НАСЫПЬ 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 насыпь дороги, содержащая тело насыпи, расположенное на естественном основании, ограниченное сверху основной площадкой насыпи, а с боков - боковой поверхностью, и 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, а).
Недостатком этой насыпи является то, что в условиях вечной мерзлоты под насыпью происходит протаивание грунтов, вызывающее деформацию земляного полотна.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является насыпь на вечномерзлых грунтах, содержащая тело насыпи, расположенное на естественном основании,
ограниченное сверху основной площадкой, а с боков - боковой поверхностью, 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.99, рис.1.36, а). Также конструкция содержит на откосе покрытие из торфа или другого материала, которое способствует понижению температуры грунтов оснований.
Недостатком конструкции является то, что применяемая мера для охлаждения грунтов в виде покрытия на откосах из торфа не позволяет обеспечить надежность вечномерзлых оснований при наличии сильнольдистых грунтов и погребенных льдов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности насыпи при наличии сильнольдистых грунтов оснований и оснований, включающих погребенные льды.
Для решения поставленной задачи в насыпи дороги на вечномерзлых грунтах, содержащей расположенное на естественном основании тело насыпи, ограниченное сверху основной площадкой насыпи, а с боков - боковой поверхностью, и размещенную на основной площадке насыпи конструкцию проезжей части для железнодорожного или автодорожного проезда, боковая поверхность содержит один или несколько ступенчатых участков, выполненных с крутыми уклонами для уменьшения отложения снега.
Уклон «i» ступенчатых участков, т.е. отношение вертикальной проекции участка откоса насыпи к горизонтальной может иметь значение (1:0)>i>(1:0,75). А верхние границы смежных ступенчатых участков могут быть соединены общим перекрытием.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, где изображено поперечное сечение насыпи дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах предлагаемой конструкции.
Насыпь дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах содержит тело 1 насыпи, расположенное на естественном основании 2 и ограниченное сверху основной площадкой 3 насыпи, а сбоку боковой поверхностью, которая полностью или частично выполнена ступенчатой и содержит участки 4. Сущность участков заключается в том, что они выполнены с крутым уклоном «i», при котором на этих участках в зимний период отложения снега уменьшаются. Уклон «i» оптимален как 1:0, что соответствует вертикальной поверхности. Однако это не обязательно. Отложения снега резко снижаются и при более пологих откосах, например, при уклоне 1:0,75 отложения снега составляют лишь 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. Формирование участков 4 с крутым уклоном неизбежно приводит к образованию участков 6 с малым уклоном. С точки зрения теплофизики, наличие участков 6 не исключает эффективности (весьма существенной) участков 4. Однако эффективность охлаждения оснований может быть еще резко увеличена, если устроить перекрытия 7, которые не только способствуют исключению снегоотложений на участках 6, но и в летний период исключают отрицательное влияние солнечной радиации.
На основной площадке 3 насыпи расположена конструкция проезжей части для железнодорожного или автодорожного проезда, например, балластная призма 8 с рельсошпальной решеткой.
В ряде случаев «уступы» грунта на боковой поверхности насыпи, целесообразно вынести за пределы зоны напряженного состояния от временной эксплуатационной нагрузки (например, за пределы линии 9). Тогда крутые уступы легче формировать.
Если высокольдистые грунты расположены непосредственно близко к естественной поверхности 2, то на стыке поверхностей 4 и 2 целесообразно резко сократить глубину сезонного протаивания. Для этого целесообразно уложить слой теплоизоляции 10.
Предложенная конструкция насыпи позволяет обеспечить положение нулевой изотермы на момент окончания теплого периода года в соответствии с позицией 11, а в результате охлаждающего влияния насыпи на грунты основания в них формируется ядро с резко пониженной температурой. Границы этого ядра показаны позицией 12.
Насыпь 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 насыпь дает примерно такую же температуру, применение насыпи предложенной конструкции позволяет понизить температуру до -5°С. Это очень важно для вечномерзлых высокольдистых грунтов и грунтов 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).