Земляное сооружение Советский патент 1992 года по МПК E02D17/18 

14 является зоной передачи временной нагрузки от подвижного состава на перелетки 12 мёрзлого грунта и сформировавшееся с течением времени мерзлое основание 15.

Сооружение (фиг.1) работает следующим образом.

Зимой происходит интенсивное охлаждение и промерзание грунтов насыпи 1, бермы 2 и ее откоса 4. В вертикальных каналах деятельного слоя 3 между скальными обломками и вертикальными пластинами 5 происходит интенсивное замещение теплого воздуха холодным. Благодаря зтому к концу зимнего времени года песчано-гравийные грунты бермы 2 и насыпи 1, расположенные под деятельным слоем 3, имеют температуру, близкую к температуре поверхностного слоя грунтов насыпи, которую он имел в самый холодный зимний месяц (около - 25-30° С).

Весной произойдет сезонное таяние грунтов насыпи 1, бермы 2 и деятельного слоя 3. Морозоустойчивый материл последнего, представленный сортированным крупнообломочным грунтом с вертикальными пластинами 5, обладает весьма малой кондуктивной проводимостью тепла, вследствие наличия точечных контактов между обломками и пластинами. В связи с этим процессы теплообмена в толще деятельного слоя 3 в основном определяются конвекции воздуха, которая в теплое времягода крайне мала. Последнее обусловлено тем, что откос 4 бермы 2 выполнен из мелкодисперсного грунта с малой пористостью. Он служит преградой, исключающей вытекание холодного воздуха из пор деятельного слоя 3.

Неподвижное положение холодйого воздуха над сезоннопротаивающими грунтами деятельного слоя 3 обеспечивает их эффективную тепловую защиту. Тепловая защита работает в режиме саморегулирования, так как холодный воздух в порах деятельного слоя 3 постоянно охлаждается затратами тепла на охлаждение и таяние грунтов деятельного слоя, охлаждения грунтоб насыпи 1 и бермы 2. Благодаря этому глубина сезонного протаивания последних весьма мала, а в теле насыпи 1 сохраняется перелеток 12 мерзлого грунта.

Дренаж 6 служит для отвода весьма ограниченного количества поверхностных вод, поступающего летом в толщу деятельного слоя 3. Он выполнен из крупнозернистого песка, который обеспечивает фильтрацию воды и исключает вытекание холодного воздуха их деятельного слоя 3. Дренаж 6 перекрыт нетканым материалом 7, который исключает кальматицию пор крупнозернистого песка и обеспечивает его

эффективную работу по пропуску поверхностных вод. Такую же функцию этот материал выполняет на откосе деятельного слоя. Для ограничения кольматации пор последнего и проникновения поверхностных вод сверху он перекрыт слоем щебня 8, уголковым железобетонным водоотводом 9 и нетканым материалом 10. Такое конструкционное решение водоотвода позволяет

0 осуществить досыпку насыпи 11 до проектных отметок с сохранением вертикальных воздушных каналов в деятельном слое 3. В теле насыпи 1 и бермы 2 сохраняются перелетки 12 мерзлого грунта, которые в теплое

5 время года обеспечат перераспределение нагрузки из области 14 на знaчиteльнo большую площадь слабо протаявшего основания и тем самым существенно снизят деформации насыпи 1.

0 Для повышения охлаждения деятельного слоя летом за счет затрат тепла на его сезонное протаивание, в конце зимы может осуществляться послойное замораживание воды в порах этого слоя ее периодической

5 заливкой с прибровочной зоны бермы 2. Благодаря этому через 3-4 г перелетки 12 мерзлого грунта увеличатся в размерах и обьединятся в одну сплошную монолитную плиту из мерзлого грунта 15, перекрывающую основание 13, которая устранит деформации насыпи 1 и обеспечит оптимальные условия для ее эксплуатации.

Земляное сооружение (фиг.2) содержит длительно эксплуатируемую насыпь 1 высотой 4,0 м, берму 2 из песчано-гравийиого грунта шириной 4,0 м и высотой 4,0 м, горизонтальный деятельный слой 3 которой выполнен из бетонных блоков высотой 40 см, шириной 60 см и длиной 60 см с вертикальными отверстиями 16 диаметром 15 см и взаимно пересекающимися полуцилиндрическими отверстиями 17 такого же диаметра. Блоки деятельного слоя 3 уложены на слое щебня 18 толщиной 15 см, который

5 сопрягается с дренажным выпуском 19 из крупнозернистого песка, перекрытым нетканым материалом 20.

OtKOC 4 бермы 2 выполнен из мелкодисперснорго грунта. В приподошвенной зоне

0 откоса размещена прослойка из шлака 21.

Два яруса деятельного слоя 3 из бетонных блоков перекрыты железобетонными уголковыми водоотводными сооружениями 9 и нетканым материалом 10.

5 Над верхним ярусом деятельного слоя 3 находится досыпка насыпи 11 до проектных отметок. Под деятельным слоем 3 формируется перелеток 12 мерзлого грунта, который перекрывает слабые грунты протаявшего основания 22.

Сооружение (фиг.2) работает следующим образом.

Зимой при сезонном промерзании грунтов насыпи 1, бермы 2 и деятельного слоя 3 в цилиндрических полостях 17 бетонных блоков происходит интенсивный конвективный теплообмен. Теплый воздух замещается холодным. Вследствие этого к концу зимнего времени года грунты бермы 2, расположенные под деятельны м слоем 3, окажутся переохлажденными.

Весной затратами тепла на нагревание и сезонное таяние грунтов деятельного воздух в полых цилиндрах 16 и 17 будет переохлажден. Однако его стекания вниз, (с подошве откоса бермы 2, не произойдет. Этому препятствует откос бермы 4, отсыпанный из мелкодисперсных грунтов eiMiaлой пористостью. Охлаждение деятельного слоя 3 холодным воздухом, неподвиж;иО€тоящим в его вертикальных порах, снижает интенсивность охлаждения и протаивания грунтов бермы 2 и насыпи 1. Этому также способствует 2-ярусное, ступенчатое размещение сборных блоков в пределах деятельного слоя 3 бермы 2, охлаждающее действие которых распространяется на большие обьемы сезонно-мерзлых грунтов бермы и насыпи, и теплозащитные свойства теплоизоляционной прослойки 21, снижающей интенсивность летнего прогревания грунтов бермы 2 в приподошвенной зоне ее откоса.

Отвод поверхностных вод из деятельного слоя 3 осуществляется прослойками из щебня 18 и дренажами 19, выполненными из крупнозернистого песка и прикрытыми сверху нетканым материалом 20, исключающим кольматацию пор в дренаже 19.

Ограничению поступления тепла с летними осадками к границе сезонного протаивания способствуют водоотводные сооружения 9, частично перекрывающие верхний ряд бетонных блоков на 1 и 2-м ярусах деятельного слоя 3. Уголковые водоотводные сооружения прикрыты нетканым материалом 10, ограничивающим проникновение мелкодисперсных частиц грунтов досыпки 11 в деятельный слой 3 бермы 2.

Благодаря зимнему и летнему охлаждению деятельного слоя 3 и ограниченному летнему прогреванию/рунтов насыпи 1 и бермы 2 при их сезонном протаивании в теле земляного сооружения сохранится перелеток 12. Прочный перелеток мерзлых грунтов перекроет слабые грунты основания 22. Это приведет к перераспределению нагрузок на грунты основания, что позволит существенно снизить деформации предложенного земляного сооружения.

Такое исполнение сооружения может быть использовано на деформирующихся участках железных дорог, значительно отдаленных от каменных карьеров. Его реализация технологична, так как предусматривает устройство охлаждающих покрытий из бетонных блоков индустриального изготовления.,1

Земляное сооружение (фиг.З) содержит длительно эксплуатируемую насыпь 1 высотой 4,0 м, берму 2 из песчано-гравийного грунта шириной 4,0 м и высотой 4,0 м, горизонтальный деятельный слой 3 высотой до 2,0м.

Материал деятельного слоя представлен грунтобетоном с вертикальными полыми цилиндрами 23, выполненными на всю высоту деятельного слоя 3, и с бетонным слоем 24 на поверхности последнего, который выполняет функции водоотвода.

После устройства горизонтальной прослойки из щебня 25 толщиной 15 см грунтобетон и полые цилиндры 23 реализуются установкой на щебне металлических труб диаметром 200 мм в шахматном порядке на расстоянии 20 см друг от друга, послойной отсыпкой с тщательным уплотнением песчано-гравийного грунта 26 с проливкой цементного раствора 27 вокруг труб 23 и последующего удаления этих труб. Дополнительно, в процессе работ в средней части деятельного слоя 3 устраивается прослойка из шлака и шлакобетона 28 тол1циной 20 см.

Дренажный выпуск 29 сопрягается с прослойкой из щебня 25, выполнен из мелкого щебня и прикрыт сверху нетканым материалом 30.

В приподошвенной зоне откоса бермы

2размещена теплоизоляционная прослойка 31 из шлака, в пределах которой из шлакобетона, по аналогии с деятельным слоем

3выполнены полые цилиндры 32.

В теле бермы 2 и насыпи 1 формируется перелеток 33 мерзлых грунтов, который перекрывает слабые протаявшие грунты ее основания 34 и 35 - досыпка насыпи до проектных отметок.

Сооружение (фиг.З) работает следующим образом.

В начале зимы происходит интенсивное охлаждение и промерзание грунтов насыпи 1, бермы 2, ее откоса 4 и деятельного слоя 3. Этому способствует интенсивное замещение в цилиндрических полостях 23 деятельного слоя 3 теплового воздуха холодным. При этом снежный покров окажет незначительное отепляющее действие, так как деятельный слой 3 находится в прибровочной зоне бермы (насыпи), с которой

снег, как правило, выдувается зимними ветрами.

К концу зимы глубина промерзания основания деятельного слоя 3 достигнет 3,5-4,0 м, с температурой наиболее переохлажденных, расположенных непосредственно под ним грунтов до (-25)-(-30f С.

Весной произойдет сезонное таяние грунтов насыпи 1, бермы 2 и деятельного слоя 3.

Потоки теплового воздуха, проникая внутрь полых цилиндров 23 деятельного слоя 3, встретят на своем пути более тяжелый, переохлажденный затратами тепла на нагревание и таяние грунтов деятельного слоя и на нагревание переохлажденных зимой грунтов его основания воздух. Так как замещение холодного и тяжелого воздуха теплым и более легким невозможно, в течение всего теплого времени года эти потоки не проникнут внутрь полых цилиндров 23 на глубину, большую 2-3 диаметров последних.

Передача тепла грунтобетоном деятельного слоя 3 в грунты земляного полотна за счет кондуктивной проводимости ограничена малой площадью горизонтальных сечений грунтобетона деятельного слоя 3, существенно уменьшающих потоки тепла, проникающего в его пределы. Наличие в средней части деятельного слоя 3 прослойки 28 из шлакобетона практически полностью исключает проникновение этих потоков к нижележащим грунтам бермы 2,

Водоотвод 24 из монолитного бетона в виде локальных углублений вокруг верхних торцОв цилиндров 23 ограничивает поступление теплых поверхностных вод в пределы деятельного слоя 3. При достаточно быстром сезонном протаивании грунтов откоса 4 бермы 2 дренаж 29 обеспечивает быстрый выпуск ограниченного количества ливневых вод наиболее теплого времени года, попавших в пределы деятельного слоя 3, что существенно ограничивает его прогревание этими водами. Условиям быстрого пропуска поверхностных вод отвечает выполнение дренажа 29 из мелкого щебня и его изоляция нетканым материалом 30.

Ограничению летнего прогревания грунтов бермы 2 способствует также тепловая изоляция приподошвенной зоны ее откоса слоем шлака 31, с выполненными в его пределах охлаждающими цилиндрическими полостями 32 (по аналогии с деятельным слоем 3).

Благодаря эффективному охлаждению деятельного слоя 3. зимой и в теплое время года, а также благодаря ограничению летнего прогревания грунтов бермы 2 в основании деятельного слоя 3 к началу нового зимнего сезона сохранится перелеток 33 мерзлых грунтов. Из-за исключения затрат тепла на промерзание перелетка, новое сезонное

промерзание грунтов бермы увеличится до 5,0-5,5 м. Сохранению перелетка увеличенных размеров в последующий теплый сезон способствует досыпка 35 насыпи 1 до проектных отметок, реализованная в конце весны (до завершения сезонного протаивания грунтов земляного сооружения).

В процессе дальнейшей эксплуатации насыпи 1 прочный и жесткий перелеток 33 перекроет слабые протаявшие грунты ее основания 34, обеспечит перераспределение, в сторойу уменьшения, давлений на эти грунты. В силу последнего обстоятельства деформации земляного сооружения прекратятся.

0 Предлагаемое сооружение предпочтительно используют путейскими строительными организациями при текущем содержании и ремонте земляного полотна железных дорог. Его главным достоинством

5 является предельно малая материалоемкость выполняемых работ по усилению насыпей.

При большой ширине основной площадки земляного полотна в деятельном слое

0 берм может быть размещен уплотненный шлак, армированный торф, опилки и другие нетеплопроводные матералы а поверхностный водоотвод решен в виде кюветов.

Повышение надежности земляного сооружения при зимнем и летнем охлаждении деятельного слоя берм может оцениваться отношением площадей горизонтальных проекций зон передачи нагрузок от подвижного состава у существующих деформирующихся насыпей и у схем предлагаемых сооружений. Это отношение может достигать 2,0-2,5 и более.

Следовательно, реализация эффекта зимнего и летнего охлаждения горизонтального деятельного слоя берм достаточного для формирования, сохранения и развития в грунтах насыпи и берм перелетков, обеспечивает повышение ее эксплуатационнЬй надежности не менее чем в 2 раза.

0 Комбинированное использование предлагаемого сооружения с известными методами охлаждения оснований может осуществляться во всех видах строительства и эксплуатации грунтовых инженерных

5 сооружений, и не только в зоне вечной мерзлоты, но и за ее пределами.

Возможность неограниченно долгого сохранения перелетков мерзлых грунтов при реализации вариантов предложенного решения, позволяет использовать лед в качестве материала для строительства дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов на любых основаниях и в любом количестве. Это повысит экологическую чистоту строительства, обеспечит возможность освоения новых необжитых районов Севера. Формула изобретения Земляное сооружение, включающее насыпь и бермы, отличающееся тем.

что, с целью повышения надежности земляного сооружения за счет охлаждения берм, горизонтальный слой берм имеет вертикальные воздушные каналы и выполнен из крупнообломочного грунта или из бетонных блоков, или из грунтобетона, а откосы и тело берм выполнены из мелкодисперсного грунта.

Изобретение относится к строительству земляных сооружений в районах вечной мерзлоты, в частности к реконструкции и усилению эксплуатируемых насыпей железных дорог на льдонасыщенных протаивающих основаниях. Цель изобретения - повышение надежности за счет охлаждения берм. Земляное сооружение содержит насыпь и бермы, при зтом горизонтальный слой берм имеет вертикальные воздушные каналы, образованные из крупнообломочного грунта или бетонных блоков, или из грунтобетона, а откосы и тело берм выполнены из мелкодисперсного грунта. 3 ил.feИзобретение относится к строительству земляных сооружений в районах вечной мерзлоты, в частности к реконструкции и усилению эксплуатируемых насыпей железных дорог на льдонасыщенных протаивающих основаниях.Цель изобретения - повышение надежности за счет охлаждения берм.На фиг.1 приведена схема земляного, сооружения; на фиг.2- то же, другое исполнение, и бетонный блок; на фиг.З - то же. третье исполнение, вид сверху, разрезы А-А и Б-Б.Земляное сооружение (фиг.1) содержит длительно эксплуатируемую насыпь 1 высотой 3,0. берму 2 из песчано-гравийно- го грунта шириной 3.0 и высотой 2.5 м. горизонтальный деятельный слой 3 которой высотой 1,3 м выполнен из прочного морозоустойчивого материала и прикрыт откр- сом 4 бермы. Материал деятельного слояпредставлен сортированным крупнообломочным грунтом средним диаметром 35 см. между обломками которого размещены вертикальные железобетонные пластинки 5 высотой и шириной, равной среднему диаметру обломков, и толщиной, равной 5 см. Скальные обломки и пластины образуют вертикальные воздушные ка'^налы средним диаметром, равным 15 см.Дренажный выпуск 6 выполнен из крупнозернистого песка, перекрытого сверху нетканым материалом 7. Деятельный слой сверху перекрыты слоем крупного щебня 8 и железобетонным водоотводным сооружением 9 уголковго профиля, поверху которых размещен нетканный материал 10. Они служат основанием грунта досыпки насыпи 11. Под горизонтальным деятельным слоем 3 бермы формируется перелеток 12 мерзлых грунтов, частично перекрывающий слабое протаявшее основание 13 насыпи. ОбластьОоOsо

f -L J-±. JU

в 7

РрвшШ;||§

,, .u.i;i-

iii-i-ipp::

I Ч , ч i. :

Фаг. 2