СПОСОБ СООРУЖЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕЙ КОНСТРУКЦИИ
METHOD FOR CONSTRUCTING A HEAT-INSULATING STRUCTURE

Изобретение относится к области строительства, а именно предназначено для применения в строительстве грунтовых сооружений, преимущественно дорожных насыпей, в зоне вечной мерзлоты, для теплоизоляции и одновременного армирования. Также может применяться при сооружении конструкций укрепления водопропускных сооружений на вечномерзлых грунтах.
Известен способ сооружения теплоизолирующей конструкции, включающий операции устройства подстилающего слоя из песка, укладки пенополистирольных плит, устройства защитного слоя из песка поверх плит [СТО НОСТРОЙ 2.25.28-011].
Способ имеет следующие недостатки: пенополистирольная плита не обладает несущей способностью; она не может работать в условиях неравномерной осадки основания.
Применение теплоизоляторов лишь в отдельных случаях (при толщине теплоизолирующего слоя более 20 см, что ведет к существенному удорожанию строительства и на практике применяется крайне редко) может полностью исключить оттаивание мерзлых грунтов. Как правило, основание пенополистирольных плит оттаивает на некоторую глубину. Вследствие оттаивания основания происходит его неравномерная осадка. Пенополистирольная плита деформируется, образуются сквозные трещины, теплоизолирующая способность уменьшается.
Известен способ сооружения теплоизолирующей конструкции, обладающей несущей способностью, включающий операции монтажа ячеистого мата на месте строительства, заполнение ячеек пеной, которая при затвердевании образует теплоизолирующий материал [US 2013/0170907 A1 Jul. 4, 2013 LIGHTWEIGHT SUPPORT MAT FOR EQUIPMENT AND VEHICLES].
Стенки ячеек могут иметь перфорацию, в процессе формирования плиты пена затекает в отверстия, благодаря чему образовавшаяся субстанция удерживается в ячейках.
Указанный способ обладает следующими преимуществами:
- уменьшается глубина сезонного оттаивания основания конструкции;
- мат воспринимает нагрузку, поскольку стенки ячеек обладают несущей способностью;
- мат работает в условиях неравномерной осадки основания, поскольку стенки ячеек обладают гибкостью.
Указанный способ имеет следующие недостатки:
- сложная и затратная технология строительства. Доставлять пену для заливки ячеек на большие расстояния сложно и дорого. Стоимость пены превышает стоимость пенополистирола на порядок;
- конструкция не работает в условиях значительной неравномерности осадки, характерной для оттаивающих грунтов. Например, гибкий ячеистый мат выдерживает, не разрушаясь, неравномерность осадки в виде прогиба основания до 5 см на 1 м длины, принимая форму поверхности основания. При возрастании неравномерности осадки до 10 см на м длины, что характерно для оттаивающих оснований, произойдет разрушение заполнителя ячеек, поскольку он хрупкий и не гибкий;
- в процессе заливки ячеек пеной невозможно создать ровную горизонтальную поверхность. В вертикальных выступах заполнителя (застывшей пены) под действием нагрузки создается концентрация напряжений, в результате чего заполнитель ячеек разрушается;
- конструкция не обладает требуемой армирующей способностью в условиях строительства на слабых просадочных грунтах, не может удерживать оттаявшие грунты.
В зоне вечной мерзлоты автомобильные дороги предпочитают строить с допущением оттаивания основания на фиксированную глубину, при этом, как правило, максимальное оттаивание грунтов происходит под нижней частью откосов насыпи и вдоль подошвы насыпи. Оттаивание сопровождается осадками, просадками и размывом оттаявшего грунта. Сооружение водоотводных канав вызывает растепление мерзлоты, происходит размыв оттаявшего грунта, дно канавы углубляется, жесткая конструкция укрепления русла канавы разрушается.
Известен способ сооружения конструкции, армирующей грунты, включающий следующие операции: сшивание между собой геополос в перпендикулярной плоскости относительно плоскости основания, сшивание геополос с гибким основанием-дном и формирование ячеистой конструкции (геооболочки), установка и закрепление на месте строительства ячеистой конструкции при помощи каркаса, заполнение ячеек инертным материалом, демонтаж каркаса, уплотнение заполнителя [ТУ 8329-003-68168870-2011].
При укреплении русла канав при помощи конструкции, сооруженной указанным способом, ячейки с заполнителем закрывают специальным пологом, чтобы избежать вымывания заполнителя.
Способ обладает следующими преимуществами:
- геооболочка с небольшой ячейкой (30×30 см) распределяет нагрузку от транспортных средств на большую площадь, препятствует сдвигу грунтов, расположенных под ней;
- в ячейках геооболочки могут удерживаться значительные объемы грунта (размер ячейки может достигать 1,5×1,5 м при высоте 0,7 м). Геооболочка с большой ячейкой служит земляным полотном, обеспечивающим движение транспорта по оттаявшим грунтам, имеющим низкую несущую способность;
- геооболочка с заполнителем снижает неравномерность осадки, может работать в условиях значительных неравномерных осадок основания;
- геооболочка с заполнителем препятствует размыву оттаявшего грунта. При укреплении дна водоотводных канав указанным способом геооболочка, заполненная песком, принимает форму дна и удерживает грунт;
- тканевые стенки и дно ячеек служат в качестве дренирующей прослойки;
- способ строительства достаточно прост. Геооболочку в собранном состоянии легко транспортировать.
Способ имеет следующий недостаток: сооруженная указанным способом конструкция не обладает теплоизолирующей способностью.
Целью данного изобретения является способ сооружения конструкции, обладающей одновременно теплоизолирующей и армирующей способностью.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе, включающем операции сшивания между собой геополос в перпендикулярной плоскости относительно плоскости основания, сшивания геополос с гибким основанием-дном и формирования ячеистой конструкции (геооболочки), установки и закрепления на месте строительства ячеистой конструкции при помощи каркаса, заполнения ячеек инертным материалом, демонтажа каркаса, уплотнения заполнителя, основание-дно выполняют из теплоизолирующего рулонного материала.
В ячейки может быть уложен дополнительный теплоизолирующий материал, как на заводе, так и на месте строительства (например, пенополистирольные гранулы, пенополистирольные плитки). Над теплоизолятором устраивают защитный слой из инертного материала.
В ячейки может быть уложен дополнительный теплоизолирующий материал, обладающий несущей способностью, без защитного слоя, например аглопоритовый щебень, обработанный битумной эмульсией.
Технический результат достигается уменьшением глубины оттаивания грунтов основания и одновременным армированием оттаявших грунтов, имеющих низкую несущую способность.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - геооболочка ГеоФРАМ;
на фиг. 2 - дорожная насыпь с предлагаемой теплоизолирующей конструкцией;
на фиг. 3 - дорожная насыпь без предлагаемой теплоизолирующей конструкции.
Кроме того, для пояснения текста Описания сделано Приложение.
Изобретение осуществляется следующим образом. Предварительно выполняют теплофизический расчет, на основе которого устанавливают необходимую толщину теплоизолятора исходя из допустимой глубины сезонного оттаивания. Известны программы, позволяющие выполнить такой расчет на основе численного анализа, например, сертифицированная программа TMFLAT (Пассек В.В.), и др.
В заводских условиях сшивают геополосы 1 из тканого геотекстиля и вшивают дно 2, выступающее за пределы ячеистой конструкции, из рулонного теплоизолирующего материала, формируя ячеистую конструкцию (геооболочку) 3. На месте сооружения насыпи, на выровненном основании устанавливают каркас 4 и растягивают на нем геооболочку 3. Если требуется, в ячейки укладывают дополнительный теплоизолирующий материал 5, затем ячейки засыпают инертным материалом, предпочтительно песком. Каркас демонтируют, грунт в ячейках уплотняют. После завершения указанных операций последующие работы по сооружению насыпи 6 и дорожной одежды выполняют в обычном порядке.
После сооружения насыпи исходная поверхность вечной мерзлоты 7 поднимется к подошве насыпи, формируется новая поверхность вечной мерзлоты 8.
Предлагаемый способ устройства теплоизолирующей конструкции может использоваться для укрепления водотоков. Предлагаемый способ уменьшает глубину оттаивания мерзлых грунтов дна водотока. Благодаря тому, что геооболочка гибкая, она опускается совместно с дном водотока, препятствуя размыву грунта. Для укрепления водотоков используют геооболочки, имеющие полог, который закрепляют специальными лентами.
Эффективность заявленного способа заключается в повышении качества строительства за счет уменьшения глубины оттаивания основания и усиления оттаявшего грунта основания. Повышается несущая способность грунта основания.
Пример осуществления способа.
В зоне вечной мерзлоты, на территории ЯНАО, около пос. Пангоды, сооружается автомобильная дорога V категории. Глубина сезонного оттаивания грунтов деятельного слоя составляет 2,3 м. Участок заболоченный. Грунтовые карьеры расположены на большом расстоянии от строящейся дороги. Для исключения оттаивания основания требуется сооружение насыпи высотой не менее 2,4 м.
Было принято решение использовать геооболочку ГеоФРАМ с теплоизолирующим дном и сооружать насыпь высотой 1,5 м. Без применения теплоизоляции толщина сжимаемого слоя в основании насыпи составила бы около 1 м, осадка 15 см. Применение геооболочки позволит уменьшить глубину оттаивания и снизить неравномерность осадки, уменьшив ее максимальную величину по оси насыпи.
Работы по устройству теплоизолирующей конструкции проводилась в следующем порядке. На подготовленном основании был установлен каркас, и на нем растянута геооболочка высотой 0,375 м размером ячейки 0,3×0,3 м. Геооболочка была выполнена из тканого геотекстиля, имеющего прочность на разрыв 89 кН/м. Ширина геооболочки превышала ширину насыпи на 4 м с каждой стороны. Дно геооболочки было выполнено из теплоизолирующего материала «Полифас» в 2 слоя. Поскольку максимальное оттаивание происходит в основании нижней части откоса, в ячейки геооболочки под откосом насыпи положили плитки, вырезанные из плит пенополистирола «ТЕХНОНИКОЛЬ» толщиной 4 см, усилив таким образом теплоизоляцию. Площадь плиток соответствовала площади ячеек. Оттаивание мерзлых грунтов вдоль насыпи часто приводит к просадкам, образованию канав, что приводит к разрушению тела насыпи.
Затем ячейки были заполнены песком. Уплотнение было выполнено легким катком. Насыпь была досыпана до проектной отметки в обычном порядке. Над ячейками геооболочки, выступавшими за пределы насыпи, был устроен защитный слой из песка, смешанного с растительным грунтом, и осуществлен посев трав.
Спустя год после сооружения насыпи было осуществлено обследование объекта. Глубина оттаивания основания насыпи под обочиной составила 60 см. Осадка основания насыпи была в пределах допустимой и составила 5 см. Незначительно просела поверхность ячеек геооболочки, выступающих за пределы насыпи. Геооболочка укрепила поверхность оттаявшего грунта, разрушений, размывов обнаружено не было.