Способ снижения деформаций автомобильных и железных дорог на многолетнемерзлых грунтах, оттаивающих в процессе эксплуатации

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 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.

Известен способ возведения насыпей на слабых грунтах путем изготовления под откосными частями насыпи цилиндрических вертикальных опор из геосетки с каменным заполнением (Джоунс К.Д. Сооружения из армированного грунта. - М.: Стройиздат, 1989 - с.20).

Недостатки известного способа:

- отсутствие сплошных горизонтальных армирующих элементов, перераспределяющих вертикальные силовые воздействия от насыпи авто (ж/д) транспорта на вертикальные опоры;

- устройство вертикальных опор только под откосными частями насыпи;

- возможность разрушения цилиндрических вертикальных опор за счет воздействия на них горизонтальных деформаций, вызывающих, соответственно, изгиб и срез опор.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ возведения дорог на болотах, представляющих собой прослойку из геотекстильного материала, горизонтально укладываемую под насыпью, и вертикальных песчаных дрен либо дрен из геотекстильного материала (Рекламный проспект на ВДНХ СССР. Возможности применения геотекстильных материалов в строительстве. - Московская область, г. Балашиха - 6 - 1989. - 16 с.).

Недостатками известного способа являются невозможность его применения в условиях оттаивающих многолетнемерзлых грунтов ввиду недостаточной несущей способности вертикальных песчаных дрен либо дрен из геотекстильного материала, укладка прослойки из геотекстильного материала непосредственно в подошве насыпи, недостаточная прочность прослойки из геотекстиля к воздействию статических и динамических нагрузок.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности снижения деформаций автомобильных и железных дорог на оттаивающих в процессе эксплуатации многолетнемерзлых грунтах, находящихся в основании земляного полотна.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что способ снижения деформаций автомобильных и железных дорог на многолетнемерзлых грунтах, включающий возведение под насыпью цилиндрических вертикальных опор и укладку прослойки из геотекстильного материала, отличается тем, что предварительно, в пределах земляного полотна дороги, осуществляют выемку естественного грунта, со дна выемки производят бурение скважин в шахматном порядке до кровли многолетнемерзлых грунтов, при этом крайние от дорожного полотна скважины, с обеих его сторон, выполняют наклонными, в скважины на всю глубину погружают стальные трубы, заполненные песком и в верхней части бетоном, по всей площади дна выемки производят отсыпку слоя из щебня с укладкой поверх него слоев горизонтальных армирующих элементов в виде георешеток, заполненных щебнем, на глубину не менее 2-2,5 м от низа конструкции дорожной одежды, далее выемку заполняют крупнообломочным грунтом с последующим возведением дорожной одежды, при этом глубину выемки выбирают с учетом положения кровли мгоголетнемерзлых грунтов и глубины погружения стальных труб.

Заявленный способ отличается от прототипа тем, что позволяет:

- исключить деформации сооружения, возникающие в процессе его эксплуатации вследствие деградации многолетнемерзлых грунтов;

- принципиально изменить напряженно-деформированное состояние основания земляного полотна с целью повышения его несущей способности;

- преобразовать параметры физико-механических свойств слабых грунтов основания земляного полотна.

Для реализации способа используют:

- 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;

- по всей площади дна выемки отсыпку буферного слоя из щебня;

- укладку поверх буферного слоя слоев горизонтальных армирующих элементов в виде георешеток, заполненных щебнем (псевдоплита);

- заполнение выемки крупнообломочным грунтом с последующим устройством дорожной одежды.

Исключение деформаций в процессе эксплуатации автомобильных и железных дорог на оттаивающих многолетнемерзлых грунтах можно объяснить следующим образом. Известно, что деформации дорожной одежды вызваны, как правило, снижением несущей способности грунтов оснований земляного полотна в процессе эксплуатации. Это связано с различными физико-геологическими процессами, в т.ч. и оттаиванием многолетнемерзлых грунтов.

В связи с этим проектные решения, базирующиеся на предположении о постоянстве кровли многолетнемерзлых грунтов во времени и пространстве, могут оказаться неэффективными. Например, основание земляного полотна, включающее многолетнемерзлые грунты (ММГ), может получить неравномерные деформации сложного характера в связи с неоднозначным положением кровли ММГ в процессе их оттаивания.

Так, в активной зоне основания земляного полотна возникает сложное напряженно-деформированное состояние, характеризующееся наличием не только вертикальных напряжений, но и горизонтальных с соответствующими перемещениями. В связи с этим имеется необходимость возведения автомобильных и железных дорог, которое бы обеспечивало надежную стабилизацию дорожной одежды в пространстве в любой промежуток времени ее эксплуатации на многолетнемерзлых грунтах.

Физически процесс исключения деформаций автомобильных и железных дорог на оттаивающих в процессе эксплуатации многолетнемерзлых грунтах можно представить следующим образом. В начальный период эксплуатации дорог, когда отметка кровли ММГ соответствует проектной, стальные трубы, погруженные в скважины до кровли ММГ, выполняют роль свай-стоек, передающих нагрузку от насыпи, дорожной одежды и веса транспорта на кровлю ММГ. Передача и распределение нагрузки на сваи-стойки осуществляется с помощью демпфирующего слоя из щебня и слоев горизонтально уложенных георешеток, заполненных щебнем (псевдоплиты).

При дальнейшей эксплуатации дороги вследствие воздействия комплекса природно-техногенных факторов возможна реализация одного из экзогенных процессов - деградация ММГ, сопровождающаяся понижением их кровли. В этом случае нижние концы стальных труб оказываются в слое талого грунта, обладающего низкой несущей способностью. При этом принципиально изменяется расчетная схема работы стальных труб - из свай-стоек они превращаются в вертикальные элементы, работа которых состоит в следующем. Вертикальные элементы через контактную поверхность с грунтом воспринимают упомянутую выше нагрузку своей боковой верхней частью. Такая схема передачи нагрузки вертикальным элементом в грунте обеспечивается его боковым обжатием грунтом за счет давления на грунт между вертикальными элементами от веса дорожной одежды, насыпи, веса транспорта, равномерно перераспределенного слоями георешеток, заполненных щебнем, и демпфирующего слоя из щебня. При этом крайние ряды вертикальных элементов, расположенных с обеих сторон оси дорожной одежды, испытывают значительные горизонтальные деформации, вызывающие изгиб элементов вплоть до их разрушения. В связи с этим крайние элементы выполняют наклонными к оси дорожной одежды, что позволяет изменить расчетную схему работы крайних элементов: они начинают работать преимущественно на сжатие совместно с их изгибом. Такое решение позволяет избежать разрушения крайних элементов, выполненных наклонно, за счет существенного снижения изгибающих моментов и передачи на элементы усилий сжатия, что благоприятно сказывается на работе конструкции элемента.

Следует отметить, что имеется принципиальное отличие работы основания с вертикальными и наклонными элементами от обычного свайного основания. Оно заключается в отсутствии конструктивного объединения верха упомянутых выше элементов ростверком, что предопределяет совершенно иную расчетную схему.

Работу слоев георешеток, заполненных щебнем, и демпфирующего слоя из щебня, укладываемых на дно выемки поверх вертикальных и наклонных элементов, можно объяснить, исходя из следующих соображений:

1. Работая совместно со щебнем, заполняющим пространство между георешетками, конструкция из слоев георешеток (псевдоплита) перераспределяет нагрузку между участками конструкции, обеспечивая передачу напряжений с перегруженных зон на соседние недогруженные, и воспринимает растягивающие напряжения. Таким образом, с учетом демфирующего слоя из щебня, на вертикальные и наклонные элементы, а также на грунт между ними передается относительно равномерная нагрузка с существенным снижением растягивающих усилий. Количество слоев георешеток определяется эффективностью работы конструкции «псевдоплиты» в условиях существующей расчетной ситуации и заданных нагрузок и воздействий.

2. Рассматривая расчетную схему работы вертикального элемента, можно заключить, что эпюра контактных касательных напряжений по его длине имеет двузначный характер: в верхней части имеет знак плюс, т.к. касательные напряжения направлены вниз, а в нижней части - знак минус в связи с противоположным направлением упомянутых напряжений. Это можно объяснить тем, что в верхней части элемент обжат грунтом за счет давления от «псевдоплиты» и демпфирующего слоя, а в нижней части возникают силы трения по его боковой поверхности.

Таким образом, усиление основания земляного полотна вертикальными и наклонными элементами и демпфирующим слоем из щебня с перекрытием их «псевдоплитой» приводит к резкому уменьшению деформаций всех видов и даже их полному исключению как в основании земляного полотна, насыпи, так и в дорожной одежде.

На чертеже показан общий вид земляного полотна и изображены дорожная одежда 1, выемка естественного грунта с заменой его на крупнообломочный 2, демфирующий слой из щебня 3, горизонтальные слои георешеток, заполненные щебнем (псевдоплита) 4, вертикальные и наклонные элементы 5, кровля многолетнемерзлых грунтов 6.

Способ осуществляют в следующей последовательности:

- производят выемку 2 естественного грунта на глубину, учитывающую оптимальное расстояние между низом дорожной одежды 1 и верхом «псевдоплиты» 4;

- выполняют со дна выемки бурение вертикальных и наклонных скважин в шахматном порядке до кровли многолетнемерзлых грунтов 6;

- в скважины погружают стальные трубы с упором в слой многолетнемерзлых грунтов, заполненные песком и в верхней части бетоном, выполняющие роль вертикальных и наклонных элементов 5;

- отсыпают по всей площади дна выемки 2 буферный слой из щебня 3;

- производят укладку поверх буферного слоя 3 слоев георешеток, заполненных щебнем (псевдоплита) 4;

- заполняют выемку крупнообломочным грунтом с последующим устройством дорожной одежды 1.

В предлагаемом изобретении положительный эффект заключается в следующем:

- снижается или исключается сама возможность деформаций автомобильных и железных дорог на многолетнемерзлых грунтах в процессе их эксплуатации;

- обеспечивается высокая надежность эксплуатации дорог в сложных инженерно-геологических условиях;

- исключаются затраты по восстановлению дорожной одежды при воздействии на земляное полотно различных негативных физико-геологических процессов.

Способ снижения деформаций автомобильных и железных дорог на многолетнемерзлых грунтах, включающий возведение под насыпью цилиндрических вертикальных опор и укладку прослойки из геотекстильного материала, отличающийся тем, что предварительно, в пределах земляного полотна дороги, осуществляют выемку естественного грунта, со дна выемки производят бурение скважин в шахматном порядке до кровли многолетнемерзлых грунтов, при этом крайние от дорожного полотна скважины, с обеих его сторон, выполняют наклонными, в скважины на всю глубину погружают стальные трубы, заполненные песком и в верхней части бетоном, по всей площади дна выемки производят отсыпку слоя из щебня с укладкой поверх него слоев горизонтальных армирующих элементов в виде георешеток, заполненных щебнем, на глубину не менее 2-2,5 м от низа конструкции дорожной одежды, далее выемку заполняют крупнообломочным грунтом с последующим возведением дорожной одежды, при этом глубину выемки выбирают с учетом положения кровли мгоголетнемерзлых грунтов и глубины погружения стальных труб.



 

Похожие патенты:

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.

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.

Изобретение относится к области мелиоративного и водохозяйственного строительства. Цель изобретения - очистка водных объектов от донных отложений с одновременным возведением защитных дамб.

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).

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 дорожным конструкциям для повышения эффективности осушения грунтовых оснований дорожных одежд под дренирующим слоем в пределах дорожной одежды и обочин земляного полотна и может быть использовано для сохранения стабильной прочности в периоды переувлажнения путем увеличения поперечного уклона поверхности грунтового основания преимущественно до 70‰ (промилле) по сравнению с известным уклоном.

Изобретение относится к строительству автомобильных дорог. К сваям 2 прикреплены железобетонные плиты 3, установленные на грунте земельного полотна 1.

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при реконструкции земляного полотна с целью борьбы с просадкой дорожного основания и морозным пучением проблемных участков дороги без остановки движения автотранспорта.
Изобретение относится к строительству в зонах распространения сезоннопромерзающих и многолетнемерзлых пород грунтовых сооружений (технологических площадок, дамб, дорог, взлетно-посадочных полос и других объектов) на обводненных, сильно деформируемых основаниях.

Изобретение относится к области быстрой прокладки дороги и может быть использовано при строительстве, ремонте и обслуживании любых объектов на слабых переувлажненных грунтах, преимущественно на болотах.

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 области строительства дорог и оснований и может быть использовано при возведении нефтегазовых и транспортных сооружений на мерзлых грунтах (в районах с широким распространением высокольдистых тонкодисперсных грунтов) 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 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 конструкциям для защиты грунтовых оснований дорожных одежд от переувлажнения. .

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при строительстве и реконструкции земляных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Охлаждающая конструкция для земляных сооружений на вечномерзлых грунтах представляет собой покрытие из каменной наброски, уложенной на откос поперек продольной оси земляного сооружения, по крайней мере, в два слоя. Каждый слой каменной наброски выполнен из искусственных камней в виде прямоугольного параллелепипеда, в которых замоноличена геосинтетическая сетка, предназначенная для удерживания искусственных камней в проектном положении. Искусственные камни пошагово расположены в продольном и поперечном направлении. Геосинтетическая сетка в каждом искусственном камне нижнего слоя замоноличена в плоскости, параллельной его основанию, а геосинтетическая сетка в каждом искусственном камне верхнего слоя - в его диагональной плоскости. Каждый искусственный камень верхнего слоя расположен между соседними искусственными камнями нижнего слоя. Геосинтетические сетки в камнях нижнего и верхнего слоев расположены параллельно, нижние грани каждого искусственного камня верхнего слоя контактируют в продольном направлении с верхними ребрами двух соседних искусственных камней и в поперечном направлении, по крайней мере, с верхними ребрами четырех соседних искусственных камней нижнего слоя каменной наброски. Технический результат состоит в повышении степени охлаждения основания и приподошвенной зоны земляного сооружения при закрытой поверхности охлаждающей конструкции в зимний период, сохранении высокой устойчивости откоса земляного сооружения, повышении степени технологичности при возведении конструкции. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 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.

Наверх