ОТКОСНАЯ ЧАСТЬ ДОРОЖНОЙ НАСЫПИ НА ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЕ Российский патент 2024 года по МПК E02D17/18 

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений в криолитозоне, а именно к сооружению насыпей для железных дорог.

Известна откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте, содержащая боковой грунтовый массив насыпи, расположенный на естественной поверхности грунта (Г.М. Шахунянц. Земляное полотно железных дорог. Гос. трансп. ж.д. издательство. М. 1953. Фиг. 4, Стр. 11). Боковой грунтовый массив насыпи может содержать уширяемую часть насыпи, основание которого также располагается на естественной поверхности грунта. Достоинством насыпи является простота ее сооружения.

Недостатком такой конструкции является большая площадь подошвы насыпи, что создает трудности в ее сооружении в стесненных природных условиях.

Недостатком конструкции также является то, что уширяемая часть насыпи в зоне вечной мерзлоты увеличивает размеры протаивания грунта, поэтому деформации грунта (просадки) уширяемой части могут быть значительными.

Известна откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте, содержащая боковой грунтовый массив насыпи, расположенный на естественной поверхности грунта, и подпорную стенку, состоящую из тела стенки и фундамента, при этом боковой грунтовый массив насыпи с его внутренней стороны примыкает к основной части дорожной насыпи, а с внешней стороны в своей верхней части ограничен наклонной поверхностью с ее понижением во внешнюю сторону, а в своей нижней части ограничен телом подпорной стенки, (Г.М. Шахунянц. Земляное полотно железных дорог. Гос. трансп. ж.д. издательство. М. 1953. Фиг. 16, Стр. 17). Такая конструкция откосной части дорожной насыпи позволяет преодолеть недостатки предыдущей конструкции - сократить площадь под дорожную насыпь и дает возможность использовать ее в стесненных условиях.

Недостатком такой конструкции является сложность возведения подпорной стенки в местах расположения водопропускных труб. Недостатком конструкции является то, что при необходимости уменьшить деформации просадки только в зоне водопропускной трубы, где они особенно опасны, и затраты огромны, такая конструкция не обеспечит устойчивости.

Целью предполагаемого изобретения является обеспечение отсутствия необходимости удлинения трубы при уширении земляного полотна в зоне вечной мерзлоты.

Для достижения поставленной цели откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте содержит боковой грунтовый массив насыпи, расположенный на естественной поверхности грунта, и подпорную стенку, состоящую из тела стенки и фундамента. Боковой грунтовый массив насыпи с его внутренней стороны примыкает к основной части дорожной насыпи, а с внешней стороны в своей верхней части ограничен наклонной поверхностью с ее понижением во внешнюю сторону, а в своей нижней части ограничен телом подпорной стенки. Подпорная стенка содержит донный жесткий элемент и две боковые стенки, выполнена автономным по длине дорожной насыпи элементом и расположена на пересечении с водопропускной трубой. Донный жесткий элемент расположен в зоне водотока на контакте с оголовком водопропускной трубы, выполнен в виде прямоугольной призмы и жестко соединен с телом подпорной стенки. Боковые стенки расположены по бокам водотока перпендикулярно телу подпорной стенки и жестко соединены с телом подпорной стенки и донным жестким элементом, причем верхняя поверхность донного жесткого элемента совмещена с уровнем дна водотока, при этом длина автономного элемента «L» определяется по формуле

где:

В - ширина водотока на контакте с водопропускной трубой, м;

δ - толщина боковых стенок (определяется по расчету на прочность всей подпорной стенки);

d - зона формирования переходного массива 11. Эта величина равна примерно высоте h тела подпорной стенки и определяется в зависимости от уклона откоса насыпи.

Длина донного жесткого элемента равна длине «L» автономного элемента, а ширина определяется условием недопущения размыва дна русла водотока на контакте с водопропускной трубой. Тело подпорной стенки содержит отверстие для водопропускной трубы, а донный жесткий элемент содержит отверстие для фундамента трубы, причем водопропускная труба выступает за внешнюю поверхность подпорной стенки на величину «С», где 0,5 м≤С≤1,0 м. Фундамент подпорной стенки выполнен из донного жесткого элемента и двух боковых стенок. В качестве варианта тело подпорной стенки, боковые стенки и донный жесткий элемент выполнены из габионов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 - представлена конструкция откосной части дорожной насыпи

(разрез А-А на фиг. 2);

на фиг. 2 - представлен разрез Б-Б на фиг. 1 откосной части дорожной насыпи;

на фиг. 3 - представлена конструкция откосной части дорожной насыпи (аналога);

на фиг. 4 - представлена конструкция откосной части дорожной насыпи (прототипа).

Откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте содержит боковой грунтовый массив насыпи 1, расположенный на естественной поверхности грунта 2, и подпорную стенку, состоящую из тела стенки 3 и фундамента. Фундамент подпорной стенки состоит из донного жесткого элемента 4 и боковых стенок 5. Боковой грунтовый массив насыпи 1 с его внутренней стороны 6 примыкает к основной части 7 дорожной насыпи с ее основной площадкой 8, а с внешней стороны в своей верхней части ограничен наклонной поверхностью 9 с ее понижением во внешнюю сторону, а в своей нижней части ограничен телом подпорной стенки 3. Боковой грунтовый массив насыпи содержит уширяемую часть насыпи 10. Откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте выполнена автономным по длине дорожной насыпи элементом длиной «L», сопрягается с соседними участками откосов насыпи с помощью двух переходных массивов 11, расположена на пересечении с водопропускной трубой 12 и фундаментом 13. При этом тело подпорной стенки 3 содержит отверстие 14 для пропуска водопропускной трубы, а донный жесткий элемент 4 содержит отверстие 15 для фундамента трубы. Донный жесткий элемент 4 расположен в зоне водотока на контакте с оголовком водопропускной трубы 12, выполнен в виде прямоугольной призмы и жестко соединен с телом подпорной стенки 3 и боковыми стенками 5. Боковые стенки 5 расположены по бокам водотока перпендикулярно телу подпорной стенки 3 и жестко соединены с телом подпорной стенки 3. Верхняя поверхность донного жесткого элемента совмещена с уровнем дна водотока. Длина донного жесткого элемента 4 равна длине «L» автономного элемента, а ширина определяется условием недопущения размыва дна русла водотока на контакте с водопропускной трубой. Длина «L» определяется по формуле:

где

В - ширина водотока на контакте с водопропускной трубой, м;

δ - толщина боковых стенок (определяется по расчету на прочность всей подпорной стенки);

d - зона формирования переходного массива 11. Эта величина равна примерно высоте h тела подпорной стенки и определяется в зависимости от уклона откоса насыпи.

Водопропускная труба выступает за внешнюю поверхность подпорной стенки на величину «С», где 0,5 м≤С≤1,0 м (по конструктивным соображениям).

Предлагаемая конструкция эффективно может быть выполнена из монолитного железобетона или из габионов, в которых предусмотрена возможность их соединения в единую жесткую конструкцию.

Конструкция предлагаемой откосной части дорожной насыпи на вечной мерзлоте может быть лучше представлена, если рассмотреть сначала конструкцию аналога и прототипа.

На фиг. 3 представлен аналог. При строительстве откосные части насыпи сооружаются с заданными уклонами 1: i. Насыпь в разрезе представляет собой равностороннюю трапецию, нижнее основание которой располагается на естественной поверхности грунта. Боковой грунтовый массив насыпи 1 содержит уширяемую часть насыпи 10 (например, при сооружении вторых путей). Достоинством такой конструкции является простота сооружения.

Недостатком такой конструкции является большая площадь подошвы насыпи. Применение такой конструкции не всегда возможно, например, в стесненных природных условиях. Кроме того, возникают сложности при строительстве на вечной мерзлоте. Позицией 16 показано характерное положение верхней границы вечной мерзлоты на момент окончания теплого периода года. В зоне подошвы откоса насыпи имеет место увеличение протаивания. Обычно здесь расположен круглогодичный талик. После отсыпки уширяемой части насыпи 10 положение верхней границы вечной мерзлоты будет характеризоваться уже кривой 17. При этом талая часть увеличится и сместится во внешнюю сторону. Положение будет усложняться тем, что протаивание будет происходить в течение ряда лет, поэтому условия для возведения фундамента водопропускной трубы в этой зоне будут усложняться, и что самое главное - условия деформации будут существенно отличаться в основной части насыпи и в ее уширяемой части.

Этот недостаток устранен в прототипе, представленном на фиг. 4, но только для насыпи. При строительстве насыпи откосная часть содержит боковой грунтовый массив насыпи 1, расположенный на естественной поверхности грунта 2 и подпорную стенку, состоящую из тела стенки 18 и фундамента 19. При этом боковой грунтовый массив насыпи с его внутренней стороны 6 примыкает к основной части дорожной насыпи 7, а с внешней стороны в своей верхней части ограничен наклонной поверхностью 9 с ее понижением во внешнюю сторону, а в своей нижней части ограничен телом подпорной стенки 16.

Недостатком такой конструкции откосной части дорожной насыпи является сложность сооружения подпорной стенки в зоне пересечения с водопропускной трубой, если за пределами водопропускной трубы подпорная стенка не применяется.

Этот недостаток устраняется при применении предлагаемой конструкции насыпи.

Откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте работает следующим образом. Водный поток, проходя сквозь водопропускную трубу 12, попадает в пространство между донным жестким элементом 4 и боковыми стенками 5 и свободно проходит дальше, не размывая участок уширения насыпи 10. В случае входного оголовка процесс протекает противоположный указанному. Поперечное сечение донного жесткого элемента 4 может быть выполнено с учетом формирования углубления дна русла потока. Длина боковых стенок 5 также может быть скорректирована с учетом формирования потока. Элементы 4 и 5 использованы по двойному назначению: они являются фундаментом подпорной стенки и вместе с телом стенки 3 образуют прочную и устойчивую пространственную конструкцию.

Предполагаемое изобретение решает следующее техническое противоречие. Для удержания грунта для уширения насыпи в пределах только водопропускной трубы необходима монолитная стенка, которая для обеспечения устойчивости требует больших затрат на фундамент. Кроме того, для пропуска водотока из трубы, внутри проема, организованного смежными частями уширенной насыпи, необходимы дополнительные мероприятия для недопущения размыва русла и боковых частей указанных смежных частей уширенной насыпи. Другими словами, с одной стороны ликвидация удлинения водопропускной трубы на величину уширения насыпи снижает расходы, а с другой, требует больших дополнительных затрат.

Техническое противоречие решено путем обеспечения от размыла за счет выполнения жестких элементов донных и боковых защит (донный жесткий элемент 4 и боковые стенки 5) и обеспечения устойчивости стенки за счет жесткого объединения в пространственную конструкцию тела стенки 3 с указанными элементами 4 и 5.

В данном техническом решении имеются следующие существенные признаки.

Первый существенный признак:

- подпорная стенка выполнена автономным по длине дорожной насыпи элементом и расположена на пересечении с водопропускной трубой;

Второй существенный признак:

- откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте содержит донный жесткий элемент, причем донный жесткий элемент расположен в зоне водотока на контакте с оголовком выпускной трубы и выполнен в виде прямоугольной призмы и жестко соединен с телом подпорной стенки;

Третий существенный признак:

- откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте содержит две боковые стенки, расположенные по бокам водотока перпендикулярно телу подпорной стенки и жестко соединены с телом подпорной стенки и данным жестким элементом, причем верхняя поверхность данного жесткого элемента совмещена с уровнем дна водотока;

Четвертый существенный признак:

- тело подпорной стенки содержит отверстие для водопропускной трубы, а донный жесткий элемент содержит отверстие для фундамента трубы;

Пятый существенный признак:

- длина автономного элемента «L» определяется по формуле

где

В - ширина водотока на контакте с водопропускной трубой, м;

δ - толщина боковых стенок (определяется по расчету на прочность всей подпорной стенки);

d - зона формирования переходного массива 11. при этом длина данного жесткого элемента равна длине «L» автономного элемента, а ширина определяется условным недопущением разрыва дна русла водотока на контакте с водопропускной трубой, причем водопропускная труба выступает за внешнюю поверхность подпорной стенки на величину «С», где 0,5 м≤С≤1,0 м, при этом фундамент подпорной стенки выполнен из донного жесткого элемента и двух боковых стенок.

Все пять признаков являются взаимосвязанными, необходимыми и достаточными для достижения заявленного результата. Все эти признаки отражены в формуле изобретения.

Кроме того имеется шестой признак, который отражен в п. 2 Формулы:

- тело подпорной стенки, боковые стенки и донный жесткий элемент выполнены из габионов.

Эффективность предлагаемого изобретения заключается в создании конструкции подпорной стенки на откосной части дорожной насыпи на вечной мерзлоте в зоне водопропускной трубы, гарантирующей надежность при последующей эксплуатации дороги.

Изобретение относится к области строительства инженерных сооружений в криолитозоне, а именно к сооружению насыпей для железных дорог. Откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте содержит боковой грунтовый массив насыпи, расположенный на естественной поверхности грунта, и подпорную стенку, состоящую из тела стенки и фундамента, при этом боковой грунтовый массив насыпи с его внутренней стороны примыкает к основной части дорожной насыпи, а с внешней стороны в своей верхней части ограничен наклонной поверхностью с ее понижением во внешнюю сторону, а в своей нижней части ограничен телом подпорной стенки, при этом она содержит донный жесткий элемент и две боковые стенки в качестве фундамента подпорной стенки, выполнена автономным по длине дорожной насыпи элементом и расположена на пересечении с водопропускной трубой. Донный жесткий элемент расположен в зоне водотока на контакте с оголовком водопропускной трубы и выполнен в виде прямоугольной призмы и жестко соединен с телом подпорной стенки, а боковые стенки расположены по бокам водотока перпендикулярно телу подпорной стенки и жестко соединены с телом подпорной стенки и донным жестким элементом. Верхняя поверхность донного жесткого элемента совмещена с уровнем дна водотока. Длина автономного элемента L определяется по формуле

где В - ширина водотока на контакте с водопропускной трубой, м; δ - толщина боковых стенок (определяется по расчету на прочность всей подпорной стенки); d - зона формирования переходного массива; d ≈ h, где h - высота тела подпорной стенки, м. Длина донного жесткого элемента равна длине L автономного элемента, а ширина определяется условием недопущения размыва дна русла водотока на контакте с водопропускной трубой. Тело подпорной стенки содержит отверстие для водопропускной трубы, а донный жесткий элемент содержит отверстие для фундамента трубы, причем водопропускная труба выступает за внешнюю поверхность подпорной стенки на величину С, где 0,5 м≤С≤1,0 м. Технический результат состоит в обеспечении сооружения уширяемой откосной части дорожной насыпи на вечной мерзлоте без удлинения водопропускной трубы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Откосная часть дорожной насыпи на вечной мерзлоте, содержащая боковой грунтовый массив насыпи, расположенный на естественной поверхности грунта, и подпорную стенку, состоящую из тела стенки и фундамента, при этом боковой грунтовый массив насыпи с его внутренней стороны примыкает к основной части дорожной насыпи, а с внешней стороны в своей верхней части ограничен наклонной поверхностью с ее понижением во внешнюю сторону, а в своей нижней части ограничен телом подпорной стенки, отличающаяся тем, что она содержит донный жесткий элемент и две боковые стенки в качестве фундамента подпорной стенки, выполнена автономным по длине дорожной насыпи элементом и расположена на пересечении с водопропускной трубой, причем донный жесткий элемент расположен в зоне водотока на контакте с оголовком водопропускной трубы и выполнен в виде прямоугольной призмы и жестко соединен с телом подпорной стенки, а боковые стенки расположены по бокам водотока перпендикулярно телу подпорной стенки и жестко соединены с телом подпорной стенки и донным жестким элементом, причем верхняя поверхность донного жесткого элемента совмещена с уровнем дна водотока, при этом длина автономного элемента L определяется по формуле

где В - ширина водотока на контакте с водопропускной трубой, м;

δ - толщина боковых стенок (определяется по расчету на прочность всей подпорной стенки);

d - зона формирования переходного массива;

d ≈ h, где h - высота тела подпорной стенки, м, при этом длина донного жесткого элемента равна длине L автономного элемента, а ширина определяется условием недопущения размыва дна русла водотока на контакте с водопропускной трубой, при этом тело подпорной стенки содержит отверстие для водопропускной трубы, а донный жесткий элемент содержит отверстие для фундамента трубы, причем водопропускная труба выступает за внешнюю поверхность подпорной стенки на величину С, где 0,5 м≤С≤1,0 м.

2. Откосная часть дорожный насыпи на вечной мерзлоте по п. 1, отличающаяся тем, что тело подпорной стенки, боковые стенки и донный жесткий элемент выполнены из габионов.