Рис.4. Подъездная автодорога Рис.5. Просадка плит на 7…9 см

В конце 2006 г. завершалось строительство объекта, интенсивность движения была минимальна, но за 4 года эксплуатации появилась деформация бетонного покрытия и дорожных плит в местах расположения 2-трубных бесканальных теплопроводов. Наблюдается просадка плит на 7…9 см, шелушение бетонного покрытия в местах расположения смотровых колодцев, также замечены различные неровности дорожного покрытия.

В главе 4 были предложены методы, позволяющие создавать условия работы дорожной конструкции, близкие к условиям на прилегающих участках автомобильных дорог без подземно расположенных теплопроводов. Для нормализации условий работы дорожной конструкции в зимний период, т.е. обеспечения традиционных условий ее работы, следовало рассмотреть возможности выравнивания (наибольшего сближения) температуры системы «дорожная одежда - земляное полотно» и, как следствие, влажности в зоне расположения теплосетей с участками основного протяжения.

Интересным вариантом при проектировании пересечений транспортных коммуникаций бесканальными тепловыми сетями является уменьшение температурных колебаний путем заложения дополнительной изолирующей прослойки в грунте земляного полотна между низом дорожной одежды и искусственным источником тепла. Нами были предложены рекомендации по укладке теплоизолирующей плиты, используемой при строительстве зданий и сооружений. Толщина плиты hПЛ равна 0,15 м, теплопроводность плиты составляет (ПЛ= 0,033 Вт/(м(?С), плотность (ПЛ= 70 кг/м?, удельная теплоемкость СПЛ= 1.75 Вт/кг°С, а ширина секций колеблется от 0,5 до 2 м. На сложность задачи указывает то обстоятельство, что при расположении теплопровода на большой глубине (например, равной 2,5 м) температура грунта в 1 м от поверхности земли составляет -0,66(С. Данный параметр на 70% выше температуры на участках без внутригрунтовых источников тепла. На той же глубине 1 м температура грунта составляет -2,19(С.

Было предложено сохранить концепцию формулы (1), заменив толщину плиты параметром эквивалентным глубине залегания грунтового массива. Расчёт произведён по следующим формулам:

Вт/(м((С) (14)

м (15,16)

где ?ДО – средневзвешенная теплопроводность слоёв дорожной одежды, Вт/(м((С); h 1,2….,n – толщина слоёв дорожной одежды, м; ? 1,2,…,n – теплопроводность слоя дорожной одежды, Вт/(м((С); hЗПЭ1 – эквивалентная глубине грунта толщина дорожной одежды, м; hЗПЭ2 – эквивалентная глубине грунта толщина теплоизолирующей плиты, м; hПЛ – толщина теплоизолирующей плиты, м; ?ЗП – теплопроводность грунта земляного полотна, Вт/(м((С); ?ПЛ – теплопроводность теплоизолирующей плиты, Вт/(м((С).

При параметрах, используемых в вышеприведённых расчётах, получены следующие результаты. Эквивалентный толщине дорожной одежды массив грунта составляет 0,60 м, а эквивалентный толщине теплоизолирующей плиты массив грунта равняется 9,5 м. На основе формулы (1) получено, что при данных параметрах температура грунта под дорожной одеждой над теплопроводом с теплоизолирующей плитой составляет -1,62(С и отличается на 35% от температуры на участках автомобильной дороги, где нет бесканально проложенного теплопровода. Это позволяет предполагать появление глубины промерзания и более равномерные условия работы системы «дорожная одежда – земляное полотно – бесканально проложенный теплопровод».

Также в главе 4 были предложены различные варианты проложения теплопровода при пересечении с автомобильной дорогой шириной 6 м, с дорожной одеждой толщиной 0,5 м, из них были отобраны такие, которые обеспечивают значения температуры, приближенные к участкам транспортных объектов без пересечений инженерными сетями.

Вариант 1. Песок среднезернистый, влажностью 20%, плотностью 1600 кг/м?, с коэффициентом теплопроводности, равным 2,09 Вт/(м(?С). Геометрические характеристики - расстояние между трубами b= 0,5 м. Глубина заложения оси теплопровода h=1,25 м. Толщина пенополиуретановой изоляции 10 см.

Вариант 2. Песок среднезернистый, влажностью 20%, плотностью 1600 кг/м?, с коэффициентом теплопроводности, равным 2,09 Вт/(м(?С). Геометрические характеристики - расстояние между трубами b= 3,0 м. Глубина заложения оси теплопровода h=5,5 м. Толщина пенополиуретановой изоляции 10 см.

Вариант 3. Песок среднезернистый, влажностью 20%, плотностью 1800 кг/м?, с коэффициентом теплопроводности, равным 2,84 Вт/(м(?С). Геометрические характеристики - расстояние между трубами b=1,5 м. Глубина заложения оси теплопровода h=1,5 м. Толщина пенополиуретановой изоляции 50 см.

Вариант 4. Песок среднезернистый, влажностью 20%, плотностью 1600 кг/м?, с коэффициентом теплопроводности, равным 2,09 Вт/(м(?С). Геометрические характеристики - расстояние между трубами b= 0,5 м. Глубина заложения оси теплопровода h=1,25 м. Толщина пенополиуретановой изоляции 10 см. Дополнительно укладывается пенополиуретановая плита толщиной, равной 0,15 м, теплопроводность плиты составляет (ПЛ = 0,033 Вт/(м(?С), плотность (ПЛ = 70 кг/м?.

Вариант 5. Наземная прокладка теплосети на металлических опорах высотой 6 м.

Перед выбором лучшего варианта пересечения 2-трубным теплопроводом системы «дорожная одежда - земляное полотно» требовалось произвести расчет температуры на глубине равной 1 м, и технико-экономическое обоснование всех проектных вариантов. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Анализируя полученные данные, можно констатировать, что варианты 4 и 5 являются самыми оптимальными по соотношению затрат на строительство и получаемого эффекта минимального изменения водно-теплового режима автомобильных дорог при их пересечении бесканальными 2-трубными теплопроводами. Вариант 2 слишком трудоемкий, глубокие и широкие траншеи представляют собой сложные конструкции как во время строительства, так и в период эксплуатации. Вариант 5 является самым экономичным при строительстве, но наземная прокладка имеет ряд существенных недостатков. Она эстетически не привлекательна при возведении в городских условиях, при авариях инженерных коммуникаций последствие опаснее, чем подземное проложение, наземные опоры и теплосети подвержены возможным деформациям в результате дорожно-транспортных происшествий и имеют довольно быстрые межремонтные сроки. Пересечение автомобильной дороги с тепловыми сетями (вариант 4) является экономически одним из самых выгодных и более простым в конструктивном исполнении, чем другие предложенные методы.

Таблица 2

Вариант расположения трубопровода под автомобильной дорогой 1 2 3 4 5

1 2 3 4 5 6

H, глубина заложения

(глубина закладки оси трубы

теплопровода, м) 1,25 5,50 1,50 1,25 на-

земного

пересеч.

b (расстояние между осями труб, м) 0,50 3,00 1,50 0,50 0,50

(сметная стоимость строительства руб.)

192 701

238 021 711 172 211 499

174 755

(сметная стоимость строительства руб/пог.м) 24 088

29 753

88 897

26 438

21 845

Температура

грунта tгр. на глубине, равной 1м (град. ?С) 3,88 -1,11 -0,44 -1,62 -2,19

Глава 5 посвящена одной из главных задач, решаемой в данной работе - оценке работоспособности дорожной конструкции в местах пролегания бесканального 2-трубного теплопровода. Для этого был проведен ряд расчетов на прочность каждого слоя дорожной одежды, для случаев с обычным воздействием тепловых сетей на грунт земляного полотна и защищенных внутригрунтовой пенополиуретановой плитой от интенсивного распространения температурных характеристик.

Рассматриваемая дорожная одежда предусматривает следующее конструктивное исполнение, верхний слой - мелкозернистый асфальтобетон плотный, h=4 см; нижний слой - крупнозернистый асфальтобетон, h=6 см; дренирующий слой - щебень М 600, укладываемый методом расклинцовки h=18 см; дренирующий слой - песок, h=30 см. Данный тип дорожной одежды используется на промышленных предприятиях, складах, в городских условиях при невысокой интенсивности транспортного потока.

При пересечении автомобильных дорог бесканальными 2-трубными теплосетями, дорожная одежда работает на пластичном деформируемом основании практически с полным отсутствием глубины промерзания в отличие от тех участков, где такие инженерные сети отсутствуют. Руководствуясь ОДН 218.046-01, был выполнен расчет по допускаемому упругому прогибу для конструкции дорожной одежды, представленной выше для двух вариантов участков автомобильной дороги: с бесканальными тепловыми сетями, где существенно изменяется параметр Tргд (расчетное число расчетных дней в году, соответствующих определенному состоянию деформируемости конструкции) и без них.