ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ В ЗОНЕ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Предлагаемое техническое решение относится к области дорожного строительства и может найти применение при сооружении насыпей автомобильных дорог всех категорий в районах распространения многолетнемерзлых грунтов, когда строительство дороги ведется по первому принципу - с недопущением сезонного оттаивания основания насыпи автодороги.
Известно основание дороги на слабых грунтах (SU 1792724 А1), включающее размещенные вдоль проезжей части непроницаемые оболочки, заполненные путем подачи в них холодного воздуха с последующим промораживанием материала основания между ними, при этом, в качестве гибких оболочек использованы материалы на основе высокомолекулярных соединений, которые уложены по бокам проезжей части до образования снежного покрова, а после подачи в оболочки холодного воздуха они выдержаны при устойчивых отрицательных температурах до приобретения ими жесткости с созданием в оболочках естественной тяги атмосферного воздуха, а промораживание основания осуществлено послойно путем полива водой.
Известна дорожная насыпь (RU 70269 U1), включающая тело насыпи и устройства для охлаждения грунтов в виде системы труб воздушно-конвективного охлаждения, система труб выполнена в виде установленных
вертикально (или наклонно) пустотелых столбов, размещенных по одному или более в пределах откоса насыпи и прилегающей к ней территории с обеих сторон насыпи на расстоянии 10-30 м друг от друга вдоль насыпи, при этом длина надземной части столба равна 2-4 м, а длина заглубленной в грунт части составляет 10-20 м. Полости столбов замкнуты и содержат вставку для обеспечения коаксиального движения восходящих и нисходящих потоков воздуха при конвекции. Полость столбов содержит дополнительные жидкостные или парожидкостные охлаждающие установки.
Недостаток ее заключается в том, что необходимо существенное заглубление сваи в мерзлый грунт, что технологически сложно приводит к существенному удорожанию процесса. Конструктивная сложность сваи уменьшает вероятность ее безотказной работы. Отсутствие конвекции хладагента в летний период не позволяет поддерживать температуру мерзлого грунта в пределах минусовых температур, следовательно, свая обеспечивает охлаждение грунта только в зимний период. Более важной задачей является поддержание грунта в мерзлом состоянии круглогодично.
Наиболее близкой из известных является земляное полотно автомобильной дороги (SU 1452885 А1), содержащее расположенные на откосах насыпи блоки и теплоизоляцию, при этом для снижения интенсивности деформаций насыпи на участках залегания слабых протаивающих многолетнемерзлых грунтов, за счет регулирования теплового режима сооружения, блоки выполнены Z-образной формы в сечении с образованием в верхней части откоса воздушного зазора треугольной формы в сечении, при этом максимальная величина воздушного зазора составляет 1/6-1/9 длины блока, а теплоизоляция расположена над блоками.
Недостаток указанной конструкции заключается в том, что укладка блоков Z-образной формы не решает проблемы стабилизации основания мерзлого грунта насыпи в период плюсовых температур. При растеплении основания откосных частей насыпи возможно «сползание» указанных блоков и как следствие потеря функционального назначения конструкции, кроме
того не учтена миграция влаги в оттаивающем основании, которая также будет приводить к растеплению насыпи.
При этом, ни одно из известных решений не обеспечивает противоэрозионную защиту, обеспечивающую устойчивость откосов насыпи автодороги. Известно что такие деградационные процессы как термокарст и солифлюкция оказывают разрушительное воздействие на насыпь автодороги сооружаемой на многолетнемерзлых грунтах.
Технической задачей является достижение эксплуатационной надежности автомобильной дороги за счет сохранения грунтов основания насыпи дороги в мерзлом состоянии с соблюдением противоэрозионных мероприятий.
Достигается это тем, что земляное полотно автомобильной дороги в зоне вечномерзлых грунтов включает расстеленные в зимнее время на мерзлый грунт без нарушения его естественного мохорастительного покрова полотна нетканого синтетического материала, сшитые в единую обойму, имеющую откосы насыпь из местного грунта отсыпанную на полотна, зафиксированную в проектном положении путем их крепления в обойму из нетканого синтетического материала, края которой сшиты в верхней части насыпи с нахлестом, а поверх обоймы отсыпан слой из местного грунта для теплоизоляции мерзлого грунта, в которую вбиты монтажные нагели, причем в отсыпанном слое выполнено продольно расположенное по его оси углубление, в котором для перераспределения нагрузки на насыпь автомобильной дороги размещены габионные сетчатые изделия, заполненные каменным материалом и закрепленные к насыпи с помощью монтажных нагелей. При этом, на откосах насыпи закреплены монтажными нагелями заполненные песком или каменным материалом габионные сетчатые изделия, в которые, для предотвращения высыпания песка в случае заполнения их песком, уложены обоймы из нетканого синтетического материала, подшитые к стенкам габионных сетчатых изделий, при этом откосы выполнены с уклоном от 1:2 до 1:3, а габионные сетчатые изделия, по
крайней мере на стыке расположенных в углублении насыпи и закрепленных на откосе, соединены между собой увязочной проволокой с образованием единой противоэрозионной теплоизоляционной конструкции, причем поверх габионных сетчатых изделий под устройство дорожной одежды отсыпана грунтовая постель из привозного минерального грунта. Нахлест краев, сшитых в верхней части обоймы из нетканого синтетического материала, может быть не менее 0,3 м, при этом расположенные в углублении насыпи габионные сетчатые изделия выполнены толщиной от 170 до 300 мм при длине и ширине 6000 мм и 2000 мм, соответственно, и заполнены щебнем фракции 80-200 мм, а длина нагеля не менее 300 мм.
На фиг.1 представлено поперечное сечение земляного полотна автодороги.
Сооружение насыпи автодороги производят в зимнее время. Земляное полотно автодороги сооружают следующим образом. На мерзлый грунт 1, не нарушая естественного мохорастительного покрова 2, с учетом распространения ареола многолетнемерзлого грунта по кривой 3 заходящего в тело насыпи 4, расстилают нетканый синтетический материал (НСМ) 5 (ТУ 8397-001-05204776-01), минимизируя тепловое влияние внешних факторов на насыпь автодороги. Полотна НСМ сшивают в единую обойму. Для экономии привозного минерального грунта насыпь 4 отсыпают из местного грунта (допускается включение льда) которая фиксируется в проектном положении путем крепления в обойму из НСМ 5, края которой сшиваются наверху насыпи с нахлестом в 0,5 м. Поверх обоймы НСМ 5 отсыпается слой 6 из местного грунта, который обеспечивает дополнительную теплоизоляцию мерзлого основания и в которую вбиваются монтажные нагели 8. Производится планировка слоя 6 в соответствие с фиг.1. В слое 6 выполняют углубление для монтажа габионного сетчатого изделия (ГСИ) 7 - ГСИ - М 6,0×2,0×0,17 м ТУ 1275-001-42873191-2003, заполненного каменным материалом - щебнем фракции 80-200 мм ГОСТ 8267-93*. Толщина ГСИ может варьироваться от 17 до 30 см. ГСИ крепится к насыпи с помощью
монтажных нагелей 8, повреждение НСМ нагелями недопустимо, поэтому длина нагеля назначается 30-50 см, в зависимости от толщины ГСИ. Габионное сетчатое изделие 7 служит для предотвращения деформаций насыпи автодороги за счет перераспределения нагрузки на насыпь автодороги, а также дополнительной гидроизоляции и теплоизоляции насыпи автодороги. Откосы насыпи крепятся ГСИ - М 6,0×2,0×0,17 м (ТУ 1275-001-42873191-2003) 9 заполненными песком или каменным материалом по аналогии с ГСИ 9. Для предотвращения высыпания песка из ГСИ 9 песок укладывается в обойму из НСМ, которая подшивается к стенкам ГСИ. ГСИ 9 закрепляются аналогично 7 монтажными нагелями 8. Количество используемых ГСИ назначается по результатам расчета параметров насыпи автодороги: А - высота насыпи автодороги; В - ширина автодороги; откосы насыпи назначают от 1:2 до 1:3, в зависимости от условий строительство (в том числе, стесненности). Поэтому, такая конструкция автодороги может быть использована при любых геометрических параметрах насыпи. ГСИ 7 и 9 крепятся между сбой увязочной проволокой с местах стыка 10, что создает единую противоэрозионную теплоизоляционную конструкцию равномерно распределяющую нагрузку на тело насыпи.
После укладки габионных сетчатых изделий 9 отсыпается грунтовая постель 11 из привозного минерального грунта под устройство дорожной одежды. На постели 11 сооружается дорожная одежда 12.
Работы по сооружению насыпи автодороги производятся без нарушения естественного мохорастительного покрова (который является естественным теплоизолятором), т.к. строительство насыпи ведется «от себя», а земляные работы сведены к минимуму. Применение обоймы НСМ 5 обеспечивает сохранение проектного положения насыпи автодороги в период паводковых явлений. Слой НСМ не допускает вымывания грунта насыпи и уменьшения крутизны откосов насыпи, т.к. грунт 4 зафиксирован в обойме 5. ГСИ 7 обеспечивает перераспределение нагрузки от движущейся от автодороге техники на насыпь 6, не допуская ее разрушения, одновременно
являясь гидро- и теплоизолятором. Гидро- и теплоизоляция необходима для сохранения насыпи 4 и 6 в мерзлом состоянии. ГСИ 9 выполняют противоэрозионную и теплоизоляционную функции: ГСИ 9 и 7 соединяются увязочной проволокой в единую конструкцию равномерно распределяющую нагрузку на тело насыпи и противодействующую волновой, снеговой и ветровой нагрузкам; песок в обойме ГСИ 9 выполняет роль тепло- и гидроизолятора не допуская растепления и осадок откосов и тела насыпи автодороги. Минимизируя тепловое влияние внешних факторов на насыпь автодороги можно сохранить насыпь в проектном мерзлом состоянии.