Обоснование применения золошлаковых смесей для строительства земляного полотна с учетом особенностей водно-теплового режима

• Автор: Иванов, Евгений Владимирович
• Шифр специальности: 05.23.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1 Состояние вопроса

1.1 Золошлаковая смесь (ЗШС) - как техногенный грунт для насыпей земляного полотна

1.2 Современные представления о формировании водно-теплового режима земляного полотна

1.3 Выводы по первой главе, цели и задачи исследования

2 Формирование водно-теплового режима земляного полотна из золошлаковой смеси

2.1 Особенности формирования теплового режима при промерзании земляного полотна

2.2 Особенности влагонакопления и пучинообразования при промерзании земляного полотна из золошлаковой смеси

2.3 Сравнение методов расчета водно-теплового режима

с учетом особенностей свойств золошлаковых смесей

Выводы по второй главе
3 Экспериментальные исследования свойств золошлаковых смесей
как техногенных грунтов для земляного полотна
3.1 Общие сведения о получении золошлаковых смесей
3.2 Химико-минералогический состав золошлаковых смесей
3.3 Физико-механические свойства золошлаковых смесей
3.4 Теплофизические свойства золошлаковых смесей
3.5 Некоторые водные свойства золошлаковых смесей
3.6 Влияние неравномерности зернового состава на свойства золошлаковых смесей
3.7 Исследование морозного пучения золошлаковых смесей
Выводы по третьей главе
4 Проверка результатов эксперименталыю-з еоретических исследований
на опытном участке
4.1 Общие данные по опытному участку
4.2 Результаты мониторинга промерзания и морозного пучения
4.3 Проверка несущей способности земляного полотна
из золошлаковой смеси
4.4 Устойчивость откосов земляного полотна из золошлаковой смеси
Выводы по четвертой главе
5 Экологическая и экономическая оценка рекомендуемых конструктивно-технологических решений
5.1 Экологическая оценка применения золошлаковых смесей
для земляного полотна
5.2 Экономическая оценка применения золошлаковых смесей
для земляного полотна
Выводы по пятой главе
Заключение
Список литературы
Приложение А Химический состав зол-уноса ТЭС от сжигания
различных углей
Приложение Б Результаты экспериментальных исследований
золошлаковых смесей ТЭС Западной Сибири
Приложение В Результаты испытаний золошлаковых смесей
на морозное пучение
Приложение Г Технико-экономическое обоснование использования золошлаковой смеси в верхней части земляного полотна автомобильной дороги НОВ-2 в сторону НОВ-1 на территории золоотвала СП ТЭЦ-

Введение
Без высокого качества земляного полотна невозможно построить современную автомагистраль, длительное время сохраняющую несущую способность дорожной одежды и ровность покрытия, особенно в сложных грунтовых, гидрологических и климатических условиях, характерных для многих регионов России. В то же время всё более осложняются вопросы отвода земли под карьеры с кондиционным грунтом. Наиболее остро этот вопрос стоит при проектировании и строительстве городских и пригородных дорог. Учитывая ценность пригородных земель и экологическую напряжённость на этих территориях, под фунтовые карьеры отводят неудобья и обводнённые территории с некондиционными фунтами. Это зачастую вынуждает строительные организации сооружать земляное полотно из фунтов повышенной влажности, либо везти кондиционный фунт с удаленных от участка сфоительства карьеров. При этом дальность транспортировки фунтов может измеряться десятками километров, а стоимость земляного полотна и всей дороги значительно возрастает [1].
В теплоэнергетической отрасли сформировалась другая проблема. Она заключается в том, что на пригородных территориях растут отвалы, площадь которых измеряется сотнями гектаров, в которых скапливаются десятки миллионов тонн золошлаковых отходов (ЗШО) ТЭС. Доля угольных ТЭС составляет около 70 % в балансе энергообеспечения нашей страны. И эта доля будет возрастать, особенно на азиатской территории России, где тепловые электростанции, работающие на угле, дают около 90 % энергетических мощностей. ТЭС сжигают более 200 млн т угля в год, выбрасывая в золоотвалы примерно 35 млн т золы и шлака (к 2020 г. эта цифра возрастёт до 50 млн т). В стране уже накоплено около 1,5 млрд т золошлаков (рисунок 1).
Электростанции тратят на утилизацию золошлаков и платежи экологическим службам десятки миллионов рублей. Стоимость расширения или строительства золоотвалов измеряется сотнями миллионов рублей. Эти затраты включают в стоимость энергоресурсов, которая неуклонно растёт и перекладывается на потребителей энергии.

Как видно, для расчета используются те же теплофизические характеристики грунта земляного полотна и дорожной одежды, определенные выше. Толщина эквивалентного слоя грунта определяется по формуле
5' = Л| - + Д„ = Л
1 П / -+Е—

где — = - сопротивление теплоотдаче с поверхности дорожной одежды (величину а

следует принимать равной 20 ккал/(м2-град-ч) [36]), (м2-град-ч)/ккал;
Ки - термическое сопротивление слоя дорожной одежды, (м2трад-ч)/ккал;
1п - толщина слоя дорожной одежды, м;
Л,, - коэффициент теплопроводности слоя, ккап/(м-град-ч).
Величина теплового потока снизу к границе промерзания для условий Омской области принята по рекомендациям [36] црек = 4,3 ккал/(м2-ч). Результаты расчета термического сопротивления дорожной одежды и эквивалентного слоя представлены в таблице 7.
Таблица 7 - Результаты расчета эквивалентного слоя
№ слоя Материал слоя Толщина слоя /г, м Предзимняя влажность И'о, % Термическое сопротивление слоя, (м2традч)/ккал Толщина эквивалентного слоя 5, м
1 тип местности по условиям увлажнения
1 Асфальтобетон 0,07 0,25 0,12 0,
2 щпс 0,18 5 0,
3 зшс - 25 -
2 тип местности по условиям увлажнения
1 Асфальтобетон 0,07 0,25 0,12 0,
2 ЩПС 0,18 5 0,
3 ЗШС - 40 -
3 тип местности по условиям увлажнения
1 Асфальтобетон 0,07 0,25 0,12 0,
2 ЩПС 0,18 5 0,
3 ЗШС - 60 -
При анализе формулы (33) видно, что получить выражение в явном виде для расчета глубины промерзания не получится, поэтому авторами метода предлагается производить расчет по номограммам. Со своей стороны мы рекомендуем графоаналитический метод на основе формулы (33), который позволяет с достаточной точностью определить максимальное значение глубины промерзания.