Покрытие откосов насыпи земляного полотна

Полезная модель относится к строительству транспортных и других сооружений из грунта, имеющих откосы и расположенных преимущественно в снегозаносимых районах с распространением вечномерзлых грунтов.
Известно покрытие откосов насыпи, состоящее из каменной наброски на откосах (см. «Технические указания по стабилизации деформирующихся насыпей железных дорог, расположенных на протаивающих основаниях на вечномерзлых грунтах», М., 1993 г., стр. 15, рис. 1а).
Недостатком этого типа покрытия является то, что оно в летнее время не препятствует проникновению тепла через поверхность откоса, поэтому при расположении сооружения в зоне вечной мерзлоты возможна его деградация. В зимний период времени особенно в снегозаносимых районах каменная наброска покрывается снегом, и охлаждающий эффект грунта откосов насыпи резко снижается. Происходит оттаивание мерзлоты, что приводит к деформации сооружения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является покрытие откосов насыпи земляного полотна, расположенное в условиях вечной мерзлоты, состоящее из полых элементов, расположенных с интервалом на откосах вдоль линии наименьшего ската (см. авторское свидетельство СССР №1139176, опубл. 27.10.1995, МПК EO2B 3/12).
Недостатком известной конструкции покрытия откоса земляной насыпи является то, что потоки воздуха не разделены, сквозное движение холодного воздуха в зимний период нарушается, так как идет теплоотдача с поверхности откосов, которая перемешивается с потоками холодного воздуха, эффект охлаждения грунта откосов заметно снижается. В летний период потоки теплого воздуха нагревают поверхность откосов, что неизбежно приводит к протаиванию грунтового массива насыпи в местах расположения полых элементов и снаружи их под непосредственным воздействием солнечной радиации. Другим недостатком является ограниченная область применения. Конструкция такого покрытия работоспособна в условиях малоснежных зим при умеренном выпадении снега. Между рядами полых элементов происходит скопление снега, которое снижает эффект охлаждения грунта. В районах с повышенной снегозаносимостью известная конструкция не может быть использована, так как все продухи будут засыпаны снегом из-за сквозной тяги в полых элементах.
Техническая задача - повышение эффективности охлаждения откосов насыпи и расширение области применения.
Технический результат достигается тем, что покрытие откосов насыпи земляного полотна, преимущественно расположенное в условиях вечной мерзлоты, состоящее из полых элементов, расположенных на откосах вдоль линии наименьшего ската, полые элементы, собранные в ряд, уложены сплошными рядами на откосе насыпи, при этом каждый полый элемент снабжен пластинчатым теплоизолятором, продольно размещенным и закрепленным в пазах боковых стенок, на части его длины для обеспечения прохода воздуха.
На фиг. 1 изображен вид предлагаемого покрытия откосов насыпи земляного полотна (поперечный разрез); на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1.
Покрытие состоит из полых элементов 1, собранных в ряды и уложенных непосредственно на откосах насыпи 2 земляного сооружения, расположенного на вечномерзлом основании 3 и пластинчатых теплоизоляторов 4, закрепленных в пазах 5 на внутренних боковых стенках полых элементов 1. У основания откоса насыпи 2 нижние торцы элементов 1 закрыты усеченной крышкой 6 с зазором 7 для вывода конденсата, который образовывается в период сезонного воздействия знакопеременных температур. Полые элементы 1 могут быть изготовлены из тонкостенного железобетона сборными или цельными. В качестве теплоизолятора 4 можно использовать, например, пенопласт марки ПСБ-50 по ГОСТ 15588-86.
Соотношение высоты и ширины полости (см. фиг. 2) определяется из условий оптимального соотношения зоны, охлаждаемой наружным воздухом (возвышающаяся над снегом часть), и зоны, через которую передается холод в грунт (ширина основания полости). Из опыта работы установок типа Гапеева такое соотношение может быть принято 1:2.
Покрытие откосов насыпи земляного полотна возводят следующим образом.
На деформируемом участке эксплуатируемого земляного полотна либо на площадке нового строительства в районах вечной мерзлоты производят восстановление (отсыпку) насыпи до проектной отметки. Для сохранения вечной мерзлоты и предотвращения оттаивания грунта в основании насыпи 2 на поверхности ее откосов сооружают покрытие, состоящее из полых элементов 1, с размещенными внутри их теплоизоляторами 4. Полые элементы 1 устанавливают на откосах насыпи 2 с помощью кранового оборудования. Монтаж элементов 1 начинают с их укладки от низа откоса, при этом у основания насыпи 2 укладывают полый элемент 1, полузамкнутый по нижнему торцу усеченной крышкой 6. В его створе до верха насыпи 2 устанавливают остальные. При этом торец последнего полого элемента 1 возвышается над основной площадкой насыпи 2. Далее в таком же порядке монтируют следующий ряд. Монтаж полых элементов 1 осуществляют по всему деформируемому участку насыпи 2 земляного полотна или проектному положению строящегося нового участка. Закладку теплоизолятора 4 в полые элементы 1 производят на стройплощадке либо в заводских условиях при их изготовлении с образованием разрывов (щелей) между смежными пластинами теплоизолятора 4.
Покрытие работает следующим образом.
В зимний период года с появлением устойчивой отрицательной температурой воздуха, выпадением снега до максимального уровня 8, холодный воздух поступает в полость полых элементов 1. При этом холодный воздух, как наиболее тяжелый, опускается вниз, вытесняя через разрывы между пластинами теплоизолятора 4 (см. схему движения воздуха на фиг. 1) более нагретую его часть и аккумулируя в прилегающем к полому элементу 1 грунте холод. Тепло, исходящее с поверхности откоса насыпи 2, также поднимается в верхнюю полость полых элементов 1 и устремляется наружу. Поверхность откосов насыпи 2 постепенно охлаждается. В течение зимы накопление холода нарастает до отрицательных температур и грунты насыпи 2 переходят в мерзлое состояние. Такая циркуляция воздуха в зимний период оказывает охлаждающее действие на грунты насыпи 1, что способствует обеспечению его вечномерзлого состояния в основании и теле насыпи 1. Теплообмен грунта в холодное время года происходит намного интенсивнее, чем в летний период, предлагаемая конструкция покрытия работает как тепловой диод. Повышенному теплообмену способствует применение на торце нижних полых элементов 1 усеченной крышки 6, направляющей более теплый воздух в верхнюю часть полых элементов 1.
При этом верхняя граница вечной мерзлоты 9 принимает новое положение 10. В теплый период года холодный воздух застаивается в нижней части полых элементов 1 и благодаря наличию пластинчатых теплоизоляторов 4 сохраняет грунтовый массив насыпи 2 в мерзлом состоянии. Имеющийся зазор 7 позволяет выводить конденсат, который может образовываться в период сезонного воздействия знакопеременных температур.
Работоспособность полых элементов 1, расположенных на откосах насыпей 2, сохраняется при любой снегозаносимости, так как снег с основной площадки насыпи 2 сдувается либо ветром, либо вихревыми потоками от движущего состава, скапливаясь преимущественно в основании откосов насыпи 2.
Глубина сезонного протаивания под покрытием предлагаемой конструкции оказывается в несколько раз меньше, чем на открытой части откоса.
Использование такой конструкции покрытия при новом строительстве или при «лечении» деформируемых насыпей земляного полотна исключает оттаивание грунтов насыпей и их летнее проседание. Сохранение в устойчивом состоянии грунта по откосам насыпи исключает его расползание, вызывающее общие осадки и деформации земляного полотна.
Эффективность предлагаемой конструкции покрытия откосов насыпей по сравнению с прототипом определяется, прежде всего, повышенной интенсивностью конвективного теплообмена зимой, выполняя летом функции теплоизолятора и экрана.
Применение предлагаемого покрытия насыпи земляного полотна позволяет обеспечить эксплуатационную надежность и устойчивость дорожных насыпей, отсыпанных мелкодисперсным грунтом, при строительстве или их эксплуатации в районах с продолжительной и суровой зимой, с повышенной снегозаносимостью и в районах вечной мерзлоты.