дорожная выемка

Формула изобретения

Дорожная выемка на вечномерзлых грунтах, содержащая балластную призму, расположенный под ней опорный массив, контактирующий с откосами выемки своими боковыми сторонами, и теплоизоляционный слой, уложенный на откосах выемки, с расположенным поверх него защитным слоем, отличающаяся тем, что опорный массив содержит выполненный из фракционного скального грунта верхний ярус высотой h_в и нижний ярус высотой h_н, выполненный из недренирующего грунта, причем защитный слой выполнен из дренирующего грунта, при этом высота опорного массива h_о, высота h_в его верхнего и h_н нижнего ярусов и ширина в_н опорного массива определены соответственно зависимостям

h_о = h_в + h_н, м,

h_в 2,5 м,

h_н ? 0,5 м,

в_н = в _п + m2h₀, м,

где в_п – ширина подошвы опорной призмы, м;

в_в – ширина опорного массива поверху, м;

m = 0,8 ÷ 1,2 – коэффициент учета местных условий, б/р.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, а именно к сооружению железнодорожных насыпей в районах распространения вечной мерзлоты.

Известна дорожная выемка на вечномерзлых грунтах (М.А.Фришман, И.Н.Хохлов, В.П.Титов. Земляное полотно железных дорог. Транспорт. М., 1972, рис. 16). Недостатком этой выемки является то, что на высокопросадочных при оттаивании грунтах II-IV категории в результате протаивания грунтов оснований возможны деформации.

Наиболее близкой к предлагаемой является дорожная выемка на высокопросадочных грунтах II-IV категории, содержащая балластную призму и опорный массив из замененного грунта, а также каменную наброску в пределах откосов и основной площадки. Кроме того, на откосах и в пределах опорного массива уложен теплоизоляционный слой (Г.Н.Жинкин, И.А.Грачев. Особенности строительства железных дорог в районах распространения вечной мерзлоты и болот. М., 2000, рис. 1.39).

Недостатком этой выемки является то, что при наличии поперечной и продольной фильтрации возможно проникновение фильтрационных потоков под слой теплоизоляции, что приведет к необратимым процессам растепления грунта основания, несмотря на наличие каменной наброски, влияние которой резко снижается из-за наличия слоя теплоизоляции.

Предлагаемым изобретением решается задача устранения деформаций земляного полотна при сооружении насыпей в высокольдистых вечномерзлых грунтах, просадочных при оттаивании.

Для достижения указанного технического результата в дорожной выемке на вечномерзлых грунтах, содержащей балластную призму, расположенный под ней опорный массив, контактирующий с откосами выемки боковыми сторонами и теплоизоляционный слой, уложенный на откосах выемки, с расположенным поверх него защитным слоем, опорный массив содержит выполненный из фракционного скального грунта верхний ярус высотой h_в и нижний ярус высотой h_н, выполненный из недренирующего грунта, а защитный слой - из дренирующего грунта, при этом высота опорного массива h_о, высота h_в его верхнего и h_н нижнего ярусов и ширина в_н опорного массива определены соответственно зависимостями:

h_о=h_в +h_н, м,

h_в 2,5 м,

h_н 0,5 м,

в_н=в_п+m2h _o, м,

где h_о - высота опорного массива, м;

в_н - ширина опорного массива понизу, м;

в_н - ширина подошвы опорной призмы, м;

в _в - ширина опорного массива поверху, м;

m=0,8-1,2 - коэффициент учета местных условий, б/р.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлено поперечное сечение дорожной выемки предлагаемой конструкции.

Дорожная выемка на вечномерзлых грунтах содержит балластную призму 1, опорный массив 2 общей высотой h_o, расположенный под балластной призмой и своими боковыми сторонами контактирующий с откосами 3 выемки, и теплоизоляционный слой 4 на откосах 3 выемки с расположенным поверх него защитным слоем 5. Теплоизоляционный слой 4 может быть также продлен по откосу выемки в зону опорного массива 2. Опорный массив 2 содержит ярусы: верхний 6 высотой h_в и нижний 7 высотой h_н. Верхний ярус 6 выполнен из фракционного скального грунта, желательно из камня размером 20-30 см, нижний ярус 7 выполнен из недренирующего грунта. Требуемая минимальная ширина опорного массива в_н определяется из условия распределения под углом 45° нагрузки от балластной призмы:

в_н=в_п+m2h_о, м,

m=0,8-1,2 - коэффициент учета местных условий, б/р.

Защитный слой 5 выполнен из дренирующего грунта. Сверху теплоизоляция 4 и защитный слой 5 имеют переходный горизонтальный участок. Для отделения дренирующего грунта защитного слоя 5 от пылеватого основного грунта 8, а также для отделения грунта балластной призмы 1 от фракционного скального грунта опорного массива 2 сделаны прослойки из геотекстиля соответственно 9 и 10. Положение верхней границы вечной мерзлоты на момент окончания теплого периода года показано позицией 11.

В тепловом отношении дорожная выемка на вечномерзлых грунтах предлагаемой конструкции работает следующим образом.

Прежде всего, отметим, что основным преимуществом данной конструкции является то, что она позволяет в высокольдистых грунтах собирать поперечный подток поверхностных вод и осуществлять продольную фильтрацию этих вод без протаивания грунтов оснований. Достигается это следующим образом.

Вода, поступая со стороны защитного слоя 5 или непосредственно в опорный массив 2 сверху, скапливается на верхней поверхности нижнего яруса 7 и начинает перемещаться по ней в продольном направлении. Температура фильтрующейся воды, таким образом, определяет температуру верхней поверхности яруса 7 (она практически равна ей). Температура фильтрующейся воды значительно ниже температуры воздуха, поскольку прежде, чем попасть в указанное положение, она проходит сквозь верхние слои грунта, более холодные, чем воздух, и принимает температуру этого грунта. Тем не менее эта температура положительная, что вызывает протаивание грунта в нижнем ярусе 7. Чтобы не допустить просадок грунта, положение верхней границы вечной мерзлоты 11 на момент окончания теплого периода года не должна выходить за пределы нижнего яруса. Практически глубина протаивания, считая от уровня верхней поверхности нижнего яруса 7, не будет превышать 1 м. Это может быть установлено теплофизическим расчетом. Однако менее чем 0,5 м величину h_н назначать не следует. Если коренные грунты в уровне нижнего яруса 7 в диапазоне по глубине 0,5-1,0 м непросадочны, то специальной замены грунта можно и не делать. В зимний период за счет работы каменной наброски верхнего яруса 6 в грунты поступает холод, компенсирующий теплопоступления в летний период. В результате температура подстилающих грунтов либо сохраняется, либо даже понижается. Теплоизоляция 4 предохраняет в летний период откосы выемки от протаивания. В зимний период холод к теплоизоляции поступает не только сверху, через защитный слой 5, но и снизу, в результате охлаждающего действия каменной наброски в верхнем ярусе 6. Защитный слой 5 не только предохраняет теплоизоляцию от повреждения, но и обеспечивает сток поверхностных и грунтовых вод вблизи выемки. (Для сбора и отвода вод с более обширной прилегающей к выемке территории целесообразно устройство нагорных канав).

При разработке данного технического решения было решено следующее техническое противоречие. В прототипе предусмотрена укладка теплоизоляции под всей выемкой. Такая теплоизоляция позволяет существенно снизить тепловой поток в грунты летом. И такое техническое решение может хорошо работать на высокольдистых грунтах при отсутствии фильтрации. Однако при наличии фильтрации требуется более сильная компенсация холодом в зимнее время. Тем не менее теплоизоляция этому препятствует. Таким образом, с одной стороны, теплоизоляция нужна, с другой - не нужна. Решение технического противоречия достигается разрывом теплоизоляции по ширине: на откосах она остается, а под балластной призмой - исключается. При этом усиливается охлаждающий эффект за счет увеличения толщины каменной наброски и за счет создания нижнего яруса 7 опорного массива. Требуемая толщина (высота) нижнего яруса уже оговорена выше, а требуемая высота верхнего яруса 6 должна быть не менее 2,5 м (из опыта устройства и эксплуатации на железных дорогах таких отсыпок в аналогичных условиях).

Область эффективного применения данной конструкции - выемки и нулевые места при наличии высокольдистых грунтов, просадочных при оттаивании. Применение технического решения предполагает наличие продольного одностороннего уклона в уровне верхней поверхности нижнего яруса 7, чтобы к моменту начала холодного периода года вода из пределов верхнего яруса 6 полностью уходила.