ДРЕНАЖНАЯ СТЕНКА ДЛЯ ОСУШЕНИЯ ГРУНТОВ В РАЙОНАХ МНОГОЛЕТНЕЙ МЕРЗЛОТЫ Российский патент 2007 года по МПК E02B11/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое устройство относится к области строительства и предназначено для постоянного удаления свободной (фильтрующей) воды (жидкости) из многолетнемерзлых и сезонномерзлых грунтов по мере их оттаивания, а также для отвода проникших в грунт фильтрующих атмосферных осадков.

Уровень техники

Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является способ строительства дренажа по авторскому свидетельству SU 1484862 от 1989 г., который имеет аналогичные элементы, но, по приведенной в свидетельстве схеме, реально не обеспечивает водоудаление в продольном направлении, и, кроме того, не может работать в районах многолетнемерзлых грунтов из-за позднего включения (и даже возможно невключение) в сферу оттайки в летнем сезоне. Помимо этого, заявленная дренажная стенка отличается от аналога тем, что она: 1) выполнена из щебня, увеличивающего скорость водоотвода в десятки раз; 2) качественно зависит от замкнутости изоляции фильтрующим материалом; 3) начинается в изоляции практически от поверхности; 4) включается в работу с началом оттайки грунта и работает до полного его промерзания, полностью и гарантированно исключая пучение при промерзании.

Известно много устройств по осушению талых грунтов: осушительные и водоотводные открытые канавы, перфорированные трубы на заданной глубине, по их типу - закрытые, протяженные в плане, устройства из щебня на определенной глубине с округлым или близким к квадратному сечением, защищенные разными способами или незащищенные от деформаций и заиливания. Все перечисленные устройства не работают (или работают краткое время) в районах Заполярья и вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтов из-за местных перемерзаний, разрушения пучением и заиливания. В то же время целесообразное устройство насыпей на многолетнемерзлых грунтах и предотвращение их деформаций по причине фактически установленного неизбежного обводнения являются предметом настоятельной необходимости.

Раскрытие изобретения

Техническим результатом предлагаемого устройства является устранение указанных вредных факторов (исключающих нормальную работу) за счет его особой конструкции и защиты. Устройство обеспечивает надежную работу дренажа в районах многолетнемерзлых грунтов, где удовлетворительная инженерная подготовка территории строительства составляет неразрешимую проблему из-за низкого коэффициента фильтрации мелкодисперсных грунтов (в том числе песчаных), характерных для этих районов, текучести их при насыщении водой и водоудерживающих свойств вследствие большой удельной поверхности.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 и 2 показаны сечения простой дренажной стенки и более надежной, с защитной верхней частью.

Осуществление изобретения

Для достижения гарантированной и надежной работы устройства оно выполняется из щебня в виде непрерывной (до сброса воды) тонкой стенки в грунте (фиг.1) размером по высоте практически от верха осушаемого грунта до необходимой глубины. Поверхность стенки по всей площади без исключения изолируется минеральным фильтрующим материалом, тканым или нетканым, не допускающим или существенно ограничивающим фильтрование сквозь него пылеватых и глинистых частиц окружающего грунта и предотвращающим заиливание щебня, составляющего дренажную стенку.

В разрезе механики и состояния грунта дренажная щебенчатая стенка работает совместно с грунтом, как одно целое. Фронт промерзания и оттаивания стенки по глубине перемещается одновременно с окружающим грунтом с небольшим запаздыванием при промерзании и разным опережением при оттайке (благодаря преимущественному переносу воды из более теплых мест), что способствует заблаговременному удалению свободной воды в обоих случаях, с исключением подпора ее, замерзания и пучения. Для грунтов с низким коэффициентом фильтрации это единственный способ сглаживания всех неблагоприятных сезонных проявлений.

Толщина дренажной стенки - 100-500 мм, по расчету или по ширине применяемой фрезы или ковшов роторного экскаватора. Сверху она защищается слоем грунта около 100-200 мм. Дополнительной защитой на участках интенсивного движения транспорта или для пропуска кабельных коммуникаций может быть устройство отдельной верхней части стенки, высотой 200-600 мм (пределы зависят от случайной деформации грунта колесами и глубины прокладки электрокабелей), в самостоятельной фильтрующей изоляции, независимой от основного тела стенки (фиг.2). Это позволит без особых затрат ремонтировать или менять верхние участки при их значительном повреждении и заиливании или устраивать переходы кабельных и других сетей в шве между верхней и нижней частями.

При больших объемах осушения сечение дренажных стенок и расстояния между ними принимаются по расчету в зависимости от коэффициента фильтрации, объема осушаемого грунта и требуемой скорости осушения.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При начальной оттайке грунта на глубину 100-150 мм свободная вода просачивается в поры щебня и первое время намерзает свободными слоями в порах на дне дренажной стенки, повышая талой водой местную температуру стенки и грунта.

При таком послойном намерзании исключается пучение, как следствие замкнутости объемов воды льдом, так как отрицательные температуры в подземной части стенки могут исходить только от днища и вертикальных поверхностей окружающего грунта, то есть намерзание слоев будет происходить последовательно, односторонним путем. Даже при маловероятном полном заполнении льдом пустот щебня всей стенки по высоте никаких отрицательных последствий этого постепенного процесса не будет, просто при потеплении дренажная стенка начнет работать с конечных участков стока с последовательным переходом к начальным, с более высокими отметками.

Когда дебит и температура талой воды повысятся, она будет доходить до конечного выпуска и начнется растепление всей стенки и окружающего грунта. Скорость перемещения воды по порам тела щебенчатой стенки в несколько раз больше скорости фильтрации воды в окружающем грунте и поэтому оттайка стенки будет значительно опережать оттаивание окружающего грунта.

Во время осеннего промерзания грунта поступление воды в дренажную стенку будет уменьшаться, а сток ее в относительно защищенных от мороза подземных уровнях может продолжаться практически до конца сильных зимних морозов, так что по окончании сезонного промерзания грунта все поры стенки будут пустыми, что нейтрализует пучение местных случайных скоплений воды (в неровностях дна объема стенки).

Фильтрационная способность изоляции стенки в первые два-три года работы снизится примерно на 10-20% из-за естественного скопления перед ней пылеватых частиц, но дальнейшее уплотнение пылеватых частиц у фильтрующей преграды будет резко снижено уменьшением местной скорости фильтрации и, соответственно, силы переноса частиц. Наращивание плотности слоя грунта перед фильтрующим материалом со временем ограничивается автоматическим смещением фильтрующих потоков к соседним участкам, с менее плотным еще грунтом, а также истощением наличия определенных мелких фракций пылеватых частиц в осушаемом объеме грунта и некоторым снижением скорости фильтрации. Объем фильтрующей воды дренажная стенка во всех случаях будет обеспечивать благодаря своей большой рабочей поверхности и основное назначение ее - постоянное и быстрое осушение расчетных объемов талого грунта - будет выполняться. Незначительное увеличение времени фильтрования воды (относительно начального периода) может компенсироваться быстрым поверхностным стоком при временном насыщении водой верхнего слоя грунта.

Устройство будет эффективно работать также и в сложно- и медленно осушаемых мелкодисперсных талых грунтах, естественный коэффициент фильтрации которых не обеспечивает своевременного вывода из массива грунта атмосферных осадков между периодами их выпадения.

Предлагаемое устройство не нарушает поверхности застраиваемых и эксплуатируемых территорий, не мешает благоустройству. Инженерные коммуникации в районах многолетнемерзлых грунтов в подземном варианте, как правило, не устраиваются. В необходимых случаях пропуск подземных сетей сквозь дренажную стенку (в верхней и средней ее части) допускается при тщательной раздельной изоляции как дренажной стенки, так и сетей в местах их пересечения.

Изобретение относится к области строительства и предназначено для постоянного удаления свободной воды из многолетнемерзлых и сезонномерзлых грунтов по мере их оттаивания, а также для отвода проникших в грунт фильтрующих атмосферных осадков. Дренажная стенка состоит из протяженной щебенчатой конструкции в грунте, закрытой от дневной поверхности. Она имеет соответствующую мощности осушаемого слоя глубину, постоянную ширину по всей глубине, замкнутую изоляцию состава стенки от заиливания, выполненную по всей площади ее поверхности минеральным фильтрующим материалом. Сверху стенка защищена отдельной частью такой же стенки высотой 200-600 мм в самостоятельной замкнутой фильтрующей изоляции, независимой от основного тела стенки. Обеспечивается надежная работа дренажа в районах многолетнемерзлых грунтов, решается проблема инженерной подготовки территории строительства в этих районах, а также резко повышается скорость удаления грунтовой воды во всех случаях и особенно при мелкодисперсных грунтах с низким коэффициентом фильтрации. 2 ил.

Дренажная стенка для осушения грунтов, состоящая из протяженной конструкции в грунте, закрытой от дневной поверхности, имеющая соответствующую мощности осушаемого слоя глубину, постоянную ширину по всей глубине, замкнутую изоляцию состава стенки от заиливания фильтрующим материалом, отличающаяся тем, что она выполнена из щебня, а замкнутая изоляция состава стенки от заиливания выполнена по всей площади ее поверхности минеральным фильтрующим материалом, при этом сверху стенка защищена отдельной частью такой же стенки высотой 200-600 мм в самостоятельной замкнутой фильтрующей изоляции, независимой от основного тела стенки.