СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ НАЛЕДЕОБРАЗОВАНИЯ НА СКЛОНАХ В МАЛОСНЕЖНЫХ РАЙОНАХ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ Российский патент 2000 года по МПК E02D31/02 E02B3/18 F25D21/00 

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 наледями 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 его малой толщине пояс работает как мерзлотный, ускоряя промерзание грунта и образование мерзлотной перемычки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предотвращения наледеобразования на склонах в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающий установку трубчатых фильтров, соединенных на поверхности трубой в единую магистраль, и размещение слоя утеплителя над трубой. (Наледи на территории СССР и борьба с ними". А.М. Чекотилло и др. - Амурское книжное издательство, Благовещенск, 1960, с. 162 - 165).

В качестве недостатков известного способа можно перечислить следующее:
при возникновении криогенных гидростатических напоров возможен излив воды непосредственно в слой утеплителя, который в результате будет замочен, потеряет свои теплоизолирующие свойства и может промерзнуть вместе с защищаемой трубчатой магистралью и фильтрами;
большую часть зимнего периода, до достижения фронтом промерзания поверхности зеркала подземных вод и до начала развития криогенных напоров возможен их транзит под предлагаемой системой предотвращения наледеобразования и формирование наледи ниже по склону в пределах защищаемого участка.

Технический результат изобретения - повышение эффективности борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты путем снижения напора подземных вод за счет создания непроницаемой грунтовой завесы и глинистой отмостки и выдавливания воды в трубчатые фильтры и сборный коллектор при криогенном повышении напора с отводом вниз по склону.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе предотвращения наледеобразования на склонах в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающем установку трубчатых фильтров, соединенных на поверхности в единую магистраль, и размещение слоя утеплителя под трубой, перед установкой трубчатых фильтров ниже фильтров по склону отрывают траншею на глубину слоя сезонного оттаивания грунта, фильтры устанавливают под углом к линии падения склона, а под слоем утеплителя и в траншею укладывают слой глинистого слабопроницаемого материала.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в качестве элементов, повышающих эффективность и надежность борьбы с наледями используют установку трубчатых фильтров, расположенных под углом к линии падения склона с разработкой траншеи ниже фильтров, причем траншея и пространство под утеплителем заполняются глинистым слабопроницаемым материалом.

Способ предотвращения наледеобразования основан на механизме наледеобразования в области распространения многолетнемерзлых пород и его можно объяснить следующим образом. Известно, что наледеобразование зачастую связано с выклиниванием потока грунтовых вод на поверхность на участке перегиба рельефа, литологических или мерзлотных водоупорах. При промерзании грунта в области разгрузки подземных вод развиваются значительные гидростатические напоры, превышающие прочность грунта, в результате чего происходит его разрыв и излияние подземных вод на поверхность с образованием наледи. В течение зимы этот процесс повторяется многократно, так как после снятия гидростатических напоров в результате излива воды образовавшаяся трещина промерзает и вновь начинается увеличение гидростатических напоров.

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

При промерзании грунта слоя сезонного промерзания-оттаивания вода под воздействием подпора, создаваемого непроницаемой завесой в грунте и невозможностью выхода на поверхность через промороженные грунты и отмостку из глинистого слабопроницаемого материала под слоем утеплителя коллектора вода будет искать выход по линии наименьшего сопротивления в дренажные скважины. Самоизлив скважин при этом обеспечат криогенные гидростатические напоры и непроницаемая завеса перед рядом дренажных скважин. Сбор выдавливаемой из скважин воды обеспечивает сборный коллектор в виде трубы, соединяющей все скважины в одну магистраль. Для предотвращения промерзания трубы она утепляется слоем утеплителя - шлака, стекловаты, пенополиуретана и т.д. Толщина утеплителя рассчитывается в зависимости от его теплофизических свойств и зимних температур воздуха. Сборный коллектор, расположенный под углом к склону, обеспечит свободный сток воды к приемному узлу. От него вода сбрасывается за пределы защищаемого участка по отводной магистрали - такой же утепленной трубе.

На фиг. 1 показан трубчатый фильтр (1), соединенный трубой (2), закрытой слоем утеплителя (3); многолетнемерзлые породы (4); глинистый слабопроницаемый материал (5); поток подземных вод (6); сезонно-мерзлые породы (7); кривая напоров подземных вод (8). На фиг. 2 показана аксонометрическая проекция участка наледной поляны с элементами рассматриваемого способа.

Реализация способа осуществляется в следующей последовательности:
- поперек склона до кровли многолетнемерзлых пород или на глубину слоя сезонного промерзания-оттаивания разрабатывается траншея, заполняемая слабопроницаемым глинистым грунтом (5), одновременно на ширину слоя утеплителя укладывается и утрамбовывается отмостка из аналогичного материала;
- устанавливаются трубчатые фильтры (1);
- скважины связываются на поверхности трубчатым сборным коллектором (2), а он, в свою очередь, с отводной магистралью;
- коллектор засыпается или укрывается слоем утеплителя (3).

Работа предлагаемой системы перехвата потока подземных вод и их отвода за пределы наледного участка заключается в следующем: при промерзании грунтов наледной поляны разгрузка подземных вод на поверхность прекращается, в результате 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 выдавливаться в трубчатые фильтры, закрытые слоем утеплителя, предотвращающего перемерзание фильтров. Выдавливание воды между фильтрами и ее фильтрация вниз по склону в талом слое, ограниченном сверху и снизу мерзлыми породами, предотвращает отмостка из глинистого слабопроницаемого материала. Изливающаяся из фильтровых труб вода попадает в утепленный сборный коллектор и самотеком за счет уклона коллектора, установленного наискось склону, будет сбегать к приемному узлу, а от него по утепленной трубе будет сбрасываться за пределы участка, защищаемого предлагаемой системой.

Таким образом, в предлагаемом способе решаются две задачи: 1 - надежный перехват потока наледеобразующих вод трубчатыми фильтрами при возникновении криогенных напоров в зоне наледеобразования и, соответственно, предотвращение наледеобразования на участках инженерных сооружений; 2 - сбор наледных вод утепленным трубчатым коллектором и их транзит за пределы защищаемого участка.

Изобретение предназначено для использования в транспортном строительстве при защите автомобильных и железных дорог от вредного воздействия наледи. При осуществлении способа трубчатые фильтры, расположенные под углом к склону и соединенные на поверхности трубой в единую магистраль, закрыты слоем утеплителя и собирают наледные воды за счет криогенных напоров, возникающих при промерзании грунтов наледной поляны, а также за счет невозможности свободного движения подземных вод вниз по склону, чему препятствует непроницаемая завеса из глинистого материала в траншее за фильтрами и глинистая отмостка на поверхности. Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность предотвращения наледеобразования при низкой стоимости реализации способа. 2 ил.

Способ предотвращения наледеобразования на склонах в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающий установку трубчатых фильтров, соединенных на поверхности трубой в единую магистраль, и размещение слоя утеплителя над трубой, отличающийся тем, что ниже фильтров по склону отрывают траншею на глубину сезонного оттаивания грунта, фильтры устанавливают под углом к линии падения склона, а под слоем утеплителя и в траншею укладывают слой глинистого слабопроницаемого материала.