НАСЫПЬ НА МЕРЗЛОМ ГРУНТЕ
EMBANKMENT ON FROZEN SOIL

Настоящее изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении нефтегазовых и транспортных сооружений на мерзлых грунтах как в летнее, так и в зимнее время года.
Известно земляное полотно на болотах, включающее насыпь, образованную на мерзлых грунтах, отсыпанную на основание с теплоизоляционным слоем, выполненным с уклоном от оси насыпи к ее краям. (SU 578392, кл. Е01С 3/06, 1977).
Недостатком известного технического решения является то, что оттаявшая свободная вода при переменных нагрузках проникает в структуру теплоизоляционного слоя и насыпи, разжижая ее и ухудшая теплозащиту мерзлого основания, что в целом снижает устойчивость земляного полотна.
Наиболее близким техническим решением является насыпь, возводимая на мерзлых грунтах, состоящая из основания, на котором расположены технологические слои грунта, разделенные по ширине продольными полосами (RU 2293814, кл. Е01С 3/04, 2007).
Недостатком известного технического решения является то, что насыпь при эксплуатации теряет устойчивость из-за ее разжижения переувложненного или высокольдистого грунта в процессе его оттаивания, что снижает устойчивость земляного полотна дороги.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке конструкции насыпи на мерзлых грунтах с повышенной устойчивостью земляного полотна.
Техническим результатом является предотвращение водонасыщения и разжижения грунта при оттаивании льда, во время ее эксплуатации, обеспечивающее повышенную устойчивость земляного полотна за счет укрепления отдельных зон тела насыпи.
1
2
Поставленная задача достигается тем, что насыпь на мерзлом грунте, включающая основание, на котором расположены технологические слои грунта, разделенные по ширине грунтовыми продольными полосами, согласно изобретению в основании насыпи выполнены поперечные щели, заполненные непучинистым материалом, основание сверху покрыто водонепроницаемым материалом, на котором расположен теплоизоляционный слой в форме неравнобедренного треугольника с вершиной, сдвинутой к боковой стороне насыпи, ориентированной в строну солнечного излучения, сверху теплоизоляционный слой покрыт водонепроницаемой оболочкой, на которой по ширине насыпи расположены продольные грунтовые полосы, при этом по боковым откосам внутренней грунтовой полосы уложены фильтрующие полотна, контактируемые нижней частью с водонепроницаемой оболочкой и отделяющие ее от боковых грунтовых продольных полос. При этом поперечные щели основания выполнены с шагом, равным ширине насыпи в ее основании. Вершина неравнобедренного треугольника теплоизоляционного слоя сдвинута к боковой стороне на величину, равную четверти ширины основания насыпи, угол у основания неравнобедренного треугольника, направленный в сторону солнечного излучения, β=(0.4-0,5)α, а противоположный угол основания треугольника - β=(0.2-0,25)α, где α - угол естественного откоса насыпи. Боковые грунтовые продольные полосы содержат смесь высокольдистого грунта и пористого наполнителя в соотношении 3:1 соответственно. Верхний технологический слой содержит дренирующий грунт и расположен над всеми продольными полосами насыпи.
Прорезание поперечных щелей в основании насыпи с последующей их засыпкой непучинистым материалом, например песком, позволяет, во-первых, эффективно отводить оттаявшую воду в канавы, а во-вторых, позволяет дополнительно усилить основание, что в целом повышает устойчивость насыпи на мерзлом основании в случае ее оттаивания.
Отсыпка грунта по продольным полосам позволяет использовать различные грунтовые смеси и материалы для них, что обеспечивает возможность комбинирования оптимальной структуры насыпи и тем самым также повышает ее устойчивость.
Укладка на откосах внутренней полосы фильтрующих полотнищ позволяет, во-первых, более эффективно отвести лишнюю оттаявшую воду, а во-вторых, усилить тело насыпи, что также повышает ее устойчивость.
В процессе оттаивания насыпи свободная вода будет стекать по водонепроницаемой оболочке, как по наклонной плоскости, в дренажные канавы. Нижний водонепроницаемый материал защищает теплоизоляционный слой от смачивания при оттаивании основания.
1
2
На тех участках дороги, которые подвергаются интенсивному солнечному излучению, и соответственно, где будут возникать наибольшие области оттаивания, вершину теплоизоляционного слоя сдвигают на 0,25b в сторону источника излучения. В этом случае оттаявшая вода будет более интенсивно стекать по более крутой части теплоизоляционного слоя, предотвращая ее застой и разжижение грунта насыпи, так как угол β>β, что также повышает устойчивость насыпи на опасных участках трассы.
Роль пористого наполнителя продольных грунтовых полос состоит в поглощении им оттаявшей воды, предотвращении тем самым разжижения грунта насыпи и повышении структурной прочности насыпи, что в целом также приводит к укреплению откосов и к общему повышению устойчивости насыпи. Такое устройство насыпи, возводимой на мерзлых грунтах, повышает ее эффективность, стабильность и долгосрочность при эксплуатации.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема насыпи, возводимой на мерзлом грунте; на фиг.2 - вид сбоку.
1
2
Насыпь на мерзлых грунтах состоит из промороженного основания 1, вдоль которого прорыты дренажные канавы 2, соединенные поперечными щелями 3, образованными в основании 1 и заполненными непучинистым материалом (например, песком). Шаг между щелями 3 равен ширине насыпи в ее основании 1. На основании 1 сверху уложено водонепроницаемый материал 4, на котором расположен теплоизоляционный слой 5 в форме неравнобедренного треугольника с вершиной, сдвинутой к боковой стороне насыпи, ориентированной в строну солнечного излучения 6, на величину, равную четверти ширины основания 1 насыпи, при этом ближний к солнечному излучению 6 угол основания неравнобедренного треугольника β=(0,4-0,5)α, а дальний - β=(0,2-0,25)α, где α - угол естественного откоса насыпи. Теплоизоляционный слой 5 сверху покрыт водонепроницаемой оболочкой 7, например, из геотекстиля ДОРНИТ, на которой отсыпаны продольные грунтовые полосы - боковые полосы 8 из смеси некондиционного высокольдистого грунта (например, супесь, суглинок) и пористого наполнителя 9 в соотношении 3:1, соответственно и внутренняя полоса 10 из некондиционного высокольдистого грунта с уложенными на ее откосах фильтрующими полотнами 11. Полотна 11 снизу контактируют с водонепроницаемой оболочкой 7 теплоизоляционного слоя 5. Сверху полосы - внутренняя 10 и боковые 8 покрыты верхним технологическим слоем 12 из дренирующего грунта.
Возведение насыпи на мерзлом грунте осуществляют следующим образом.
Расчищают поверхность основания 1 трассы будущей насыпи. Устраивают дренажные канавы 2. Прорезают в основании 1 поперек трассы между дренажными канавами 2 щели 3 с шагом, равным ширине насыпи в ее основании, и засыпают их непучинистым материалом, например песком. Расстилают на основании 1 водонепроницаемый материал 4, на котором укладывают теплоизоляционный слой 5, например торф, в виде неравнобедренного треугольника с уклоном к ее краям. Далее теплоизоляционный слой 5 сверху покрывают водонепроницаемой оболочкой 7. Отсыпают внутреннюю полосу 10 из некондиционного высокольдистого грунта, после чего откосы полосы 10 покрывают фильтрующими полотнами 11. Отсыпают боковые полосы 8 из предварительно приготовленной смеси высокольдистого грунта и пористого материала 9, например керамзитового гравия, пемзы и др., в соотношении 3:1 соответственно. Далее отсыпают верхний технологический слой 12 из дренирующего грунта, который распределяют над всеми продольными полосами насыпи 8 и 10.
Конструкция насыпи на мерзлых грунтах была смоделирована в строительной лаборатории кафедры ПСК и показала возможность ее реализации в реальных условиях строительства.