Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах

Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах

Реферат

Изобретение относится к области строительства водопропускных сооружений и может быть использовано при сооружении водопропускных труб под насыпями железных и автомобильных дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Известно водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах, содержащее тело насыпи, водопропускную трубу с оголовками коридорного типа и расположенное на основной площадке насыпи устройство для проезда транспорта (Г.К.Евграфов. Мосты на железных дорогах. М.: Трансжелдориздат, 1955 г., с.344).

Недостаток указанного водопропускного сооружения заключается в том, что при малых уклонах местности имеет место протаивание вечномерзлых грунтов в зонах оголовков, формирование термокарста и дальнейшее деформирование водопропускной трубы.

Наиболее близким к заявляемому является водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах - дренирующая прорезь, включающее тело насыпи, выполненное из дренирующего материала, и расположенное на основной площадке устройство для проезда транспорта (Г.Н.Жинкин, И.А.Грачев. Особенности строительства железных дорог в районах распространения вечной мерзлоты и болот. М.: УМК МПС России, 2000 г., с.62-63).

Недостаток водопропускного сооружения такой конструкции состоит в том, что при высокой насыпи, когда ее высота превышает высоту сезонного протаивания грунта, верхняя граница вечной мерзлоты может входить снизу в тело насыпи и тем самым преграждать фильтрационный поток через насыпь.

Задача предлагаемого изобретения заключалась в повышении эксплуатационной надежности водопропускного сооружениям путем обеспечения постоянного фильтрационного потока воды в насыпи в летний период.

Для достижения указанного технического результата водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах, содержащее тело насыпи, выполненное из дренирующего материала, и устройство для проезда транспорта, расположенное на основной площадке насыпи, содержит расположенную в нижней части тела насыпи водопропускную трубу, пересекающую тело насыпи в поперечном направлении и закрытую с обоих торцов дренирующим материалом насыпи.

Кроме того, кратчайшее расстояние от торца водопропускной трубы до поверхности откоса насыпи не превышает глубины протаивания за первый месяц теплого периода года. Максимальный размер отдельных составляющих дренирующего материала у входного и выходного концов полости водопропускной трубы определяют по соответствующей зависимости. А тело насыпи в зоне водопропускной трубы заглублено ниже естественной поверхности грунта на глубину подземного потока.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображено поперечное сечение предлагаемого водопропускного сооружения в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах.

Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах содержит тело 1 насыпи, выполненное из дренирующего материала, и расположенное на естественной поверхности 2 грунта или ниже этой поверхности, устройство 3 для проезда транспорта (например, балластную призму для железнодорожного проезда или полотно проезжей части для автодорожного проезда), расположенное на основной площадке 4 насыпи, и водопропускную трубу 5, расположенную в нижней части тела 1 насыпи. Водопропускная труба 5 не доходит до поверхности откосов 6 насыпи. Позицией 7 показана скапливающаяся вода с верховой стороны насыпи, позицией 8 - путь воды через водопропускное сооружение. На основной площадке 4 насыпи расположен защитный слой 9, состоящий, например из геотекстиля и слоя песка. Позицией 10 показано положение верхней границы вечной мерзлоты в грунтах рядом с трубой.

Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах работает следующим образом.

Сооружение предназначено для случая, когда водоток является периодическим. В холодное время года водоток отсутствует. В начале теплого периода года вода 7 скапливается с верховой стороны насыпи. В это время происходит протаивание тела насыпи со стороны откоса 6. Вода проходит по полостям между крупными включениями дренирующего материала, быстро расширяя поперечное сечение тока за счет протаивания смежных областей. Далее вода попадает в полость трубы и в дренирующий материал со стороны выходной части полости трубы. Путь воды показан стрелками 8. В связи с тем, что водоток периодический, полость трубы 5 к началу холодного периода остается незаполненной. Это позволяет в начале теплого периода воде свободно проходить по полости, хотя в смежных с полостью участках насыпи верхняя граница мерзлоты 10 входит в тело насыпи. В осенний период ток воды заканчивается, и полость снова становится свободной от воды.

Минимальное расстояние h_т от торца трубы до поверхности откоса должно быть таким, чтобы протаивание произошло в первый месяц с момента начала теплого периода года и началась фильтрация. Указанное время протаивания обосновывается тем, что поверхностные воды в первый месяц еще холодные и на температурный режим грунтов не влияют.

Со стороны отверстий трубы дренирующий материал должен быть не очень мелким, чтобы должным образом обеспечить на стыке условия протекания воды из более широкой фильтрующей части в более узкое отверстие трубы. Но отдельные составляющие дренирующего материала не должны быть и слишком большими, чтобы не забивать отверстие трубы. Поэтому предлагается следующая зависимость:

0,2D≤d≤0,5D, м

где d - максимальный размер отдельных составляющих, м;

D - отверстие водопропускной трубы, м (расстояние в свету между стенками трубы).

Когда речь идет о малосточной местности в зоне расположения вечномерзлых грунтов, весьма важно, чтобы не создавалось не только открытого зеркала воды, но и подъема уровня грунтовых (надмерзлотных) вод, поскольку это постепенно также приводит к растеплению, а иногда и к деградации мерзлоты. Поэтому в условиях малосточной местности целесообразно тело дренирующей прорези вместе с водопропускной трубой заглублять в грунт на величину деятельного слоя в близлежащей к насыпи местности, а с учетом подпора перед трубой - и несколько ниже.

В процессе создания изобретения было решено следующее техническое противоречие.

В водопропускной трубе слабым в теплофизическом отношении является оголовок. В зоне оголовка в зимний период скапливается снег (особенно в регионах с сильным снегопереносом), в результате происходит деградация мерзлоты, формируется термокарст, грунты деформируются, что приводит и к расстройству водопропускной трубы. В связи с этим на участках с малым стоком воды могут быть применены дренирующие прорези. Поперечное сечение дренирующей прорези может быть обеспечено таким, при котором не будут формироваться неблагоприятные снежные заносы. Однако возникает другая трудность: при большой высоте насыпи мерзлота входит снизу в тело насыпи и тем самым преграждает путь фильтрационному потоку. Предлагаемое техническое решение позволяет, с одной стороны, обеспечить необходимое поперечное сечение насыпи, с другой, - обеспечить поток воды в летний период в центральной части насыпи несмотря на поднятие верхней границы вечной мерзлоты в тело насыпи.

Эффективность предлагаемого технического решения заключается в возможности осуществить преимущество дренирующей прорези в высоких насыпях, где при обычной конструкции этой прорези имеет место вход снизу в тело насыпи мерзлоты и перегораживание фильтрационного потока. Кроме того, в условиях сильного снегопереноса, например, в Заполярной тундре, такое решение весьма эффективно, поскольку не позволяет скапливаться снежным заносам в зоне оголовка.

1. Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах, содержащее тело насыпи, выполненное из дренирующего материала, и устройство для проезда транспорта, расположенное на основной площадке насыпи, отличающееся тем, что оно содержит водопропускную трубу, расположенную в нижней части тела насыпи и пересекающую тело насыпи в поперечном направлении, при этом водопропускная труба с обоих торцов закрыта крупными включениями дренирующего материала насыпи, при этом максимальный размер крупных включений дренирующего материала у входного и выходного концов полости водопропускной трубы равен

0,2D≤d≤0,5D,

где d - максимальный размер отдельных составляющих, м;

D - отверстие водопропускной трубы, м.

2. Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах по п.1, отличающееся тем, что кратчайшее расстояние от торца водопропускной трубы до поверхности откоса насыпи не превышает глубины протаивания за первый месяц теплого периода года.

3. Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах по п.1, отличающееся тем, что тело насыпи в зоне водопропускной трубы заглублено ниже естественной поверхности грунта на глубину подземного потока.