Земляное сооружение

)5 Е 02 017 ТЕНИ 5ститут инженеров женс порта тельство СССРВ 3/121985.тельство СССРВ 17/18, 1983. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское сеидМ 1319650, кл. Е 0Авторское сеидЬВ 1060761, кл. Е 0 Изобретение относится к строительству земляных сооружений в районах вечнбй мерзлоты, в частности к реконструкции и усилению эксплуатируемых насыпей железных дорог на льдонасыщенных протаивае-. щих 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) содер-, .жит длительно эксплуатируемую насыпь 1 высотой 3,0, берму 2 из песчано-гравийного грунта шириной 3,0 и высотой 2,5 м, го-ризонтальный деятельный слой 3 которой высотой 1,3 м выполнен из прочного морозоустойчивого материала и прикрыт откосом 4 бермы, Материал деятельного слоя(57) Изобретение относится к строительству земляных сооружений в районах вечной мерзлоты, в частности к реконструкции и усилению эксплуатируемых насыпей же леэных дорог на льдонасыщенных протаи вающих основаниях, Цель изобретения - повышение надежности за счет охлажде ния берм. Земляное сооружение содержит насыпь и бермы, при этом горизонтальный слой берм имеет вертикальные воздушные каналы, образованные иэ крупнообломочного грунта или бетонных блоков, или из грунтобетона, а откосы и тело берм выполнены из мелкодисперсного грунта. 3 ил,с представлен сортированным крупнообло- Я мочным грунтом средним диаметром 35 см, между обломками которого размещены вертикальные железобетонные пластинки 5 высотой и шириной, равной среднему ди аметру обломков, и толщиной, равной 5 см. в Скальные обломки и пластины образуют С) вертикальные воздушные каналы средним фс диаметром, равным 15 см. 0Дренажный выпуск 6 выполнен из круп-р ноэернистого песка, перекрытого сверху нетканым материалом 7, Деятельный слой сверху перекрыты слоем крупного щебня 8,ьф и железобетонным водоотводным сооруже-е нием 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, Область14 является зоной передачи временной нагрузки от подвижного состава на перелетки12 мерзлого грунта и сформировавшееся стечением 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 10обломками и вертикальными пластинами 5происходит интенсивное замещение теплого воздуха холодным. Благодаря этому кконцу зимнего времени года песчано-гравийные грунты бермы 2 и насыпи 1, расположенные под деятельным слоем 3, имеюттемпературу, близкую к температуре поверхностного слоя грунтов насыпи; которую онимел в самый холодный зимний месяц (около - 25-30 С). 20Весной произойдет сезонное таяниегрунтов насыпи 1, бермы 2 и деятельногослоя 3. Морозоустойчивый материл последнего, представленный сортированнымкрупнообломочным грунтом с вертикальными пластинами 5, обладает весьма малойкондуктивной проводимостью тепла, вследствие наличия точечных контактов междуобломками и пластинами. В связи с этимпроцессытеплообмена втолщедеятельного 30слоя 3 в основном определяются конвекцийвоздуха, которая в теплое время года крайне мала. Последнее обусловлено тем, чтооткос 4 бермы 2 выполнен иэ мелкодисперсного грунта с малой пористостью. Он служит 35преградой, исключающей вытекание холодного воздуха из пор деятельного слоя 3.Неподвижное положение холодйоговоздуха над сезоннопротаивающими грунтами деятельного слоя 3 обеспечивает их 40эффективную тепловую защиту, Тепловаязащита работает в режиме саморегулирования, так как холодный воздух в порах деятельного слоя 3 постоянно охлаждаетсязатратами тепла на охлаждение и аяние 45грунтов деятельного слоя, охлаждения грунтов насыпи 1 и бермы 2, Благодаря этомуглубина сезонного протаивания последнихвесьма мала, а в теле насыпи 1 сохраняетсяперелеток 12 мерзлого грунта. 50Дренаж 6 служит для отвода весьма ограниченного количества поверхностныхвод, поступающего летом в толщу деятельного слоя 30 н выполнен из крупнозернистого песка, который обеспечивает 55фильтрацию воды и исключает вытеканиехолодного воздуха их деятельного слоя 3,Дренаж 6 перекрыт нетканым материалом7, который исключает кальматицию поркрупнозернистого песка и обеспечивает его эффективную работу по пропуску поверхностных аод, Такую же функцию этот материалвыполняет на откосе деятельного слоя.Для ограничения кольматации пор последнего и проникновения поверхностныхвод сверху он перекрыт слоем щебня 8,уголковым железобетонным водоотводом9 и нетканым материалом 10. Такое конструкционное решение водоотвода позволяетосуществить досыпку насыпи 11 до проектных отметок с сохранением вертикальныхвоздушных каналов в деятельном слое 3, Втеле насыпи 1 и бермы 2 сохраняются перелетки 12 мерзлого грунта, которые в теплоевремя года обеспечат перераспределениенагрузки из области 14 на значительнобольшую площадь слабо протаявшего основания и тем самым существенно снизятдеформации насыпи 1.Для повышения охлаждения деятельного слоя летом эа счет затрат тепла на егосезонное протаивание, в конце зимы можетосуществляться послойное замораживаниеводы в порах этого слоя ее периодическойзаливкой с прибровочной зоны бермы 2.Благодаря этому через 3-4 г перелетки 12мерзлого грунта увеличатся а размерах иобъединятся в одну сплошную монолитнуюплиту из мерзлого грунта 15, перекрывающую основание 13, которая устранит деформации насыпи 1 и обеспечит оптимальныеусловия для ее эксплуатации.Земляное сооружение (фиг.2) содержитдлительно эксплуатируемую насыпь 1 высотой 4,0 м, берму 2 иэ песчано-гравийногогрунта 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 ивзаимно пересекающимися полуцилиндрическими отверстиями 17 такого же диаметра. Блоки деятельного слоя 3 уложены наслое щебня 18 толщиной 15 см, которыйсопрягается с дренажным выпуском 19 иэкрупнозернистого песка, перекрытым нетканым материалом 20.,Откос 4 бермы 2 выполнен из мелкодисперснорго грунта. В приподошвенной зонеоткоса размещена прослойка из шлака 21.Два яруса деятельного слоя 3 из бетонных блоков перекрыты железобетоннымиуголковыми водоотводными сооружениями9 и нетканым материалом 10,Над верхним ярусом деятельного слоя 3находится досыпка насыпи 11 до проектныхотметок, Под деятельным слоем 3 формируется перелеток 12 мерзлого грунта, которыйперекрывает слабые грунты протаявшегооснования 22.Сооружение (фиг.2) работает следующим образом,Зимой при сезонном промерэании грунтов насыпи.1, бермы 2 и деятельного слоя 3 в цилиндрических полостях 17 бетон ных блоков происходит интенсивный конвективный теплообмен. Теплый воздух замещается холодным, Вследствие этого к концу зимнего времени года грунты бермы2, расположенные под деятельным слоем 3,окажутся переохлажденными.Весной затратами тепла на.нагреванме 10 подошве откоса бермы 2, не произойдет. Этому препятствует откос бермы 4, отсыпанный иэ мелкодисперсных грунтов .е малой пористостью. Охлаждение деятельного слоя 3 холодным воздухом, неподвижно втоящим в его вертикальных порах, снижаетинтенсивность охлаждения и протаивания грунтов бермы 2 и насыпи 1. Этому такжеспособствует 2-ярусное, ступенчатое размещение сборных блоков в пределах деятель ного слоя 3 бермы 2, охлаждающее действие которых распространяется на большие объемы сезонно-мерзлых грунтов бермы и насыпй, и теплозащитные свойства теплоиэоляционной прослойки 21, снижаю щей интенсивность летнего прогреваниягрунтов.бермы 2 в приподошвенной зоне ееоткоса.Отвод поверхностных вод иэ 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 19,35 Ограничению поступления тепла с лет ними осадками к границе сезонного протаивания способствуют водоотводные сооружения 9, частично перекрывающие верхний ряд бетонных блоков на 1 и 2-м 45 ярусах деятельного слоя 3. Уголковые водо- отводные сооружения прикрыты нетканым. материалом 10, ограничивающим проникновение мелкодисперсных частиц грунтов досыпки 11 в деятельный слой 3 бермы 2. Благодаря зимнему и летнему охлаждению деятельногослоя 3 и ограниченному летнему прогреванию грунтов насыпи 1 и бермы 2 при их сезонном протаивании в теле земляного сооружения сохранится пе 50 релеток 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,и сезонное таяние грунтов деятельного слоявоздух в полых цилиндрах 16 и 17 будетпереохлажден, Однако его стекания вниз, к 15 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 иэ бетонных блоков индустриального изготовления,Земляное сооружение (фиг.3) содержит длительно эксплуатируемую насыпь 1 высотой 4,0 м, берму 2 иэ песчано-гравийного грунта шириной 4,0 м и высотой 4,0 м, горизонтальный деятельный слой 3 высотой до 2,0 м,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 толщиной 20 см.Дренажный выпуск 29 сопрягается с прослойкой иэ щебня 25, выполнен из мелкого щебня и прикрыт сверху нетканым материалом 30.В приподошвенной зоне откоса бермы 2 размещена теплоизоляционная прослойка 31 из шлака, в пределах которой из шлакобетона, по аналогии с деятельным слоем 3 выполнены 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.3) 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 которойснег, как правило, выдувается зимними вет- нии деятельного слоя 3 к началу нового зимрами, него сезона сохранится перелеток 33 мерзК концу зимы глубина промерзания ос- лых грунтов. Из-за исключения затрат тепла нования деятельного слоя 3 достигнет 3,5-4,0 на промерзание перелетка, новое сезонное м, с температурой наиболее переохлажден промерзание грунтов бермы увеличится до ных, расположенных непосредственно под 5,0 - 5,5 м. Сохранениюперелеткаувеличенним грунтов до(-25 К) С. ных размеров в последующий теплый сезонВесной произойдет сезонное таяние способствует досыпка 35 насыпи 1 до прогрунтов насыпи 1, бермы 2 и деятельного ектных отметок, реализованная в конце весслоя 3, 10 ны (до завершения сезонного протаиванияПотоки теплового воздуха, проникая грунтов земляного сооружения),внутрь полых цилиндров 23 деятельного В процессе дальнейшей эксплуатации слоя 3, встретят на своем. пути более тяже- насыпи 1 прочный и жесткий перелеток 33 лый, переохлажденный затратами тепла на перекроет слабые протаявшие грунты ее оснагревание и таяние грунтов деятельного 15 нования 34, обеспечит перераспределение, слоя и на нагревание переохлажденных зи- в сторону уменьшения, давлений на зти мой грунтов его основания воздух, Так как грунты, В силу последнего обстоятельства замещение холодного и тяжелого воздуха деформацииземляногосооруженияпрекратеплым и более легким невозможно, в тече- тятся.ние всего теплого времени года эти потоки 20 Предлагаемое сооружение предпочти- не проникнут внутрь полых цилиндров 23 на тельно используют путейскими строитель- глубину, большую 2 - 3 диаметров послед- ными организациями при текущем них, содержании и ремонте земляного полотнаПередача тепла грунтобетоном деятель- железных дорог, Его главным достоинством ного слоя 3 в грунты земляного полотна за 25 является предельно малая материалоемсчет кондуктивной проводимости ограниче- кость выполняемых работ по усилению нана малой площадью горизонтальных сече- сыпей.ний грунтобетона деятельного слоя 3, При большой ширине основной площадсущественно уменьшающих потоки тепла, ки земляного полотна в деятельном слое проникающего в его пределы, Наличие в 30 берм может быть размещен уплотненный средней части деятельного слоя 3 прослой- шлак, армированный торф, опилки и другие ки 28 из шлакобетана практически полно- нетеплопроводные матералы а поверхностстью .исключает проникновение этих ный водоотвод решен в виде кюветов, потоков к нижележащим грунтам бермы 2,Повышение надежности земляного сооВодоотвод 24 иэ монолитного бетона в 35 ружения при зимнем и летнем охлаждении виде локальных углублений вокруг верхних деятельного слоя берм может оцениваться торцов цилиндров 23 ограничивает поступ- отношением площадей горизонтальных ление теплых поверхностных вод в пределы проекций зон передачи нагрузок от подвиж- деятельного слоя 3. При достаточно быст- ного состава у существующих деформируюром сезонном протаивании грунтов откоса 40 щихся насыпей и у схем предлагаемых 4 бермы 2 дренаж 29 обеспечивает быстрый сооружений. Это отношение может достивыпуск ограниченного количества ливневых гать 2,0-2,5 и более.вод наиболее теплого времени года, попав- . Следовательно, реализация эффекта ших в пределы деятельного слоя 3, что суще- зимнего и летнего охлаждения горизонтальственно ограничивает его прогревание 45 ного деятельного слоя берм достаточного этими водами. Условиям быстрого пропуска для формирования, сохранения и развития поверхностных вод отвечает выполнение в грунтах насыпи и берм перелетков, обесдренажа 29 из мелкого щебня и его изоля- печивает повышение ее эксплуатационной ция нетканым материалом 30. надежности не менее чем в 2 раза,Отраничению летнего прогревания 50 Комбинированное использование пред- . грунтов бермы 2 способствует также тепло- лагаемого сооружения с известными метовая изоляция приподошвенной эоны ее от- дами охлаждения оснований может коса слоем шлака 31, с выполненными в его осуществляться во всех видах строительстпределахохлаждающимицилиндрическими ва и эксплуатации грунтовых инженерных полостями 32 (по аналогии с деятельным 55 сооружений, и не только в зоне вечной мерслоем 3). элоты, но и за ее пределами.Благодаря эффективному охлаждению Возможность неограниченно долгого деятельного слоя 3 зимой и в теплое время сохранения перелетков мерзлых грунтов года, а также благодаря ограничению летне- при реализации вариантов предложенного го прогревания грунтов бермы 2 в основа- решения, позволяет испольэовать лед в ка- .1710666 10 9честве материала для строительства дорог,взлетно-посадочных полос аэродромов налюбых основаниях и в любом количестве.Это повысит экологическую чистоту строительства, обеспечит воэможность освоения 5новых необжитых районов Севера,Формула изобретенияЗемляное сооружение. включающее насыпь и бермы, о тл ича ю щ ее с я 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 иэ бетонных блоков, или иэ грунтобетона, а откосы и тело берм выполнены из мелкодисперсного грунта.1710666Составитель О, Голубкина Редактор Н.Рогулич Техред М,Моргентал Корректор Э Лончакова аэ 316 Тираж Подписное ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва. Ж, Раушская наб., 45Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1