ВЫЕМКА МАЛОЙ ГЛУБИНЫ 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 выемка дороги, содержащая 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, б).
Недостатком вымки является то, что в условиях вечной мерзлоты под выемкой происходит протаивание грунтов, вызывающее деформацию земляного полотна.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой является выемка на вечномерзлых грунтах, содержащая слой грунта, заменяющего естественный, 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.35, рис.1.8). Конструкция предусматривает частичную вырезку слабого грунта и замену его на мене влажный.
Недостатком конструкции является то, что применяемая мера для охлаждения грунтов не позволяет обеспечить надежность вечномерзлых оснований при наличии сильнольдистых грунтов и погребенных льдов.
Предлагаемой полезной моделью решается задача повышения надежности выемки при наличии высокольдистых грунтов оснований и оснований, включающих погребенные льды.
Для решения поставленной задачи выемка малой глубины дороги на вечномерзлых грунтах, содержащая слой непучинистого грунта, заменяющего естественный грунт, и расположенную на этом слое конструкцию проезжей части для автодорожного или железнодорожного проезда содержит боковые нижние и верхние охлаждающие массивы, вплотную примыкающие к выемке с учетом соблюдения действующих габаритов приближения строений. Причем боковой нижний охлаждающий массив представляет собой массив замененного естественного высокольдистого грунта грунтом маловлажным, ширину которого назначают не менее глубины сезонного протаивания в маловлажных замененных грунтах, а состоящий из маловлажного грунта боковой верхний охлаждающий массив расположен над нижним охлаждающим массивом. Боковые нижние и верхние охлаждающие массивы содержат на боковых поверхностях охлаждающие участки с крутыми уклонами, позволяющими резко снизить отложения снега на этих участках.
Уклон «i» охлаждающих участков, т.е. отношение вертикальной проекции участка откоса к горизонтальной, может иметь значение (1:0)>i>(1:0,75).
Кроме того под конструкцией проезжей части может быть уложен слой теплоизоляции на ширине, равной расстоянию между противоположными боковыми охлаждающими массивами плюс половина ширины бокового нижнего охлаждающего массива в каждую сторону.
А с внешней стороны бокового верхнего охлаждающего массива может быть уложен слой теплоизоляции с шириной равной не менее двух глубин сезонного протаивания грунта в естественных условиях на прилегающей к выемке территории.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение выемки малой глубины дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах.
H
Выемка малой глубины дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах содержит слой непучинистого грунта 1, заменяющего естественный высокольдистый, и расположенную на этом слое конструкцию проезжей части для автодорожного или железнодорожного проезда, выполненную, например, в виде балластной призмы 2 с рельсошпальной решеткой. Выемка содержит боковые нижний 3 и верхний 4 охлаждающие массивы, вплотную примыкающие к выемке с учетом соблюдения действующих габаритов приближения строений. Боковой нижний охлаждающий массив 3 представляет собой массив замененного естественного высокольдистого грунта грунтом маловлажным. Ширину b бокового нижнего охлаждающего массива назначают не менее глубины сезонного протаивания в маловлажных замененных грунтах. Это необходимо, чтобы высокольдистые грунты всегда оставались в мерзлом состоянии, за исключением зоны протаивания сверху. Верхняя поверхность бокового нижнего охлаждающего массива соответствует уровню естественной поверхности грунта, а нижняя - соответствует уровню низа замененного под проездом грунта 1. Боковой верхний охлаждающий массив 4 расположен над нижним охлаждающим
массивом и также состоит из маловлажного грунта. Боковые нижний 3 и верхний 4 охлаждающие массивы содержат охлаждающие участки 5, Причем верхний боковой охлаждающий массив 4 может иметь охлаждающие участки 5 с обоих боков. Сущность охлаждающих участков заключается в том, что они выполнены с крутым уклоном «i», при котором в зимний период на этих участках отложения снега резко снижаются. 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» определяется конструктивными возможностями и экономическими соображениями. Например, крутая поверхность может быть обеспечена укладкой габионов 6 или устройством подпорной стенки, или укладкой с крутым уклоном скального грунта с крупными фракциями.
H
Охлаждающие участки 5 боковых нижнего 3 и верхнего 4 охлаждающих массивов могут быть совмещены по вертикали, а могут и располагаться ступенчато. Расстояние между массивами 3 и 4 на обеих сторонах выемки должно стремиться к минимуму, который определяется существующими параметрами габаритов приближения строений. Для отвода вдоль выемки поверхностных вод целесообразно устройство кювета 7. Для уменьшения высоты массива 1 замененного грунта, а также для улучшения температурного режима подстилающих грунтов в пределах массивов 1 и 3 устраивают слой теплоизоляции 8. В массиве 3 этот слой заводят в зону мерзлого грунта (примерно на расстояние «b/2»). Теплоизоляцию 8 укладывают ниже дна кювета 7. При этом положение нулевой изотермы на момент окончания теплого периода года показано позицией 9. Чтобы грунтовые воды в пределах деятельного слоя грунта (возможное движение грунтовых вод показано стрелкой 10) не поступали в
выемку, целесообразно уложить слой теплоизоляции 11, «подтягивающий» к поверхности нулевую изотерму 9 и не пропускающий грунтовые воды по направлению 10 в зону самой выемки.
Предлагаемая конструкция выемки позволяет не только обеспечить благоприятное положение нулевой изотермы 9, но и сформировать под выемкой ядро из твердомерзлого грунта, границы которого обозначены позицией 12.
Выемка малой высоты дороги на вечномерзлых высокольдистых грунтах работает следующим образом.
В связи с тем, что в зимний период поверхности 5 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 выемка дает дополнительное повышение температуры, применение выемки 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).