Дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте

Полезная модель относится к области строительства, а именно к водопропускным сооружениям на железных и автомобильных дорогах в зоне вечной мерзлоты. Известна насыпь, предназначенная для применения в области распространения вечномерзлых грунтов, в которой устроена дренирующая прорезь, отсыпанная из камня. Новым является то, что дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте содержит три дренирующих канала: основной в зоне водотока, пересекающий в поперечном направлении насыпь и заполненный крупнопористым материалом, собирательный, примыкающий к основному дренирующему каналу с верховой стороны водотока и распределительный, расположенный с низовой стороны водотока. Основной, собирательный и распределительный каналы расположены ниже уровня естественной поверхности грунта на протяжении высоты деятельного слоя в естественных условиях и заполнены крупнопористым материалом. Кроме того, дренирующая прорезь может содержать выводной дренирующий канал и примыкающий к нему инициирующий водопропускной канал, верхняя часть которого расположена выше уровня воды в период осеннего замерзания. Технический результат заключается в повышении эффективности работы дренирующей прорези за счет пропуска грунтовых вод.

Полезная модель относится к области строительства, а именно, к водопропускным сооружениям на железных и автомобильных дорогах в зоне вечной мерзлоты.

Известна насыпь, дренирующая часть которой выполнена из каменной наброски (Г.М. Шахунянц «Земляное полотно», Трансжелдориздат, М., 1953, с. 467, рис. 482).

Недостатки ее заключаются в большом расходе материала - сортированного камня и в неуправляемости температурным режимом, что может привести к деградации мерзлоты в основании.

Наиболее близкой к предлагаемой является насыпь, предназначенная для применения в области распространения вечномерзлых грунтов, в которой устроена дренирующая прорезь, отсыпанная из камня (С.Н. Юсупов «Инженерный метод расчета фильтрующих насыпей на вечномерзлых грунтах оснований». Труды ЦНИИС, вып. 213, М., ЦНИИС, 2002, с. 137-144).

Недостатком данного технического решения является то, что дренирующая прорезь управляет только пропуском поверхностных вод.

Целью предлагаемого технического решения является повышение эффективности работы дренирующей прорези за счет пропуска грунтовых вод.

Поставленная цель достигается тем, что дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте содержит основной дренирующий канал в зоне водотока, пересекающий в поперечном направлении насыпь и заполненный крупнопористым материалом, собирательный дренирующий канал, примыкающий к основному дренирующему каналу с верховой стороны водотока, и распределительный дренирующий канал, расположенный ч низовой стороны водотока, при этом основной, собирательный и распределительный каналы расположены ниже уровня естественной поверхности грунта на протяжении высоту деятельного слоя в естественных условиях, и заполнены крупнопористым материалом.

Кроме того дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте содержит выводной дренирующий канал, заполненный крупнопористым материалом, расположенный ниже естественной поверхности фунта на протяжении высоты деятельного слоя в естественных условиях и соединяющий основной и распределительный дренирующие каналы.

Кроме того дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте содержит инициирующий водопропускной канал, расположенный над основным дренирующим каналом, равный по длине последнему и примыкающий к нему сверху, при этом верхняя часть канала расположена выше уровня воды в период осеннего замерзания.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где изложено:

- на фиг. 1 - дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте, план;

- на фиг. 2 - то же, сечение A-A, на фиг. 1.;

- на фиг. 3 - схема фильтрации грунтовых вод в летний период вне зоны вечной мерзлоты;

- на фиг. 4 - схема фильтрации грунтовых вод в летний период в зоне вечной мерзлоты.

Дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте выполнена в железнодорожной или автодорожной насыпи 1, отсыпанной на естественной поверхности 2, которая имеет поперечный уклон «i». Она содержит: основной дренирующий канал 3, собирательный дренирующий канал 4, распределительный дренирующий канал 5, выводной дренирующий канал 6, инициирующий водопропускной канал 7. Основной, собирательный, распределительный и выводной каналы выполнены высотой, равной толщине деятельного слоя h на момент максимального протаивания, т.е. на момент окончания теплого периода года, и шириной, обеспечивающей пропуск воды с требуемым расходом. Все четыре канала заполнены крупнопористым материалом, например, сортированным камнем, размером 20-30 см. Инициирующий водопропускной канал расположен над основным дренирующим каналом, к нему непосредственно примыкает и равен его длине. Инициирующий водопропускной канал может быть различной конструкции: либо, так же как и предыдущие 4 канала, заполнен крупнопористым материалом, либо представлять из себя обычную надземную дренирующую прорезь, либо это может быть водопропускная труба. Собирательный и распределительный каналы могут быть выполнены одинаково: либо расположены поперечно, либо продольно.

Для пояснения существа вопроса представлены фиг. 3 и фиг. 4, на которых позицией 8 показан грунт-водоупор в обычных условиях, а позицией 9 - верхний его уровень, позицией 10 - показано положение верхней границы вечной мерзлоты, позицией 11 показана зона уплотненного грунта, позицией 12 - ее нижняя граница, позицией 13 - направление водного потока в естественных условиях, позициями 14 и 15 показано направление движения водного потока соответственно в обычных условиях и в зоне вечной мерзлоты, позицией 16 - уровень обводнения, позицией 17 - направление фильтрации из распределительного дренирующего канала 5, позицией 18 - горизонталь, соединяющая точки A и B (фиг. 2).

Дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте работает следующим образом. Она предназначена для пропуска сквозь насыпь грунтовых вод, протекающих в летний период в пределах деятельного слоя. Необходимость такого пропуска поясняется фигурами 3 и 4. В обычных условиях (т.е. при отсутствии вечной мерзлоты) водонепроницаемый грунт 8 расположен достаточно глубоко ниже поверхности 9 водоупора (фиг. 3). В зоне вечной мерзлоты верхней границей водоупора является нижняя поверхность 10 деятельного слоя (т.е. примерно 1,5 м от уровня 2 естественной поверхности грунта. В естественных условиях грунтовая вода без помех может свободно протекать в обоих случаях. Однако после отсыпки насыпи 1 под ней создается зона 11 уплотненного грунта, ограниченная поверхностью 12. В обычных условиях грунтовая вода фильтруется по направлению 13 и, встречая препятствие в виде уплотненного грунта 11, свободно его обходит снизу (направление 14). При наличии вечной мерзлоты (фиг. 4) вода, двигаясь в естественных условиях по направлению 13, встречает массив 11, который перегородил сечение деятельного слоя, и начинает по направлению 15 выходить на поверхность и обводнять территорию у верховой стороны насыпи до уровня 16. Все это приводит к растеплению и просадкам вечномерзлых грунтов и деформациям насыпи. Для предотвращения деформаций предлагается пропустить грунтовую воду через основной дренирующий канал 3. Для предотвращения подпора воды устроен собирательный дренирующий канал 4, который обеспечивает сбор грунтовых вод, движущихся по всей ширине полосы стока. Аналогично собирательному каналу 4 устроен распределительный дренирующий канал 5, обеспечивающий вывод воды в окружающий грунт по направлению 17.

Предложенная система «собирательный дренирующий канал - основной дренирующий канал - распределительный дренирующий канал» позволяет беспрепятственно пропустить сквозь насыпь грунтовую воду и не допустить обводнения с верховой стороны насыпи. При нормальных условиях эта система позволяет и осуществлять отвод воды от насыпи в низовую сторону. Однако в ряде случаев, например, из-за непредвиденных уплотнений грунта с низовой стороны в период строительства или эксплуатации дороги, вода не может уйти в низовую сторону от насыпи, и происходит обводнение с низовой стороны с последующим растеплением грунта и деформациями насыпи. В этом случае предлагается устройство выводного дренирующего канала 6, расположенного между основным и распределительным дренирующими каналами. При этом предлагается точки A и B (см. фиг. 2) расположить на одной горизонтали 18. Тогда

,

где L=l₂+l₃, м;

l₂, l₃, м - длина соответственно распределительного и выводного дренирующих каналов;

h, м - высота деятельного слоя на момент окончания теплого периода года;

i, % - поперечный уклон местности по отношению к продольной оси насыпи.

Инициирующий водопропускной канал необходим для того, чтобы в период начала теплого периода года через него могла пройти вода. Для этого канал должен располагаться так, чтобы хотя бы верхняя часть содержала пористый материал с порами, не заполненными льдом, т.е. в осенний период, когда начинается замерзание воды, инициирующий канал должен располагаться выше уровня воды. После прохода первой воды лед в нижележащих слоях будет быстро размываться. Размер пор камней канала 7 должен быть как можно более крупным, не менее 20-30 см, а лучше 30÷50 см, при этом мелкого заполнителя быть не должно. Для обеспечения сохранности пористой конструкции все каналы (позиции 3, 4, 5, 6, 7) должны быть от остального грунта защищены геотекстилем. В некоторых случаях целесообразна укладка теплоизоляции (например, пеноплэкса) в основании каналов.

Длина «B» канала 4 определяется шириной полосы стока, т.е. той зоны, где имеет место фильтрация воды вдоль этой полосы. Ширина «b» каналов 3, 4, 5, 6 определяется соотношением (но не менее 1 м):

,

где k₁ и k₂ - коэффициенты фильтрации соответственно в деятельном слое в ненарушенной зоне и в пределах каналов 3, 4, 5, 6, м/сутки.

Эффективность предлагаемого технического решения определяется тем, что железнодорожная или автодорожная насыпь в зоне вечной мерзлоты перестает быть своеобразной плотиной для грунтовых вод. В результате исключается подтопление территории, прилегающей к насыпи, которое очень сильно влияет на растепление и деградацию мерзлоты.

1. Дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте, содержащая основной дренирующий канал в зоне водотока, пересекающий в поперечном направлении насыпь и заполненный крупнопористым материалом, отличающаяся тем, что она содержит собирательный дренирующий канал, примыкающий к основному дренирующему каналу с верховой стороны водотока, и распределительный дренирующий канал, расположенный с низовой стороны водотока, при этом основной, собирательный и распределительный каналы расположены ниже уровня естественной поверхности грунта на протяжении высоты деятельного слоя в естественных условиях и заполнены крупнопористым материалом.

2. Дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте по п.1, отличающаяся тем, что она содержит выводной дренирующий канал, заполненный крупнопористым материалом, расположенный ниже естественной поверхности грунта на протяжении высоты деятельного слоя в естественных условиях и соединяющий основной и распределительный дренирующие каналы.

3. Дренирующая прорезь через дорожную насыпь на вечной мерзлоте по п.1, отличающаяся тем, что она содержит инициирующий водопропускной канал, расположенный над основным дренирующим каналом, равный по длине последнему и примыкающий к нему сверху, при этом верхняя часть канала расположена выше уровня воды в период осеннего замерзания.