СНЕГОЗАДЕРЖИВАЮЩЕЕ ОГРАЖДЕНИЕ
SNOW-RETAINING ENCLOSURE

Изобретение относится к области защиты строительных объектов от опасных природных воздействий и может быть использовано при проектировании железных и автоматических дорог, а также других подобных объектов.
Известно снегозадерживающее ограждение (Кондаков Е.Н. Снегозаносимые участки Северной железной дороги. Методы защиты. В сб. Труды XIV международной научно-технической конференции «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», ОАО «Российские железные дороги», Российский университет транспорта (МИИТ), М. 2017, стр. 64-69), которое представляет собой один или несколько рядов посадки кустов и деревьев. Недостатком этого вида ограждений является то, что в тундре в связи с малой толщиной деятельного слоя и отсутствием круглогодичных талых зон в грунте ни кустарники, ни деревья не могут расти.
Известно снегозадерживающее ограждение, выполненное в виде забора, содержащего вертикальные стоки и заполнение между стойками (там же). Недостатком данного технического решения является то, что под снегоотложениями, которые достигают толщины нескольких метров, деградирует мерзлота. При наличии высокольдистых грунтов и погребенных льдов при таком протаивании могут произойти сдвиги массивов грунта и вызвать аварийные ситуации на расположенном рядом железнодорожном или автодорожном пути.
Таким образом, возникает техническое противоречие: с одной стороны, необходимо снегозадерживающее ограждение, чтобы защитить инженерное сооружение от снегозаносов, с другой стороны, это делать нельзя, поскольку отложение снега приводит к деградации мерзлоты. Применение известных охлаждающих устройств типа термосифонов не дает эффекта, так как они будут занесены снегом. Предлагаемое техническое решение позволяет разрешить это противоречие: охлаждающая система в виде охлаждающих стоек глубиной заложения 10-20 м естественно вписывается в снегозадерживающее ограждение, одновременно являясь несущим элементом, обеспечивая стабильность забора, и охлаждающим устройством -т.е. система сама себя охлаждает. В связи с изложенным данное техническое решение может быть отнесено к разряду изобретений.
Целью данного изобретения является обеспечение сохранения мерзлоты при наличии больших снегоотложений в зоне
снегозадерживающего ограждения.
Поставленная цель достигается тем, что снегозадерживающее ограждение, выполненное в виде забора, содержит вертикальные стойки заполнения и горизонтальные элементы заполнения. Оно содержит охлаждающую систему, выполненную из охлаждающих стоек глубиной заложения 10-20 м, состоящих из труб с единой (сквозной) по высоте полостью (т.е. без перегородки), замкнутой с обоих торцов, и установленных в плоскости забора на расстоянии друг от друга, равном расстоянию теплового взаимодействия. Элементы горизонтального заполнения закреплены на охлаждающих стойках глубиной заложения 10-20 м, при этом
н
в
h=h+h;
н
в=k⋅h;
d≥0,5 м;
н
h≥10,0 м;
в
сн
h≥h,
н
в
сн
где h, h, h, h, - высота соответственно всей охлаждающей стойки глубиной заложения 10-20 м, ее подземной и надземной частей, снежных отложений, м;
в - расстояние между охлаждающими стойками глубиной заложения 10-20 м, м;
d - диаметр полости, м;
к - безразмерный коэффициент, к=(1,5÷2,0).
Кроме того в полости охлаждающих стоек расположены коаксиальные вставки диаметром «0,7 d», образующие внутреннюю и внешнюю части полости одинаковой площади «S» поперечного сечения, при этом внутренняя часть полости вверху и внизу соединяется с внешней частью полости с помощью отверстий площадью «S».
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлен общий вид снегозадерживающего ограждения сбоку;
на фиг. 2 представлен вид снегозадерживающего ограждения в поперечном сечении (сечение А-А на фиг. 1);
на фиг. 3 представлен общий вид стойки с коаксиальной вставкой (разрез С-С на фиг. 4);
на фиг. 4 представлен вид стойки в поперечном сечении (сечение В-В на фиг. 3);
н
в
н
в
н
на фиг. 5. представлен общий вид стойки заполнения. Снегозадерживающее ограждение выполнено в виде забора, содержащего вертикальные стойки 1 (охлаждающие стойки глубиной заложения 10-20 м) и заполнение 2 между стойками. Стойки 1 выполнены из труб диаметром «d» со сквозной по всей высоте трубы полостью 3, замкнутой с обоих торцов. Стойки 1 заглублены ниже естественной поверхности 4 на величину «h» и возвышаются над ней на величину «h». Для повышения эффективности охлаждения внутри стоек 1 могут быть размещены коаксиальные вставки 5, выполненные в виде труб на высоту полости 3. При диаметре трубы 5 равном 0,7 «d» полость 3 разделяется на две равные по площади поперечного сечения внутреннюю 6 и внешнюю 7 части полости размером «S». На верхнем и нижнем концах в коаксиальной вставке делаются по два отверстия 8, общая площадь которых на каждом конце равна «S». Торцы труб 5 открыты. Трубы для стойки 1 и коаксиальных вставок 5 могут быть изготовлены из металла или другого материала. Они должны быть рассчитаны на прочность с учетом ветровой нагрузки. Диаметр «d» стоек принимается не менее 0,5 м. Заглубление «h» принимается равным 10-20 м. Высота «h» надземной части стоек принимается в соответствии с высотой снежных отложений 9 по расчету. Расстояние «в» между стойками 1 принимается равным в=k⋅h,, где k=(1,5÷2,0). Стойка 1 для обеспечения устойчивости может быть снабжена горизонтальными 10 и наклонными 11 элементами.
Заполнение 2 между стойками 1 выполнено в виде горизонтальных элементов 12, закрепляемых на крепежных элементах 13, которые расположены на основных стойках 1 и вспомогательных стойках 14. Для снижения изгибающих моментов в элементах 12 от ветровой нагрузки могут быть установлены вспомогательные стойки 14, снабженные, как и стойки 1, элементами 10 и 11.
Таким образом, основным отличием предложенного технического решения является наличие охлаждающей системы, выполненной в виде охлаждающих стоек глубиной заложения 10-20 м. Однако, как следствие, эти стойки также использованы как анкерные элементы, поскольку их несущая способность на горизонтальные нагрузки гораздо выше стоек обычного снегозащитного забора (прототипа): в обычном заборе диаметр стоек порядка 20 см, а здесь - не менее 50 см, при этом глубина погружения стоек в прототипе - 1-2 м, здесь - 10-20 м. Использование охлаждающих стоек глубиной заложения 10-20 м одновременно не только как элемент охлаждающей системы, а как анкерный элемент позволяет существенно снизить затраты на заполнение, состоящее из стоек заполнения и горизонтальных элементов заполнения. А это, в свою очередь, приводит к тому, что, несмотря на существенное увеличение возможностей снегозадерживающего забора, его общая стоимость не увеличивается или увеличивается незначительно.
Для пояснения существа предполагаемого изобретении введены также позиции 15, 16, 17 - положение нулевой изотермы на момент окончания теплого периода года соответственно - в зоне снегоотложений без учета охлаждающих стоек 1, в ненарушенной зоне, в зоне снегоотложений с учетом охлаждающих стоек 1. Кроме того для пояснения к Описанию сделано Приложение.
Снегозадерживающее ограждение работает следующим образом.
н
Снегозадерживающее ограждение, выполненное в виде забора, содержащего стойки 1 и заполнение 2, задерживает снег при снегопереносе, который откладывается в виде снегоотложений 9. Толщина этих снегоотложений достигает нескольких метров, что приводит к деградации вечномерзлых грунтов в этой зоне. При этом нулевая изотерма опускается в положение 15, что ниже положения 16 в ненарушенной зоне на несколько метров. В случае залегания высокольдистых грунтов и погребенных льдов такое протаивание может привести к сдвигам грунтовых масс и к аварийным ситуациям в расположенной рядом железной дороге. Для предотвращения такого протаивания данное техническое решение предусматривает наличие пустотелых стоек 1. В зимний период в надземной части полости 3 воздух охлаждается, что вызывает конвекцию воздуха и охлаждение грунтов в зоне подземной части стойки 1. Наличие коаксиальной вставки обеспечивает разделение нисходящих и восходящих потоков воздуха и существенно интенсифицирует процесс охлаждения. В результате положение нулевой изотермы на момент окончания теплого периода года определяется позицией 17, т.е. наличие пустотелых стоек обеспечивает сохранение мерзлоты при наличии больших снегоотложений у забора. Для обеспечения поднятия нулевой изотермы из положения 15 в положение 17 расстояние «b» между стойками 1 не должно превышать величины, определяющей тепловое взаимодействие стоек. Расчеты показали (см. приложение к Описанию), что при глубине «h» заложения стоек диаметром 1,0 м равными 10 м расстояние между стойками (термоопорами) может быть принято до 20 м, а при глубине заложения 20 м - более 30 м. Отсюда вытекает приближенная зависимость:
н
b=kh, где k=(1,5÷2,0).
Формула изобретения содержит три основных существенных признака.
Первым существенным признаком являются вертикальные стойки заполнения и горизонтальные элементы заполнения, без которых не может существовать снегозадерживающее ограждение.
Вторым существенным принципом является наличие охлаждающей системы, выполненной из охлаждающих стоек глубиной заложения 10-20 м, состоящих из труб с единой по высоте полостью и установленных в плоскости забора на расстоянии друг от друга равным расстоянию теплового взаимовлияния.
Третьим существенным признаком является то, что забор закреплен на охлаждающих стойках глубиной заложения 10-20 м, которые играют анкерную роль, позволяя снизить затраты на элементы заполнения.
Все три существенных признака необходимы и достаточны для достижения поставленной цели, они формируют единую неразделимую конструкцию - обеспечения сохранности мерзлоты при наличии бывших снегоотложений в зоне снегозадерживающего ограждения.
Кроме того имеется четвертый - дополнительный существенный признак - наличие коаксиальной вставки в полости охлаждающей стоки глубиной заложения 10-20 м.
Эффективность изобретения определяется достижением основного технического результата: снегозадерживающее ограждение не приводит в зоне снегонакоплений к деградации мерзлоты.