 2 − русловая часть; 3 − основная площадка насыпи; 4; 5; 6; 7 − границы зон разных граничных условий
Рисунок Д.2 − Схемы для приближенного расчета температуры грунта в точке О
Приложение Е Классификация способов и устройств управления температурным режимом грунтовых массивов
Е.1 Управление температурным режимом многолетнемерзлых грунтов оснований инженерных сооружений следует проводить в соответствии с рекомендациями главы 7 и материалами данного приложения.
Е.2 В зависимости от конструкций инженерных сооружений и местных климатических и мерзлотно-грунтовых условий рекомендуется использовать четыре группы способов управления температурным режимом и устройств для осуществления этих способов, выполняющих функции:
- тепловых экранов (4 вида);
- тепловых амортизаторов (3 вида);
- тепловых диодов (3 вида);
- тепловых трансформаторов (3 вида).
Е.3 С помощью тепловых экранов осуществляется управление температурным режимом четырьмя видами физических процессов:
регулированием интенсивности поглощения поверхностью сооружения коротковолновой солнечной радиации с помощью навесов, изменением цвета поверхности, применением зеркальных поверхностей и т. п. (тепловые экраны типа I, ТЭ-I);
регулированием интенсивности длинноволнового эффективного излучения поверхностью сооружения с помощью укладки на поверхность сооружения прозрачной пленки с воздушной прослойкой между поверхностью и пленкой или составной прозрачной пленки с внутренними полостями и т. п. (тепловые экраны типа II, ТЭ-II);
регулированием интенсивности конвективного теплообмена поверхностью сооружения путем изменения эффективного коэффициента теплопередачи, т. е. за счет изменения шероховатости поверхности, укладки покрытий и т. п. (тепловые экраны типа III, ТЭ-III);
регулированием интенсивности процессов испарения с поверхности сооружения путем изменения пористости поверхности, биомассы растений на поверхности грунта и т. п. (тепловые экраны типа IV, ТЭ-IV).
Е.4 С помощью тепловых амортизаторов осуществляется управление температурным режимом тремя видами физических процессов:
регулированием термического сопротивления на поверхности сооружения и в самом массиве путем размещения в массиве, включая его поверхность, элементов с малым коэффициентом теплопроводности, например пенопласта (тепловой амортизатор типа I, ТА-I);
регулированием теплоемкости массива сооружения путем размещения в массиве, включая его поверхность, элементов с высокой теплоемкостью, например грунтовых прослоек высокой плотности (тепловой амортизатор типа II, ТА-II);