СПОСОБ БОРЬБЫ С НАЛЕДЯМИ В МАЛОСНЕЖНЫХ РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2000 года по МПК E01C3/06 

Изобретение относится к способам борьбы с наледями и может быть использовано в транспортном строительстве при защите автомобильных и железных дорог от их вредного воздействия.

Известен способ борьбы с наледями, заключающийся в создании теплового пояса, представляющего собой канаву, по периметру которой грунт большую часть зимнего времени сохраняет положительную температуру (Борьба с наделями на железных и автомобильных дорогах. Выпуск 7. - М.: Транспорт, 1966. - 110 с.; с.65).

Ограниченность рассматриваемого способа заключается в том, что термический режим пояса определяется мощностью снежного покрова. При отсутствии снежного покрова или при его малой толщине пояс работает как мерзлотный, ускоряя промерзание грунта и образование мерзлотной перемычки.

Наиболее близким к предлагаемым является способ безналедного пропуска водотоков, заключающийся в спрямлении и углублении русел и дальнейшем их утеплении с помощью различных утеплителей, укладываемых над водотоком (Руководство по проектированию искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями. - М.: Транспорт, 1978. - 60 с.; с. 21).

В качестве недостатков известного способа можно перечислить следующее.

В районах с вечной мерзлотой необходимо сохранение естественного русла, т. к. сформировался талик, в зоне которого и происходит линейная разгрузка. Отступление от естественного русла приводит к попаданию потока воды в зону мерзлоты с выходом на дневную поверхность.

Отсутствие или недостаток снежного покрова в малоснежных районах, например Забайкалье, предполагает применение для утепления русла местных теплоизоляционных материалов, например шлака или грунта, нагрузка от которых через настил будет передаваться непосредственно на грунты наледной поляны. В случае если верхний слой наледной поляны будет представлен слабыми, структурно-неустойчивыми грунтами, например торфом, конструкции настила, а следовательно, и насыпь могут дать осадку, что в свою очередь приведен к уменьшению поперечного сечения естественного русла.

Применение той же конструкции утепленной канавы в естественных условиях, например под мостом, особенно железобетонным, в стесненных условиях, размеры отверстия которого не позволяют использовать расчетную толщину утеплителя, может привести в районах с суровыми климатическими условиями к промерзанию русла и образованию ледяной пробки со всеми вытекающими последствиями.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающем установку над руслом настила с расположенным над ним утеплителем, перед установкой настила над руслом размещают распределительную решетку, а в русле - трубчатые фильтры. Согласно второму варианту настил выполняется в виде короба, например треугольной формы, разделенного на секции с помощью вертикальных штор, выполненных из хорошо фильтрующего материала.

Объединение двух технических решений в одну заявку связано с тем, что два данных способа решают одну и ту же задачу - повышение эффективности борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты принципиально одним и тем же путем - организация безналедного пропуска водотоков, которые являются равноценными для решения задачи повышения эффективности борьбы с наледями и не могут быть объединены обобщающим параметром.

Заявленные технические решения отличаются от прототипа тем, что в качестве элементов, повышающих эффективность борьбы с наледями, используют либо распределительную решетку с трубчатыми фильтрами, либо короба, разделенные на секции с помощью вертикальных штор.

Процесс защиты инженерных сооружений, например дорог, от вредного влияния неледей можно объяснить следующим образом.

При промерзании грунтов сезонно-талого слоя надмерзлотная вода под воздействием подпора будет искать выход по линии наименьшего сопротивления в русло, расположенное в зоне талика. Известно, что грунты обладают фильтрационным сопротивлением, величина которого зависит от вида грунта. Для снижения фильтрационного сопротивления грунтов в предлагаемом решении используются забивные трубчатые фильтры, которые облегчают разгрузку подземных вод в русло ручья. В процессе промерзания грунтов наледной поляны будут возникать криогенные напоры, которые обеспечат самоизлив воды из трубчатых фильтров.

При оттаивании слабых структурно-неустойчивых грунтов сезонно-талого слоя могут возникнуть недопустимые деформации утепляющей насыпи, например осадка, которые приведут к уменьшению сечения русла и, следовательно, к затруднению в транзите воды. С целью предотвращения деформаций насыпи и уменьшения сечения русла необходимо снизить удельное давление от насыпи, передаваемое на слабое основание насыпи через настил и продольные лежни. Для этого над руслом устанавливается распределительная решетка, представляющая собой систему поперечных элементов и продольных лежней, образующих единый каркас. Размеры и шаг поперечных элементов назначают в зависимости от характера грунтов основания и величины удельного давления, передаваемого продольными лежнями на слабое основание.

Согласно второму варианту безналедный пропуск водотоков в стесненных условиях, например когда отверстие мало для размещения утепляющей насыпи расчетных размеров, например под мостом, осуществляется следующим образом. В отверстие моста монтируется короб из деревянных щитов, например треугольного очертания. В качестве компенсации недостающей толщины утеплителя над коробом короб разделяется в продольном направлении на отдельные секции с помощью вертикальных штор. Такое разделение короба на отдельные секции приведет к более интенсивному нагреву каждой секции за счет частичных фазовых переходов и исключит возможность проникновения холодного воздуха и его конвекцию внутри короба. В итоге исключается возможность перехвата отверстия моста ледяной пробкой.

На фиг. 1 показана план-схема утепленного русла с пропуском его под мостом; на фиг. 2 - поперечный разрез утепляющей насыпи с распределительной решеткой и трубчатым фильтром; на фиг. 3 - поперечный разрез мостового перехода с коробом, разделенным шторами на секции.

На фиг. 1 изображено: 1 - естественное русло ручья, накрытое утепляющей насыпью; на фиг. 2: 1 - естественное русло ручья, 2 - поперечные элементы распределительной решетки, 3 - трубчатые фильтры, 4 - продольные лежни, 5 - настил, 6 - насыпь из теплоизолирующего материала, 7 - граница сезонного промерзания; на фиг. 3: 8 - деревянные щиты короба, 9 - слой утеплителя, 10 - шторы.

Реализация способа осуществляется в следующей последовательности:
- вдоль естественного русла ручья 1 укладывают поперечные элементы распределительной решетки 2, например лес-кругляк, для снижения удельного давления на слабые основания. Шаг поперечных элементов назначается из конкретных условий: характеристика грунтов основания насыпи, величина удельного давления и т.д.;
- между поперечными элементами производится забивка трубчатых фильтров 3 с шагом 5-7 м на глубину сезонного промерзания (2,0-2,5 м), конструкция которых представляет отрезок трубы, нижняя часть которой перфорирована и закрыта мелкой сеткой или проволочной обмоткой. Забивной фильтр облегчает разгрузку подземных вод в русло ручья за счет снижения фильтрационного сопротивления грунта. Самоизлив обеспечивается криогенными напорами, возникающими при промерзании грунтов наледной поляны;
- на поперечные элементы укладываются продольные бревна-лежни 4 с настилом 5. Такая конструкция с насыпью, например из шлака, позволяет полностью изолировать естественное русло от внешних факторов, например отрицательной температуры;
- производится укладка материала в насыпь 6, высота которой определяется из условия недопущения промерзания 7 русла ручья;
- в отверстии моста устанавливаются деревянные щиты 8 для создания короба, например треугольного очертания в поперечном разрезе. Сверху короб защищается от воздействия отрицательных температур слоем утепления 9, толщина которого определяется теплофизическим расчетом. Внутри короб разделен на секции сплошными шторами 10 из негниющего хорошо фильтрующего материала. Разделение внутреннего пространства короба на отдельные секции приведет к более интенсивному нагреву каждой секции за счет частичных фазовых переходов, что в конечном итоге повышает надежность работы отверстия моста, а именно исключает перехват отверстия ледяной пробкой. Для полного исключения такой ситуации последняя секция на выходе защищается двойной шторой, которая делает невозможным проникновение холодного воздуха и его конвекцию внутри конструкции.

Работа предлагаемой системы безналедного пропуска водотоков заключается в следующем. При промерзании грунтов наледной поляны в слое, ограниченном сверху и снизу мерзлыми грунтами, будут возникать критические давления воды, величины которых могут превысить прочность мерзлых пород. Под действием критического давления может произойти разрыв поверхности и самоизлив воды с образованием наледи. В случае реализации предложенного способа надмерзлотная вода под действием криогенных напоров будет иметь выход в зону талика - искусственно утепленного естественного русла ручья. Для более полной разгрузки надмерзлотных вод под действием криогенных напоров используются трубчатые фильтры, установленные в русло ручья и обеспечивающие самоизлив воды. Для пропуска воды через отверстие моста предлагается конструкция короба, габариты которого с утеплением достаточны для устройства его в отверстиях малых мостов. Снижение габаритов короба с утеплителем при сохранении возможности безналедного пропуска водотоков стало возможным благодаря применению системы штор, разделяющих короб на отдельные секции, причем нагрев каждой из них осуществляется за счет теплоты частичных фазовых переходов и исключения возможности конвекции холодного воздуха. В период оттаивания слабых заторфованных грунтов наледной поляны могут возникнуть недопустимые деформации конструкций утеплителя русла. Для снижения удельного давления на грунты поляны от насыпи применяется распределительная решетка, состоящая из системы поперечных элементов и продольных лежней. Применение одних продольных лежней с настилом, передающих на них нагрузку от насыпи, приведет к уменьшению сечения русла вследствие осадки лежней.

Таким образом, в предлагаемом способе решаются две задачи.

1. Hадежный транзит воды по естественному руслу.

Надмерзлотная вода при возникновении подпора или гидростатического давления вследствие промерзания грунта за пределами утепленного русла найдет выход по линии наименьшего сопротивления - в само русло естественным путем и через трубчатые фильтры. Другими словами, утепленное русло с трубчатыми фильтрами играет роль сборного коллектора для транзита воды.

2. Бесперебойный пропуск воды через отверстие моста.

Поставленная задача решается посредством создания утепленного короба с разбивкой его на секции с помощью штор.

Изобретение относится к способам борьбы с наледями, а именно к способам борьбы с наледеобразованием на транспортных сооружениях, например на автомобильных и железных дорогах, возводимых в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты. Способ по первому варианту состоит в установке над руслом настила с расположенным над ним утеплителем и отличается тем, что перед установкой настила над руслом размещают распределительную решетку, а в русле - трубчатые фильтры, необходимые для снижения удельного давления на слабые грунты наледной поляны и облегчения разгрузки надмерзлотных вод в русло ручья соответственно. При пропуске водотока в стесненных условиях, например через отверстие моста, способ по второму варианту состоит в установке над руслом настила с расположенным над ним утеплителем и отличается тем, что настил выполняют в виде короба, например треугольной формы, разделенного на секции с помощью вертикальных штор, выполненных из хорошо фильтрующего материала. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении эффективности и надежности безналедного пропуска водотоков при низкой стоимости реализации способа вследствие использования местных материалов и редкого проведения профилактических работ, заключающихся в основном в визуальном осмотре состояния насыпи, короба и штор, а также обеспечение устойчивости утепляющей насыпи в течение всего процесса эксплуатации. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. л

1. Способ борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающий установку над руслом настила с расположенным над ним утеплителем, отличающийся тем, что перед установкой настила над руслом размещают распределительную решетку, а в русле - трубчатые фильтры. 2. Способ борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающий установку над руслом настила с расположенным над ним утеплителем, отличающийся тем, что настил выполняют в виде короба, например, треугольной формы, разделенного на секции с помощью вертикальных штор, выполненных из хорошо фильтрующего материала.