ВЫЕМКА ДОРОГИ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к строительству сооружений в районах распространения вечномерзлых сильнольдистых грунтов или грунтов оснований с наличием погребенных льдов.
Известна выемка дороги, содержащая размещенную на основной площадке насыпи конструкцию проезжей части для железнодорожного или автодорожного проезда (М.А.Фришман, И.Н.Хохлов, В.П.Титов «Земляное полотно железных дорог», М., Транспорт, с.15, рис.1, б).
Недостатком выемки является то, что в условиях вечной мерзлоты под выемкой происходит протаивание грунтов, вызывающее деформацию земляного полотна.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является выемка на вечномерзлых грунтах, содержащая слой грунта, заменяющего естественный, и размещенную на основной площадке насыпи конструкцию проезжей части для железнодорожного или автодорожного проезда (Г.Н.Жинкин, И.А.Грачев «Особенности строительства железных дорог в районах распространения
вечной мерзлоты и болот». М., УМК МПС России, 2000, с.35, рис.1.8). Конструкция предусматривает частичную вырезку слабого грунта и замену его на менее влажный.
Недостатком конструкции является то, что применяемая мера для охлаждения грунтов не позволяет обеспечить надежность вечномерзлых оснований при наличии сильнольдистых грунтов и погребенных льдов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности выемки при наличии высокольдистых грунтов оснований и оснований, включающих погребенные льды.
Для решения поставленной задачи выемка дороги на вечномерзлых грунтах, содержащая слой грунта, заменяющего естественный, и расположенную на этом слое конструкцию проезжей части для автодорожного или железнодорожного проезда, содержит боковые охлаждающие массивы, вплотную прилегающие к выемке с учетом соблюдения действующих габаритов приближения строений. Боковой охлаждающий массив представляет собой массив замененного естественного высокольдистого грунта грунтом маловлажным, ширину которого назначают не менее глубины сезонного протаивания в маловлажных замененных грунтах. На боковых поверхностях массив содержит охлаждающие участки с крутыми уклонами. Уклон «i» охлаждающих участков имеет значение (1:0)>i>(1:0,75).
Кроме того, под конструкцией проезжей части уложен слой теплоизоляции на ширине равной расстоянию между противоположными боковыми охлаждающими массивами плюс половина ширины бокового охлаждающего массив в каждую сторону.
Также слой теплоизоляции расположен с внешней стороны бокового охлаждающего массива, ширина которого составляет не менее двух глубин сезонного протаивания грунта в естественных условиях на прилегающей к выемке территории.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где представлено поперечное сечение выемки дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах.
н
Выемка дороги на вечномерзлых грунтах содержит слой непучинистого грунта 1, заменяющего естественный высокольдистый, и расположенную на этом слое конструкцию проезжей части для автодорожного или железнодорожного проезда, выполненную, например, в виде балластной призмы 2 с рельсошпальной решеткой. Выемка содержит боковой охлаждающий массив 3, вплотную примыкающий к выемке с учетом соблюдения действующих габаритов приближения строений. Боковой охлаждающий массив 3 представляет собой массив замененного естественного высокольдистого грунта грунтом маловлажным. Ширину b бокового охлаждающего массива назначают не менее глубины сезонного протаивания в маловлажных замененных грунтах. Это необходимо, чтобы высокольдистые грунты всегда оставались в мерзлом состоянии, за исключением зоны протаивания сверху. Верхняя поверхность бокового охлаждающего массива соответствует уровню естественной поверхности грунта, а нижняя - соответствует уровню низа замененного под проездом грунта 1. Боковой охлаждающий массив 3 содержит один или несколько охлаждающих участков 4. Несколько охлаждающих участков 4 будет в случае ступенчатой боковой поверхности. Сущность охлаждающего участка заключается в том, что он выполнен с крутым уклоном «i», при котором в зимний период на этих участках отложения снега резко снижаются. Уклон «i» - это отношение вертикальной проекции участка к горизонтальной. Уклон «i» оптимален как 1:0, что соответствует вертикальной поверхности. Однако это не обязательно. Отложения снега резко снижаются при более пологих откосах. Например, при уклоне 1:0,75 отложения снега составляют 60% от величины этих отложений для горизонтальной поверхности. Поэтому уклон «i» будет определяться
конструктивными возможностями и экономическими соображениями. Например, крутая поверхность может быть обеспечена укладкой габионов 5 или устройством подпорной стенки, или укладкой с крутым уклоном скального грунта с крупными фракциями.
н
Расстояние между массивами 3 на обеих сторонах выемки должно стремиться к минимуму, который определяется существующими параметрами габаритов. Для отвода вдоль выемки поверхностных вод целесообразно устройство кювета 6. Для уменьшения высоты массива 1 замененного грунта, а также для улучшения температурного режима подстилающих грунтов в пределах массивов 1 и 3 устраивают слой теплоизоляции 7. В массив 3 этот слой заводят в зону мерзлого грунта (примерно на расстояние «b/2»). Теплоизоляцию 7 укладывают ниже дна кювета 6. При этом положение нулевой изотермы на момент окончания теплого периода года показано позицией 8. Чтобы грунтовые воды в пределах деятельного слоя грунта (возможное движение грунтовых вод показано стрелкой 9) не поступали в выемку, целесообразно уложить слой теплоизоляции 10, «подтягивающий» к поверхности нулевую изотерму 8 и не пропускающий грунтовые воды по направлению 9.
Важным назначением теплоизоляции 10, уложенной с перекрытием границы 11 массива 3 и естественного высокольдистого грунта является резкое снижение разности сезонного протаивания обоих грунтов и, как следствие, ликвидация опасности разрушения указанной зоны. Граница 11 по высоте может быть выполнена ступенчатой.
Предлагаемая конструкция выемки позволяет не только обеспечить благоприятное положение нулевой изотермы 8, но и сформировать под выемкой ядро из твердомерзлого ядра, границы которого обозначены позицией 12.
Выемка дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах работает следующим образом.
В связи с тем, что в зимний период поверхности 4 оголены от снега, через эти поверхности без сопротивления проходят тепловые потоки как в теплый, так и в холодный периоды года. Однако в связи с тем, что среднегодовая температура воздуха отрицательная, суммарный тепловой баланс отрицателен. В результате формируется ядро твердомерзлого грунта с низкой температурой. Например, расчеты показали, что для участков, где в естественных условиях в грунтах формируется температура примерно -1°С (Центральная часть Якутии), причем обычная выемка дает дополнительное повышение температуры, применение выемки предложенной конструкции позволяет понизить температуру до -5°С. Это очень важно для высокольдистых грунтов оснований и оснований с наличием погребенных льдов. Резкие повышения среднегодовых температур воздуха в течение 2-3 лет (что периодически имеет место) или глобальное потепление климата может существенно повысить температуру грунта, что приведет к просадкам грунта, иногда - к аварийным.
Таким образом, эффективность предложенной конструкции определяется возможностью обеспечить требуемую несущую способность грунтов в экстремально сложных мерзлотно-грунтовых и климатических условиях, вплоть до глобального потепления климата.
3
Область эффективного использования данного технического решения - регионы с малым снегопереносом (до 200 м/м).