Способ создания канала в вечномерзлых грунтах

801117363 СОЮЗ СОВЕТСКИХщвмл ащешикРЕСПУБЛИК зд) Е 02 В 5/02ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ехнические938, т.1,Водно-тепловаяд на Североск. "Наука",(21) 3609819/29-15(71) Северо-Восточный комплексныйнаучно-исследовательский институтДальневосточного научного центраАН СССР(54)(57) СПОСОБ СОЗДАНИЯ КАНАЛАВ ВЕЧНОМЕРЗЛЫХ ГРУНТАХ, включающийудаление сезоннопротаивающего слояпо трассе создаваемого канала, о т -личающиися тем, что,с целью уменьшения сроков и стоимости создания канала эа счет использования термокарста в вечномерзлыхгрунтах с полигонально-жильнымильдами, покрытыми сезоннопротаивающим торфяно-растительным слоем,трассу создаваемого канала располагают по линии полигонально-жильныхльдов, удаляют сезонно-протаивающийторфяно-растительный слой по линииполигонально-жильных льдов путемсмещения его по обе стороны за пределы бровки откосов создаваемого канала в виде пластов шириной, равнойполовине ширины канала поверху, выдерживают при солйечной радиации создаваемый канал до оттаивания льдовв результате термокарстовых процессовпо линии полигонально-жильного льдаи смещают удаленные пласты торфянорастительного слоя на откосы канала.1 11173Изобретение относится к технологии строительства каналов в вечно- мерзлых грунтах, в частности в грун" тах с полигонально-жильными льдами, перекрытыми сезоннопротаивающнм торфяно-растительным слоем.Известен способ создания канала, включающий проходку пионерной тран" шеи с последующим пропуском воды и защиту откосов путем отсыпки полос грунта на бортах вдоль пионерной траншеи 11.Недостатками этого способа являются трудности проходки пионерной траншеи в вечномерзлык грунтах и соз 5 ание требуемых уклонов для размыа грунтов с отсыпкой крупных фракций на бортах вдоль пионеркой траншеи для защиты откосов каналов. Следствием этого являются значитель 2 О ные материальные затраты на проходку пионерной траншеи в мерзлых грунтах и на отсыпку грунта крупных фракций, а также большая длительность его строительства.25Известен также способ создания канала в вечномерзлых грунтах, включающий удаление сезоннопротаивающего слоя по трассе создаваемого канала 23.Недостатками данного способа создания канала в вечномерзлых грунтах являются медленные темпы, ограниченные скоростью оттаивания мерзлых пород, и большой объем земляных работ.Целью изобретения является умень шение сроков и стоимости создания канала эа счет использования термокарста в вечномерзлых грунтах с полигонально-жильными льдами, покрыты. - ми сезониопротаивающим торфяно-расти-"б тельным слоем.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему удаление сезоннопротаивающего слоя по трассе создаваемого канала, трассу создаваемого канала располагают по линии полигонально-жильных льдов, удаляют сезоннопротаивающий торяно-растительный слой по линии полигонально-жильных льдов путемсме-; 5 О щения его по обе сторойы за перепелы бровки откосов создаваемого канала в виде пластов шириной. равной половине ширины канала поверху, выдерживают при солнечной радиации соэданае"55 мый канал до оттаивания льдов в результате термокарстовых процессов по линии полигонально-жильного льда и 63 2смещают удаленные пласты торфяно-растительного слоя на откосы канала.На фиг, 1 - 3 представлены поэтапные схемы осуществления способа,На начальном этапе полигональножильные льды проявляются на поверхности по палигональным валикам и ложбинам 1, вдоль которых располагают трассу создаваемого канала 2 (фиг. 1).При достижении нижней границы сезонного протаивания 3 до полигонально-жильного льда 4 снимают сезоннопротаивающий торфяно-растительный слой путем смещения по обе стороны за границу бровки откосов создаваемого канала в виде пласта 5 шириной, равной половине ширины канала 2 поверху (фиг. 2). При ширине снимаемого пласта, равной половине ширины канала, упрощаются работы по смещению пласта за пределы бровки создаваемого канала и обеспечивается равная защита обоих откосов канала от термокарста после смещения их. на откосы.При обнажении полигонально-жильных льдов 4 происходит их вытаивание с углублением полости создаваемого канала за счет тепла солнечной радиации.Вода, образуемая при таянии полигонально-жильных льдов и атмосферных осадков, нагревается за счет тепла солнечной радиации. В результате движения воды по создаваемому каналу происходит конвективный и кондуктивный теплообмень 1 потока с его ложем из льда, Поэтому под действием движущегося теплового источника вытаивание полигонально-жильных льдов резко активизируется.Дальнейшее углубление создаваемого канала в результате вытаивания полигонально-жильных льдов обуславливает движение дополнительного водного потока по ложе из льда в создаваемом канале и его быстрое расширение и углубление.На заключительном этапе создания канала (фиг. 3) под действием теплового источника начинают оттаивать и обнаженные льцистые многолетнемерзлые грунты ядер полигонов 6. Вытаивание ледяных включений нарушает механическую прочность грунтов, прилегающих к полигонально-жильным льдам, В оттаявшем грунте образуются полости, заполненные водой. Талые водо" насыщенные частицы грунта имеют17 З 6 З4 5 10 15 20 25 30 35 40 45 59 55 Э 11очень малое сцепление между собой,поэтому часть из них под действиемпотока воды и гравитации легко скатывается в образующиеся полости наместо вытаивающих полигонально-жильных льдов,Процесс углубления канала с те"чением времени замедляется в связис образованием над основаниями вытаивающих полигонально-жильных льдовтеплоиэолирующего слоя при выполаживании откосов канала.При достижении необходимых размеров канала 2 вынутый торфяно-растительный пласт 5 смещают на откосы канала для ограничения термокарстовых процессов и размыва откосов водным потоком, В местах пересечения полигонально-жильных льдовторфяно-растительный покров перекрывает полости в откосах каналаот вытаявшего льда и тем самымпрепятствует их дальнейшему разрастанию.П р и м е р 1. Для осущения термо.карстового озера с целью использования его в качестве луговых угодийв опытном порядке осуществляютстроительство сбросного канала отозера к реке. Канал прокладываютпо заболоченной тундре в многолетнемерзлых грунтах с полигонально-жильными льдами. Лед залегает на глубине 0,4 м, сезоннопротаивающий слойтолщиной 0,4 м представлен торфянорастительным слоем. Ширина ледяныхжил поверху около 4 м.Вертикальноепротяжение жил около 6 м, Объемнаяльдистость вечномерзлых супесчаныхгрунтов ядер полигонов 50-60 Ь. Необходимые размеры канала для сбросаводы из озера составляют: ширина поверху не менее 6 м, глубина каналане менее 2,5 м,Трасу канала разбивают по оси полигонально-жильных льдов, совпадающих в плане с полигональными ложбинами,Когда сезонное протаивание достигает глубины 0,4 м, т,е. поверхностиполигонально-жильных льдов, бульдозером с поворотным отвалом смещаютпо трассе канала талый торфяно-растительный слой в виде пласта шириной 3 м в одном направлении с перемещением за пределы проектной ширины создаваемого канала. В другомнаправлении аналогичным образом смещают торфяно-растительный слой эа пределы проектной ширины создаваемо го канала.На следующий год в теплый период происходит вытаивание обнаженного полигонально-жильного льда за счет тепла, получаемого непосредственно от солнечной радиации, воздуха, а также движущейся по создаваемому каналу в реку воды, Первоначально источником воды являются атмосферные осадки и вытаивающие ледяные жилы, По мере углубления создаваемого канала до 1,0 м в июле по нему происходит частичный самопроизвольный сброс нагретой солнечной радиацией воды термокарстового озера, В результате интенсивных термокарстовых процессов по полигональножильному льду в конце августа ширина канала составляет не менее б м,глубина не менее 2,5 м.После достижения необходимыхразмеров создаваемого канала сдвига. -ют вынутые пласты торфяно-растительного слоя на откосы канала.П р и м е р 2, Лля спуска небольшого термокарстового озера с цельюиспользования его в качестве луговыхугодий в опытном порядке строятсбросной канал от озера к реке. Каналпрокладывают по заболоченной тундрев многолетнемерэлых грунтах с полигонально-жильными льдами, Лед залегает на глубине 0,45 м, сезоннопротаивающий слой толщиной 0,45 м представлен торфяно-растительным слоем.Ширина ледяных жил поверху около2,5 м. Вертикальное протяжение жилоколо 4 м. Объемная льдистость вечномерзлых грунтов ядер полигонов составляет 40-507,Расчетные размерыканала для сброса воды иэ озера составляют: ширина поверху не мене4 м, глубина не менее 1,5 м,Разбивают трассу канала по осиполигонально-жильных льдов, совпадающих в плане с полигональньми ложбинами,В августе, когда сезонное протаивание достигает глубины 0,45 м, т.е.поверхности полигонально-жильныхльдов, бульдозером с поворотным отвалом смещают по трассе канала талыйторфяно-растительный слой в видепласта шириной 2 м в одном направлении с перемещением за пределы проектной ширины создаваемого канала.В другом направлении аналогичнымобразом смещают торфяно-расительныйФигЗ3 Подписи Юв атаваЖИИПИ ЗакППП и 24/19 . Т аж ул Проектная.Ужг слой за пределы проектной ширины создаваемого канала.На следующий год в теплый период происходит вытаивание обнаженного полигонально"жильного льда за счет тепла, получаемого непосредственно от солнечной радиации, воздуха, а также движущейся по создаваемому каналу воды, Первоначально источником воды являются атмосферные осадки и вытаивающие ледяные жилы, По мере углебления создаваемого канала до глубины 0,6 м в июле по нему самопроизвольно происходит сброс воды иэ озера в реку. В результате резкого самоуглубления канала при вытаивании полигонально-жильного льда расход воды возрастает, В результате таяния льдистых многолетнемерзлых грунтов, вмещающих полигональножильные льды, происходит оплывание Талых грунтов и смещение их на дно Канала. Откосы создаваемого канала 1 йри этом выполаживаются с одновременным уменьшением его глубины И к концу сентября размеры канала пвевьнпают проектные, т.е. глубина канала составляет 2,0-2,3 м, шири-" на поверху достигает 4-5 м. Вынутыепласты торфяно-растительного слоясмещают на откосы канала.Таким образом, предлагаемый спо соб реализуем при реально существующих в природе размерах полигональио-жильного льда и льдистости ядерполигонов,Использование предлагаемого способа осушения земель в зоне многолетней мерзлоты обеспечивает посравнению с известными сокращениев 2-4 раза объема земляных работпри полном отсутствии разработкимерзлых грунтов, ускорение срокастроительства канала, возможностьсоздания каналов на местности с любыми уклонами.Потребный объем разработки грунта 2 О при строительстве каналов для спускатермокарстовых озер составляет около 330 тыс. м в год. При уменьшениистоимости канала по предлагаемомуспособу при сравнении с базовым на110-1200 руб, /1000 м разрабатываемого грунта годовой экономическийэффект от внедрения способа составляет 350-360 тыс. руб.