НАСЫПЬ МАЛОЙ ВЫСОТЫ 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 и 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 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 и 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). 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 высокольдистых грунтов оснований и оснований, включающих погребенные льды.
Для решения поставленной задачи насыпь малой высоты дороги на вечномерзлых грунтах, содержащая расположенное на естественном основании тело насыпи, ограниченное сверху основной площадкой насыпи, на которой расположена конструкция проезжей части для железнодорожного или автодорожного проезда, содержит боковые охлаждающие массивы грунта, размещенные на естественном основании и примыкающие сбоку к телу насыпи, при этом верхняя поверхность охлаждающих массивов расположена выше уровня основной площадки насыпи, а их боковые поверхности содержат охлаждающие участки с крутыми уклонами «i», позволяющими резко снизить отложения на них снега, причем их ширину и высоту определяют на основании теплофизических расчетов. А уклон «i» охлаждающих участков, т.е.
отношение вертикальной проекции имеет к горизонтальной, имеет значение (1:0)>i>(1:0,75).
Под подошвой насыпи может быть расположен слой теплоизоляции. Кроме того слой теплоизоляции может быть расположен с внешней стороны охлаждающего массива с шириной равной не менее двух глубин сезонного протаивания грунта в естественных условиях на прилегающей к выемке территории.
При этом ширина бокового охлаждающего массива может быть равна его высоте, а суммарная ширина обоих охлаждающих массивов ширине подошвы насыпи.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 приведено поперечное сечение насыпи, вариант 1;
на фиг.2 приведено поперечное сечение насыпи, вариант 2.
Насыпь малой высоты дороги на вечномерзлых грунтах содержит тело 1 насыпи, расположенное на естественной поверхности 2 основания и ограниченное сверху основной площадкой 3 насыпи. На основной площадке 3 насыпи расположена конструкция проезжей части для железнодорожного или автодорожного проезда, например, балластная призма 4 с рельсошпальной решеткой.
Насыпь содержит боковые охлаждающие массивы 5 грунта, размещенные на естественной поверхности 2 грунта и примыкающие сбоку к телу насыпи. Боковые охлаждающие массивы выполнены в виде грунтовых призм, в поперечном сечении содержащих охлаждающие участки 6, уклоны «i» которых позволяют резко снизить отложения на них снега. 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 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 7 или устройством подпорной стенки, или укладкой с крутым уклоном скального грунта с крупными фракциями. Охлаждающие участки 6 могут быть расположены с внешней (фиг.1), внутренней (фиг.2) или с обеих сторон охлаждающего массива 5. Верхняя поверхность охлаждающего массива расположена выше основной площадки 3 насыпи. Высота и ширина охлаждающего массива определяется теплофизическим расчетом. Проведенные исследования показали, что в первом приближении ширина массива может быть принята равной его высоте. Это необходимо для соблюдения необходимой площади поперечного сечения условного «канала», по которому потери «холода» проходят от поверхности 6 в грунты основания. Суммарная ширина обоих массивов принята равной ширине подошвы насыпи. Это приближенное соотношение исходит от равенства утепляющей (ширина основной площадки) и охлаждающей поверхностей (т.е. поверхностей 6) для компенсации утепляющего влияния самой насыпи.
Для уменьшения глубины сезонного протаивания под телом насыпи и с внешней стороны охлаждающего массива может быть уложен слой теплоизоляции (позиции 8 и 9), мощность которого определяется по расчету.
Непосредственно под охлаждающим массивом теплоизоляция не укладывается (за исключением боковых частей), так как это приводит к ухудшению температурного режима, поскольку перекроется «канал» для прохода «холода» к грунтам основания.
Охлаждающий массив 5 может быть назван как «грунтовый приемник холода» (сокращенно ГПХ).
Предложенная конструкция позволяет понизить температуру грунтов оснований, при этом на момент окончания теплого периода года нулевая изотерма занимает положение 10, а под насыпью формируется массив грунта с пониженной температурой, границы которого показаны позицией 11.
Насыпь малой высоты дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах работает следующим образом.
В связи с тем, что в зимний период поверхности 6 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 высокольдистых грунтов оснований и 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).