способ возведения подходной части насыпи к опорам моста на вечномерзлых грунтах

Формула изобретения

Способ возведения подходной части насыпи к опорам моста на вечномерзлых грунтах, включающий отсыпку насыпи сухомерзлым грунтом в зимне-весенний период с последующим его уплотнением, отличающийся тем, что в весенний период на очищенное от снега естественное основание отсыпают тело насыпи на высоту h_n - h, затем на него укладывают слой уплотненного снега толщиной H или льда толщиной H/2, который затем накрывают слоем сухомерзлого грунта толщиной h, при этом необходимую толщину слоя уплотненного снега определяют по формуле а о величине понижения температуры грунта на глубине 10 м судят по формуле



где T - количество градусомесяцев положительных температур в летний период:



t₁ - среднемесячная положительная температура наружного воздуха;

n - количество месяцев в летний период с положительной температурой воздуха;

h_n - полная высота насыпи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при сооружении насыпей дорог в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Известен способ летней отсыпки грунта при сооружении земляного полотна в условиях Заполярной тундры, включающий отсыпку насыпи из талых грунтов, последующее их уплотнение и планировку.

Недостаток этого способа заключается в повышении температуры вечномерзлых грунтов оснований в результате внесенного импульса тепла в грунт. Это не позволяет непосредственно после постройки вводить мост в эксплуатацию или требует применения дорогостоящих охлаждающих устройств.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ зимне-весенний отсыпки мерзлым грунтом, включающий отсыпку насыпи зимой сухомерзлым грунтом с последующим его уплотнением и планировкой насыпи.

Недостаток этого способа заключается в том, что при отсыпке насыпи грунтом допускается применение только сухого грунта, при этом вносимый импульс холода незначителен, что не позволяет достичь расчетной температуры грунтов основания немедленно после отсыпки.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в способе возведения подходной части насыпи к опорам моста на вечномерзлых грунтах, включающем отсыпку насыпи сухомерзлым грунтом в зимне-весенний период с последующим его уплотнением, в весенний период на очищенное от снега естественное основание отсыпают тело насыпи на высоту h_п-h, затем на него укладывают слой уплотненного снега толщиной H или льда толщиной H/2, который накрывают слоем сухомерзлого грунта толщиной h, при этом необходимую толщину слоя уплотненного снега определяют по формуле а о величине понижения температуры грунта на глубине 10 м судят по формуле



где

T - количество градусомесяцев положительных температур в летний период:

t₁ - среднемесячная положительная температура наружного воздуха;

n - количество месяцев в летний период с положительной температурой воздуха;

h_п - полная высота насыпи.

Технический результат предлагаемого способа заключается в обеспечении немедленного понижения температуры грунтов основания при зимне-весенней отсыпке насыпи мерзлым грунтом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - площадка насыпи, отсыпанная предложенным способом в весенний период; на фиг. 2 - та же самая площадка к концу лета.

Способ возведения подходной части насыпи к опорам моста на вечномерзлых грунтах осуществляют следующим образом.

В весенний период /март-начало апреля/, когда в грунтах основания накоплен запас холода и отсыпаемый грунт имеет отрицательную температуру, производят отсыпку площадки 1 скальным или крупнозернистым сухомерзлым грунтом на очищенное от снега естественное основание 2. На отсыпанный слой 1 грунта укладывают расчетный слой 3 уплотненного снега или льда, а сверху его прикрывают слоем 4 сухомерзлого грунта. В летний период слой 3 снега или льда начинает таять, его температура держится на 0^oC. Поэтому, если рассчитать толщину H слоя снега так, чтобы он полностью растаивал к концу теплового периода года, то можно считать, что на поверхности отсыпки 1 вместо положительных температур воздуха держится постоянная температура 0^oC. Высота слоя 1 грунта отсыпки определяется уменьшением полной высоты насыпи h_пна высоту h слоя 4 верхней грунтовой засыпки. Высота h составляет 0,2-0,7 м и подбирается из условия замедления таяния слоя 3 снега. Лучше, если вместо снега будет использован лед /поскольку площадки находятся в зоне мостового перехода с наличием водотока, то намораживание просто осуществить технологически/. Для удержания в боковом направлении снега устраиваются фильтрующие призмы 5, пропускающие воду от таяния слоя 3 снега. К концу лета площадка приобретает вид, изображенный на фиг. 2, при этом температура грунта становится ниже на 0,5-1^oC по сравнению со случаем, когда не укладывается слой снега.

Толщина H слоя 3 уплотненного снега зависит от нескольких факторов - как то плотность снежной прослойки, толщина слоя 4 грунтовой насыпки и температура наружного воздуха - и определяют ее по формуле



где

T - количество градусомесяцев положительных температур наружного воздуха в летний период:

t₁ - среднемесячная положительная температура наружного воздуха;

n - количество месяцев в летний период с положительной температурой воздуха;

h - толщина слоя верхней засыпки сухомерзлого грунта.

Применение известных технических решений не приводило к желаемому эффекту. Возникало противоречие, преодолеть которое удалось путем создания нового технического решения, которое и предлагается в данной заявке на изобретение.

Техническое противоречие заключалось в следующем. Существующий способ зимне-весенней отсыпки сухомерзлым грунтом позволяет внести в грунты незначительный импульс холода. Влажный мерзлый грунт при отсыпке в зимне-весенний период даст хороший импульс холода в грунты основания, но этот грунт нельзя укладывать, поскольку его невозможно уплотнить.

Решение технического противоречия достигается разделением грунта и влаги - на отсыпанную из сухомерзлого грунта площадку укладывают слой уплотненного снега или льда, а сверху еще засыпают слоем сухомерзлого грунта толщиной 0,2-0,7 м.

Правильность предложенного способа проверялась теплотехническими расчетами. Сравнивались результаты расчетов со слоем снега в отсыпке и без него. Из всех вариантов расчетов видно, что при любых значениях начальной температуры отсыпки наличие слоя снега дополнительно охлаждает грунт основания в среднем на 0,5^o /для условий Салехарда/. Глубина протаивания в случае наличия слоя снега в отсыпке также меньше, чем в его отсутствие. Через 0,5 года при наличии слоя снега весь грунт отсыпки находится в мерзлом состоянии, в то время как без него протаивает большая часть грунта отсыпки. Через 1,5 года после сооружения отсыпки эта разница хоть и уменьшается, но остается, составляя в отдельных случаях 1 м. Применение снежной прослойки в течение одного сезона /для условий Салехарда/ позволяет понизить температуру грунта на глубине 10 м на -1^oC. Чем холодней летний период, тем эффект ниже.

Эффективность использования предлагаемого способа возведения подходной части насыпки к опорам моста на вечной мерзлоте заключается в том, что он позволяет уменьшить стоимость сооружаемого моста и ускорить срок ввода моста в эксплуатацию, так как от того, в какой период и в какой последовательности производится отсыпка грунтов, время достижения эксплуатационного режима может меняться при одной и той же конструкции от полугода до десяти и более лет. А применение новой прогрессивной конструкции мостовых опор, основанных на использовании уширенных площадок в подходной части насыпи, позволяющих понизить температуру грунтов в зимний период и тем самым увеличить их несущую способность позволяет избежать использования для этих целей дорогостоящих охлаждающих установок.

Наибольшая эффективность предлагаемого способа достигается при его использовании для возведения подходных частей насыпей к мостам, где процессы приближаются к одномерным.