водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах

Формула изобретения

1. Водопропускное сооружение в дорожной насыпи на вечномерзлых грунтах, характеризующееся тем, что оно содержит одну или несколько водопропускных труб с оголовком, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, а оголовок выполнен в виде поперечной трубы, примыкающей к одной или к нескольким трубам и имеющей в боковой поверхности впускные отверстия, не совпадающие с торцами трубы или труб в направлении продольной оси последних, и перепускные отверстия, совмещенные с торцами трубы или труб, при этом оно содержит примыкающий с внешней стороны к поперечной трубе фильтрующий массив, состоящий из фильтрующего материала.

2. Водопропускное сооружение по п.1, отличающееся тем, что сумма площадей впускных отверстий с учетом только фильтрующей их части равна сумме площадей перепускных отверстий.

3. Водопропускное сооружение по п.1, отличающееся тем, что высота фильтрующего массива в зоне оголовка соответствует высоте снежных отложений.

4. Водопропускное сооружение по п.1, отличающееся тем, что оно содержит размещенные в фильтрующем массиве дополнительные трубы, расположенные напротив впускных отверстий перпендикулярно к поперечной трубе.

5. Водопропускное сооружение по п.1, отличающееся тем, что в основных и/или поперечных трубах устроены смотровые входы в виде вертикальных шахт с люками, присоединенных к трубе или к трубам и возвышающихся над уровнем насыпи и снежными отложениями.

Описание изобретения к патенту

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 (Т.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 состояла в повышении эксплуатационной надежности водопропускных сооружений, возводимых в районах распространения вечномерзлых грунтов и с сильным снегопереносом.

Для достижения указанного технического результата в водопропускном сооружении, содержащем дорожную насыпь, расположенную на естественной поверхности грунта и водопропускную трубу, состоящую из тела трубы и ее оголовка, тело трубы выполнено в виде одной или нескольких основных труб, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, а оголовок выполнен в виде поперечной трубы, примыкающей к основным трубам и имеющей в боковой поверхности впускные отверстия, не совпадающие с торцами основных труб в направлении продольной оси последних, и перепускные отверстия, совмещенные с торцами основных труб, при этом водопропускное сооружение содержит фильтрующий массив, примыкающий с внешней стороны к поперечной трубе и состоящий из фильтрующего материала.

Кроме того, сумма площадей впускных отверстий с учетом только фильтрующей их части может быть равна сумме площадей перепускных отверстий. А высота фильтрующего массива в зоне оголовка соответствует высоте снежных отложений. В фильтрующем массиве могут быть размещены дополнительные трубы, расположенные напротив впускных отверстий перпендикулярно к поперечной трубе. А в основных и поперечных трубах могут быть устроены возвышающиеся над уровнем насыпи и снежными отложениями смотровые входы в виде вертикальных шахт с люками, присоединенных к телу труб.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг.1 изображено водопропускное сооружение;

на фиг.2 изображен разрез А-А (фиг.1);

на фиг.3 изображено сечение Б-Б (фиг.1).

Водопропускное сооружение содержит тело 1 насыпи, фильтрующий массив 2 и водопропускную трубу 3. Водопропускная труба выполнена в виде одной или нескольких основных труб 4, расположенных рядом или на расстоянии друг от друга, а оголовок выполнен в виде поперечной трубы 5. Поперечная труба 5 имеет в боковой поверхности внешние отверстия 6, не совпадающие в плане с торцами основных труб 4. Поперечная труба 5 примыкает и жестко присоединена к основным трубам 4, при этом в месте соединения этих труб образуются перепускные отверстия 7. Соединение труб 4 и 5 должно быть водонепроницаемым. Для этого оно может быть выполнено, например, на сварке. Сумма площадей внешних отверстий 6 с учетом только фильтрующей их части в общем случае должна быть не меньше суммы площадей перепускных отверстий 7. Но при определенных условиях отклонения от этого правила могут быть как в одну, так и в другую сторону. Торцы 8 поперечной трубы 5 могут быть заведены в насыпь 1. Однако может быть и другое техническое решение. Например, торцы 8 поперечной трубы могут использоваться как внешние отверстия 6.

Фильтрующий массив 2 может быть выполнен из каменной или скальной наброски или другим образом (например, из наброски бетонных мелких блоков). Для активизации работы фильтрующего массива в начале теплого периода года, когда массив находится в мерзлом состоянии, могут быть использованы дополнительные трубы 9, уложенные перпендикулярно поперечной трубе 5 напротив внешних отверстий 6. Диаметр дополнительных труб 9 может быть меньше диаметра основных 4 и поперечных 5 труб, а расположены дополнительные трубы могут быть в верхней части каменной наброски (фильтрующего массива 2) для того, чтобы обеспечивалась незаполненность их льдом от замерзшей в осенний период воды и чтобы в момент начала оттаивания фильтрующего массива при наступлении теплого периода года вода быстрее могла проходить к поперечной трубе 5. Фильтрующий массив расположен в плане с внешней стороны поперечной трубы 5 и имеет протяжение во внешнюю сторону на величину "с" (эта закономерность обоснована в работе СП-32-101-95 "Проектирование и устройство фундаментов опор мостов в районах распространения вечномерзлых грунтов". М.: Корпорация "Трансстрой", 1996, с.37-41)

с=2 , м,

где - глубина деятельного слоя в зоне оголовка, м.

В направлении вдоль насыпи длина фильтрующего массива "d" соответствует длине поперечной трубы "l", хотя и не обязательно должна совпадать с ней. В свою очередь длина "l" поперечной трубы 5 определяется, во-первых, шириной русла водотока в естественных условиях, а, во-вторых, удобством размещения внешних отверстий 6. Верхняя поверхность 10 фильтрующего массива должна совпадать с прогнозируемой поверхностью максимальных снежных отложений в этом месте. Поверхность откоса 11 фильтрующего массива должна быть по возможности круче (1:1 или 1:1,5).

Под поперечной трубой должен быть расположен слой 12 песчано-гравийной смеси. Такой же слой 12 должен быть уложен под основной трубой 4. Для предотвращения фильтрации должен быть устроен противофильтрационный экран 13.

На фиг.1, 2, 3 даны также следующие обозначения: позицией 14 показана продольная ось перехода через водоток; позициями 15 и 16 показаны соответственно основная площадка и откос насыпи; позицией 17 показаны люки с крышкой в поперечной трубе 5; стрелки 18 характеризуют направление водного потока во входном оголовке; позицией 19 показан уровень снежных отложений в зимний период; позицией 20 показана охлаждающая шахта.

Водопропускное сооружение работает следующим образом.

Сооружение предназначено для случая, когда водоток является периодическим. В холодное время года (т.е. в зимний период) водоток отсутствует. В летний период вода по естественному руслу поступает к входному оголовку трубы, далее через фильтрующий массив 2 и внешние отверстия 6 поступает в поперечную трубу 5, далее (см. стрелки 18) поступает через перепускные отверстия 7 в основные трубы 4. По трубам 4 вода поступает к выходному оголовку трубы, через перепускные отверстия 7 поступает в поперечную трубу 5, а из нее через внешние отверстия 6 выходит через фильтрующий массив в естественное русло.

Предлагаемая конструкция водопропускного сооружения предназначена в основном для применения в дорогах на вечной мерзлоте в регионах с сильным снегопереносом. Одно из основных возникающих при этом технических противоречий заключается в том, что в зоне оголовка водопропускной трубы в насыпи естественно возникает углубление глубиной не менее высоты отверстия трубы. В зимний период это углубление полностью заносится снегом, снегом заносится и отверстие трубы. Образующиеся в результате этого снегоотложения высотой до 2 м и более приводят к растеплению или деградации мерзлоты в этой зоне. Уменьшить эту "ловушку" для снега путем засыпки грунтом нельзя, поскольку при этом не будет обеспечиваться пропуск воды. Предлагаемое техническое решение позволяет устранить противоречие. Уширением оголовка поперечной трубой 5 и устройством фильтрующего массива с верхней поверхностью, соответствующей поверхности снежных отложений, достигается следующее:

- ликвидируются снежные отложения;

- фильтрующий массив сам является охлаждающей системой;

- обеспечивается полное отсутствие снега в полости трубы, что приводит также к дополнительному охлаждению грунтов оснований;

- при этом обеспечивается пропуск воды с расчетным расходом.

На фиг.1, 2, 3 приведен случай, когда высота насыпи в зоне поперечной трубы равна высоте трубы. В общем случае это может быть и не так.

Существенный охлаждающий эффект может быть достигнут, если в месте расположения смотровых люков 17 будут сделаны замкнутые охлаждающие шахты 20, включающие либо боковые, либо верхние люки. Эти шахты являются неизбежными при высоте насыпи в зоне поперечной трубы 5 большей, чем высота трубы. Шахта должна возвышаться над уровнем максимальных снежных отложений на высоту порядка 2 м. В этом случае будет происходить охлаждение воздуха в этой части шахты, что вызовет образование конвекции и поступление холодного воздуха в полости труб 4 и 5. Шахта должна быть замкнутой (условие герметичности не требуется), иначе будет поступление снега в полости труб 4 и 5.

Охлаждающие шахты 20 со смотровыми люками 17 могут быть устроены не только в месте пересечения труб 4 и 5, но и в других местах, например в пределах трубы 4. Во всех случаях целесообразно размеры внутренней полости шахты 20 делать такими, чтобы по ним можно было попасть в полость основных 4 и поперечных 5 труб. Для удобства осмотра должны быть предусмотрены внутри полости шахт 20 скобы или лестницы.

Конфигурация насыпи в зоне водопропускной трубы должна как можно больше соответствовать конфигурации подходной части насыпи, при этом конфигурация должна обеспечивать в условиях сильного снегопереноса наименьшие отложения снега на ее поверхности.

Эффективность предложенного технического решения выражается в повышении эксплуатационной надежности за счет существенного улучшения температурного режима грунтов основания в зоне оголовков.

Наиболее целесообразная область применения - регионы с распространением вечномерзлых грунтов и сильным снегопереносом (400 м³/м и более).