ОТКОСНАЯ ЧАСТЬ ДОРОЖНОГО ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к сооружению дорожных насыпей на вечномерзлых грунтах, находящихся в их основаниях.
Известны виды поперечных профилей насыпей, сооружаемых в обычных условиях вне зоны распространения вечномерзлых грунтов. (М.А.Фришман, И.Н.Хохлов, В.П.Титов «Земляное полотно железных дорог, Изд-во «Транспорт», 1972, с.15, рис.1).
Недостатки таких профилей насыпей заключаются в том, что в случае применения их в области распространения вечной мерзлоты на просадочных при оттаивании мерзлых грунтах основание насыпи деформируется, что влечет за собой разрушение насыпи.
Для предотвращения оттаивания вечномерзлых грунтов в основаниях насыпей применяются различные способы регулирования водно-теплового режима грунтов (теплоизоляция, различные типы охлаждающих устройств и т.п.).
Известна насыпь с навесом над поверхностью откоса, образующим полость между грунтом и покрытием, защищающую откос от солнечной радиации и снежного покрова. (Сборник трудов Хабаровского института инженеров железнодорожного транспорта. Хабаровск, 1970 г., с.83-92).
Недостатком такой конструкции является то, что для устройства сплошного навеса над откосом требуется затратить значительное количество строительных материалов. Кроме того, со временем конструкции, на которые опирается навес, подвергаются выпучиванию, что приводит к разрушению навеса.
Наиболее близкой к предлагаемой является плотина, сооруженная на вечной мерзлоте, низовой откос которой, уложенный мерзлым грунтом, защищен от отепляющего действия снега и прямого солнечного облучения деревянным навесом. (Г.Ф.Биянов «Плотины на вечной мерзлоте», М., «Энергия», 1975, с.28-29).
Недостатком этой конструкции является большая себестоимость ее сооружения.
Предлагаемой полезной моделью решается задача обеспечения устойчивости и долговечности насыпей в области распространения вечномерзлых грунтов посредством уменьшения растопляющего влияния насыпей на температурный режим мерзлых грунтов, находящихся в их основании.
Для достижения указанного технического результата в откосной части дорожного земляного полотна на вечной мерзлоте, содержащей основной массив грунта, формирующий тело земляного полотна и ограниченный с внешней стороны поверхностью откоса, и защитный навес, защитный навес выполнен в виде горизонтальных консолей, установленных по высоте откоса в один или несколько ярусов, одним концом заглубленных в основной массив грунта, а другим - выступающих за пределы поверхности откоса.
з
к
Глубина заделки «a» в грунт может составлять 2 м, а длина выступающей части «a» - 1,5 м.
Горизонтальные консоли могут быть выполнены в виде ряда отдельных базовых горизонтальных элементов, заглубленных в грунт земляного полотна, и уложенного на них сплошного настила в пределах выступающей за поверхность откоса части.
Кроме того, базовые горизонтальные элементы могут быть выполнены составными из двух частей: трубчатой в пределах грунтового массива с жестко присоединенными к ней опорным и упорным элементами и съемной, имеющей общую длину консоли и вставляемой в трубчатую часть.
А также базовые горизонтальные элементы могут содержать пару из опорного и упорного элементов, жестко присоединенных к консоли, при этом опорный элемент расположен под консолью со стороны поверхности откоса, а упорный элемент расположен с внутренней стороны заглубленной части и над ней.
А еще защитный навес может быть снабжен анкерами, выполненными в виде одного или нескольких линейных элементов, закрепленных к заглубленному в основной массив грунта концу навеса и расположенных в вертикальной плоскости, перпендикулярной плоскости навеса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображено поперечное сечение дорожной насыпи на вечной мерзлоте;
на фиг.2 - дорожная выемка на вечной мерзлоте;
на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.
Откосная часть дорожного земляного полотна на вечной мерзлоте содержит следующие основные элементы:
- основной 1 массив грунта, формирующий тело земляного полотна. В случае насыпи (фиг.1) - это грунт насыпи, отсыпанный на естественной поверхности 2 грунта. В случае выемки (фиг.2) - это коренной грунт, в котором вырыта выемка ниже естественной поверхности 2 грунта. Однако в обоих случаях (и в выемке, и в насыпи) основной массив грунта может содержать пограничную часть 3, отсыпаемую из грунта прочного в талом состоянии. При этом центральная часть насыпи может отсыпаться из местных твердомерзлых грунтов, остающихся во время эксплуатации в мерзлом состоянии. Основной 1 массив грунта с внешней боковой стороны ограничен поверхностью 4 откоса;
- защитный навес, который выполнен в виде горизонтальных консолей 5, установленных по высоте откоса в один или несколько ярусов. Горизонтальные консоли 5 выполнены в виде ряда отдельных базовых горизонтальных элементов, заделанных в грунт земляного полотна, и уложенного на них в пределах выступающей за поверхность откоса части сплошного настила 6.
з
к
Глубина «a» заделки консоли в грунт тела откоса может быть рекомендована 2 м, а длина «a» выступающей за пределы поверхности откоса части - 1,5 м. Однако возможен в пределах данной схемы широкий диапазон различных вариантов.
Главное назначение защитных навесов - защита поверхности откоса от снежного покрова, препятствующего охлаждению грунтов насыпи и основания. Кроме того, защитные навесы экранируют откос от облучения солнечной радиацией. Положение нулевой изотермы (верхней границы вечной мерзлоты) на момент окончания теплого периода в естественных условиях и после постройки насыпи показано соответственно позициями 7 и 8.
Навес может быть выполнен различной конструкции. Могут, например, в откос заделаны обычные гофрированные листы. Однако более
экономично выполнить навес в виде базовые горизонтальных элементов 9, на которые в пределах выступающей за поверхность откоса части уложен настил.
С целью возможности сооружать навесы после постройки земляного полотна базовые горизонтальные элементы 9 могут быть выполнены составными из двух частей: трубчатой 10, закрепленной в теле основного грунтового массива в процессе строительства земляного полотна, и съемной 11, вставляемой в трубчатую часть и которую можно изготовить и в процессе эксплуатации.
Горизонтальные базовые элементы закрепляют в основном массиве 1 грунта от выпучивания с помощью горизонтальных или вертикальных анкеров 12. Также базовые горизонтальные элементы могут закрепляться в теле откоса с помощью пары из опорного 13 элемента и упорного 14 элемента. Опорный 13 элемент расположен под трубчатой 10 частью консоли со стороны поверхности откоса. Опорный 13 элемент закреплять к консоли нельзя, так как это увеличит силы выпучивания. А упорный 14 элемент жестко прикреплен к консоли и расположен с внутренней стороны трубчатой 10 части консоли, заделанной в грунт, и находится над ней.
На фиг.1, 2, 3 приведены также следующие обозначения: 15 - балластная призма с рельсошпальной решеткой (но земляное полотно может быть и для автомобильных, и городских дорог), 16 - граница пограничной части 3 основного массива 1 грунта, 17 - границы отсыпаемых при строительстве отдельных слоев грунта, 18 - слой теплоизоляции.
Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте работает следующим образом. В зимний период в условиях отсутствия снегопереноса часть поверхности откоса в пределах вертикальной проекции защитных навесов оказывается защищенной от укрытия снегом, что способствует активному поступлению холода в грунты основания и
тела земляного полотна. В летний период поверхность откоса защищена навесом от солнечной радиации, что также снижает поступление тепла в грунт. В итоге формирующийся за год тепловой баланс поверхности откоса обеспечивает понижение отрицательных среднегодовых температур в грунтах оснований. Температурный режим грунтов в теле и основании насыпи, формирующийся под влиянием климатических факторов и с учетом предлагаемых мероприятий по его регулированию, определяется теплофизическим расчетом.
Эффективность использования предлагаемой полезной модели заключается в формировании благоприятного температурного режима тела насыпей и мерзлых грунтов, находящихся в их основании, и обеспечении устойчивости и долговечности насыпей, сооружаемых в районах распространения вечномерзлых грунтов.
3
Область эффективного использования навесов предложенной конструкции - регионы с малым снегопереносом (до 100 м/м), например, Центральная Якутия. Именно в этом случае появляется возможность перейти от общих навесов к компактным и дешевым местным навесам. При сильном снегопереносе (например, на полуострове Ямал) такое решение невозможно. Откосная часть предложенной конструкции может быть широко использована не только в дорожном земляном полотне, но и в других конструкциях - гидротехнических, промышленных и др.
Следует особо отметить, что навесы с горизонтальными несущими опорными элементами - это новый шаг в строительстве, поскольку проблема анкеровки опорных элементов решается автоматически при послойной укладке грунта, а не требует бурения специальных скважин с учетом размещения там не только несущих навес элементов, но и анкеров от выпучивания.