ДОРОЖНАЯ НАСЫПЬ НА ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ ОСНОВАНИЙ

Полезная модель относится к строительству транспортных, промышленных и других сооружений, имеющих откосы и расположенных в зоне распространения вечномерзлых грунтов.
Известна конструкция насыпи из водонасыщенных талых или пылеватых песков с армированием откосной части геотекстилем в виде полуобойм (Г.И.Жинкин, И.А.Грачев «Особенности строительства железных дорог в районах распространения вечной мерзлоты и болот». М., УМК МПС России, 2000, с.103, рис.1.37 г).
Недостатком такого типа насыпи является то, что процесс заворачивания геотекстиля в откосе насыпи в сложных климатических условиях является операцией крайне трудоемкой и нетехнологичной.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной является конструкция насыпи, отсыпаемая местным грунтом и армированная геосетками (К.Д.Джоунс «Сооружения из армированного грунта. М., Стройиздат, 1989, с.114, рис.6.6).
Недостатком такой конструкции является то, что откосы насыпи из мелких и пылеватых песков подвержены деформациям в виде промоин, сплывов и т.д. от ливневых дождей и при таянии снега, выдуванию частиц песка ветром, а при отсыпке мерзлыми грунтами в зимний период - растеканию при сезонном протаивании.
Задача предлагаемой полезной модели состояла в повышении прочности и устойчивости откосов земляного сооружения при максимальном использовании местных грунтов.
Для достижения указанного технического результата в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах оснований, состоящей из тела насыпи, выполненного из мелких и пылеватых песков, ограниченного сверху основной площадкой насыпи, а сбоку - откосами, содержащего мерзлое ядро на момент окончания теплого периода года, которое смыкается с низу с вечномерзлыми грунтами оснований, а со стороны основной площадки насыпи и откосов граничит с сезонноталым слоем грунтов, при этом тело насыпи содержит армирующие элементы, выполненные в виде горизонтальных плоских георешеток, разделяющих тело насыпи на отдельные слои, плоские георешетки со стороны откосов в пределах сезонноталого слоя грунтов покрыты сверху полотнищами геотекстиля, которые выпущены наружу и свободно уложены на поверхность откоса таким образом, что каждое последующее полотнище частично перекрывает внешнюю поверхность предыдущего нижнего.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где изображено поперечное сечение предлагаемой конструкции дорожной насыпи из местных грунтов на вечномерзлых основаниях.
Дорожная насыпь на вечномерзлых основаниях, содержащая тело 1 насыпи, выполненное из местных грунтов (в том числе переувлажненных мелких и пылеватых песков), основную площадку 2 и откосы 3, расположена на естественной поверхности 4 грунтов основания.
В теплый период года происходит сезонное оттаивание грунтов верхней части насыпи и откосных зон до границы 5. При этом сохраняется мерзлое ядро 6 тела насыпи.
Позицией 7 показаны границы слоев, которыми производится отсыпка и уплотнение грунтов. Слои грунта разделены плоскими георешетками 8. В верхней части насыпи (т.е. в пределах талого слоя) георешетка 8 расположена на всю ширину насыпи. В нижней части насыпи георешетка 8 расположена лишь в откосной части в пределах талого слоя и частично заведена в зону мерзлого ядра 6 для заанкеривания в ней. По данным расчетов глубина заанкеривания составляет примерно 1,5 м. Плоские георешетки 8 сверху покрыты полотнищами 9 геотекстиля. Геотекстиль уложен в зоне откосов в пределах сезонноталого слоя, а в верхней части насыпи в основном на всю ширину, хотя может располагаться и только со стороны откоса. Полотнища 9 геотекстиля выпущены наружу и свободно уложены на поверхность откоса таким образом, что частично перекрывают внешнюю поверхность предыдущего нижнего слоя. Степень перекрытия - примерно 15-30%. Целесообразно места стыковки укреплять скобами.
Верхнюю поверхность слоев грунта в зоне расположения геотекстиля целесообразно делать с уклоном во внешнюю сторону порядка 2%. Шаг армирования по высоте насыпи из условия обеспечения требуемого послойного уплотнения грунтов равен 0,5 м.
Для предотвращения оттаивания грунтов основания у подошвы насыпи и в зоне откосных частей на выравнивающий слой 10 из сухомерзлого песка толщиной 0,2 м, отсыпанного на естественную поверхность 4, укладывается слой 11 теплоизоляции из пеноплэкса. За пределами насыпи утеплитель защищается слоем 12 местного грунта толщиной до 0,5 м.
Дорожная насыпь на вечномерзлых грунтах оснований работает следующим образом.
В зимний период насыпь отсыпается из твердомерзлого грунта зачастую с повышенной влажностью. В процессе весеннего оттаивания на откосах появляется небольшая талая зона переувлажненного и потерявшего в процессе замерзания скелет грунта пылеватого песка. Этот грунт обычно начинает стекать по откосу. В данной конструкции грунт удерживается геотекстилем. По мере высыхания грунта геотекстиль предохраняет грунт от выветривания. При постепенном увеличении талой зоны избыточная влага в оттаявших слоях начинает фильтровать вниз, попадает на геотекстиль и по нему отфильтровывается к наружной поверхности. Для этого при формировании слоев предусматривается небольшой уклон во внешнюю сторону.
В зоне подошвы откоса насыпи возможны просадки грунта, даже несмотря на принятые меры в виде, например, укладки пеноплэкса 11. При этом в поверхностных слоях откосной части насыпи возникают растягивающие напряжения и далее - трещины. В предлагаемой конструкции геотекстиль укладывается внахлестку, что позволяет перекрывать мелкие трещины (которые потом затягиваются) и не допускать формирования крупных трещин, которые крайне пагубно сказываются как на температурном состоянии насыпи (из-за фильтрации в тело насыпи дождевых вод), так и на общей устойчивости. Кроме того выведенный наружу геотекстиль, постоянно смачиваясь внешними и выходящими (фильтрующимися) из насыпи внутренними водами, является постоянной зоной испарительных (охлаждающих) процессов. Наблюдения показали, что при этом уменьшается глубина сезонного протаивания.
Таким образом, эффективность предложенной конструкции определяется увеличением устойчивости откосов, что происходит в результате следующих ее особенностей:
- армировании внешней поверхности откоса от растекания и выветривания;
- выведении избыточной влаги из внутренних частей талой зоны на откосе;
- распределении деформаций внешней зоны откоса и недопущении концентрированных трещин;
- увеличении охлаждающего эффекта за счет испарения с поверхности.