ДОРОЖНАЯ ВЫЕМКА НА ВЫСОКОЛЬДИСТЫХ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к сооружению дорожных выемок на высокольдистых вечномерзлых грунтах.
Известны виды поперечных профилей выемок, сооружаемых в обычных условиях вне области распространения вечной мерзлоты. (М.А.Фришман, И.Н.Хохлов, В.П.Титов «Земляное полотно железных дорог». Изд-во «Транспорт», М., 1972, с.21, рис.5).
Недостатки таких профилей выемок заключаются в том, что в случае применения их в области распространения вечной мерзлоты на мерзлых льдонасыщенных грунтах, переходящих при оттаивании в текучее состояние, основание выемки и откосы подвергаются деформациям, что влечет за собой разрушение выемки.
Наиболее близкой к предлагаемой является выемка с заменой просадочных грунтов в основании и укрытием откосов теплоизоляцией, предназначенная для применения в области распространения вечномерзлых грунтов (Г.Н.Жинкин и Н.А.Грачев «Особенности
строительства железных дорог в районах распространения вечной мерзлоты и болот», М., УМК МПС России, 2000, с.36, рис.1.9).
Недостатком выемки такой конструкции является то, что для устройства замены требуется нередко дефицитный дренирующий грунт, а теплоизоляция поверхности откосов выемки трудоемка и дорогостояща. При производстве работ в теплый период года происходит растепление большого массива вечномерзлых грунтов, приводящее к понижению их прочностных характеристик и сплывам оттаявшего грунта с откосов. Вырезка мерзлого грунта в основании выемки при зимнем производстве работ трудоемка.
Предлагаемой полезной моделью решалась задача создания требуемого температурного режима вечномерзлых грунтов в основании и откосах земляного полотна при сооружении его на высокольдистых вечномерзлых грунтах.
Для достижения указанного технического результата в дорожной выемке на высокольдистых вечномерзлых грунтах, содержащей коренной массив высокольдистого вечномерзлого грунта, ограниченный в пределах выемки основанием выемки и боковыми откосами, опорный массив, расположенный на основании выемки, балластную призму, расположенную на опорном массиве, кюветный массив, расположенный на основании выемки между ее откосом и опорным массивом, боковой откос выемки по высоте разделен на две части, при этом уклон откоса верхней части соответствует углу естественного откоса грунта, а нижняя часть снабжена упорным охлаждающим массивом грунта, примыкающим к откосу и кюветному массиву и имеющим в поперечном сечении по отношению к продольной оси выемки форму параллелограмма, нижнее основание которого совмещено с основанием выемки, высота равна высоте нижней части откоса, а боковые стороны наклонены под углом естественного откоса, образующего упорный охлаждающий массив грунта,
причем упорный охлаждающий массив состоит из маловлажного или скального грунта и содержит систему охлаждения грунта.
При этом высота упорного охлаждающего массива грунта может быть равна половине глубины выемки, считая от уровня естественной поверхности грунта до уровня ее основания, а толщина упорного охлаждающего массива грунта по перпендикуляру к его боковой стороне равна 3 м.
Кроме того, система охлаждения грунта может быть выполнена в виде горизонтальных консольных навесов, заглубленных в тело упорного охлаждающего массива грунта на 2 м и имеющих вынос консоли 1,5 м.
Предлагаемая конструкция дорожной выемки на высокольдистых вечномерзлых грунтах поясняется чертежом, где изображена предлагаемая выемка (поперечное сечение);
Дорожная выемка на высокольдистых вечномерзлых грунтах содержит коренной массив 1 высокольдистого вечномерзлого грунта, ограниченный в пределах выемки основанием 2 и боковыми откосами, опорный массив 3, расположенный на основании выемки, балластную призму 4, расположенную на опорном массиве, кюветный массив 5, расположенный на основании выемки между ее откосом и опорным массивом.
Откос выемки имеет двухступенчатый профиль. Уклон откоса верхней части 6 бокового откоса соответствует углу естественного откоса грунта. Нижняя часть 7 откоса снабжена упорным охлаждающим массивом грунта 8, состоящим из маловлажного или скального грунта.
Упорный охлаждающий массив грунта 8 примыкает к откосу 7 выемки и к верхней части кюветного массива и имеет в поперечном сечении по отношению к продольной оси выемки форму параллелограмма, нижнее основание которого совмещено с основанием выемки, а боковые стороны наклонены под углом естественного откоса.
Высота упорного охлаждающего массива грунта 8 наиболее рационально должна быть равна половине глубины выемки, считая от уровня естественной поверхности грунта до уровня ее основания, однако могут быть и другие соотношения. Толщина упорного охлаждающего массива грунта по перпендикуляру к его боковой стороне равна 3 м (глубина сезонного протаивания грунта). Горизонтальный участок 9 между подошвами откосов опорного массива 3 и упорного охлаждающего массива 8 используется для организации водоотвода из выемки.
Главное назначение упорного охлаждающего массива на нижнем ярусе откоса выемки - защита вечномерзлых грунтов откоса от сезонного оттаивания и улучшение температурного режима под основной площадкой. Охлаждающее воздействие его достигается с помощью системы охлаждения грунта, выполненной, например, в виде горизонтальных консольных навесов 10, защищающих поверхность откоса от снежного покрова и солнечной радиации. Консольные навесы заглублены в тело упорного охлаждающего массива, например, на 2 м, а вынос консоли составляет 1,5 м. Система охлаждения может быть другой (например, парожидкостные установки).
Между кюветным массивом 5 и основанием 2 выемки укладывают слой теплоизоляции 11, который продолжается под опорным массивом и под упорным охлаждающим массивом до их высоты 2,5 м. Вместо устройства теплоизоляции высота кюветного массива 5 может быть увеличена до 2-2,5 м. Позициями 12 и 13 показано положение верхней части выемки в период строительства.
Выемка разрабатывается в зимний период. Опорный массив 4, горизонтальный участок 9 и упорный охлаждающий массив грунта 8 отсыпаются из сухомерзлого или скального грунта до наступления положительных температур воздуха. Закладка горизонтальных консольных навесов 10 производится в процессе устройства упорного охлаждающего
массива 8. Поверхности верхнего яруса 12 и горизонтального участка 13 не защищаются от сезонного оттаивания. Считается, что в первые годы после сооружения выемки профиль верхнего яруса откоса в процессе сезонного оттаивания будет уполаживаться до достижения угла естественного откоса (позиция 6). Оплывающий грунт будет отлагаться на горизонтальном участке 13. Со временем вновь образованная поверхность верхнего яруса и горизонтального участка зарастет травой и на ней сформируются условия теплообмена, благоприятно влияющие на температурный режим вечномерзлых грунтов, окружающих выемку.
В зимний период на поверхности балластной призмы формируется снежный покров уменьшенной мощности вследствие сдувания снега с рельсошпальной решетки и обочины и уплотнения при проходе поездов. Благодаря этому теплоизолирующие свойства снега здесь существенно уменьшаются, и этот элемент профиля выемки оказывает значительное охлаждающее влияние на вечномерзлые грунты под основной площадкой выемки. Такое же влияние на грунты, залегающие в нижней части откоса, оказывают условия теплообмена, формирующиеся на откосах упорного охлаждающего массива грунта, где не существует возможности для образования нормального снежного покрова в результате устройства навеса 10. Под поверхностью верхней части откоса выемки, как уже отмечено выше, со временем формируются условия близкие к существующим на окружающей территории.
В летнее время основание 2 выемки и нижний ярус ее откосов защищены от сезонного оттаивания скальным грунтом опорного, упорного охлаждающего и кюветного массивов. В результате влияния охлаждающего упорного массива температура грунтов, вмещающих выемку, не только сохраняются на уровне, существовавшем до строительства, но и происходит их понижение, сопровождающееся улучшением прочностных и деформационных характеристик.
Таким образом, при разработке данной полезной модели предусмотрена возможность поэтапного ввода мероприятий по регулированию температурного режима вмещающих выемку вечномерзлых грунтов в зависимости от эффективности ранее осуществленных мер. При этом работы по наращиванию охлаждающего воздействия на грунты не требуют перерывов в движении по дороге.
Эффективность применения предлагаемой конструкции достигается при отсутствии снегопереноса в зимнее время.