ВОДОПРОПУСКНАЯ ТРУБА ПОД НАСЫПЬЮ

ВОДОПРОПУСКНАЯ ТРУБА ПОД НАСЫПЬЮ
Полезная модель относится к строительству водопропускных сооружений, в частности, водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог в районах с распространением вечномерзлых грунтов.
Известна водопропускная труба, включающая тело трубы, уложенной либо на железобетонный фундамент, либо на подготовленное основание с заменой слабых грунтов на более прочные С1.
Недостатком такой трубы является длительное смыкание таликов, сформировавшихся в процессе сооружения и выстойки котлована.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является водопропускная труба с теплоизоляцией, уложенной сверху замененного грунта в начале летнего периода для предотвращения дальнейшего протаивания
грунта 2.
Недостаток такой трубы состоит в том, что после сооружения трубы теплоизоляция замедляет проникновение холода от тела трубы вниз, в результате чего образуется временный талик (в течение 1-5 лет), в процессе чего идет растепление (повышение температуры) нижележащих грунтов и, как следствие, снижение прочности, осадка и деформации.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эксплуатационной надежности путем уменьшения степени оттаивания вечномерзлых грунтов основания.
Сущность полезной модели состоит в том, что в водопропускной трубе, содержащей тело трубы, размещенное в насыпи и искусственное основание в виде заменяемого непросадочного грунта, в пределах которого размещена теплоизоляция, последняя выполнена из материала с уменьшающимися во времени теплоизоляционными свойствами, например, из пенопласта с открытыми порами, обернутого разлагающейся во времени пленкой.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - приведен разрез по продольной оси, температурное состояние показано на момент окончания теплого периода в год сооружения трубы;
на фиг. 2 - приведен поперечный разрез трубы по продольной оси насыпи, температурное состояние показано на момент окончания теплого периода в год сооружения трубы;
на фиг. 3 - приведен поперечный разрез трубы по продольной оси насыпи, температурное состояние показано на момент окончания теплого периода года через 1-3 года после сооружения трубы;
на фиг. 4 - показана принципиальная эпюра распределения температур по глубине ниже уровня талика под теплоизоляцией в первые три года после сооружения трубы.
Предложенная водопропускная труба содержит тело трубы 1, расположенное в насыпи 2, отсыпанной на естественное основание 3. Для повышения устойчивости трубы производится замена слабых грунтов на более прочные в пределах зоны 4. В пределах этой же зоны расположена теплоизоляция 5. Труба монтируется в летний период, поэтому имеет место сезонное протаивание грунта, при этом в зоне 4 замены грунта более прочным протаивание несколько выше. Нулевая изотерма изображена линией 6 (в год сооружения на момент окончания теплого периода года). Мерзлый грунт заштрихован. Позициями 7 и 8 показаны мерзлые зойы, формируемые в первые годы после постройки трубы соответственно в теле насыпи и вокруг трубы. Позициями 9 и 10 показаны остающиеся в течение первых лет талики соответственно в теле насыпи и под теплоизоляцией. Позицией И показана граница зоны растепления грунта под трубой. Позициями 12 и 13 показаны зоны сезонного протаивания грунта соответственно вокруг трубы и под основной площадкой насыпи. Позицией 14 (фиг.4) обозначен уровень лотка трубы. Позициями 15, 16, 17 показано распределение температуры по глубине в первый, второй и третий год после сооружения трубы.
Основной особенностью данного технического решения является то, что теплоизоляция выполнена с изменяющимися во времени теплоизоляционными свойствами. В процессе строительства теплоизоляция обладает в полной мере своими теплоизоляционными свойствами, а после сооружения трубы теплоизоляционные
свойства пропадают. Это можно достигнуть разными путями, например:
-уложить пенопласт с открытыми порами и обернуть его при укладке разлагающейся во времени пленкой. После разложения пленки грунтовая вода заполняет поры и пенопласт теряет свои теплоизоляционные свойства;
-уложить пенопласт с разлагающейся во времени структурой (т. е. разрушающийся во времени).
Особенности работы предлагаемого технического решения на тепловые воздействия следующие.
В процессе строительства при сооружении фундамента, замены слабых грунтов и других работах вечномерзлые грунты основания часто подвергаются значительным тепловым воздействиям, что приводит к недопустимым растеплениям грунтов и. как следствие, к снижению их прочности и устойчивости. Поэтому в процессе строительства используют теплоизоляцию 5, которую располагают на пути следования тепловых потоков (имеется в виду теплый период). Теплоизоляцию можно расположить на дне котлована, сверху грунтовой отсыпки, между ярусами отсыпки, в самом фундаменте и т.п. Теплоизоляция снижает величину протаивания, но, как правило, не устраняет ее полностью. После возведения сооружения теплоизоляция остается, при этом она, как правило, начинает играть отрицательную роль, которая проявляется двояко.
Во-первых, теплоизоляция замедляет промерзание талого грунта, расположенного под ней, в результате чего талик 10 может сохраняться несколько лет, способствуя растеплению довольно большой по размерам зоны 11. Характер растепления показан на фиг. 4, Температура замерзания грунта в талике 10 будет граничным условием для всей нижележащей зоны до тех пор, пока не замерзнет весь талик, после чего граничное условие переместится на отметку лотка трубы 14 и будет уже характеризоваться температурой контактирующих с лотком воздуха или воды. Поскольку температура замерзания грунта близка к О °С, а она является граничным условием для нижележащих грунтов, то их температура будет повышаться: от кривой распределения 15 в первый год до кривой распределения 16, 17 и т.д. в последующие годы - пока не замерзнет талик 10. Далее температура грунтов опять начнет понижаться, но этих лет может оказаться достаточно, чтобы ухудшившиеся деформативные свойства растепленных грунтов вызвали бы недопустимые деформации. Причем, в связи с наличием аналогичных таликов 9 в насыпи подпитки зоны 11 холодом сбоку не будет. Деформации (просадки) грунтов будут иметь место и в зоне насыпи, но там они менее опасны. Просадки для трубы опасны своей неравномерностью, в результате чего может разрушиться само сооружение.
Во-вторых, теплоизоляция в значительном числе случаев (это зависит от степени заносов снегом или наличия наледи в трубе) смещает тепловой баланс в годовом цикле и способствует повышению температуры грунта на глубине нулевых амплитуд в установившемся режиме.
Таким образом, возникло техническое противоречие: с одной стороны теплоизоляция нужна, с другой не нужна. Это противоречие решено введением теплоизоляции с уменьшающимися во времени теплоизоляционными свойствами. эксплуатационной надежности снижении материалоемкости.
..
Генеральный директор ОАО ЦНИИ1
в. в. Пассек
. А. Цуканов
Л. Е. Михайловский
.П.Сычев сооруженмия. и, как следствие,