ОТКОСНАЯ ЧАСТЬ ЗЕМЛЯНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ Российский патент 2024 года по МПК E02D17/20 

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений в криолитозоне, а именно к системе охлаждения грунтов.

Известна откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте, содержащая грунтовый массив с откосом, выполненным в виде наклонной к горизонтали поверхности, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса (Г.М. Шахунянц. Земляное полотно железных дорог. Гос. транспортное железнодорожное издательство, М, 1953).

Недостатком такой конструкции является то, что несмотря на хорошую устойчивость на откосе теплоизоляционного покрытия в виде растительного покрова вследствие прорастания корней в грунт самого откоса, такое теплоизоляционное покрытие имеет малое термическое сопротивление, что делает данную конструкцию откоса недостаточно эффективной для применения в зоне вечной мерзлоты.

Известна откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте, содержащая грунтовый массив с откосом, выполненным в виде наклонной к горизонтали поверхности, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса (П.И. Дыдышко. Земляное полотно железнодорожного пути. Справочник. Труды ОАО «ВНИИЖТ», М, 2014). Теплоизоляционное покрытие содержит два слоя, нижний из которых представляет собой слой - теплоизолятор, а верхний - защитный слой грунта.

Недостатком такой конструкции является то, что корни растительного покрова, который может вырасти в благоприятную погоду в верхнем грунтовом слое, не могут проникнуть через жесткий слой-теплоизолятор, т.е. верхний слой плохо скреплен с нижним слоем-теплоизолятором и совсем не скреплен с грунтом откоса. Вследствие этого, верхний теплоизоляционный слой нестабилен, т.е. нарушается под действием ветра, размывается, сползает с откоса под действием осадков, оголяя нижний слой теплоизоляции, который без защиты грунтового слоя тоже нарушается в дальнейшем от климатических воздействий.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности теплоизоляционной защиты откосной части земляного сооружения на вечной мерзлоте.

Для достижения поставленной цели откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте содержит грунтовый массив с откосом, выполненным в виде наклонной к горизонтали поверхности, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса. Теплоизоляционное покрытие содержит растительный покров, а откосная часть в своем поперечном сечении содержит непрерывный ряд ступенчатых уступов в грунтовом массиве, поверхность которых покрыта жесткой теплоизоляцией, а полости заполнены грунтовой засыпкой, причем ступенчатые уступы имеет форму треугольника с тупым углом, направленным в сторону грунтового массива, при этом нижняя сторона треугольника имеет уклон к горизонтали, а внутренняя, расположенная со стороны грунтового массива - к вертикали не менее 2% с направлением уклонов в сторону откоса, и внешняя сторона треугольника, расположенная со стороны воздушного пространства, совмещена с поверхностью откоса, при этом жесткая теплоизоляция выполнена в виде плит пенополистирола, уложенных на нижнюю сторону треугольника непрерывно, а на внутреннюю сторону с зазорами до 3 см, при этом растительный покров состоит из дополнительного слоя грунта толщиной до 30 см, расположенного на поверхности откоса, надземной травяной теплоизоляционной части и корневой системы, расположенной в полости ступенчатых уступов и в дополнительном слое грунта, благоприятного для прорастания травяной теплоизоляционной части. Кроме того, ширина нижней стороны треугольника выполнена с обеспечением проезда по ней строительного механизма, формирующего ступенчатые уступы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

На фиг. 1 представлена откосная часть земляного сооружения предлагаемой схемы;

На фиг. 2 представлена откосная часть земляного сооружения (аналога);

На фиг. 3 представлена откосная часть земляного сооружения (прототипа).

Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте содержит грунтовый массив 1 с наклонной к горизонтали поверхностью (откос) 2, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса. Теплоизоляционное покрытие в поперечном сечении откоса выполнено в виде непрерывного ряда ступенчатых уступов 3 в грунтовом массиве 1, поверхность которых покрыта жесткой теплоизоляцией 4, а полости заполнены грунтовой засыпкой 5, при этом ступенчатые уступы 3 имеет форму треугольника с тупым углом, направленным в сторону грунтового массива, одна из сторон (нижняя) 6 имеет уклон к горизонтали, а другая (верхняя) 7 - к вертикали не менее 2% с направлением уклонов в сторону откоса. Жесткая теплоизоляция 4 уложена на нижнюю сторону непрерывно, а на верхнюю сторону прерывисто с зазором до 3 см. Ширина нижней стороны грунтовой засыпки выполнена с обеспечением проезда по ней строительного механизма, формирующего ступенчатые уступы, а внешняя сторона треугольника (т.е. со стороны воздушного пространства) совмещена с поверхностью откоса, при этом растительный покров состоит из надземной травяной теплоизоляционной части 8, корневой системы 9, расположенной в полости ступенчатых уступов и дополнительного слоя грунта 10 толщиной до 30 см, расположенного на поверхности откоса 2.

Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте может быть лучше представлена, если рассмотреть сначала аналог и прототип.

На фиг. 2 представлен аналог. Теплоизоляционное покрытие, полностью закрывающее поверхность откоса выполнено из травяной теплоизоляционной части 8 и корневой системы 9. Надземная часть растительного покрова является теплоизоляционной, а корневая - укрепляющей частью покрытия.

Недостатком данной конструкции является малое термическое сопротивление теплоизоляционного покрытия в виде одной травяной теплоизоляционной части 8, что делает эту конструкцию малоэффективной для применения в районах вечной мерзлоты.

Для устранения этого недостатка применяют конструкцию откосной части земляного сооружения, представленную на фиг. 3 (прототип).

Теплоизоляционное покрытие, полностью закрывающее поверхность откоса, содержит два слоя. На грунт откоса 2 земляного полотна уложен жесткий слой-теплоизолятор 11, на который сверху отсыпан слой грунта 12 для защиты слоя-теплоизолятора.

Недостатком такой конструкции является то, что верхний защитный слой 12 грунта нестабилен на откосе, т.к. нарушается под действием водяной и ветровой эрозии. Корневая система 9 не имеет достаточной глубины для закрепления, т.к. не может проникнуть через слой-теплоизолятор 11. Вследствие разрушения верхнего защитного слоя, нижний слой-теплоизолятор тоже нарушается в дальнейшем от климатических условий. Такая конструкция откосной части является недостаточно надежной для задач теплоизоляции откосной части земляного полотна.

Этот недостаток устраняется при применении предлагаемой конструкции откосной части земляного сооружения на вечной мерзлоте. Откосная часть предполагаемой схемы работает следующим образом.

Ступенчатое расположение теплоизоляции 4 обеспечивает устойчивость ее от сдвига, а грунт для корневой системы имеет достаточную толщину и возможность подпитки влаги не только со стороны внешней поверхности, но и со стороны верхней стороны уступа (т.е. внутренней стороны треугольника), где жесткая теплоизоляция 4 укладывается с разрядкой.

Сооружают откосную часть следующим образом. Сооружение ступенчатых ярусов производится последовательно. Строительный механизм вырабатывает полость ступенчатого уступа, перемещаясь по нижней стороне 6 и укладывая грунт в смежный ярус. Далее вручную укладывают теплоизоляцию 4. После чего механизм перемещается по смежному ярусу, в который был уложен грунт. Этот грунт он перемещает в предыдущий ярус, а затем разрабатывает грунт самого яруса, перемещая его опять в очередной смежный ярус. После этого отсыпается слой 10 для всего откоса. Необходимые добавки для благоприятного роста травы добавляют в процессе отсыпки.

Предлагаемое изобретение решает следующее техническое противоречие.

Сплошной слой жесткой теплоизоляции в виде плит пенополистирола требует обязательно устройства защитного грунтового слоя. Грунтовый слой, в свою очередь, имеет важную полезную особенность - возможность создания травяного покрова, который увеличивает термическое сопротивление, что позволяет снизить мощность пенополистирола, то есть создается возможность формирования более экономичного теплоизоляционного покрытия. Однако защитный слой требует не более 20-30 см, при которой корневая система травяного покрова не может нормально существовать: при любом периоде засушливой погоды корневая система погибнет. Подпитка влаги со стороны массива исключена, так как препятствует теплоизоляция из пенополистирола. Разрядка в укладке плит небольшая - не даст эффекта при такой малой толщине защитного слоя, а большая разрядка существенно сказывается на термическом сопротивлении. Увеличение защитного слоя снижает экономичность и уменьшает устойчивость такого защитного слоя на наклонной поверхности.

Таким образом, техническое противоречие заключается в том, что, с одной стороны, плиты из пенополистирола необходимы (без них не набрать нужный мощности теплоизоляции), а с другой стороны, они не нужны, поскольку губят растительный покров (который обеспечивает дополнительную теплоизоляцию).

Решение технического противоречия достигается созданием ступенчатости, при которой, с одной стороны, увеличивается толщина защитного слоя (и, следовательно, инерционность влажностных процессов), а с другой, небольшие разрывы в укладке, в верхних сторонах ступенек оказываются достаточными для подпитки защитного слоя влагой.

В данном техническом решении имеются следующие существенные признаки:

Первый существенный признак:

Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте содержит грунтовый массив с откосом, выполненным в виде наклонной к горизонтали поверхности, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса.

Второй существенный признак:

Теплоизоляционное покрытие содержит растительный покров.

Третий существенный признак:

Откосная часть в своем поперечном сечении содержит непрерывный ряд ступенчатых уступов в грунтовом массиве, поверхность которых покрыта жесткой теплоизоляцией, а полости заполнены грунтовой засыпкой, причем ступенчатые уступы имеет форму треугольника с тупым углом, направленным в сторону грунтового массива, при этом нижняя сторона треугольника имеет уклон к горизонтали, а внутренняя, расположенная со стороны грунтового массива - к вертикали не менее 2% с направлением уклонов в сторону откоса, и внешняя сторона треугольника, расположенная со стороны воздушного пространства, совмещена с поверхностью откоса, при этом жесткая теплоизоляция выполнена в виде плит пенополистирола, уложенных на нижнюю сторону треугольника непрерывно, а на внутреннюю сторону с зазорами до 3 см, при этом растительный покров состоит из дополнительного слоя грунта толщиной до 30 см, расположенного на поверхности откоса, надземной травяной теплоизоляционной части и корневой системы, расположенной в полости ступенчатых уступов и в дополнительном слое.

Эти три признака являются взаимосвязанными, необходимыми и достаточными для достижения заявленного результата. Все эти признаки отражены в формуле полезной модели.

Кроме того, имеется дополнительный пункт, поясняющий третий существенный признак:

Ширина нижней стороны треугольника выполнена с обеспечением проезда по ней строительного механизма, формирующего ступенчатые уступы.

Эффективность предполагаемого изобретения заключается в повышении надежности теплоизоляционной защиты откосной части земляного сооружения на вечной мерзлоте от температурных воздействий.

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений в криолитозоне, а именно к системе охлаждения грунтов. Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте содержит грунтовый массив с откосом, выполненным в виде наклонной к горизонтали поверхности, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса. Теплоизоляционное покрытие содержит растительный покров, а откосная часть в своем поперечном сечении содержит непрерывный ряд ступенчатых уступов в грунтовом массиве, поверхность которых покрыта жесткой теплоизоляцией, а полости заполнены грунтовой засыпкой. Ступенчатые уступы имеют форму треугольника с тупым углом, направленным в сторону грунтового массива, при этом нижняя сторона треугольника имеет уклон к горизонтали, а внутренняя, расположенная со стороны грунтового массива - к вертикали не менее 2% с направлением уклонов в сторону откоса, и внешняя сторона треугольника, расположенная со стороны воздушного пространства, совмещена с поверхностью откоса. Жесткая теплоизоляция выполнена в виде плит пенополистирола, уложенных на нижнюю сторону треугольника непрерывно, а на внутреннюю сторону с зазорами до 3 см. Растительный покров состоит из дополнительного слоя грунта толщиной до 30 см, расположенного на поверхности откоса, надземной травяной теплоизоляционной части и корневой системы, расположенной в полости ступенчатых уступов и в дополнительном слое грунта, благоприятного для прорастания травяной теплоизоляционной части. Технический результат состоит в повышении надежности теплоизоляционной защиты откосной части земляного сооружения на вечной мерзлоте от температурных воздействий. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте, содержащая грунтовый массив с откосом, выполненным в виде наклонной к горизонтали поверхности, и теплоизоляционное покрытие, расположенное в пределах всей площади откоса, отличающаяся тем, что теплоизоляционное покрытие содержит растительный покров, а откосная часть в своем поперечном сечении содержит непрерывный ряд ступенчатых уступов в грунтовом массиве, поверхность которых покрыта жесткой теплоизоляцией, а полости заполнены грунтовой засыпкой, причем ступенчатые уступы имеют форму треугольника с тупым углом, направленным в сторону грунтового массива, при этом нижняя сторона треугольника имеет уклон к горизонтали, а внутренняя, расположенная со стороны грунтового массива - к вертикали не менее 2% с направлением уклонов в сторону откоса, и внешняя сторона треугольника, расположенная со стороны воздушного пространства, совмещена с поверхностью откоса, при этом жесткая теплоизоляция выполнена в виде плит пенополистирола, уложенных на нижнюю сторону треугольника непрерывно, а на внутреннюю сторону с зазорами до 3 см, при этом растительный покров состоит из дополнительного слоя грунта толщиной до 30 см, расположенного на поверхности откоса, надземной травяной теплоизоляционной части и корневой системы, расположенной в полости ступенчатых уступов и в дополнительном слое грунта, благоприятного для прорастания травяной теплоизоляционной части.

2. Откосная часть земляного сооружения на вечной мерзлоте по п. 1, отличающаяся тем, что ширина нижней стороны треугольника выполнена с обеспечением проезда по ней строительного механизма, формирующего ступенчатые уступы.