НАСЫПЬ НА СИЛЬНОЛЬДИСТЫХ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ
EMBANKMENT ON HIGHLY ICED PERMAFROST SOILS

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении транспортных сооружений на мерзлых грунтах как в летнее, так и в зимнее время года.
Известна насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах, включающая тело насыпи в виде насыпного грунта и охлаждающую систему, установленную в нижней части насыпи и выполненную в виде ряда трубчатых элементов, установленных в теле насыпи (RU №2010919. E02D 17/18, 1994 г.).
Недостатком известной насыпи является усложнение ее конструкции, что приводит к повышению трудоемкости установки трубчатых элементов, удорожанию строительства за счет использования труб, а также к снижению устойчивости насыпи, снижая тем самым, в целом, эффективность работы насыпи.
Наиболее близким техническим решением является насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах, включающая тело насыпи в виде насыпного грунта и охлаждающую систему, установленную в нижней части насыпи и выполненную в виде ряда железобетонных труб (Кондратьев В.Г. Новые методы и технологии управления состоянием грунтов тела и основания земляного полотна железной дороги в криолитозоне. Межд. ж-л «Геотехника». №2, 2011. - С.33).
Недостатком известной насыпи является сложность конструкции, а также низкая площадь и объем зоны охлаждения, за счет чего снижается интенсивность охлаждения объема насыпи, при этом снижается устойчивость насыпи.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективной конструкции насыпи на мерзлых грунтах.
Техническим результатом является повышение устойчивости насыпи за счет создания условий по более интенсивному ее охлаждению и упрощению ее конструкции.
Поставленная задача и указанный технический результат достигаются тем, что установка охлаждающей системы, выполненной в виде полотнища, с расположенными внутри нее рядами сквозных каналов, позволяет, во-первых, ускорить и упростить процесс ее размещения в теле насыпи, во-вторых, повысить устойчивость насыпи за счет повышенного сцепления грунта с волнистой поверхностью полотнища (повышается сопротивление сдвиговым деформациям на контакте грунта и полотнища), в-третьих, повысить интенсивность охлаждения насыпи за счет более повышенной площади контакта охлаждающей системы с окружающим грунтом, что повышает, в целом, эффективность работы насыпи.
Исполнение полотнища со сквозными каналами в виде сетки позволяет дополнительно повысить устойчивость насыпи за счет ее армирования и повысить интенсивность охлаждения за счет более полного охвата грунтовой зоны вокруг каналов.
Установка воздухозаборной трубки, соединенной с отверстиями каналов, расположенных по краям полотнища, позволяет, во-первых, предотвратить залипание каналов снегом, а во-вторых, позволяет более эффективно выполнять принудительную продувку каналов с целью повышения интенсивности охлаждения насыпи и их прочистки.
Исполнение охлаждающей системы в виде ряда бухт, состоящих из спирально закрученных полотнищ или сеток с каналами и установленных поперек оси трассы дороги, позволяет, во-первых, значительно повысить интенсивность охлаждения насыпи за счет большего объема охвата грунта, а во-вторых, снизить стоимость охлаждающей системы по сравнению с использованием труб, а также ускорить и упростить технологию их установки.
Насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена конструктивная схема насыпи; на фиг.2 - полотнище со сквозными каналами; на фиг.3 - сетка со сквозными каналами; на фиг.4 полотнище с закрепленными на нем трубками различного диаметра; на фиг.5 - насыпь, вид сбоку; на фиг.6 - насыпь с установленными бухтами, спирально закрученными полотнищами или сетками с каналами; на фиг.7 - насыпь с двухслойной системой охлаждения, на фиг.8 - насыпь с бухтами и центральными трубками; на фиг.9 - полотнище с каналами, образованное лентами с полостями; на фиг.10 - полотнище с каналами, образованное из двух полотнищ с полостями.
На фиг.1 - 10 обозначено:
1 - насыпь; 2 - мерзлое основание; 3 - полотнище со сквозными каналами; 4 - каналы; 5 - пробки-заглушки; 6 - сетка; 7 - гладкое полотнище; 8 - трубки; 9 - скобы крепежные; 10 - поперечная воздухозаборная трубка; 11 - бухты; 12 - центральные трубки, 13 - полотнище; 14 - полосы с полостями; 15 - полотнища с полостями.
Насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах состоит из тела насыпи 1 в виде насыпного грунта, отсыпанной на мерзлом основании 2 (фиг.1), внутри которой установлена охлаждающая система, выполненная в виде полотнища 3 с расположенными внутри нее рядами сквозных каналов 4 (фиг.2). Выходные отверстия каналов 4 могут закрываться пробками-заглушками 5 (фиг.2). Вместо полотнища 3 может быть установлена сетка 6 (фиг.3). Выходные отверстия каналов 4 могут соединяться воздухозаборной трубкой 10 (фиг.5). В отдельных случаях полотнище 3 может быть выполнено в виде бухт 11 из скрученных в спираль полотнищ (заданного диаметра - D) с расположенными внутри них рядами сквозных каналов 4 и установленных поперек оси трассы дороги (с заданным шагом t) (фиг.6). При этом диаметр бухт D и шаг t их установки задаются согласно теплотехническим расчетам. Насыпь с более интенсивной системой охлаждения состоит из двух слоев: нижний - из бухт 11, верхний - из полотнища 3 с каналами 4 или трубками 8 (фиг.7). Для повышения эффективности работы бухт 11 внутри них могут быть устроены дополнительные вентиляционные каналы путем установки центральных трубок 12 (фиг.8).
Каналы полотнища могут быть образованы несколькими путями. Например, путем наклеивания на полотнище 13 предварительно изготовленных отдельных полос 14 с выштампованной полостью в виде канала (фиг.9) или путем склеивания двух полотнищ 15 с выштампованными полостями в виде каналов (фиг.10).
Насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах работает следующим образом.
Сначала возводится насыпь, для чего на подготовленное основание 2 укладывается теплоизолирующий слой, например из сухого торфа или мха, после чего поперек трассы дороги расстилается полотнище 3 с расположенными внутри нее рядами сквозных каналов 4, выходные отверстия которых могут закрываться пробками-заглушками 5 (фиг.1, фиг.2). Для усиления структуры насыпи 1 и повышения ее устойчивости вместо полотнища 3 может укладываться сетка 6, с расположенными внутри нее рядами сквозных каналов 4 (фиг.3). Для защиты каналов и трубок от забивки снегом их концы соединяются с (поперечной) воздухозаборной трубкой 10, диаметром не менее 100 мм (для предотвращения забивки ее снегом) (фиг.5). Для более интенсивного охлаждения насыпи охлаждающая система выполняется в виде бухт 11 из скрученных в спираль полотнищ, с расположенными внутри нее рядами сквозных каналов 4, которая устанавливается поперек оси трассы дороги (фиг.6). Интенсивность охлаждения насыпи может быть существенно повышена, путем исполнения охлаждающей системы в виде двух слоев - нижнего в виде бухт, а верхнего - в виде полотнищ (фиг.7). При этом эффективность работы бухт, а соответственно, и всей охлаждающей системы повышается путем установки внутри бухт дополнительных центральных трубок (фиг.8).
В зимний период или в другой период, когда устанавливается отрицательная температура воздуха, пробки-заглушки снимаются и холодный воздух начинает поступать через воздухозаборную трубку, которая предотвращает засасывание снежных частиц. При этом холодный воздух начинает циркулировать по каналам или трубкам внутри насыпи, тем самым ее охлаждая. В случае повышения температуры осуществляют принудительную продувку холодным воздухом или закрывают каналы и трубки охлаждающей системы пробками-заглушками.
Насыпь на сильнольдистых вечномерзлых грунтах была смоделирована в строительной лаборатории кафедры ПСК и показала повышенную устойчивость при изменении температурных условий, что говорит о возможности эффективной реализации заявленного технического решения в реальных условиях строительства.