RU172513U1

RU172513U1 - Embankment construction

Info

Publication number: RU172513U1
Application number: RU2016140840U
Authority: RU
Inventors: Евгений Анатольевич Коротков; Константин Сергеевич Иванов; Владимир Павлович Мельников; Юрий Михайлович Золотов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Тюменское инновационное предприятие Института криосферы-1"
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2017-07-11

Abstract

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при сооружении насыпей автомобильных и железных дорог в зонах мерзлых грунтов.Конструкция дорожной насыпи содержит отсыпку 1 из грунта и сезонно-охлаждающие устройства 3, испарители 4 которых размещены внизу отсыпки под теплоизоляционным слоем 2 на естественном основании 5. Нижнюю часть отсыпки можно выполнить из местного суглинистого грунта в виде треугольной призмы (глиноцементного замка) 6 с уклоном от оси дороги.Техническим результатом внедрения новой конструкции является повышение устойчивости насыпи за счет более надежного способа поддержания грунтов основания дороги в промороженном состоянии. 1 ил.The utility model relates to the field of construction and can be used in the construction of embankments of roads and railways in areas of frozen soils. The construction of a road embankment contains a dump 1 from the soil and seasonal cooling devices 3, evaporators 4 of which are placed below the dump under a heat-insulating layer 2 on a natural base 5. The lower part of the bed can be made of local loamy soil in the form of a triangular prism (clay-cement castle) 6 with a slope from the axis of the road. The technical result of the introduction of a new design uktsii is to increase the stability of the embankment due to a more reliable method of maintaining soil in road base promorozhennaya condition. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области строительства и может быть использована при сооружении насыпей автомобильных и железных дорог, а также при строительстве других сооружений на просадочных при оттаивании мерзлых грунтах, в районах распространения высокотемпературной (-0,5 - 0,5°C) неустойчивой мерзлоты прерывистого и островного распространения.The utility model relates to the field of construction and can be used in the construction of embankments of roads and railways, as well as in the construction of other structures on subsidence when thawing frozen soils, in areas of high-temperature (-0.5 - 0.5 ° C) unstable intermittent permafrost and island spread.

В современном автодорожном и железнодорожном строительстве в условиях распространения многолетнемерзлых пород известны конструкции земляного полотна с устройством теплоизоляционного слоя из пенополистерольных плит в теле насыпи [1. SU 578392, кл. E01C 3/06, 1977].In modern road and railroad construction in the conditions of permafrost propagation, subgrade designs with the installation of a heat-insulating layer of polystyrene foam slabs in the body of the embankment are known [1. SU 578392, CL E01C 3/06, 1977].

Недостатком таких решений является то, что теплоизолятор, уложенный на основание, значительно влияет на теплообмен между поверхностью дороги и грунтовым основанием. Слой пенополистирола препятствует необходимой «подзарядки» холодом многолетнемерзлого основания в зимнее время, без которой мерзлота не может долго существовать. Это достаточно опасно на высокотемпературной (-0,5 - 0,5°C) мерзлоте, так как со временем может способствовать повышению температуры мерзлых грунтов. По этой причине будет происходить постепенная деградация многолетнемерзлого основания и, соответственно, последующее разрушение дорожной конструкции. В целом, данный факт снижает эффективность известного решения.The disadvantage of such solutions is that the heat insulator laid on the base significantly affects the heat transfer between the road surface and the soil base. The polystyrene foam layer prevents the necessary “recharging” of the permafrost in the cold during the winter, without which the permafrost cannot exist for a long time. This is quite dangerous in high-temperature (-0.5 - 0.5 ° C) permafrost, since over time it can contribute to an increase in the temperature of frozen soils. For this reason, there will be a gradual degradation of the permafrost base and, consequently, the subsequent destruction of the road structure. In general, this fact reduces the effectiveness of the known solution.

Известен опыт применения СОУ (термосифонов) в конструктивных решениях насыпей [2. RU 2454506, МПК E02D 3/115, 2010].Known experience in the use of SDAs (thermosiphons) in structural solutions of embankments [2. RU 2454506, IPC E02D 3/115, 2010].

Недостатком данной конструкции является то, что энергии замороженного за холодный период года грунта основания может оказаться недостаточной для поддержания его в мерзлом состоянии в теплый период. В теплый период года происходит беспрепятственная передача тепла от положительной температуры наружного воздуха в многолетнемерзлые грунты основания. Это приведет к растеплению и снижению несущей способности основания.The disadvantage of this design is that the energy of the foundation soil frozen during the cold season may not be sufficient to maintain it in a frozen state during the warm period. In the warm season there is unhindered heat transfer from the positive outside temperature to the permafrost soils of the base. This will lead to thawing and lower bearing capacity of the base.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является насыпь на мерзлых грунтах, выполненная в виде отсыпки со слоем теплоизоляции, под которым расположены сезонные охлаждающие устройства [3. RU 2157872, МПК E02D 3/115, 2000].The closest in technical essence and the achieved result to the invention is a mound on frozen soils, made in the form of a bed with a layer of thermal insulation, under which are located seasonal cooling devices [3. RU 2157872, IPC E02D 3/115, 2000].

Недостатком такой конструкции насыпи являются высокие затраты на монтажные работы при установке наклонной сезонно-охлаждающей системы. Такая конструкция насыпи применительна к основаниям зданий и сооружений, построенных на многолетнемерзлых грунтах. Что касается насыпей автомобильных и железных дорог, то данная конструкция недопустима, так как слой теплоизоляции находится у верхней границы насыпи, а закачка тепла в мерзлое основание будет происходить через пологие откосы дорожной насыпи. СОУ располагаются в наклонном исполнении в теле насыпи и охлаждают грунты вокруг себя. Такое заложение СОУ не дает возможности замораживать грунты основания до границы залегания мерзлоты, находящейся под подошвой насыпи.The disadvantage of this embankment design is the high installation costs when installing an inclined seasonal cooling system. This embankment design is applicable to the foundations of buildings and structures built on permafrost soils. As for embankments of roads and railways, this design is unacceptable, since the insulation layer is located at the upper boundary of the embankment, and heat will be pumped into the frozen base through the gentle slopes of the embankment. SDAs are located in an inclined design in the body of the embankment and cool the soils around them. Such laying of SOU does not make it possible to freeze the soil of the base to the permafrost border, located under the sole of the embankment.

При создании полезной модели была поставлена задача по разработке насыпи на мерзлых грунтах с повышенным сроком безаварийной эксплуатации дорог независимо от периода года и внешних температур.When creating a utility model, the task was set to develop an embankment on frozen soils with an increased period of trouble-free operation of roads, regardless of the season or external temperatures.

Причиной незатухающих высоких осадок и деформаций дорожных конструкций на неустойчивой прерывистой высокотемпературной мерзлоте является отсутствие необходимой природной подзарядки холодом мерзлого основания. Для того чтобы вечная мерзлота существовала, деятельный слой должен ежегодно промерзать до подстилающих мерзлых пород, насыщая их холодом. При этом количество поступаемого холода должно превосходить количество тепла, поступающего в теплый период года. Если этого не происходит в течение нескольких лет, то вечная мерзлота под дорожной конструкцией начинает постепенно повышать свою температуру и, соответственно, деградировать. Особенно интенсивно такие процессы развиваются на прерывистой и островной высокотемпературной вечной мерзлоте, в которой отсутствует боковой подток холода от мерзлых толщ. Как результат - исчезновение мерзлоты за период от двух до нескольких десятков лет. При этом инженерное сооружение за счет оттаивания многолетнемерзлых грунтов и постепенной консолидации неравномерно оседает, что приводит к его полному или частичному разрушению. Это вызывает большие издержки на постоянные ремонтные работы. Учитывая тот факт, что строительство и ремонт северных дорог за счет своей отдаленности от цивилизации и сложности природно-климатических условий затратны, то любые издержки на ремонт увеличиваются в десятки раз.The cause of undamped high sediments and deformations of road structures on unstable intermittent high-temperature permafrost is the lack of necessary natural recharging of the frozen base with cold. In order for permafrost to exist, the active layer must be frozen annually to the underlying frozen rocks, saturating them with cold. At the same time, the amount of cold input should exceed the amount of heat entering the warm season. If this does not happen for several years, then permafrost under the road structure begins to gradually increase its temperature and, accordingly, degrade. Especially intensively, such processes develop on intermittent and island high-temperature permafrost, in which there is no lateral underflow of cold from frozen strata. As a result, permafrost disappears over a period of two to several tens of years. At the same time, the engineering structure due to thawing of permafrost soils and gradual consolidation unevenly settles, which leads to its complete or partial destruction. This causes high costs for constant repairs. Considering the fact that the construction and repair of northern roads due to its remoteness from civilization and the complexity of the climatic conditions are costly, any repair costs increase tenfold.

Для решения поставленной задачи в конструкции дорожной насыпи, содержащей отсыпку из грунта и сезонно-охлаждающие устройства, испарители которых размещены внизу отсыпки под теплоизоляционным слоем, теплоизоляционный слой выполнен из гранулированной пеностеклокерамики.To solve the problem in the construction of a road embankment containing a bed of soil and seasonally cooling devices, the evaporators of which are located below the bed under a heat-insulating layer, the heat-insulating layer is made of granular foamglass ceramic.

Конструкция дорожной насыпи обеспечивает круглогодичный режим работы с необходимой подзарядкой холодом многолетнемерзлого основания и аккумуляцией в нем холода.The design of the road embankment provides year-round operation with the necessary recharging of the permafrost base with cold and the accumulation of cold in it.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором схематически показана конструкция дорожной насыпи.The utility model is illustrated in the drawing, which schematically shows the design of the embankment.

Конструкция дорожной насыпи на мерзлых грунтах включает отсыпку 1.The design of the road embankment on frozen soils includes dumping 1.

Внизу отсыпки под теплоизоляционным слоем 2 установлены сезонно-охлаждающие устройства (СОУ) 3. Испарители (трубки) 4 СОУ укладывают на естественное основание 5, и они могут быть установлены с обеих сторон дороги навстречу друг другу или вдоль дороги.At the bottom of the bed under the heat-insulating layer 2, seasonal cooling devices (SDAs) are installed 3. Evaporators (tubes) 4 of the SDAs are laid on a natural base 5, and they can be installed on either side of the road towards each other or along the road.

Теплоизоляционный слой 2 выполнен из гранулированной пеностеклокерамики.The thermal insulation layer 2 is made of granular foamglass ceramics.

Нижнюю часть отсыпки, выполняют из местного суглинистого грунта в виде треугольной призмы 6 с уклоном в обе стороны от оси дороги. Устройство такого глиноцементного замка необходимо для защиты от фильтрации воды к основанию насыпи. Он препятствует проникновению под насыпь поверхностных кратковременно и длительно стоящих вод. Одновременно предотвращает попадание дождевых вод, выпадающих на земляное полотно, особенно, отсыпанное из хорошо дренирующих грунтов.The lower part of the bed is made of local loamy soil in the form of a triangular prism 6 with a slope on both sides of the axis of the road. The device of such a clay-cement lock is necessary to protect against water filtration to the base of the embankment. It prevents the penetration of short-term and long-standing surface waters under the embankment. At the same time, it prevents the ingress of rainwater falling onto the subgrade, especially when it is poured from well-draining soils.

По призме 6 из глинистого грунта с уклоном укладывается теплоизоляционный слой 2 из гранулированной пеностеклокерамики, например, производимой под торговой маркой ГТМ «ДиатомИК» [4. ТУ 5764-001-90903792-2013]. Гранулированная пеностеклокерамика - новый пеностеклокристаллический материал, получаемый путем специальной обработки опал-кристобалитовых пород (диатомитов, трепелов и опок). Сочетание высоких теплоизоляционных характеристик (0,07-0,1 Вт/м⋅К, прочность, долговечность и малый вес делает его универсальным насыпным теплоизолятором. Безусадочность и прочность материала позволяет использовать его для устройства теплоизоляционных слоев в конструкциях автомобильных и железных дорог.On a prism 6 of clay soil with a slope, a heat-insulating layer 2 of granular foamglass ceramics, for example, manufactured under the trademark GTM "DiatomIK" [4. TU 5764-001-90903792-2013]. Granular foam glass ceramic - a new foam glass material obtained by special processing of opal cristobalite rocks (diatomites, tripoli and flasks). The combination of high thermal insulation characteristics (0.07-0.1 W / m⋅K, strength, durability and low weight makes it a universal bulk heat insulator. Non-shrinkage and strength of the material allows it to be used for the installation of thermal insulation layers in the construction of roads and railways.

Для предотвращения перемешивания теплоизоляционного слоя 2 гранулированной пеностеклокерамики с грунтами глинистой призмы 6 и верхней части насыпи 1 укладывается нетканый геотекстильный материал 7 сверху и снизу теплоизоляционного слоя.In order to prevent mixing of the heat-insulating layer 2 of granular foam-glass ceramic with the soils of a clay prism 6 and the upper part of the embankment 1, non-woven geotextile material 7 is laid on top and bottom of the heat-insulating layer.

Техническим результатом внедрения новой конструкции является повышение устойчивости насыпи за счет более надежного способа поддержания грунтов основания дороги в промороженном состоянии. Под слоем теплоизолятора образуется охлаждающая ледяная линза, которая в зимний период подпитывается охладительной системой СОУ. В летний период СОУ не работает, но за счет того, что уложен теплоизолятор, не происходит выхолаживания мерзлого ядра. Теплоизоляционный слой препятствует проникновению тепла от нагретых солнечной радиацией верхних слоев насыпи в естественное основание. Таким образом, ледяная линза сохраняется на протяжении всего календарного года.The technical result of the introduction of the new design is to increase the stability of the embankment due to a more reliable way of maintaining the soil base of the road in a frozen state. A cooling ice lens forms under the heat-insulating layer, which in the winter period is fueled by the SOU cooling system. In the summer, the JMA does not work, but due to the fact that the heat insulator is laid, there is no cooling of the frozen core. The heat-insulating layer prevents the penetration of heat from the upper layers of the embankment heated by solar radiation into the natural base. Thus, the ice lens is maintained throughout the calendar year.

Claims

The design of the road embankment containing a bed of soil and seasonal cooling devices, the evaporators of which are located at the bottom of the bed under a heat-insulating layer, characterized in that the heat-insulating layer is made of granular glass-ceramic.