Земляное сооружение

Земляное сооружение

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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-гравийного 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 открсом 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю Е 02 0 17/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4760390/33 (22) 21.11.89 (46) 07.02.92..Бюл. hh 5 (71) Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) П.Г.Ташлыков (53) 625.718(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1319650, кл. Е 02 В 3/12„1985.

Авторское свидетельство СССР

hh 1060761, кл. Е 02 В 17/18, 1983.

Изобретение относится к строительству земляных сооружений в районах вечной мерзлоты, в частности к реконструкции и усилению эксплуатируемых насыпей железных дорог на льдонасыщенных протаиваю-. 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.3 — 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-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 Ж, 1710666 А1 (54) ЗЕМЛЯНОЕ СООРУЖЕНИЕ (57) 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 этом горизонтальный

1 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. представлен 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 каналы средним (с диаметром, равным 15 см. j

Дренажный выпуск 6 выполнен из круп- !0 ноэернистого 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, Область

1710666

14 является зоной передачи временной нагрузки от подвижного состава на перелетки

12 мерзлого грунта и сформировавшееся с течением времени мерзлое основание 15.

Сооружение (фиг,1) работает следую- 5 щим образом.

Зимой происходит интенсивное охлаждение и промерзание грунтов насыпи 1, бермы 2 и ее откоса 4. В вертикальных каналах деятельного слоя 3 между скальными 10 обломками и вертикальными пластинами 5 происходит интенсивное замещение теплого воздуха холодным. Благодаря этому к концу зимнего времени года песчано-гравийные грунты бермы 2 и насыпи 1, распо- 15 ложенные 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). 20

Весной произойдет сезонное таяние грунтов насыпи 1, бермы 2 и деятельного слоя 3. Морозоустойчивый материл последнего, представленный сортированным крупнообломочным грунтом с вертикальны- 25 ми пластинами 5, обладает весьма малой кондуктивной проводимостью тепла, вследствие наличия точечных контактов между обломками и пластинами. В связи с этим процессытеплообмена втолщедеятельного 30 слоя 3 в основном определяются конвекций воздуха, которая в теплое время года крайне мала. Последнее обусловлено тем, что откос 4 бермы 2 выполнен иэ мелкодисперсного грунта с малой пористостью. Он служит 35 преградой, исключающей вытекание холодного воздуха из пор деятельного слоя 3.

Неподвижное положение холодйого воздуха над сезоннопротаивающими грунтами деятельного слоя 3 обеспечивает их 40 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 аяние 45 грунтов деятельного слоя, охлаждения грунтов насыпи 1 и бермы 2. Благодаря этому глубина сезонного протаивания последних весьма мала, а в теле насыпи 1 сохраняется перелеток 12 мерзлого грунта. 50

Дренаж 6 служит для отвода весьма ограниченного количества поверхностных вод, поступающего летом в толщу деятельного слоя 3..0н выполнен из крупнозернистого песка, который обеспечивает 55 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 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 время года обеспечат перераспределение нагрузки из области 14 на значительно большую площадь слабо протаявшего основания и тем самым существенно снизят деформации насыпи 1.

Для повышения охлаждения деятельного слоя летом эа счет затрат тепла на его сезонное протаивание, в конце зимы может осуществляться послойное замораживание воды в порах этого слоя ее периодической заливкой с прибровочной зоны бермы .2.

Благодаря этому через 3-4 г перелетки 12 мерзлого грунта увеличатся s размерах и объединятся 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 иэ песчано-гравийного грунта шириной 4,0 м и высотой 4,0 м, гор зонтальный 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 сопрягается с дренажным выпуском 19 иэ крупнозернистого песка, перекрытым нетканым материалом 20., Откос 4 бермы 2 выполнен из мелкодисперснорго грунта. В приподошвенной зоне откоса размещена прослойка из шлака 21.

Два яруса деятельного слоя 3 из бетонных блоков перекрыты железобетонными уголковыми водоотводными сооружениями

9 и нетканым материалом 10.

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.

1710666

Сооружение (фиг.2) работает следующим образом.

Зимой при сезонном промерэании грунтов насыпи.1, бермы 2 и деятельного слоя 3 в цилиндрических полостях 17 бетон- 5 ных блоков происходит интенсивный конвективный теплообмен. Теплый воздух замещается холодным, Вследствие этого к концу зимнего времени года грунты бермы

2, 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 .с малой пористостью. Охлаждение деятельного слоя 3 холодным воздухом, неподвижно вто- 20 ящим 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 деятель- 25 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- 30 щей интенсивность летнего прогревания грунтов.бермы 2 в приподошвенной зоне ее откоса.

Отвод поверхностных вод иэ деятельно35

ro 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 лет- 40 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 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 грунтов 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. и сезонное таяние грунтов деятельного слоя воздух в полых цилиндрах 16 и 17 будет переохлажден. 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 бе-. тонных 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

2,0м, 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 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 покрое окажет незначительное отепляющее действие, так как деятельный слой 3 находится в прибровочной зоне бермы (насыпи), с которой

1710666 снег, 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- 5 промерзание грунтов бермы увеличится до ных, расположенных непосредственно под 5,0 — 5,5м. Сохранениюперелеткаувеличенним грунтов до(-25К-30) С. ных размеров в последующий теплый сезон

Весной 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 протаивания

Потоки 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 ee 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 предпочтине проникнут внутрь полых цилиндров 23 на тельно используют путейскими строительглубину, большую 2-3 диаметров послед- ными организациями при текущем них. содержании и ремонте земляного полотна

Передача 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 подвиждеятельного 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

9 честве материала для строительства дорог, взлетно-посадочных полос аэродромов на любых основаниях и в любом количестве.

Это повысит экологическую чистоту строительства, обеспечит воэможность освоения 5 новых необжитых районов Севера.

Формула изобретения

Земляное сооружение. включающее насыпь и бермы, о тл ич а ю щ е е 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.

1710666

Составитель О, Голубкина

Техред М.Моргентал Корректор Э.Лончакова

Редактор Н.Рогулич

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. yn,Гагарина, 101

Звквэ 316 Тираж Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб„4/5