Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах


 


Владельцы патента RU 2513480:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) (RU)

Изобретение относится к строительству и эксплуатации земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на участках выветривающихся скальных грунтов, в том числе вечномерзлых (железных и автомобильных дорог, магистральных трубопроводов, плотин и дамб). Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений в выветривающихся скальных грунтах, содержит нагорную канаву, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя, укрепленную крупнообломочным грунтом. На откосе выполнены, по крайней мере, чередующиеся два уступа и два валика, при этом верхний валик выполнен между нагорной канавой и верхним уступом, а каждый следующий валик - между соседними уступами. Валики выполнены из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом. Площадь поперечного сечения уступов сопоставима с площадью поперечного сечения валиков, объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относится, как 1 к 4-6. Технический результат состоит в увеличении срока службы земляного сооружения до и более нормативного срока за счет кольматирования пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, формирования постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и значительного уменьшения миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на участках выветривающихся скальных грунтов, в том числе вечномерзлых (железных и автомобильных дорог, магистральных трубопроводов, плотин и дамб).

Стабильность земляного сооружения зависит от состояния его конструктивных элементов, в частности от состояния их откосов.

Основная причина потери несущей способности откосов земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях связана с деформациями грунтов откосов земляного полотна, расположенных в деятельном слое их сезонного промерзания-протаивания. Деформации происходят за счет наличия воды и льда в деятельном слое.

При разработке скальных выемок из выветривающихся пород (песчаников, глинистых, угольных сланцев и т.д.) происходит разрушение обнаженной части естественно сложенного горного массива. В деятельном слое при сезонном промерзании - протаивании и под воздействием переувлажнения происходит дальнейшее растрескивание, разуплотнение массива. В трещины и пустоты проникает вода, образуя в них лед при промерзании и грунтовые наледи на откосах в зимний период. Лед увеличивает трещины. При этом глубина деятельного слоя в профиле становиться неравномерной, что влияет на его неравномерное промерзание. Неравномерное промерзание способствует неравномерному стеснению живого сечения грунтовых вод и суффозионному выносу грунтовых частиц из деятельного слоя и ниже. Грунт выносится в приподошвенные зоны земляного полотна, в результате выходят из строя водоотводные сооружения, деформируются земляные сооружения (происходят осадки основания; образуются провальные воронки, наледные бугры, пучины, размывы откосов и др.).

Стабилизация земляных сооружений, откосы и основания которых сложено размываемыми грунтами достигается с помощью различных осушающих конструкций: дренажных устройств; сети канав, а также защитных конструкций, например защиты откосов с помощью биоматов; система Террамеш; зеленые насаждения по верху откоса; укрепляющие композиции; искусственное закрепление масс откоса; габионные конструкции; различных решетчатых из георешетки и геосетки, заполненных грунтом и засаженных растениями. Однако известные конструкции не позволяют устранить разрушительное влияние грунтовых вод на грунты, расположенные ниже глубины деятельного слоя.

Известна конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, предназначенная для сбора и отвода грунтовой воды с осушаемой территории [Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог М.А.Аверочкина, С.С.Бабицкая и др. Под ред. А.Ф.Подпалого и др. М.: Транспорт, 1978. С.243-244].

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения представляет собой нагорную канаву, расположенную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного полотна. Канава выполнена на глубину, не превышающую глубину деятельного слоя - слоя сезонного промерзания-протаивания. Сечение канавы представляет собой трапецию с параметрами: ширина дна - от 0,8 до 1,5 м; глубина - от 0,8 до 1,5 м; коэффициент откоса - 1:1,5. Дно и на откосы укреплены слоем щебня толщиной 0,1-0,2 м.

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения работает следующим образом.

В период дождей водный поток с верхней части склона перехватывается нагорной канавой, которая отводит его в соседнее искусственное сооружение, например трубу или мост и др. Отвод поверхностной воды с нагорной стороны склона предохраняет грунты откоса выемки железнодорожного пути от проникновения в них этой воды и от возникновения гидростатического напора этой воды в живом сечении нагорной канавы.

Однако за счет фильтрации поверхностная вода частично проникает по трещинам и пустотам в выветривающихся грунтах откоса выемки железнодорожного пути и основания земляного полотна на глубину ниже глубины деятельного слоя, гидростатический напор подземной грунтовой воды повышается, происходит переувлажнение грунтов.

В период положительных температур увлажненные грунты откоса выемки обеспечивают нормативную устойчивость железнодорожного пути.

В период отрицательных температур под действием силы тяжести и гидродинамического напора потока подземной грунтовой воды с нагорной стороны в результате изменения в профиле его живого сечения, грунтовая вода из трещин и пустот частично выжимается в канаву и отводится, а частично попадает в деятельный слой грунтов откоса и основания земляного полотна железнодорожного пути.

Таким образом, поверхностная и грунтовая вода удаляется из грунтов нагорной части, лежащих выше глубины деятельного слоя и не попадает в грунты осушаемой территории. Это приводит к уменьшению влажности осушаемой территории, и, как следствие, к уменьшению наледе- и пучинообразования грунтов основания и приподошвенных зон земляного полотна, лежащих выше глубины деятельного слоя. Величина пучин достигает 10-30 мм. При такой величине деформаций процесс пучинообразования в грунтах основания замедляется, что приводит к стабильности грунтов основания земляного сооружения до II-й категории деформативности, что является достоинством известной конструкции. Устойчивость земляного полотна сохраняется в течение 1-2-х лет.

Однако достигаемый срок службы земляного сооружения не соответствует нормативному значению, который составляет 10 лет. Это обусловлено продолжением процесса образования деформаций в грунтах откоса, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания. Грунтовая вода в порах и пустотах грунтов откоса, лежащих ниже глубины деятельного слоя, в зимний период увеличивается в объеме, раздвигая при этом трещины в скальном массиве до провальных воронок. Увеличение трещиноватости скального массива откоса способствует формированию переменного в профиле живого сечения грунтового потока и суффозионному выносу грунтовых частиц по трещинам из-под земляного полотна за его пределы, что приводит к образованию пор и пустот в откосе и основании земляного сооружения и по истечении 2-3-х лет - к возникновению опасных деформаций.

Незначительный срок службы стабильной эксплуатации земляного сооружения является недостатком известной конструкции для укрепления откосов земляных сооружений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, в основе которой лежит сбор и отвод грунтовой воды со скальных склонов [А.С. на изобретение РФ №1409715, П.Г.Ташлыков. Нагорная канава в зоне выветривания. Опубликовано: 15.07.1988. Патентообладатель: Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта].

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения представляет собой нагорную траншею, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения до границы деятельного слоя в зоне выветривания. Дно траншеи до глубины деятельного слоя выполнено с фиксирующей прослойкой из мелкодисперсного грунта, в которой выше глубины деятельного слоя сформирована нагорная канава трапецеидального сечения. Дно и откосы канавы укреплены слоем крупнообломочного грунта толщиной в 0,40-0,60 м. Средний диаметр грунта не превышает 0,10 м.

Устройство работает следующим образом.

В период положительных температур поверхностный водный поток с верхней части склона перехватывается нагорной канавой, которая отводит его в соседнее искусственное сооружение, например трубу или мост и др.

Подземная грунтовая вода с верхней части склона частично перехватывается нагорной канавой и отводится ею, а основной поток грунтовой воды через фильтрующую прослойку свободно попадает в деятельный слой откоса и основания земляного полотна железнодорожного пути, приводя их во влажное состояние.

При этом увлажненные грунты откоса выемки обеспечивают нормативную устойчивость железнодорожного пути.

Кроме того, небольшая часть подземной грунтовой воды из нагорной канавы проникает через фиксирующую прослойку по трещинам и пустотам в грунтах склона на глубину ниже глубины деятельного слоя.

В период отрицательных температур под действием силы тяжести и гидродинамического напора с нагорной стороны подземная грунтовая вода из слоя ниже глубины деятельного слоя по трещинам и пустотам выжимается в фиксирующую песчаную прослойку, где превращается в лед, раздвигая при этом трещины в скальном массиве до провальных воронок. При этом живое сечение грунтового потока в профиле становится различным.

Увеличение трещиноватости скального массива откоса способствует суффозионному выносу грунтовых частиц по трещинам из-под земляного полотна за его пределы, что приводит к образованию пор и пустот в основании земляного полотна.

Таким образом, поверхностная и грунтовая вода удаляется из грунтов нагорной части, лежащих выше глубины деятельного слоя, и лишь частично попадает в грунты осушаемой территории. Это приводит к уменьшению влажности осушаемой территории, и, как следствие, к уменьшению наледе- и пучинообразования грунтов основания и приподошвенных зон земляного полотна, лежащих выше глубины деятельного слоя.

Величина пучин снижается до нормативно допустимых величин - 5-15 мм. При такой величине деформаций процесс пучинообразования в грунтах основания замедляется, что приводит к стабильности грунтов основания земляного сооружения до 1-й категории деформативности, что является достоинством известной конструкции. Устойчивость земляного полотна сохраняется в течение 5-7 лет.

Однако достигаемый срок службы земляного сооружения не соответствует нормативному значению, который составляет 10 лет. Это обусловлено непостоянством живого сечения грунтового потока в профиле, способствующим проникновению подземной грунтовой воды в поры и пустоты грунтов откоса, возобновлению деформаций в грунтах откоса, лежащих ниже глубины деятельного слоя, и продолжению выветривания трещиноватых скальных грунтов.

Срок службы стабильной эксплуатации земляного сооружения до 1-й категории деформативности, который не достигает нормативного значения, является недостатком известной конструкции.

Задача, решаемая заявляемым решением, заключается в разработке конструкции для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, позволяющей увеличить срок службы земляного сооружения до и более нормативного срока за счет обеспечения полной стабильности откосов благодаря кольматированию пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, приводящему к формированию постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и к значительному уменьшению миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя.

Для решения поставленной задачи в конструкции для укрепления откосов земляных сооружений в выветривающихся скальных грунтах, содержащей нагорную канаву, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя, укрепленную крупнообломочным грунтом, на откосе выполнены, по крайней мере, чередующиеся два уступа, и два валика, при этом верхний валик выполнен между нагорной канавой и верхним уступом, а каждый следующий валик - между соседними уступами, причем валики выполнены из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, а площадь поперечного сечения уступов сопоставима с площадью поперечного сечения валиков, объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относится, как 1 к 4-6.

Кроме того, длина чередующихся участков поверхности откоса выемки железнодорожного пути в поперечном сечении выбрана из интервала 4-4,5 м, а угол γ между вертикалью и боковой стенкой уступа выбран в интервале 45°<γ<(90-α)°.

Заявляемое решение отличается от прототипа выполнением на откосе выемки железнодорожного пути, по крайней мере, чередующихся двух уступов и двух валиков из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, с сопоставимыми площадями поперечного сечения. Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Выполнение на откосе выемки железнодорожного пути, по крайней мере, чередующихся двух уступов, и двух валиков из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, с сопоставимыми площадями поперечного сечения приводит к естественной полной стабильности откосов благодаря кольматированию пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, формированию постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и к значительному уменьшению миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя.

Вышеуказанная причинно-следственная связь «существенные отличительные признаки - новый результат» не обнаружена в уровне техники, следовательно, явным образом не следует из него, на основании чего делается вывод, что заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На фигуре представлено поперечное сечение конструкции для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, иллюстрирующее работоспособность и промышленную применимость заявляемого устройства.

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, в частности железнодорожного пути 1, сооруженного на участках выветривающихся скальных грунтов, содержит нагорную канаву 2, по крайней мере, два уступа 3 и два валика 4.

Нагорная канава 2 выполнена в верхней части откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя 6 (слоя сезонного промерзания). Дно и откосы канавы 2 укреплены слоем крупнообломочного грунта, средний диаметр которого не превышает 0,10 м.

Уступы 3 и валики 4 выполнены чередующимися на участках поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1, длина которых в поперечном сечении выбрана из интервала 4-4,5 м.

Угол γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 выбран в интервале 45°<γ<(90-α)°, где α - угол естественного откоса, равный 30-35°.

Верхний валик 4 выполнен между нагорной канавой 2 и верхним уступом 3. Остальные валики 3 выполнены на участках откоса между соседними уступами 3. Валики 3 образованы мелкодисперсным грунтом, покрытым дресвяно-щебенистым грунтом. Мелкодисперсный грунт представляет собой смесь частиц размерами от dмср=0,001 мм до от dм=2,0 мм (ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». Таблица Б. 10). Дресвяно-щебенистый грунт представляет собой смесь частиц размерами dcp>2-70 мм (ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». Таблица Б. 10).

Объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относятся, как 1 к 4-6.

Площадь поперечного сечения уступов 3 сопоставима с площадью поперечного сечения валиков 4.

Устройство работает следующим образом.

В период положительных температур происходит протаивание грунтов деятельного слоя 7, с образованием в нем талой зоны и грунтовой воды.

Во время дождей поток поверхностных вод с верхней части склона перехватывается нагорной канавой 2, которая отводит его в соседнее искусственное сооружение, например трубу или мост и др. (на чертеже не показаны). Ниже нагорной канавы поток поверхностных вод от осадков стекает по откосу.

Встречая на пути валики 4, водный поток вымывает из них самые мелкие частицы мелкодисперсного грунта dcp=0,001-0,05 мм, которые осаждаются в уступах 3, часть из которых проникает в трещины и пустоты скальных пород деятельного слоя 7, и пород, лежащих ниже границы деятельного слоя 6. Заполнение трещин и пустот частицами мелкодисперсного грунта приводит к уплотнению структуру грунта под уступами 3.

Оставшиеся в валиках более крупные частицы мелкодисперсного грунта (dcp=0,05-2,0 мм) и мелкие фракции крупнообломочного грунта (dcp 2-20 мм) под напором поверхностного водного потока также осаждаются в уступах 3. Частицы крупнообломочного грунта более 20-70 мм тоже смещаются в уступы 3, занимая естественно приобретенное состояние устойчивого равновесия, образуя угол естественного откоса α на площадке уступа 3. Боковая стенка уступа 3 изменяет свою крутизну с постепенным уположением и увеличением угла γ между ней и вертикалью до величины (90-α)°.

Поверхность откоса 5 покрывается слоем из смеси мелкодисперсного и крупнообломочного грунтов, создавая защитный слой от размыва поверхностными водами на откосе 5.

Подземная грунтовая вода с верхней части склона по трещинам и пустотам частично выходит на поверхность, перехватывается нагорной канавой 2 и отводится ею, а основной поток грунтовой воды с мелкими частицами мелкодисперсного грунта dcp=0,001-2,0 мм свободно попадает в грунты деятельного слоя 7, а также в трещины и пустоты грунтов, лежащих ниже границы деятельного слоя 6. Мелкие частицами мелкодисперсного грунта dcp=0,001-0,05 мм оседают в трещинах, а более крупные dcp=0,05-2,0 мм - в пустотах грунтов, уплотняя их, а грунтовая вода стекает в полевую сторону за пределы земляного сооружения. Грунты деятельного слоя 7 остаются в умеренно увлажненном состоянии, однако обеспечивают нормативную устойчивость железнодорожного пути 1 в период положительных температур.

В осеннее-зимний период из-за понижения температур происходит постепенное промерзание грунтов деятельного слоя 7 до границы сезонного промерзания 6 с уменьшением талой зоны в живом сечении потока грунтовых вод.

При этом площадь живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 под уступами 3 и под валиками 4 в откосе 5 земляного сооружения имеет разное значение. В силу различия толщи грунтов под уступами 3 и под валиками 4 более быстрое промерзание и уменьшение площади живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 происходит под уступами 3. Это приводит к увеличению давления и напорного градиента грунтовой воды под уступами 3. Зажатый под уступами 3 грунтовый поток под большим давлением вырывается по трещинам в талой зоне грунтов к поверхности промерзания в зоне валиков 4. При этом происходит явление механической суффозии: мелкодисперсные частицы грунта dcp=0,001-2 мм валиков 4 выносятся из нижних слоев в уступы 3. Уступы 3 постепенно заполняются грунтами мелкой фракции, которые в летний период кольматируют поры и пустоты в трещиноватых грунтах, лежащих как выше, так и ниже границы деятельного слоя 6.

С течением времени происходят следующие процессы. С одной стороны, уплотнение грунтов основания, лежащих ниже границы деятельного слоя 6, препятствует миграции грунтовой воды в эти грунты из деятельного слоя 6, что приводит к выравниванию нижней границы стока грунтовых вод. С другой стороны, уположение поверхности откоса 5 до угла естественного откоса уплотненной смесью крупнообломочного и мелкодисперсного грунтов защищает откос 5 от размыва поверхностными водами.

Одновременное влияние этих процессов на формирование площади живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 приводит к выравниванию значений площадей как под уступами 3, так и под валиками 4 в откосе 5 земляного сооружения, что, в свою очередь, формирует постоянное живое сечение потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 с равномерным стоком грунтовых вод. Давление и напорный градиент грунтовой воды в талой зоне деятельного слоя 7 при этом становится постоянными, что исключает предпосылки для продолжения процесса деформирования выветривающихся скальных грунтах откосов 5 земляного сооружения. Прекращение процесса деформирования выветривающихся скальных грунтов приводит к полной стабильности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 и увеличению срока службы земляного сооружения, превышающего нормативный.

Выполнение участков поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 между уступами 3 и валиками 4 длиной, выбранной из интервала 4-4,5 м, приводит к формированию на каждом уступе 3 грунтовой призмы с углом естественного откоса а и к выравниванию поверхности откоса выемки 5 за счет перемещения грунта из валиков 4 в уступы 3. При этом формируется постоянное живое сечение потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 с равномерным стоком грунтовых вод.

Выполнение участков поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 между уступами 3 и валиками 4 длиной меньше 4 м приводит к образованию угла меньше угла естественного откоса α на каждом уступе 3, что приводит к формированию откоса выемки 5 вдоль железнодорожного пути 1 с впадинами и буграми, и, как следствие, к формированию переменного живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Выполнение участков поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 между уступами 3 и валиками 4 длиной больше 4,5 м приводит к образованию на каждом уступе 3 двух участков: участка с формированным углом естественного откоса α и участка с горизонтальной поверхностью. Наличие на площадке уступа 3 двух участков с разными уклонами обуславливает образование откоса выемки 5 вдоль железнодорожного пути 1 с впадинами, что приводит к формированию переменного живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Выбор угла γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 в интервале 45°<γ<(90-α)° способствует уположению мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов до угла естественного откоса на всей поверхности каждого уступа 3 при перемещении их под действием силы тяжести из каждого валика 4.

Выбор угла γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 меньше 45° приводит к ссыпанию дресвяно-щебенистого грунта под действием силы тяжести с валика 4 на горизонтальную поверхность уступа 3, к перекрытию частицами этого грунта пор и пустот в деятельном слое 7 на каждом уступе 3, что нарушает процесс кольматирования мелкодисперсным грунтом пор и пустот в трещиноватых грунтах, лежащих как выше, так и ниже границы деятельного слоя 6.

Выбор угла γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 больше (90-α)°, т.е. больше (55-60)°, не позволяет технологически осуществить уступ 3 на откосе выемки 5. В этом случае уступ 3 теоретически должен располагаться выше поверхности откоса 5.

Выбор объема мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов в отношении 1 к 4-6 является достаточным для кольматажа частицами мелкодисперсного грунта трещин и пустот в деятельном слоя 7 и слое, лежащем ниже границы деятельного слоя 6, что приводит к выравниванию нижней границы и верхней границы стока грунтовых вод, и, как следствие, к образованию равной поверхности откоса 5 смесью крупнообломочного и мелкодисперсного грунтов. В результате в талой зоне деятельного слоя 7 формируется постоянное живое сечение потока грунтовых вод с равномерным стоком, что влияет на прекращение процесса деформирования грунтов.

Увеличение мелкодисперсного грунта в объеме мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов при соотношении, например 1 к 3, приводит к полной кольматации пустот и к скоплению мелкодисперсных частиц на поверхности уступа 3 откоса 5, к вымыванию их на откосе 5, что формирует на нем неровности, которые препятствуют формированию постоянного живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Уменьшение мелкодисперсного грунта в объеме мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов при соотношении, например 1 к 7, приводит к недостаточной кольматации пустот и продолжению процессов деформирования грунтов.

Площадь сечения уступов 3 сопоставима с площадью поперечного сечения валиков 4. Сопоставимость площадей поперечного сечения уступов 3 и поперечного сечения валиков 4 позволяет грунту из валика 4 естественным образом полностью переместиться на уступ 3, формируя ровную поверхность откоса 5. Сформировавшаяся ровная поверхность откоса 5 создает естественный угол откоса, обеспечивает равномерный поверхностный сток и поддерживает постоянное живое сечение потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Увеличение площади поперечного сечения валиков 4 при естественном перемещении грунта из валика 4 на уступ 3 приводит к уположению откоса 5 с углом меньшим угла естественного откоса и в конечном итоге к образованию деформаций под основной площадкой земляного сооружения.

Уменьшение площади поперечного сечения валиков 4 при естественном перемещении грунта из валика 4 на уступ 3 приводит к образованию неравномерной поверхности откоса 5 и переменному живому сечению потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Для проведения опытных испытаний конструкция для укрепления откосов земляных сооружений выполнена на участке железнодорожного пути Беркакит - Томмот на 116 КМ АК «ЖДЯ», который ранее был подвержен деформациям в виде карстовых провалов. На этом участке земляное сооружение представляет собой выемку железнодорожного пути 1 глубиной 15 м с длиной откоса 5 в 22, 5 м при коэффициенте откоса 1:1,5.

Верхняя продольная нагорная канава 2 выполнена за пределами осушаемой территории откоса 5 вдоль земляного полотна железнодорожного пути 1 и перпендикулярно нагорной части рельефа откоса 5, выше глубины слоя сезонного промерзания 6.

На откосе 5 параллельно продольной нагорной канаве 2 на расстоянии 4,5 м друг от друга выполнены два уступа 3 высотой 1,5 м, при этом боковая стенка уступа 3 составляет с вертикалью угол 45°. Между нагорной канавой 2 и верхним уступом 3 и между соседними уступами отсыпаны валики 4 с длиной основания 4,5. Нижний слой валиков 4 образован мелкодисперсным грунтом диаметром dмср=0,001 мм до от dм=2,0 мм (пылевато-глинистые, мелкий песок) массой 5,3 т, верхний - дресвяно-щебенистым грунтом из смеси частиц размерами dcp>2-70 мм массой 26,5 т грунтом на 1 п.м. конструкции.

Площадь поперечного сечения уступов 3 с выполненными параметрами составляет 3,4 м2.

Площадь поперечного сечения валиков 4, образованная грунтом, составляет 3,6 м2.

В течение первого летнего сезона площадь валиков 4 уменьшилась на 1/3 объема грунта и одновременно произошло уположение откоса 5 на 30%. В течение зимнего сезона практически весь грунт из валиков 4 переместился в уступы 3. В результате поверхность откоса 5 выравнивается под углом естественного откоса. Результаты динамического зондирования, проведенные во второй летний период, показали, что средняя плотность грунтов по глубине деятельного слоя 7 по всему поперечному сечению откоса 5 (10 скважин) составляет 2,1 Г/см3. Средний пьезометрический уровень грунтовой воды относительно нижней границы деятельного слоя 6 составил 0,3 м во всех сечениях.

Таким образом, использование заявляемой конструкции приводит к кольматированию пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, к формированию постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и, как следствие, к значительному уменьшению миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя, что увеличивает срок службы земляного сооружения до и более нормативного срока.

1. Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений в выветривающихся скальных грунтах, содержащая нагорную канаву, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя, укрепленную крупнообломочным грунтом, отличающаяся тем, что на откосе выполнены, по крайней мере, чередующиеся два уступа, и два валика, при этом верхний валик выполнен между нагорной канавой и верхним уступом, а каждый следующий валик - между соседними уступами, причем валики выполнены из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, а площадь поперечного сечения уступов сопоставима с площадью поперечного сечения валиков, объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относится, как 1 к 4-6.

2. Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений по п.1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении длина чередующихся участков поверхности откоса выемки железнодорожного пути выбрана из интервала 4-4,5 м.

3. Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений по п.1-2, отличающаяся тем, что угол γ между вертикалью и боковой стенкой уступа выбран в интервале 45°<γ<(90-α)°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к строительству железных дорог, а именно к возведению насыпей. Способ реконструкции железнодорожного пути включает нарезку уступов на откосе земляного полотна, укладку на них габионов.

Изобретение относится к области мелиоративного и водохозяйственного строительства. Способ возведения узкопрофильных дамб осуществляется подачей пульпы в намываемое сооружение одновременно из основного и двух распределительных пульпопроводов.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на бессточных локальных и протяженных участках слабых грунтов, на болотах 2-го и 3-го типов и вечномерзлых грунтах 3-й и 4-й категорий термопросадочности.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении транспортных сооружений на мерзлых грунтах как в летнее, так и в зимнее время года.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при возведении дорожных и гидротехнических земляных сооружений. .

Изобретение относится к области строительства на вечной мерзлоте и может быть преимущественно использовано при возведении высоких (более 3 м) дорожных насыпей на просадочных при оттаивании мерзлых грунтах, в сейсмоопасных районах распространения высокотемпературной (-0,5 -1,5°С) неустойчивой вечной мерзлоты прерывистого и островного распространения, в условиях происходящего глобального потепления, с оптимальным использованием естественных (экологичных) механизмов образования и усиления вечной мерзлоты.

Изобретение относится к строительству и реконструкции линейных сооружений на слабых, в том числе вечномерзлых грунтах 3-й и 4-й категорий термопросадочности, на бессточных участках и болотах 2-го и 3-го типов.

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве насыпей дорог на слабом основании. .

Изобретение относится к области строительства дорог и оснований и может быть использовано при возведении нефтегазовых и транспортных сооружений на мерзлых фунтах как в летнее, так и в зимнее время года.
Изобретение относится к области строительства дорог и оснований и может быть использовано при возведении нефтегазовых и транспортных сооружений на мерзлых грунтах, как в летнее, так и в зимнее время года.

Изобретение относится к области мелиоративного и водохозяйственного строительства. Цель изобретения - очистка водных объектов от донных отложений с одновременным возведением защитных дамб. Способ намыва земляных сооружений в виде узкопрофильных дамб заключается в подаче пульпы из торца основного пульпопровода и рассредоточенном выпуске пульпы, отбираемой из нижней части основного пульпопровода, из распределительных пульпопроводов. Намыв узкопрофильной дамбы осуществляют при помощи распределительного устройства, позволяющего осуществлять фракционирование и намывать боковые призмы из отсортированных фракций, а ядро дамбы намывать из оставшейся массы твердой фазы пульпы. Распределительное устройство представляет собой торцевой участок основного пульпопровода, к которому через раструб, жестко закрепленный в его нижней части, подсоединены два распределительных пульпопровода, расположенные параллельно основному пульпопроводу, с изменяемым расстоянием между ними. Перед входным отверстием в раструб жестко закреплен направляющий элемент серповидной формы, наклоненный под углом 25…30° в сторону защитной решетки. Направляющий элемент выполнен из листовой износостойкой стали толщиной 8…10 мм, высотой 50…70 мм, длиной, равной ширине входного отверстия раструба. Распределительное устройство имеет четыре вертикальные стойки высотой 1500…2000 мм и жестко закрепленные к ним опорные элементы в виде изогнутых швеллеров размером 150 мм с горизонтальными участками длиной 800…1200 мм. От горизонтальных участков швеллеров в передней части по ходу перемещения распределительного устройства отходят наклонные участки с углом наклона к продольной оси 45…55°, закрепленные на распределительных пульпопроводах, что обеспечивает самовыглубление распределительного устройства при перемещении с намытого участка. Снижается засорение защитной решетки раструба и повышается мобильность распределительного устройства при перебазировках. 6 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к элементам для армирования, отделения и дренирования больших сооружений, таких как дорожные насыпи. Пластинчатый элемент для армирования, отделения и дренирования больших сооружений, таких как дорожные насыпи, содержит пластинчатый корпус, который имеет решетчатую структуру с основными тросами и поперечными тросами, растянутыми вдоль двух, по существу, взаимно перпендикулярных направлений. Тросы двуосно ориентированы со степенью растяжения в указанных двух, по существу, взаимно перпендикулярных направлениях, которая составляет от 2,8 до 5,5. Основные тросы, т.е. в направлении экструзии заготовки, образующей пластинчатый корпус, имеют, по существу, четырехугольное поперечное сечение и толщину в направлении, проходящем перпендикулярно к плоскости размещения пластинчатого корпуса, которая равна, по меньшей мере, трехкратной толщине поперечных тросов. Технический результат состоит обеспечении закрепления пластинчатого элемента в грунте, обеспечении надежной работы и безопастности при использовании. 9 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к строительству, конкретнее к основаниям и фундаментам, и может быть использовано при возведении сооружений из армированного грунта. Армирующий элемент содержит торовые элементы из автопокрышек, с грунтовым заполнением, скрепленные между собой с помощью соединительных элементов, выполненных вырезанием из автопокрышки, уложенных в контакте друг с другом протекторами. Каждый торовый элемент выполнен как автопокрышка с отрезанным бортом, который пересечен радиальным разрезом и использован в качестве соединительного элемента. В протекторной поверхности торового элемента выполнена, по меньшей мере, пара прорезей длиной около ширины отрезанного борта с возможностью заведения концов соединительного элемента через них. Пара прорезей расположены в плоскости, параллельной борту торового элемента, предпочтительно в зоне плечевой части торового элемента. Торовые элементы оперты на поверхность плечевыми частями, так, что прорези смежных торовых элементов обращены друг к другу. Торовые элементы скреплены между собой путем пропускания через эти прорези концов соединительного элемента. Радиальный разрез каждого соединительного элемента ориентирован к центру одного из смежных торовых элементов. Технический результат состоит в повышении долговечности и надежности конструкции, снижении трудоемкости изготовления, обеспечении безотходности возведения сооружений. 4 ил.

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации автомобильных и железных дорог и может быть использовано для предупреждения их деформаций, возникающих вследствие оттаивания в процессе эксплуатации многолетнемерзлых грунтов, находящихся в основании земляного полотна. Технический результат - повышение эффективности снижения деформаций автомобильных и железных дорог на оттаивающих в процессе эксплуатации многолетнемерзлых грунтах, находящихся в основании земляного полотна. Для реализации способа производят выемку естественного грунта на оптимальную глубину, бурение со дна выемки вертикальных и наклонных скважин до кровли многолетнемерзлых грунтов, погружение в скважины стальных труб, заполненных песком и в верхней части бетоном, отсыпку по всей площади дна выемки буферного слоя из щебня, укладку поверх буферного слоя слоев горизонтальных армирующих элементов в виде георешеток, заполненных щебнем, заполнение выемки крупнообломочным грунтом с последующим устройством дорожной одежды. 1 ил.

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог и предназначено для создания постоянных автомобильных дорог на слабых заболоченных основаниях. Способ сооружения плавающей насыпи включает нанесение на поверхность слабого грунтового основания жидкого слоя вспененного полимерного материала заданной ширины, на образовавшуюся поверхность которого после наступления полимеризации укладывают армирующий геосинтетический материал, затем повторяют процесс укладки слоев необходимое число раз до достижения требуемой высоты и геометрии плавающей насыпи. После этого насыпь из вспененного полимерного материала засыпают минеральным грунтом толщиной не менее 0,3 м. Устраивают дорожную одежду, нижний слой которой укрепляют вяжущим. Общая высота нижней части насыпи из вспененного полимерного материала hп и высота верхней части из минерального грунта вместе с дорожной одеждой hмч определяется из приведенной зависимости. Технический результат состоит в повышении несущей способности, снижении материалоемкости. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к возведению насыпей, в том числе насыпей железных дорог. Цель изобретения - уширить основную площадку земляного полотна без нарушения целостности земляного полотна, уменьшить объем дренирующего грунта засыпки. Указанная цель достигается тем, что опорные элементы расположены точечно на откосе земляного полотна и снабжены сеткой в сочетании с геотекстилем. Сущность изобретения заключается в том, что на откосе земляного полотна размещены опорные элементы в виде металлических труб длиной 2,0-2,5 м, при этом в тело земляного полотна заведено не менее 1/3 длины труб, остальные их части свободно располагаются над поверхностью откоса на расстоянии 1,2-1,5 м друг от друга и между ними размещена сетка двойного кручения, обернутая геотекстилем, которая нижним краем упирается в откос земляного полотна, верхний ее край совпадает с верхом металлических труб, пазухи между сеткой и откосом земляного полотна заполнены дренирующим грунтом, верхняя поверхность которого располагается на уровне основной площадки земляного полотна и образует нормативную обочину земляного полотна. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет уширить основную площадку земляного полотна, сохранив существующую конструкцию земляного полотна, за счет точечного расположения опорных элементов, а применение сетки в сочетании с геотекстилем позволяет получить определенный объем пазух и, следовательно, спрогнозировать расход дренирующего грунта. Следует отметить, что данная конструкция земляного полотна железнодорожного пути изготавливается без применения сложных машин и механизмов. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства и реконструкции дорожного полотна линейных сооружений на участках поперечных водопропускных и продольных водоотводных устройств на слабых и вечномерзлых грунтах. Водопропускное сооружение на вечномерзлых грунтах представляет собой дренажную секцию из контейнеров с сортированным скальным грунтом, уложенную перпендикулярно дорожному полотну линейного сооружения на естественное спланированное основание и на дно выпускного русла стока воды с нагорной стороны прилегающей территории в ее подгорную сторону, при этом дренажная секция по периметру обернута геосинтетическим материалом. Каждый последующий контейнер, начиная со второго контейнера, уложен один на другой с нахлестом со смещением его центра тяжести в сторону выпуска. Величина нахлеста составляет ΔL=(0,1-0,15)L, где ΔL - величина нахлеста последующего контейнера на край предыдущего контейнера; L - длина каждого контейнера, а вес каждого последующего контейнера относится к весу предыдущего контейнера как Pi+1/Pi=(0,05-0,10) Pi, где Pi - вес предыдущего контейнера; Pi+1 - вес каждого последующего контейнера. Технический результат состоит в увеличении срока службы водопропускного сооружения до срока службы дорожного полотна линейного сооружения за счет обеспечения равномерного гидравлического режима водотока в течение срока службы дорожного полотна линейного сооружения путем создания постоянного температурного режима в водопропускном сооружении и в канаве выпуска. 2 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при реконструкции, капитальном и текущем ремонте автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах без прекращения движения автомобильного транспорта на данных участках. Автомобильная дорога на вечномерзлых грунтах содержит земляное полотно, с уложенными в теле насыпи поперечными полосами из синтетического материала, снабженная продольными полосами из водонепроницаемого синтетического материала в основании дорожной конструкции. Со стороны слабого основания в откосной части земляного полотна сформированы два грунтовых валика из минерального непучинистого сыпучемерзлого грунта, окаймленные армирующим геосинтетическим материалом, размещенным в основании подоткосной части автомобильной дороги и части откоса земляного полотна, образующим две полуобоймы с закреплением нижних краев в толще грунта с использованием горизонтального анкерного стержня, вставленного в петлю, образованную нижним краем армирующего геосинтетического материала, и анкерных труб вертикально установленных с шагом вдоль горизонтального анкера в грунтах, расположенных ниже дна траншеи, оснащенных металлическим крючком для соединения с горизонтальным анкерным стержнем путем прокалывания нижнего края геосинтетического материала над горизонтальным анкерным стержнем. Технический результат состоит в повышении устойчивости земляного полотна, уменьшении вертикальных и горизонтальных деформаций покрытия, земляного полотна и грунтов основания, исключении образования продольных и поперечных трещин, просадок и волн на покрытии проезжей части и обочинах. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при реконструкции и капитальном ремонте автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах. Автомобильная дорога на многолетнемерзлых грунтах при неоднородности грунтов по ширине основания содержит земляное полотно с размещением геосинтетического материала. В откосной части земляного полотна со стороны основания с прослоями из мерзлого грунта сформирован грунтовый упорный валик из минерального непучинистого грунта, окаймленный армирующим геосинтетическим материалом, размещенным в подоткосной части основания автомобильной дороги и части откоса земляного полотна в виде полуобоймы в прочном льдогрунтовом массиве, образованном в результате действия термостабилизаторов, погружаемых до отметки кровли многолетнемерзлых грунтов для закрепления армирующего геосинтетического материала, с шагом в зависимости от теплофизических характеристик грунтов основания. Технический результат состоит в повышении устойчивости земляного полотна, уменьшении вертикальных и горизонтальных деформаций покрытия, земляного полотна и грунтов основания. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства, а именно к георешеткам, предназначенным для применения в качестве армирующей и разделяющей прослойки в конструкциях земляного полотна линейных транспортных и геотехнических сооружений. Способ изготовления полимерной георешетки включает перфорирование и последующее вытягивание листа из полимерного материала. Перфорационные отверстия выполняют в виде равнобедренных треугольников и располагают рядами поперек листа вдоль прямых, совпадающих с основаниями треугольных отверстий в ряду. Ряды, состоящие из одинаково ориентированных вдоль листа треугольных отверстий, располагают с заданным шагом. Треугольные отверстия каждого ряда чередуют с ориентированными в противоположную сторону треугольными отверстиями другого ряда. Вытягивание перфорированного листа осуществляют сначала вдоль, а затем поперек. Технический результат состоит в повышении прочности георешетки на разрыв за счет лучшего ориентирования полимерного материала в полосках, ребрах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх