ОТКОСНАЯ ЧАСТЬ ЗЕМЛЯНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ

Полезная модель относится к области строительства, а именно к возведению земляных сооружений в районах с распространением вечномерзлых грунтов.
Известна откосная часть земляного сооружения, содержащая образующий сооружение массив грунта, который ограничен поверхностью откоса, представляющий собой наклонную плоскость с наклоном вниз во внешнюю сторону (М.А.Фришман и др. «Земляное полотно железных дорог». Транспорт, М., 1972. с.15, рис.1).
Недостатком такой откосной части является то, что при расположении земляного сооружения на вечной мерзлоте возможно растепление вечномерзлых грунтов с последующим формированием деформаций грунтовых оснований.
Известна откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте, содержащая образующий сооружение массив грунта, который ограничен поверхностью откоса, и систему охлаждения грунта. Система охлаждения грунта выполнена в виде каменной наброски («Временные
технические условия на проектирование земляного полотна железнодорожной линии Улак - Эльга с сохранением мерзлого состояния грунтов основания», Министерство путей сообщения РФ, Департамент пути и сооружений, М.» 2001, с.24, рис.1).
Недостатком этого технического решения является то, что камень для наброски требуется высокого качества, и не во всех регионах он имеется.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в повышении универсальности применения откосной части земляного сооружения в различных регионах распространения вечномерзлых грунтов.
Для достижения указанного технического результата в откосной части земляного сооружения на вечной мерзлоте, содержащей образующий сооружение массив грунта, ограниченный поверхностью откоса, и систему для охлаждения грунтов, система для охлаждения грунтов выполнена в виде горизонтальных труб, установленных в один или несколько ярусов по высоте откосной части и перпендикулярно продольной ее оси, причем одним концом трубы заглублены в образующий сооружение массив грунта со стороны поверхности откоса, а другим - выступают за пределы поверхности откоса.
Кроме того, торец трубы, расположенный в образующем сооружение массиве грунте, может быть заглушен и снабжен анкером, а глубина «а» заделки трубы в тело земляного сооружения по низу трубы может составлять 2÷4 d, где d - вертикальный размер полости трубы, причем нижняя точка внешнего среза трубы совмещена с поверхностью откоса. При этом выступающая из образующего сооружение массива грунта труба имеет скошенный торец, причем нижний срез трубы совмещен с поверхностью откоса, а верхний - образует козырек по отношению к вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси трубы, размером 0,5 d, где d - вертикальный размер полости трубы, который
может быть равен 0,8÷2,0 м. А труба может иметь продольный уклон в сторону поверхности откоса, составляющий не менее 2%. Кроме того расстояние «l» между осями труб вдоль поверхности откоса в пределах одного яруса составляет l=ma, где m=2÷5, поправочный коэффициент, определяемый расчетным путем, б/р; а - глубина заделки трубы в тело земляного сооружения по низу трубы, м.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлено поперечное сечение дорожной насыпи с откосной частью, выполненной с применением предлагаемого технического решения.
Откосная часть земляного сооружения содержит грунтовый массив 1, ограниченный уровнем проезда 2, поверхностью откоса 3 и основанием 4 из вечномерзлых грунтов, и трубы 5, имеющие заглушенные торцы 6 и анкеры 7. Трубы 5 имеют продольный уклон не менее 2%, направленный в сторону открытого торца. Глубина заделки «a» трубы 5 в грунтовый массив 1, определенная опытно-экспериментальным путем, составляет (2÷4)d, где d - вертикальный размер полости трубы, м. При этом нижняя точка 8 внешнего среза трубы совмещена с поверхностью откоса 3. Трубы 5 находятся в откосной части земляного сооружения и не заходят за границу 10, отделяющую откосную часть от массива 1 грунта, расположенного непосредственно под уровнем проезда 2 (в случае, когда земляное сооружение представляет собой дорожную насыпь).
Торец трубы 5, выступающий из плоскости откоса 3, скошен таким образом, что нижний срез 8 трубы 5 совмещен с поверхностью откоса 3, а верхний срез 9 образует козырек по отношению к вертикальной плоскости, перпендикулярной к оси трубы 5, размером 0,5 d, где d - вертикальный размер полости трубы.
Трубы 5 могут быть установлены в несколько ярусов. Количество ярусов и расстояние между трубами по длине земляного сооружения определяется опытно-расчетным путем.
Для обычных условий применения труб 5 в транспортных сооружениях типа насыпи или выемки их диаметр составляет от 0,8 до 2 м. В уникальных земляных сооружениях диаметр может быть большим, он определяется опытно-экспериментальным путем. Труба 5 может быть выполнена из металла, железобетона или иного материала. Сечение ее может быть круглым, прямоугольным или каким-либо другим.
Расстояние l между осями труб 5 в горизонтальной плоскости вдоль поверхности откоса в пределах одного яруса зависит от глубины заделки труб 5 и составляет l=ma, где m=2÷5 - поправочный коэффициент, определенный расчетным путем, б/р; а - глубина заделки трубы 5 в тело земляного сооружения по низу трубы, м.
Коэффициент m зависит от размера труб, характера мерзлоты, конструкции сооружения и климатической зоны.
Расстояние между ярусами труб 5 по высоте определяется опытно-расчетным путем, расстояние h от низа трубы 5 нижнего яруса до основания 4 равно или превышает глубину снегоотложения у подошвы откоса 3.
Откосная часть земляного сооружения работает следующим образом.
В зимний период во всей полости трубы отсутствует снежный покров. Размеры козырька 0,5 d подобраны, исходя из данных натурных наблюдений за снегоотложениями в Центральной Якутии. Оголенная поверхность эффективно передает холод в образующий сооружение массив грунта. В летний период в пределах полости отсутствует солнечная радиация, что существенно снижает потоки тепла в грунт. В результате формируется сильный охлаждающий эффект. Расчеты показали, что при устройстве в откосной части дорожной насыпи высотой 6-8 м одного яруса труб диаметром 1 м и установленных вдоль насыпи через 10 метров
формируется устойчивое температурное поле с отрицательными температурами до - 3°С в грунтах тела и основания насыпи.
Для фиксации положения трубы 5 от выпучивания служат анкера 7. Козырек 9 служит для предотвращения попадания дождевых и снеговых осадков в полость трубы 5. Продольный уклон трубы 5 предназначен для вывода конденсата и воды, случайно попавшей в полость.
Работа системы для охлаждения грунта возможна при расположении трубы 5 на высоте h над основанием 4, где h - высота наносов снега в зимний период, м.
Повышение механизации при производстве работ легко обеспечивается тем, что установка труб производится в процессе отсыпки насыпи.
Благодаря тому, что труба 5 своим торцом 6 не заходит за границу 10, которая отделяет грунтовый массив 1, расположенный непосредственно под уровнем проезда 2, от откосной части, обеспечивается рациональный температурный режим земляного сооружения в процессе охлаждающего действия трубы 5. Изотермы под проезжей частью дороги параллельны поверхности проезда. Это помогает избежать неравномерных деформаций земляного сооружения. Здесь следует отметить, что при применении в насыпях для охлаждения сквозных труб степень протаивания к концу лета над трубой и вне ее различается на 3-4 метра, что приводит к формированию в зоне проезда «пилообразного» вида деформаций.
Эффективность использования предлагаемой полезной модели заключается в формировании благоприятного температурного режима тела земляного сооружения и мерзлых грунтов, находящихся в их основании, и обеспечении устойчивости и долговечности насыпей, сооружаемых в районах распространения вечномерзлых грунтов.
3
Область эффективного использования предложенной конструкции - регионы с малым снегопереносом (до 100 м/м), например, Центральная Якутия. Откосная часть земляного сооружения предложенной конструкции может быть широко использована не только в дорожном земляном полотне, но и в других конструкциях - гидротехнических, промышленных и др.