RU2443828C1

RU2443828C1 - Earthwork on permafrost soils and method of its erection with base reinforcement in areas of permafrost propagation

Info

Publication number: RU2443828C1
Application number: RU2010123570/03A
Authority: RU
Inventors: Евгений Андреевич Бедрин (RU); Евгений Андреевич Бедрин; Александр Михайлович Завьялов (RU); Александр Михайлович Завьялов; Виктор Панфилович Попов (RU); Виктор Панфилович Попов; Владимир Николаевич Лонский (RU); Владимир Николаевич Лонский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Сибирский инновационный дорожный центр (СибИНДОР)"
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-06-09
Publication date: 2012-02-27
Also published as: RU2010123570A

Abstract

FIELD: construction.

SUBSTANCE: invention may be preferably used to erect high (more than 3 m) road embankments on collapsing soils as frozen soils thaw, in earthquake zones where high-temperature (-0.5…-1.5°C) unstable permafrost propagates of interrupted and island nature, under conditions of existing global warming, with optimal use of natural (ecological) mechanisms of permafrost formation and reinforcement. The earthwork contains an embankment and peripheral rock layers joined to each other with an underlying layer of rocky ground contacting with air in slope areas that are water impermeable at the bottom. On the surface of the soil base there is a layer of water-saturated, water-retaining material. In the peripheral rock layers there are air holes arranged that contact with the lower part of a connecting rock layer made in the bottom part from larger rock pieces or trapezoidal gabions (in the form of truncated pyramid) on a partial geotextile layer, submerged into the layer of the water-saturated, water-retaining material. The device is realised by the method of earthwork erection on permafrost soils with base reinforcement in the areas of permafrost propagation.

EFFECT: higher resistance and strength of the earthwork base on permafrost.

8 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области строительства на вечной мерзлоте и может быть преимущественно использовано при возведении высоких (3-5 м и более) 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 оптимизацией использования существующих естественных (природных) механизмов образования и усиления вечной мерзлоты.The present invention relates to the field of construction on permafrost and can be mainly used in the construction of high (3-5 m or more) road embankments on subsidence during thawing of frozen soils, in seismically dangerous areas of high-temperature (-0.5 ... -1.5 ° C), unstable permafrost of intermittent and island distribution, under the conditions of ongoing global warming, with the optimization of the use of existing natural (natural) mechanisms of formation and intensification of permafrost.

Известно земляное сооружение [А.с. 1656078 СССР, МКИ Е02Д 17/18. Земляное сооружение на протаивающих вечномерзлых грунтах / Жданова С.М., опубл. 15.06.91 г. Бюл. №22] на протаивающих (неустойчивых) вечномерзлых грунтах, содержащее тело земляного полотна и упорные призмы в периферийных зонах. При этом внутренняя часть призм, прилегающая к грунтам несущей части тела земляного полотна и основания, выполнена в виде непрерывной прослойки из сортированного скального грунта, контактирующей в верхней и нижней частях призм с воздухом.Known earthworks [A.S. 1656078 USSR, MKI E02D 17/18. Earthwork on thawing permafrost / Zhdanova S.M., publ. 06/15/91, Bull. No. 22] on thawing (unstable) permafrost soils, containing the body of the subgrade and thrust prisms in the peripheral zones. In this case, the inner part of the prisms adjacent to the soils of the bearing part of the body of the subgrade and the base is made in the form of a continuous layer of sorted rock soil in contact with the air in the upper and lower parts of the prisms.

Недостатками данного технического решения является то, что в нем прослойки из сортированного скального грунта, находящиеся в основании откосных частей и контактирующие там с воздухом, в теплый период могут пропускать в основание сооружения теплую внешнюю воду. Наличие приточной внешней воды в основании откосных частей практически неизбежно приводит к деградации неустойчивой вечной мерзлоты и потере сооружением местной устойчивости. При этом в зимний период внизу у сооружения быстро образуются значительные снежные отложения. Эти отложения, перекрывая нижний контакт вентиляционных прослоек с холодным воздухом, препятствуют обеспечению эффективного воздухообмена и необходимой зимней «подзарядке» холодом мерзлого основания. В результате неустойчивая вечная мерзлота в основании земляного сооружения начинает оттаивать (деградирует), а само сооружение теряет свою устойчивость на длительный период.The disadvantages of this technical solution is that it contains layers of sorted rock soil, located at the base of the slope parts and in contact with the air there, in the warm period they can pass warm external water into the base of the structure. The presence of supply external water at the base of the slope parts almost inevitably leads to the degradation of unstable permafrost and the loss of local stability by the construction. In winter, significant snow deposits quickly form in the lower part of the structure. These deposits, blocking the lower contact of the ventilation layers with cold air, prevent the provision of effective air exchange and the necessary winter "recharge" with cold frozen ground. As a result, the unstable permafrost at the base of the earthwork begins to thaw (degrades), and the structure itself loses its stability for a long period.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является земляное сооружение на многолетнемерзлых грунтах [пат. 2256030. Российская Федерация, МПК⁷ Е02Д 17/18. Земляное сооружение на многолетнемерзлых грунтах / Поленова Л.А., Тугарин A.M., Русаков B.C., Захаренко А.В., Лонский В.Н., опубл. 10.07.2005 г. Бюл. №19], включающее тело земляного полотна и прослойки из скального грунта, контактирующие с воздухом в периферийных зонах, при этом периферийные зоны в откосных частях снизу выполнены водонепроницаемыми, а прослойки из скального грунта соединены между собой нижележащим слоем скального грунта.The closest in technical essence and the achieved result is an earthen building on permafrost soils [US Pat. 2256030. Russian Federation, IPC ⁷ E02D 17/18. Earthwork on permafrost / Polenova L.A., Tugarin AM, Rusakov BC, Zakharenko A.V., Lonsky V.N., publ. July 10, 2005, Bull. No. 19], including the body of the subgrade and interlayers of rocky soil in contact with air in the peripheral zones, while the peripheral zones in the sloping parts below are made waterproof, and interlayers of rocky soil are interconnected by an underlying layer of rocky soil.

Недостатками данного технического решения является то, что оно преимущественно предназначено для сохранения вечной мерзлоты в основании сооружения в обычных (сложившихся) природных условиях и не рассчитано на возможность повышения средней температуры воздуха до 2,0°С за 150-200 лет.The disadvantages of this technical solution is that it is mainly designed to preserve permafrost at the base of the structure under normal (prevailing) environmental conditions and is not designed to increase the average air temperature to 2.0 ° C in 150-200 years.

Задачей изобретения является повышение устойчивости насыпных земляных сооружений (высоких насыпей), возводимых на неустойчивой, высокотемпературной вечной мерзлоте прерывистого и островного распространения с сохранением и укреплением ее в основании сооружения, путем создания и обеспечения работоспособности оптимальной совокупности природных (экологически чистых) «подмораживающих» эффектов.The objective of the invention is to increase the stability of bulk earthworks (high embankments) erected on unstable, high-temperature permafrost of intermittent and island distribution with the preservation and strengthening of it at the base of the structure, by creating and ensuring the operability of the optimal combination of natural (environmentally friendly) "freezing" effects.

Технический результат - повышение прочности и устойчивости (термической и сейсмической) основания земляного сооружения на вечной мерзлоте. Достигается это тем, что в земляном сооружении на многолетнемерзлых грунтах, включающем насыпь и соединенные между собой нижележащим слоем скального грунта периферийные прослойки из скального грунта, контактирующие с воздухом в откосных, водонепроницаемых снизу зонах, на поверхности грунтового основания устроен слой из водонасыщенного, водоудерживающего материала, а в периферийных прослойках из скального грунта устроены «отверстия-продухи», контактирующие с нижней частью соединительного слоя из скального грунта, выполненного в нижней части из более крупных скальных обломков или трапециевидных габионов (в виде усеченных пирамид) и т.д., частично на геотекстильной прослойке, погруженных в слой водонасыщенного, водоудерживающего материала. При этом толщина слоя водонасыщенного водоудерживающего материала (грунта) находится в пределах:EFFECT: increased strength and stability (thermal and seismic) of the foundation of an earthen structure on permafrost. This is achieved by the fact that in an earthen building on permafrost soils, including a mound and peripheral layers of rock soil connected to each other by an underlying layer of rock soil in contact with air in sloping, watertight zones below, a layer of water-saturated, water-retaining material is arranged on the surface of the soil base and in the peripheral layers of rocky soil there are arranged “vent holes” in contact with the lower part of the connecting layer of rocky soil made in the lower s part of the larger rock fragments or trapezoidal gabion (in the form of truncated pyramids), etc., partly on the geotextile interlayer immersed in a water-saturated layer, a water-retaining material. The thickness of the layer of water-saturated water-retaining material (soil) is in the range:

для минеральных материалов (грунтов с влажностью W_п.в. до 100%):for mineral materials (soil with a moisture content of W _p.v. up to 100%):

Н_л.о≥Н_о>Н_с.в.*[1+(1-W_п.в.)]N _{l. ≥} N _o > N _s.v. * [1+ (1-W _a.s. )]

для органических материалов (грунтов с влажностью W_п.в. до 1000%)for organic materials (soils with humidity W _a.v. up to 1000%)

Н_л.о.≥Н_о>Н_с.в.*[1+(1-W_п.в./10)],N _L.O. ≥ N _o > N _s.v. * [1+ (1-W _pv./10 )],

где Н_л.о. - толщина летнего оттаивания водонасыщенного, водоудерживающего материала в земляном сооружении, м;where N _l.o. - the thickness of the summer thawing of water-saturated, water-retaining material in an earthen structure, m;

Н_о - толщина слоя водоудерживающего материала (грунта), м;N _about - the thickness of the layer of water-retaining material (soil), m;

Н_с.в. - толщина критического слоя стоячей воды, под которым в природных условиях начинает образовываться вечная мерзлота (в среднем 0,10-0,20 м для южной, 0,20-0,30 м центральной и 0,30-0,40 м северной подзоны распространения вечномерзлых грунтов), м;N _sv - the thickness of the critical layer of stagnant water, under which permafrost begins to form under natural conditions (on average 0.10-0.20 m for the southern, 0.20-0.30 m for the central and 0.30-0.40 m for the northern subzone permafrost distribution), m;

W_п.в. - влажность водоудерживающего материала, в полностью водонасыщенном состоянии, дол. ед.W _p.v. - humidity of water-retaining material, in a fully water-saturated state, dol. units

Периферийные прослойки из скального грунта и соединительный слой закрыты сверху слоем геотекстиля и состоят из морозостойких камней со средним диаметром 0,2-0,4 м, более крупные скальные обломки в нижней части соединительного слоя до 4-6 раз крупнее, а слой водонасыщенного, водоудерживающего материала выполнен с поперечным уклоном к оси земляного сооружения. «Отверстия-продухи» в периферийных прослойках из скального грунта толщиной 1,0-1,2 м выполнены из труб диаметром 0,3-0,5 м или трапециевидных габионов (в виде усеченных пирамид), установленных вниз меньшей стороной с образованием «отверстий-продухов». Внешняя поверхность водонепроницаемых периферийных зон закрыта торфо-глинистой смесью в соотношениях 60/40-75/25 и подвижными (надвигающимися, переносными и т.д.) коробчатыми, сборными, проветривающимися элементами, светлых (светоотражающих) расцветок (например, из погодоустойчивых пластиков, стеклопластиков, оцинкованного металлического профиля и др.).The peripheral layers of rocky soil and the connecting layer are covered from above with a geotextile layer and consist of frost-resistant stones with an average diameter of 0.2-0.4 m, larger rock fragments in the lower part of the connecting layer are up to 4-6 times larger, and a layer of water-saturated, water-retaining material is made with a transverse slope to the axis of the earthworks. "Ventilation holes" in the peripheral layers of rocky soil with a thickness of 1.0-1.2 m are made of pipes with a diameter of 0.3-0.5 m or trapezoidal gabions (in the form of truncated pyramids) installed downward with the smaller side with the formation of "holes -products. " The outer surface of the waterproof peripheral zones is covered by a peat-clay mixture in the ratios 60 / 40-75 / 25 and movable (pending, portable, etc.) box-shaped, prefabricated, ventilated elements, light (reflective) colors (for example, weather-resistant plastics, fiberglass, galvanized metal profile, etc.).

Заявляемая конструкция земляного сооружения отличается от аналогов и прототипа следующим:The inventive design of the earthworks differs from analogues and prototype in the following:

- наличием дополнительных «отверстий-продухов», позволяющих обеспечить более эффективное и надежное промораживание грунта основания сооружения, с размерами отверстий, не допускающими их закупорки куржаком или слоем инея, в период обязательной зимней «подзарядки» холодом вечномерзлого основания сооружения (особенно в районах распространения неустойчивой, высокотемпературной прерывистой и островной мерзлоты, в условиях потепления климата);- the presence of additional “openings-vents” that allow for more efficient and reliable freezing of the soil of the base of the structure, with the size of the holes that do not block them with a kurzh or a layer of hoarfrost, during the mandatory winter “recharge” with cold of the permafrost foundation of the structure (especially in areas of unstable distribution , high-temperature intermittent and island permafrost, in conditions of climate warming);

- наличием крупных скальных обломков или трапециевидных габионов (в виде усеченных пирамид), установленных на основание меньшей стороной и др. на частичной геотекстильной прослойке, втопленных (заанкеренных) через слой водоудерживающего материала в частично оттаиваемое (при строительстве) с поверхности мерзлое грунтовое основание земляного сооружения. Это позволяет, во-первых, увеличить размер межобломочных пустот, контактирующих с «отверстиями-продухов», что защищает их от забивания куржаком и инеем; во-вторых, обеспечить надежное опирание на мерзлое основание и одновременно увеличить площадь водонасыщенного, водоудерживающего слоя, в пустотах на грунтовом основании, выполняющего функцию «теплового диода» с улучшением условий его вентиляции. Как «теплоизолятора-охладителя(испарением)» мерзлого грунтового основания летом и повышающего «подзарядку» холодом зимой, за счет увеличения температуропроводности водоудерживающего, водонасыщенного слоя в 6-7 раз после его промерзания; в-третьих, одновременно, дополнительно повышается общая сейсмоустойчивость земляного сооружения;- the presence of large rock fragments or trapezoidal gabions (in the form of truncated pyramids) installed on the base with the smaller side and others on a partial geotextile interlayer, sunk (anchored) through a layer of water-retaining material into a partially frozen (during construction) surface from the frozen ground foundation of an earthen structure . This allows, firstly, to increase the size of the inter-detached voids in contact with the “product openings”, which protects them from clogging with kuruzh and hoarfrost; secondly, to ensure reliable support on the frozen base and at the same time increase the area of the water-saturated, water-retaining layer in the voids on the soil base, which acts as a “thermal diode” with improved conditions for its ventilation. As a “heat insulator-cooler (by evaporation)” of a frozen soil base in summer and increasing “recharging” in the cold in winter, by increasing the thermal diffusivity of a water-holding, water-saturated layer 6-7 times after freezing; thirdly, at the same time, the overall seismic stability of the earth structure is further enhanced;

- частичная геотекстильная прослойка, преимущественно находящаяся между втопленных, крупных скальных обломков (или трапециевидных габионов и др.), в данной конструкции, во-первых, сглаживает (гасит) неравномерность выдавливания слоя водоудерживающего материала при строительном погружении в него крупных скальных обломков; во-вторых, в период эксплуатации защищает поверхность слоя водоудерживающего материала от периодически возможного размыва водой, одновременно способствуя более равномерному распределению ее по поверхности данного слоя, при необходимом ежегодном пополнении (подпитывании) его водой с откосов (ввиду наличия испарения воды из водоудерживающего слоя летом и сублимационного вымораживания зимой); в-третьих, выполняет функцию «фитиля», в процессе эксплуатации подпитывающего водой места возможных строительных неровностей (поднятий) водоудерживающего материала;- a partial geotextile layer, mainly located between the sunken, large rock fragments (or trapezoid gabions, etc.), in this design, firstly, smooths out (dampens) the uneven extrusion of a layer of water-retaining material during construction immersion of large rock fragments into it; secondly, during operation it protects the surface of the layer of water-retaining material from periodically possible erosion by water, while simultaneously contributing to a more even distribution on the surface of this layer, with the necessary annual replenishment (feeding) of water from the slopes (due to the evaporation of water from the water-retaining layer in summer and freeze-drying in winter); thirdly, performs the function of a “wick”, during the operation of a place of possible constructional irregularities (elevations) of water-retaining material that feeds water;

- наличием поперечного уклона поверхности водоудерживающего слоя к оси сооружения, обеспечивает в летний период, затекание дождевой воды с откосов внутрь сооружения с периодическим подпитыванием слоя водоудерживающего материала от откосов до оси (последний в полностью водонасыщенном состоянии наиболее эффективно выполняет функции «теплового диода»). В зимний период, наличие данного уклона способствует затеканию более тяжелого холодного воздуха внутрь земляного сооружения, улучшая условия зимнего охлаждения мерзлого основания;- by the presence of a transverse slope of the surface of the water-retaining layer to the axis of the structure, in summer, rainwater flows from the slopes into the structure with periodic feeding of the layer of water-retaining material from the slopes to the axis (the latter, in a fully water-saturated state, most effectively acts as a “thermal diode”). In winter, the presence of this slope contributes to the flow of heavier cold air into the earthworks, improving the conditions for winter cooling of the frozen base;

- наличием слоя водоудерживающего, водонасыщенного материала (грунта), минимальной толщиной, обеспечивающей впитывание и удержание слоя воды, под которым в природных условиях начинает образовываться вечная мерзлота, чем обеспечивается наиболее эффективное срабатывание искусственно создаваемого слоя, выполняющего функцию «теплового диода». Как «теплоизолятора-охладителя» мерзлого основания летом (при испарении с поверхности водоудерживающего слоя 1 г воды затрачивается 539 калорий тепла, поступающего летом из воздуха на его нагревание и оттаивание), а в более длительный, чем летний, зимний период, обеспечивающего усиление «подзарядки» холодом, за счет увеличения температуропроводности данного слоя в 6-7 раз после промерзания. При этом максимальная толщина водоудерживающего слоя, для создания наиболее оптимальных условий по естественному понижению летней температуры на поверхности мерзлого грунтового основания с последующим обеспечением усиленной «подзарядки» холодом зимой, определяемая оптимальной сдвижкой эффекта «нулевой завесы», не должна превышать толщины сезонного (летнего) оттаивания данного слоя. В результате совмещения применения летней сдвижки «нулевой завесы» над поверхностью мерзлого грунтового основания до начала осенних заморозков и многократного увеличения зимней температуропроводности промерзшего водонасыщенного слоя, достигается сохранение поверхности грунтового основания в мерзлом состоянии в течение всего года, что особенно важно в период оттаивания. Одновременно, новой совокупностью полезных свойств, достигается понижение среднегодовой температуры, как поверхности, так и всей толщи вечномерзлого грунта основания. Это позволяет значительно укрепить мерзлое основание сооружения (т.к. с понижением среднегодовой температуры основания повышаются прочностные свойства мерзлых грунтов, слагающих его, а также увеличивается их устойчивость к оттаиванию, как сверху, так и снизу, от воздействия геотермального потока тепла). Данная совокупность взаимосвязанных полезных свойств не обнаружена в других технических решениях. Следовательно, предлагаемое техническое решение отвечает критерию «НОВИЗНА». Из наиболее близких технических решений также известен экран для защиты вечномерзлого грунта от прогрева [А.с. 628208 СССР, МКИ² Е01С 3/06 F16L 59/00. Экран для защиты вечномерзлого грунта от прогрева / А.А.Коновалов, опубл. 15.10.78 г. Бюл. №38] из уложенных на грунт теплоизоляционных элементов, выполненных в виде влаго- и воздухонепроницаемой оболочки, заполненной незамерзающей жидкостью.- the presence of a layer of water-retaining, water-saturated material (soil), the minimum thickness, which ensures the absorption and retention of the water layer, under which permafrost begins to form under natural conditions, which ensures the most efficient actuation of the artificially created layer that performs the function of a “thermal diode”. As a “heat-insulator-cooler” of a frozen base in summer (when evaporating 1 g of water from the surface of a water-retaining layer, 539 calories of heat are consumed in the summer from the air to heat and thaw it), and in a longer period than summer, winter, which provides an increase in “recharging” "Cold, by increasing the thermal diffusivity of this layer 6-7 times after freezing. In this case, the maximum thickness of the water-retaining layer, in order to create the most optimal conditions for a natural decrease in summer temperature on the surface of a frozen soil base with subsequent ensuring enhanced “recharging” in the cold in winter, determined by the optimal shift of the “zero curtain” effect, should not exceed the thickness of the seasonal (summer) thawing this layer. As a result of combining the use of the summer shift of the “zero curtain” over the surface of the frozen soil base before the onset of autumn frosts and a multiple increase in the winter thermal diffusivity of the frozen water-saturated layer, the surface of the soil base is preserved in the frozen state throughout the year, which is especially important during the thawing period. At the same time, with a new set of useful properties, a decrease in the average annual temperature, both of the surface and the entire thickness of the permafrost soil of the base, is achieved. This allows you to significantly strengthen the frozen base of the structure (since with a decrease in the average annual temperature of the base, the strength properties of the frozen soils composing it increase, as well as their resistance to thawing, both above and below, from the influence of the geothermal heat flux). This set of interrelated useful properties is not found in other technical solutions. Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "NOVELTY." Of the closest technical solutions, a screen for protecting permafrost soil from heating [A.s. 628208 USSR, MKI ² Е01С 3/06 F16L 59/00. Screen for the protection of permafrost soil from heating / A.A. Konovalov, publ. 10/15/78, Bull. No. 38] from heat-insulating elements laid on the ground made in the form of a moisture- and air-tight casing filled with non-freezing liquid.

При этом предполагалось, что в теплое время года, когда температура грунта ниже температуры воздуха, в слое жидкости, расположенной на поверхности грунта, будет наблюдаться устойчивая стратификация (т.к. плотность воды при +4°С наибольшая) и слой с жидкостью будет срабатывать как теплоизолятор. В реальности данное предположение не осуществляется. Наоборот, как свидетельствуют практические наблюдения за развитием термокарста, наличие слоя воды на льдонасыщенной грунтовой поверхности, в летний период увеличивает скорость таяния льда в среднем, в 10 раз, по сравнению с оттаиванием на контакте с атмосферой.It was assumed that in the warm season, when the soil temperature is lower than air temperature, a stable stratification will be observed in the liquid layer located on the soil surface (since the density of water at + 4 ° C is the highest) and the liquid layer will work like a heat insulator. In reality, this assumption is not implemented. On the contrary, as shown by practical observations of the development of thermokarst, the presence of a layer of water on an ice-saturated ground surface in summer increases the speed of ice melting by an average of 10 times, compared with thawing on contact with the atmosphere.

В предлагаемом новом техническом решении, путем предотвращения конвективного теплообмена в воде (жидкости) скелетом водоудерживающего материала (а также гелеобразующей добавкой, при необходимости), в нем преимущественно срабатывает кондуктивная составляющая теплопроводности, обеспечивающая появление теплоизолирующего эффекта в талом состоянии (наблюдениями установлено, что 1 м деятельный слой оттаявшего водонасыщенного грунта понижает скорость оттаивания в 100 раз, по сравнению с оттаиванием на контакте с атмосферой) [Щур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мерзлых пород и термокарст. Новосибирск: «Наука», 1988 г. Стр.101]. При промерзании водонасыщенного водоудерживающего материала (грунта), его температуропроводность наоборот возрастает в 6-7 раз, что позволяет, при оптимизации его толщины, обеспечивать через него усиленную зимнюю «подзарядку» холодом нижележащих вечномерзлых грунтов основания. На практике, это подтверждается частым наличием значительного (в десятки метров) слоя вечной мерзлоты под водонасыщенными торфяниками незначительной мощности (марями и др.), при отсутствии ее на окружающей территории, в районах распространения островной и прерывистой (неустойчивой) вечной мерзлоты. Предлагаемая новая конструктивная совокупность обеспечивает действительную летнюю теплоизоляцию и повышенный зимний «подмораживающий» эффект, что позволяет повысить устойчивость многолетнемерзлого грунтового основания насыпных земляных сооружений на высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоте островного распространения в условиях потепления климата. В результате изучения известных конструктивных решений земляных сооружений на вечной мерзлоте, в том числе на высокотемпературной (неустойчивой), прерывистого и островного распространения установлено, что известность указанной совокупности отличительных признаков, с теми же свойствами, в других конструктивных решениях отсутствует. Следовательно, данное техническое решение отвечает критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ»In the proposed new technical solution, by preventing convective heat transfer in water (liquid) with the skeleton of a water-retaining material (as well as a gel-forming additive, if necessary), the conductive component of thermal conductivity predominantly operates in it, which ensures the appearance of a heat-insulating effect in a melt state (it was established by observations that 1 m the active layer of thawed water-saturated soil decreases the thawing rate by 100 times, compared with thawing at contact with the atmosphere) [Schur Yu.L. The upper horizon of the thickness of frozen rocks and thermokarst. Novosibirsk: “Science”, 1988, pp. 101]. When freezing water-saturated water-retaining material (soil), its thermal diffusivity, on the contrary, increases by 6-7 times, which allows, when optimizing its thickness, to provide through it enhanced winter “recharging” with cold of the underlying permafrost soil of the base. In practice, this is confirmed by the frequent presence of a significant (tens of meters) permafrost layer under water-saturated peat bogs of insignificant thickness (gauze, etc.), in the absence of it in the surrounding territory, in areas of insular and intermittent (unstable) permafrost. The proposed new constructive set provides real summer thermal insulation and increased winter “freezing” effect, which allows to increase the stability of the permafrost soil base of bulk earthworks on high-temperature (unstable) permafrost island distribution in conditions of climate warming. As a result of studying the known structural solutions of earthen structures on permafrost, including high-temperature (unstable), intermittent and island propagation, it was established that the indicated set of distinctive features, with the same properties, is not known in other structural solutions. Therefore, this technical solution meets the criterion of "INVENTIVE LEVEL"

Способ возведения земляного сооружения на многолетнемерзлых грунтах, для реализации вышеприведенной конструкции на вечной мерзлоте, относится к области строительства и преимущественно предназначен для возведения транспортных сооружений (высоких насыпей автомобильных и железных дорог, мостовых подходов, сопряжений с выемками и т.д.) в районах распространения высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоты.The method of construction of an earthen structure on permafrost soils, for the implementation of the above construction on permafrost, relates to the field of construction and is mainly intended for the construction of transport structures (high embankments of roads and railways, bridge approaches, interfaces with excavations, etc.) in areas of distribution high-temperature (unstable) permafrost.

Известен способ сохранения холода в грунте [А.с. 1408825 СССР, МКИ Е02Д 3/115] (ДСП), где для его сохранения, теплоизоляционное покрытие образуют непосредственно в верхнем слое мерзлого грунта, до начала его естественного растепления, путем нагрева до температуры от 0 до -3°С (расчисткой от снега и укладкой полиэтиленовой пленки, сжиганием торфа или угля и т.д.).A known method of preserving cold in the soil [A. 1408825 USSR, MKI E02D 3/115] (chipboard), where to preserve it, a heat-insulating coating is formed directly in the upper layer of frozen soil, before its natural thawing, by heating to a temperature of 0 to -3 ° C (by clearing snow and laying a plastic film, burning peat or coal, etc.).

Согласно данному изобретению нагрев мерзлого грунта до температуры от 0 до -3°С снижает его температуропроводность приблизительно в 1,5-2 раза. Такой искусственно оттаянный грунтовый слой и является теплоизолирующим покровом, предохраняющим от нагревания нижележащие мерзлые грунты.According to this invention, heating frozen soil to a temperature of from 0 to -3 ° C reduces its thermal diffusivity by about 1.5-2 times. Such an artificially thawed soil layer is a heat-insulating cover that protects the underlying frozen soils from heating.

Недостатками данного способа являются, во-первых, то, что искусственно (трудоемко и со значительными затратами тепловой энергии) уничтожаемый при оттаивании поверхностного грунтового слоя запас «холода», не хуже, а даже эффективнее теплоизолятора предохраняет нижележащий мерзлый грунт от оттаивания (так как под теплоизолятором мерзлый грунт может приобретать температуру выше 0°С, т.е. оттаивать, а под слоем мерзлого грунта нет), во-вторых, применение обычных талых грунтов в качестве теплоизолятора малоэффективно. Например, в наиболее распространенных обычных глинистых грунтах (суглинках, супесях) при переходе из мерзлого в талое состояние, их теплопроводность в среднем уменьшается всего в 1,05-1,07 раза, что явно недостаточно для обеспечения эффективной теплоизоляции. В результате, на практике, эффективная теплоизоляция обычным талым грунтом в основном зависит от его толщины и становится значимой при толщинах грунтового слоя, близких к 1 м и более, что требует значительных затрат тепла на нагревание такого слоя. Дополнительными недостатками данного способа являются, как необходимость ежегодных трудозатрат и затрат материальных ресурсов, так и затруднительность его применения в основаниях инженерных сооружений на вечной мерзлоте.The disadvantages of this method are, firstly, the fact that artificially (labor-intensive and at a significant cost of thermal energy) “cold” reserve destroyed by thawing the surface soil layer is no worse, and even more effective than the heat insulator, protects the underlying frozen ground from thawing (since with a heat insulator, frozen soil can acquire a temperature above 0 ° C, that is, thaw, but not under a layer of frozen soil), and secondly, the use of ordinary thawed soils as a heat insulator is ineffective. For example, in the most common ordinary clay soils (loams, sandy loams), when passing from frozen to melt state, their thermal conductivity decreases on average only 1.05-1.07 times, which is clearly not enough to ensure effective thermal insulation. As a result, in practice, effective thermal insulation with ordinary thawed soil mainly depends on its thickness and becomes significant when the thickness of the soil layer is close to 1 m or more, which requires a significant amount of heat to heat such a layer. Additional disadvantages of this method are both the need for annual labor and material resources, and the difficulty of its application in the foundations of engineering structures on permafrost.

Наиболее близким к заявляемому является способ возведения насыпи в районах распространения вечномерзлых грунтов [А.с. 841418 СССР, МКИ³ Е01С 3/06, Е02Д 17/00. Способ возведения насыпи в районах распространения вечномерзлых грунтов / Плоцкий А.С, Лейтланд В.Г., Ланецкий Н.К., Анисимов Ю.Б.(СССР) №2853040/29-33: заявл. 14.12.79 г.] (ДСП), включающий укладку переувлажненного грунта и слоя дренирующего грунта, в котором перед укладкой слоя переувлажненного грунта на мерзлый грунт основания укладывают слой теплоизоляции (торфа), а после укладки слоя переувлажненного (глинистого) грунта его выдерживают в естественном состоянии до полного промораживания, после чего его поверхность и откосные части закрывают слоем теплоизоляции с образованием вокруг промороженного грунта замкнутой теплоизоляционной оболочки, а слой дренирующего грунта укладывают на поверхность теплоизоляционной оболочки.Closest to the claimed is a method of erecting embankments in areas of permafrost [A.S. 841418 USSR, MKI ³ Е01С 3/06, Е02Д 17/00. The method of construction of the embankment in areas of permafrost distribution / Plotsky A.S., Leytland V.G., Lanetskiy N.K., Anisimov Yu.B. (USSR) No. 2853040 / 29-33: stated. 12.14.79 g.] (DSP), including the laying of waterlogged soil and a layer of drainage soil, in which before laying a layer of waterlogged soil on frozen ground, a layer of thermal insulation (peat) is laid, and after laying a layer of waterlogged (clay) soil it is kept in natural state until complete freezing, after which its surface and sloping parts are closed with a layer of thermal insulation with the formation of a closed thermal insulation shell around the frozen soil, and a layer of drainage soil is laid on the surface a heat-insulating sheath.

Недостатком данного способа является то, что он не обеспечивает длительную термическую устойчивость мерзлому основанию высокой (более 3 м) насыпи, особенно в районах распространения неустойчивой, высокотемпературной вечной мерзлоты. Объясняется это тем, что ежегодная средняя глубина промерзания насыпи с поверхности составляет в данных районах 2,5-3,0 м. В результате не обеспечивается промерзание («подзарядка» холодом) вечномерзлого основания в высоких насыпях, без которого вечная мерзлота деградирует (оттаивает), от воздействия снизу теплового геотермального потока. В результате деградации вечной мерзлоты в основании высокой насыпи, она теряет свою устойчивость. Деградация (оттаивание) вечной мерзлоты в основаниях высоких насыпей с консолидационным уплотнением и, как правило, неравномерными деформациями поверхности насыпи, может продолжаться десятки лет. (На практике, например, на БАМе, Транссибе и др. в результате вводятся многочисленные ограничения скорости, создается угроза безопасности движения поездов, возрастают непроизводительные расходы, становится очевидным, что традиционный способ последующего поддержания железнодорожного пути в рабочем состоянии постоянной компенсацией осадки земляного полотна подъемкой на балласт, в условиях неустойчивой высокотемпературной вечной мерзлоты БАМ, является не только чрезвычайно затруднительным, но и по существу разорительным - одного только балласта ежегодно требуется несколько миллионов кубометров). [Бушин А.В. О задачах по обеспечению надежности земляного полотна железных дорог в современных условиях. // Ж.-д. транспорт. Сер. «Путь и путевое хозяйство»: ЭИ/ЦНИИТЭИ МПС. - 1992. - Вып.5-6. - стр.1-14].The disadvantage of this method is that it does not provide long-term thermal stability to the frozen base of a high (more than 3 m) embankment, especially in areas of unstable, high-temperature permafrost. This is explained by the fact that the annual average depth of freezing of the embankment from the surface is 2.5-3.0 m in these areas. As a result, the permafrost does not freeze (“recharge”) in high embankments, without which permafrost degrades (thaws) , from the influence of the bottom of the thermal geothermal flow. As a result of the degradation of permafrost at the base of a high embankment, it loses its stability. Permafrost degradation (thawing) in the bases of high embankments with consolidation compaction and, as a rule, uneven deformations of the embankment surface can last for decades. (In practice, for example, at the Baikal-Amur Mainline, the Trans-Siberian Railway, etc., as a result, numerous speed limits are introduced, the safety of train traffic is created, unproductive expenses increase, it becomes obvious that the traditional way of subsequently maintaining the railway track in working condition by constant compensation of the subgrade by lifting to ballast, in conditions of unstable high-temperature permafrost BAM, is not only extremely difficult, but also essentially devastating - only about ballast annually requires several million cubic meters). [Bushin A.V. On the tasks of ensuring the reliability of the subgrade of railways in modern conditions. // J.-d. transport. Ser. “Way and track economy”: EI / TSNIITEI MPS. - 1992. - Iss. 5-6. - p. 1-14].

Задачей изобретения является повышение устойчивости земляного сооружения (высокой насыпи) на просадочных при оттаивании многолетнемерзлых грунтах в расширяющихся, в связи с глобальным потеплением, районах распространения высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоты.The objective of the invention is to increase the stability of the earth structure (high embankment) on subsidence during thawing of permafrost soils in expanding, due to global warming, areas of high-temperature (unstable) permafrost.

Технический результат - повышение прочности и устойчивости (термической и сейсмической) основания земляного сооружения на вечной мерзлоте.EFFECT: increased strength and stability (thermal and seismic) of the foundation of an earthen structure on permafrost.

Достигается это тем, что на грунтовом основании укладывают слой из водоудерживающего материала и устраивают частичную геотекстильную прослойку. Укладывают крупные скальные обломки, сверху отсыпают более мелкие скальные камни, поливают водой и уплотняют (виброуплотняют) отсыпанный скальный слой, одновременно водонасыщая нижележащий слой водоудерживающего материала. При этом необходимую массу (объем) воды, выливаемой на 1 м уплотняемого скального слоя, определяют как:This is achieved by the fact that a layer of water-retaining material is laid on a soil base and a partial geotextile layer is arranged. Large rock fragments are laid, smaller rock stones are poured on top, watered with water and the buried rock layer is compacted (vibro-compacted) while water-saturating the underlying layer of water-retaining material. In this case, the necessary mass (volume) of water poured onto 1 m of the compacted rock layer is determined as:

К_п*n*W_п.в.*Y_ск*Н_о*1 м²>V_в≥K_п*n*[(W_п.в.-W_ecт)*Y_ск*H_o*1 м²]To _p * n * W _p.v. _Sa * Y * H * _about 1 m ^2> V _in ≥K _n * n * [(W -W _ect _aa) * Y _ck * H _o * m 1 ^2]

где К_п - эмпирический коэффициент потери воды на смачивание, впитывание и испарение, принимаемый в среднем равным - 1,06;where K _p - the empirical coefficient of water loss by wetting, absorption and evaporation, taken on average equal to 1.06;

n - средняя пустотность низа скального слоя, контактирующая со слоем водоудерживающего материала, дол.ед.;n is the average voidness of the bottom of the rocky layer in contact with a layer of water-retaining material, dol.

W_п.в. - влажность полной влагоемкости, водоудерживающего материала (грунта), дол.ед.;W _p.v. - humidity full moisture capacity, water-retaining material (soil), dol.ed .;

Y_ск - вес скелета водоудерживающего материала (грунта), кг/м³;Y _SK - the weight of the skeleton of a water-retaining material (soil), kg / m ³ ;

V_в - масса (объем) воды, необходимой для эффективного уплотнения скального слоя и обеспечения требуемого водонасыщения нижележащего слоя водоудерживающего материала (грунта), кг (л);V _in - the mass (volume) of water necessary for effective compaction of the rock layer and the required water saturation of the underlying layer of water-retaining material (soil), kg (l);

W_eст - естественная влажность водоудерживающего материала (грунта), дол.ед.W _est - natural moisture of the water-retaining material (soil), dol.

Отсыпают периферийные прослойки из скального грунта, в которых устраивают «отверстия-продухи», водонасыщенный, водоудерживающий слой промораживают в холодный период с последующим понижением температуры («зарядкой» холодом) вечномерзлого грунта основания, на поверхность скального слоя укладывают слой геотекстиля и досыпают сооружение грунтом (до требуемых высотных отметок).Peripheral layers of rock are poured in which “vent holes” are arranged, a water-saturated, water-retaining layer is frozen in the cold period, followed by lowering the temperature (“charging” with cold) of the permafrost soil of the base, a layer of geotextile is laid on the surface of the rock layer and the structure is added with soil ( to the required elevations).

Крупные скальные обломки (или трапециевидные габионы в виде усеченных пирамид) вдавливают (погружают) в слой водоудерживающего материала (грунта) и одновременно водонасыщают его при (вибро)уплотнении скального слоя. Виброуплотнение скального слоя осуществляют в конце теплого периода, при максимальном строительном оттаивании мерзлого грунта основания с поверхности, а водонасыщенный, водоудерживающий слой промораживают с понижением температуры многолетнемерзлого основания в холодный период, до перемены знака теплопотока на границе атмосферы и поверхности скального слоя. При необходимости слой водоудерживающего (органического) материала проливают гелеобразующим, водоудерживающим раствором реагента (например, 2-3% раствором реагента «Линда» Аквафора и др.). Частичную геотекстильную прослойку укладывают (раскатывают) в «клетку». Квадратные отверстия которой, имеют сторону 0,6-0,8 от среднего размера диаметра укладываемых крупных скальных обломков (или трапециевидных габионов в виде усеченных пирамид) и погружают последние преимущественно в данные отверстия, через слой водоудерживающего материала (грунта) виброуплотнением, в частично оттаявшее (при строительстве) с поверхности мерзлое грунтовое основание. При этом скальный слой, по изобретению отсыпаемый на высоту, снегонезаносимости его поверхности в зимний строительный период, без теплоизоляции снегом и верхней частью насыпи, получает условия для ускорения строительного промораживания водонасыщенного, водоудерживающего слоя и усиления «подзарядки» холодом (высокотемпературных) многолетнемерзлых грунтов основания. Температуру многолетнемерзлого основания в холодный период понижают до перемены знака теплопотока на границе атмосферы и поверхности скального слоя (т.е. до начала устойчивого оттаивания). Средне и слаборазложившиеся торфы, и аналогичные им материалы обладают хорошей дренажной способностью (коэффициентами фильтрации от 0,5 до 10 м/сут). В связи с этим, при необходимости, для большей нейтрализации конвективной составляющей теплопереноса воды в таких материалах, при строительстве возможна их дополнительная пропитка водоудерживающими, гелеобразующими реагентами (например, 2-3% водным раствором реагента «Линда» Аквафора и др.)Large rock fragments (or trapezoidal gabions in the form of truncated pyramids) are pressed (immersed) into a layer of water-retaining material (soil) and at the same time they are saturated with (vibro) compaction of the rock layer. Vibro-compaction of the rocky layer is carried out at the end of the warm period, with maximum building thawing of the frozen soil from the surface, and a water-saturated, water-retaining layer is frozen with a decrease in the temperature of the permafrost in the cold period, until the sign of the heat flux at the boundary between the atmosphere and the surface of the rocky layer. If necessary, a layer of water-retaining (organic) material is shed with a gelling, water-retaining solution of the reagent (for example, 2-3% solution of the reagent "Linda" Aquaphor and others). A partial geotextile layer is laid (rolled) into a “cage”. The square openings of which have a side of 0.6-0.8 from the average size of the diameter of the laid large rock fragments (or trapezoidal gabions in the form of truncated pyramids) and immerse the latter mainly in these openings, through a layer of water-retaining material (soil) by vibration compaction, in partially thawed (during construction) from the surface a frozen soil base. In this case, the rock layer, according to the invention, is covered with a height of snow-bearing capacity on its surface in the winter construction period, without thermal insulation with snow and the upper part of the embankment, it obtains conditions for accelerating the construction freezing of a water-saturated, water-retaining layer and enhancing the “recharging” of frozen (high-temperature) permafrost soils. In the cold season, the temperature of the permafrost base is lowered until the sign of the heat flux changes at the interface between the atmosphere and the surface of the rock layer (i.e., before stable thawing begins). Medium and slightly decomposed peat, and similar materials have good drainage ability (filtration coefficients from 0.5 to 10 m / day). In this regard, if necessary, in order to neutralize the convective component of the heat transfer of water in such materials during construction, they can be additionally impregnated with water-retaining, gelling agents (for example, a 2-3% aqueous solution of the Linda reagent Aquaphor, etc.)

Способ отличается от аналогов и прототипа тем, что повышение устойчивости и укрепление вечномерзлого основания земляного сооружения в нем обеспечиваются:The method differs from analogues and prototype in that the increase in stability and the strengthening of the permafrost foundation of the earthworks in it are provided:

- напитыванием водоудерживающего слоя оптимальной конструктивной толщины требуемым количеством воды, что обеспечивает создание необходимого «теплового диода». Известно, что объемная теплоемкость воды (4,2*10⁶ Дж/м³*К) более чем в 2 раза больше теплоемкости льда (1,9*10⁶ Дж/м³*К), а ее кондуктивные теплопроводность (0,57 Вт/м*К) и температуропроводность (4,9*10^-4 м²/час) соответственно в 4 (2,2 Вт/м*К) и 8 (4,2*10^-3 м²/час) раз меньше, чем у льда. В результате, более теплоемкий и значительно менее теплопроводный слой воды, над поверхностью оттаивающего льда (или льдонасыщенного грунта), должен выполнять теплоизолирующую роль и понижать скорость оттаивания. В реальности же, наоборот, скорость оттаивания льда с «теплоизолирующим» слоем воды на его поверхности, в среднем, в 10 и даже 100 раз выше (соответственно для стоячей и текущей воды), чем при непосредственном контакте поверхности льда с теплым воздухом. Причиной этого является наличие в слое воды не только кондуктивной, но и намного более значимых (для жидких сред), различных конвективных составляющих теплопереноса. Конвективные составляющие (воздействие течения, ветра, температурные изменения плотности и др.) за счет тепломассопереноса превращают слой воды из «кондуктивного теплоизолятора», в высокоэффективный переносчик (проводник) тепла. При предлагаемой нейтрализации конвективных составляющих теплопереноса в воде (например, путем связывания и удерживания воды слоем высокодисперсного глинистого грунта, торфа, другими водоудерживающими материалами, ввода в нее связывающих, гелеобразующих добавок и т.д.), скорость оттаивания льда (льдонасыщенного грунта) под слоем связанной грунтом воды толщиной 0,1 м, уменьшается, в среднем, в 10 раз (по сравнению со скоростью оттаивания льда, контактирующего непосредственно с воздухом) и в 100, и 1000 раз меньше, чем под слоем стоячей и текущей воды соответственно [Шур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мерзлых пород и термокарст. Новосибирск «Наука», 1988 г. стр.101];- the saturation of the water-retaining layer of the optimal structural thickness with the required amount of water, which ensures the creation of the necessary "thermal diode". It is known that the volumetric heat capacity of water (4.2 * 10 ⁶ J / m ³ * K) is more than 2 times the heat capacity of ice (1.9 * 10 ⁶ J / m ³ * K), and its conductive heat conductivity (0, 57 W / m * K) and thermal diffusivity (4.9 * 10 ^-4 m ² / h) respectively in 4 (2.2 W / m * K) and 8 (4.2 * 10 ^-3 m ² / h) times less than that of ice. As a result, a more heat-intensive and significantly less heat-conducting layer of water, above the surface of thawing ice (or ice-saturated soil), should play a heat-insulating role and reduce the speed of thawing. In reality, on the contrary, the speed of ice thawing with a “heat-insulating” layer of water on its surface is on average 10 and even 100 times higher (respectively for standing and flowing water) than when the ice surface is in direct contact with warm air. The reason for this is the presence in the water layer of not only conductive, but also much more significant (for liquid media), various convective components of heat transfer. Convective components (the influence of the current, wind, temperature changes in density, etc.) due to heat and mass transfer, turn the water layer from the "conductive heat insulator" into a highly efficient heat carrier (conductor). With the proposed neutralization of convective components of heat transfer in water (for example, by binding and holding water with a layer of highly dispersed clay soil, peat, other water-retaining materials, introducing binding, gelling additives, etc.), the thawing rate of ice (ice-saturated soil) under the layer 0.1 m thick soil bound water decreases, on average, by 10 times (compared with the rate of thawing of ice in direct contact with air) and 100, and 1000 times less than under a layer of standing and flowing water odes, respectively [Shur Yu.L. The upper horizon of the thickness of frozen rocks and thermokarst. Novosibirsk “Science”, 1988, p. 101];

- для достижения лучшей уплотняемости и заклинки скального грунта его необходимо поливать водой. При этом, в обычных способах, не допускается ослаблять замачиванием нижележащее грунтовое основание. Это приводит к ограничению объема воды, выливаемой при уплотнении скальных грунтов в обычных конструкциях. В предлагаемом новом техническом решении, наоборот, вместе с поливом для уплотнения дополнительно необходимо максимальное водонасыщение нижележащего водоудерживающего слоя, что одновременно улучшает условия уплотнения скального слоя. Также облегчается процесс погружения (выполняемый одновременно с виброуплотнением) скальных обломков, через слой водоудерживающего материала, в частично оттаивающее (при строительстве) с поверхности мерзлое основание, что необходимо для обеспечения последующего (в процессе эксплуатации) надежного опирания сооружения на мерзлоту.- to achieve better compaction and clinging to rocky soil, it must be watered. Moreover, in conventional methods, it is not allowed to weaken by soaking the underlying soil base. This leads to a limitation of the volume of water poured out during compaction of rocky soils in conventional structures. In the proposed new technical solution, on the contrary, together with irrigation for compaction, the maximum water saturation of the underlying water-retaining layer is additionally required, which at the same time improves the compaction conditions of the rocky layer. The process of immersion (performed simultaneously with vibration compaction) of rock fragments through a layer of water-retaining material into a frozen base partially thawing (during construction) from the surface is also facilitated, which is necessary to ensure the subsequent (during operation) reliable support of the structure to permafrost.

Из приведенных новых отличий следует, что предлагаемое техническое решение отвечает критерию «НОВИЗНА».From the above new differences it follows that the proposed technical solution meets the criterion of "NOVELTY."

В результате изучения известных способов, также установлено, что известность указанных отличительных признаков в других способах возведения земляного сооружения (и укрепления его мерзлого основания) не обнаружена. Следовательно, данное техническое решение отвечает критерию «ИЗОБРЕТАТЕЛЬСКИЙ УРОВЕНЬ».As a result of the study of known methods, it was also found that the fame of these distinguishing features in other methods of erecting an earthen structure (and strengthening its frozen base) was not found. Therefore, this technical solution meets the criterion of "INVENTIVE LEVEL".

Сравнение заявляемого способа с другими техническими решениями позволяет сделать вывод, что он обеспечивает возможность более надежного подмораживания, просадочного при оттаивании, мерзлого грунтового основания в интенсивно расширяющихся районах распространения неустойчивой, высокотемпературной вечной мерзлоты. В результате достигается повышение как прочностных свойств мерзлых грунтов основания, так и их термической устойчивости, что в совокупности укрепляет мерзлое грунтовое основание земляного сооружения, обеспечивая более надежные условия его эксплуатации в циклические периоды потепления.Comparison of the proposed method with other technical solutions allows us to conclude that it provides the possibility of more reliable freezing, subsidence during thawing, frozen soil base in rapidly expanding areas of unstable, high-temperature permafrost. The result is an increase in both the strength properties of frozen base soils and their thermal stability, which together strengthens the frozen ground base of an earthen structure, providing more reliable conditions for its operation in cyclic periods of warming.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображен поперечный профиль(разрез) земляного сооружения на высокотемпературной (неустойчивой)вечной мерзлоте; на фиг.2 - вид трапециевидного габиона (в виде усеченной пирамиды).The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the transverse profile (section) of the earthworks on high-temperature (unstable) permafrost; figure 2 is a view of a trapezoid gabion (in the form of a truncated pyramid).

Земляное сооружение включает грунтовую насыпь 1, отсыпанную на слой геотекстиля 2, уложенного на поверхность скального слоя 3, снизу выполненного из крупных скальных обломков 4, вдавленных через частичный геотекстильный слой 5, в слой водонасыщенного, водоудерживающего материала (грунта) 6, на поверхности многолетнемерзлого основания 7, «отверстия-продухи» 8, в периферийных прослойках из скального грунта 9, над откосными, водонепроницаемыми снизу зонами 10, закрытыми на внешних (откосных) поверхностях торфо-глинистой смесью 11, с возможным устройством сверху сборных, коробчатых, проветриваемых элементов 12, светлых (светоотражающих) расцветок, трапециевидные габионы 13. А - положение высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоты до возведения земляного сооружения, Б - после начала эксплуатации земляного сооружения. Например, многочисленный из переходных участков высоких насыпей, из выемки в долину, в гористо-холмистой местности (трассы Забайкалской ж/д, БАМа, проектируемые Трансаляскинская и Северо-Канадская ж/д магистрали и др.), характеризующейся прерывистым (островным) распространением высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоты. Склоны и дно долин, на которых устраиваются высокие насыпи, как правило, сложены осадочными, сильнольдистыми и просадочными при оттаивании многолетнемерзлыми породами со среднегодовой температурой от -0,5°С до -1,5°С, мощностью 20-30 м. Строительство в таких условиях высоких грунтовых насыпей, высотой, превышающей глубину промерзания грунта в них, прекращает необходимую для существования вечной мерзлоты, периодическую, «подзарядку» холодом мерзлых грунтов в основании. При этом воздействие на мерзлоту снизу геотермального теплового потока остается, что при незначительной по мощности, высокотемпературной, вечной мерзлоте, приводит к ее постепенной деградации в основании. Оттаивание (деградация) мерзлоты в основании насыпи сопровождается неравномерными деформациями поверхности насыпи, внезапными местными просадками, потерей устойчивости (оползанием и сплыванием) откосов и др. (особенно при соединении верхнего и нижнего фронтов оттаивания). В соответствии с предлагаемым техническим решением создается строительная и последующие усиленные («тепловым диодом», зимней вентиляцией), ежегодные «подзарядки» холодом мерзлого грунтового основания и теплоизоляция его летом в земляном сооружении. В весенний период, до начала оттаивания с поверхности естественного многолетнемерзлого грунтового основания - 7, (для обеспечения проходимости строительного транспорта и механизмов), на нем устраивают слой из водоудерживающего материала - 6, например, из слаборазложившегося торфа (или геотекстильных, прошитых матов, заполненных водоудерживающей, например, диатомовой и др. глиной). Слаборазложившийся торф предварительно послойно оттаивают и заготавливают в штабеля в предшествующий теплый период на ближайшем местном торфянике (мари) или разрабатывают непосредственно в мерзлом состоянии бульдозерными рыхлителями или буровзрывным способом и отсыпают с учетом осадки при оттаивании. При этом необходимую для создания эффективного «теплового диода» толщину талого торфа рассчитывают по предлагаемому расчетному соотношению для органических водоудерживающих материалов (грунтов). Так, для южной подзоны вечной мерзлоты, с толщиной критического слоя стоячей воды, под которым начинает образовываться вечная мерзлота Н_с.в.=0,15 м, для характерного, слаборазложившегося верхового древесно-сфагнового торфа с естественной влажностью 400% и в полностью водонасыщенном состоянии до 700-800% (7-8 в дол.ед.), минимальная толщина слоя водоудерживающего материала составит:An earth structure includes a soil embankment 1, sprinkled on a layer of geotextile 2, laid on the surface of a rock layer 3, from below made of large rock fragments 4, pressed through a partial geotextile layer 5, into a layer of water-saturated, water-retaining material (soil) 6, on the surface of a permafrost 7, “vent holes” 8, in the peripheral layers of rocky soil 9, above sloping, watertight bottom zones 10, closed on the external (sloping) surfaces of a peat-clay mixture 11, with possible installation oystvom top modular, box-shaped, ventilated elements 12, light (reflective) colors, trapezoidal gabions 13. A - high position (unstable) permafrost before erection of earthen structures B - after the start of operation of earthen structures. For example, numerous of transitional sections of high embankments, from a recess into a valley, in mountainous and hilly terrain (Zabaykalskaya railway tracks, BAM, the designed Transalyaskinskaya and North-Canadian railway lines, etc.), characterized by intermittent (island) distribution of high-temperature (unstable) permafrost. The slopes and the bottom of valleys, on which high embankments are arranged, are usually composed of sedimentary, heavy-ice and subsidence when thawing permafrost with an average annual temperature of -0.5 ° C to -1.5 ° C, with a thickness of 20-30 m. Construction in under such conditions, high soil embankments, with a height exceeding the depth of freezing of the soil in them, stops the periodical "recharging" of frozen soil at the base necessary for the existence of permafrost. Moreover, the effect on the permafrost from below of the geothermal heat flux remains, which, with a small thickness, high-temperature, permafrost, leads to its gradual degradation at the base. Thawing (degradation) of permafrost at the base of the embankment is accompanied by uneven deformations of the embankment surface, sudden local subsidence, loss of stability (creeping and spilling) of slopes, etc. (especially when connecting the upper and lower defrosting fronts). In accordance with the proposed technical solution, construction and subsequent reinforced (by “thermal diode”, winter ventilation), annual “recharge” of frozen ground foundation and its thermal insulation in summer in an earthen building are created. In the spring, before the thawing of the surface of the natural permafrost soil base - 7, (to ensure the patency of construction vehicles and mechanisms), a layer of water-retaining material is arranged on it - 6, for example, of poorly decomposed peat (or geotextile, stitched mats filled with water-retaining , for example, diatom and other clay). Weakly decomposed peat is first thawed in layers and harvested into piles in the previous warm period at the nearest local peat bog (Mari) or is developed directly in the frozen state by bulldozer cultivators or by a blasting method and dumped taking into account precipitation during thawing. At the same time, the thickness of thawed peat necessary to create an effective “thermal diode” is calculated by the proposed calculated ratio for organic water-holding materials (soils). Thus, for a southern subband permafrost critical layer having a thickness of standing water, which begins to form under permafrost H _d.s. = 0.15 m, for a characteristic, poorly decomposed high-level wood-sphagnum peat with a natural moisture content of 400% and in a fully water-saturated state up to 700-800% (7-8 in units), the minimum thickness of the layer of water-retaining material will be:

Н_л.о.≥Н_о>Н_с.в.*[1+(1-W_п.в./10)];N _L.O. ≥ N _o > N _s.v. * [1+ (1-W _pv./10 )];

Н_о мин=0,15*[1+(1-7,5/10)]=0,19 мN _about min = 0.15 * [1+ (1-7.5 / 10)] = 0.19 m

Максимальную толщину водоудерживающего материала, равную глубине сезонного (летнего) оттаивания торфа в районе строительства, принимают по данным ближайщей метеостанции (или практическим замерам). В районе южной подзоны вечной мерзлоты, глубина сезонного оттаивания торфа, в среднем, составляет Н_макс.=0,5-0,7 м в зависимости от увлажненности, снегоотложения, альбедо и др. Учитывая, что глубина летнего оттаивания торфа в основании сооружения будет меньше, в первом приближении, принимают требуемую толщину, как среднее между минимальным и максимальным значением. В результате, требуемая толщина Н₀ устраиваемого из слаборазложившегося торфа слоя водоудерживающего материала - 6, составит: Н₀=(0,19 м + 0,6 м)/2=0,4 м.The maximum thickness of the water-retaining material, equal to the depth of seasonal (summer) peat thawing in the construction area, is taken according to the nearest weather station (or practical measurements). In the area of the southern permafrost subzone, the depth of seasonal thawing of peat, on average, is N _max. = 0.5-0.7 m depending on humidity, snow deposition, albedo, etc. Given that the depth of summer thawing of peat at the base of the structure will be less, to a first approximation, take the required thickness as the average between the minimum and maximum values. As a result, the required thickness H ₀ of a layer of water-retaining material constructed from slightly decomposed peat — 6, will be: H ₀ = (0.19 m + 0.6 m) / 2 = 0.4 m.

После погрузки экскаватором или погрузчиком и доставки торфа автовозкой, его разравнивают бульдозером с приданием автогрейдером необходимого для обеспечения стока воды уклона, от краев слоя к его середине (оси сооружения) в 40-60‰. На поверхности спланированного слоя раскатывают в «клетку» рулоны геотекстильного полотна (нетканого синтетического материала - НСМ) - 2. При этом квадратные отверстия в «клетку», в частичной геотекстильной прослойке - 2, создают со стороной 0,6-0,8 от размера диаметра крупных скальных обломков - 4, (средним диаметром 0,8-1,2 м и до 1,5 м). Укладывают крупные скальные обломки - 4, краном преимущественно в данные отверстия с последующим их погружением через слой водонасыщаемого, водоудерживающего материала - 6, (при уплотнении тяжелыми виброкатками) до опирания последних на поверхность многолетнемерзлого основания - 7. При осуществлении раскладки скальных обломков - 4, (или установки габионов - 13), для достижения наиболее благоприятной, максимально возможной пустотности (до 40-50%) внизу устраиваемого скального слоя, раскладываемые скальные обломки или габионы, опирают друг на друга боковыми гранями. Сверху автовозкой и наталкиванием бульдозером, отсыпают скальный слой - 3, из морозостойких камней со средним диаметром 0,2-0,4 м. Устанавливают в откосных частях стальные, бетонные и т.д. трубы диаметром 0,3-0,5 м, через необходимые промежутки, для создания «отверстий-продухов» - 8, и обсыпают их сортированным скальным грунтом с созданием периферийных прослоек - 9. Вместо труб, в откосных частях могут устанавливаться вниз меньшей стороной трапециевидные габионы, с образованием «отверстий-продухов» - 8, треугольной формы с одновременным созданием из них периферийных прослоек - 9, из сортированного скального грунта. В конце теплого периода, при максимальном строительном оттаивании многолетнемерзлого грунтового основания - 7, с поверхности производят виброуплотнение отсыпанного скального слоя - 3, тяжелыми виброкатками за 25-30 проходов по одному следу с поливкой водой для улучшения уплотнения и одновременным водонасыщением нижележащего слоя водоудерживающего материала (слаборазложившегося торфа) - 6, с вдавливанием крупных скальных обломков - 4, или трапециевидных габионов - 13, через слой водоудерживающего материала (слаборазложившегося торфа) - 6, в максимально оттаявшее с поверхности, за строительный период, многолетнемерзлое грунтовое основание - 7. При этом необходимое общее количество воды в кг(л), выливаемой при виброуплотнении на 1 м²скального слоя - 3, определяют по предлагаемому расчетному соотношению:After loading it with an excavator or loader and delivering peat to a truck, it is leveled with a bulldozer to give the grader the slope necessary to ensure water flow, from the edges of the layer to its middle (construction axis) at 40-60 ‰. On the surface of the planned layer rolls of a geotextile fabric (non-woven synthetic material - HCM) - 2 are rolled into a "cage". In this case, square holes in the "cage", in a partial geotextile layer - 2, are created with a side of 0.6-0.8 of the size the diameter of large rock fragments is 4, (with an average diameter of 0.8-1.2 m and up to 1.5 m). Lay large rock fragments - 4, with a crane mainly in these holes with their subsequent immersion through a layer of water-saturated, water-retaining material - 6, (when compacted with heavy vibratory rollers) until the latter rest on the surface of the permafrost base - 7. When laying out rock fragments - 4, ( or installation of gabions - 13), in order to achieve the most favorable, maximum possible voidness (up to 40-50%) at the bottom of the arranged rock layer, the laid-out rock fragments or gabions are based on each other ha lateral faces. On top of the car carrier and pushing with a bulldozer, pour the rock layer - 3, from frost-resistant stones with an average diameter of 0.2-0.4 m. Steel, concrete, etc. are installed in the slope parts. pipes with a diameter of 0.3-0.5 m, at the required intervals, to create “holes-vents” - 8, and sprinkled with sorted rock soil with the creation of peripheral layers - 9. Instead of pipes, trapezoidal can be installed downward on the slope parts downward. gabions, with the formation of "openings-vents" - 8, triangular in shape with the simultaneous creation of peripheral layers of them - 9, of sorted rock. At the end of the warm period, with maximum building thawing of the permafrost soil base - 7, vibration compaction of the sprinkled rock layer - 3 is carried out from the surface, with heavy vibratory rollers for 25-30 passes along one track with watering to improve compaction and at the same time water saturation of the underlying layer of water-retaining material (slightly decomposed peat) - 6, with indentation of large rock fragments - 4, or trapezoidal gabions - 13, through a layer of water-retaining material (slightly decomposed peat) - 6, in ma maximum DUTY thawed from the surface of the construction period, permafrost foundation soil - 7. In this total amount of water required in kg (liters) was poured at vibrocompaction per 1 m ² of the rock layer - 3, determined by the proposed settlement relation:

К_п*n*W_п.в.*Y_ск*Н_о*1 м²>V_в≥К_п*n*[(W_п.в.-W_ест)*Y_ск*Н_о*1 м²];To _p * n * W _p.v. * Y _ck * N _o * 1 m ² > V _in ≥K _n * n * [(W _a.s. -W _eats ) * Y _ck * N _o * 1 m ² ];

1,06*0,45*7,5*160*0,4*1>V_в>1,06*0,45*[(7,5-4)*160*0,4*1];1.06 * 0.45 * 7.5 * 160 * 0.4 * 1> V _at > 1.06 * 0.45 * [(7.5-4) * 160 * 0.4 * 1];

275 л>V_в≥107 л275 L> V _in ≥107 L

т.е. на 1 м² уплотняемого скального слоя - 3, поливомоечной машиной в общем выливается не менее 107 л/м² или 107 л: 25=4,3 л/м² при одном проходе виброкатка.those. for 1 m ^{2 of} compacted rock layer - 3, the watering machine generally pours at least 107 l / m ² or 107 l: 25 = 4.3 l / m ² with one pass of the vibratory roller.

Отсыпанный на высоту снегонезаносимости (1,5-2,0 м и более) уплотненный скальный слой - 3, частично погруженный (заанкеренный и опертый) нижней частью из крупных скальных обломков - 4, в оттаявшее с поверхности (в строительный период) многолетнемерзлое основание - 7, через слой водонасыщенного, водоудерживающего материала (слаборазложившегося торфа) - 6, промораживают в зимний период. При этом промораживается слой водонасыщенного, водоудерживающего материала (слаборазложившегося торфа) - 6, выполняющего роль «теплового диода» и максимально «подзаряжается» холодом многолетнемерзлое основание - 7, земляного сооружения. Строительную «подзарядку» холодом многолетнемерзлого основания - 7 осуществляют до перемены знака теплопотока на границе атмосферы и поверхности скального слоя - 3, когда среднесуточная температура воздуха становится устойчиво выше среднесуточной температуры грунтовой поверхности (по данным ближайшей метеостанции). После этого, на поверхности скального слоя - 3 устраивают слой геотекстиля - 2, поперечной раскаткой рулонов с нахлестом краев на 15-20 см и послойно с уплотнением досыпают земляное сооружение, до проектных высотных отметок, пригодными для этого кондиционными грунтами. Одновременно с этим, отсыпают и уплотняют присыпные откосные водонепроницаемые (например, из глинистого грунта и др.) зоны - 10. Укрывают их торфо-глинистой смесью - 11, слоем толщиной 20-30 см (приготавливаемой, например, в мерзлом состоянии, буровзрывным способом в оптимальных соотношениях 60/40-75/25 на ближайшей мари или торфянике). Также возможна дополнительная укладка на торфо-глинистую смесь - 11, сверху, дополнительно охлаждающих откосные части сборных коробчатых, проветривающихся элементов - 12, из погодоустойчивых пластиков, стеклопластиков, оцинкованного металлического профиля, собираемых по сайдинговому принципу, светлых (светоотражающих) расцветок.The compacted rock layer, poured to snow-bearing capacity (1.5-2.0 m or more), is 3, partially submerged (anchored and supported) with the lower part of large rock fragments - 4, in a permafrost thawed from the surface (during the construction period) - 7, through a layer of water-saturated, water-retaining material (poorly decomposed peat) - 6, frozen in the winter. At the same time, a layer of water-saturated, water-retaining material (poorly decomposed peat) - 6, which acts as a "thermal diode" and is maximally "recharged" with a permafrost base - 7, of an earthen structure, is frozen. Building "recharging" with the cold of the permafrost base - 7 is carried out until the sign of the heat flux at the interface between the atmosphere and the surface of the rock layer - 3 is changed, when the average daily air temperature becomes stable above the average daily temperature of the soil surface (according to the nearest weather station). After that, on the surface of the rocky layer - 3 arrange a layer of geotextile - 2, roll the rolls with an overlap of the edges by 15-20 cm and add the earthworks in layers with compaction to the design elevations suitable for this purpose with standardized soils. At the same time, water-tight sloping waterproof (for example, from clay soil, etc.) areas are poured and compacted - 10. They are covered with peat-clay mixture - 11, with a layer 20-30 cm thick (prepared, for example, in a frozen state, by a blasting method in optimal ratios 60 / 40-75 / 25 at the nearest mari or peat bog). It is also possible to lay additionally on a peat-clay mixture - 11, on top, additionally cooling the slope of prefabricated box-shaped, ventilated elements - 12, made of weather-resistant plastics, fiberglass, galvanized metal profile, assembled according to the siding principle, light (reflective) colors.

Земляное сооружение функционирует следующим образом. После возведения и начала теплого периода оттаивания, закрываются (автоматически, биметаллическими жалюзи или механически, вручную, например, пенопластовыми заглушками) «отверстия-продухи» - 8, в периферийных прослойках - 9, из сортированного скального грунта. В предпочтительном варианте, также коробчатыми элементами закрываются (надвижкой по устроенным направляющим или механической перекладкой) периферийные прослойки - 9, контактирующие с атмосферой в откосных зонах. Тяжелый холодный воздух в результате запирается и застаивается внутри земляного сооружения. Конвективная составляющая воздушного теплообмена, играющая основную роль в теплопередаче через воздух (т.к. сам неподвижный воздух обладает низкой теплопроводностью, как у пенопласта, в 0,025 Вт/м*К), при этом понижается. В результате, застаивающийся воздух начинает выполнять теплоизолирующую функцию в теплый период. Промороженный деятельный слой водонасыщенного, водоудерживающего, материала (например, бентонитовые, диатомовые, иольдевые глины с влажностью более 70-80%, слаборазложившиеся торфы, геотекстиль, искусственные ваты, пропитанные водоудерживающими гелеобразующими реагентами и т.д.) - 6, на поверхности мерзлого грунтового основания - 7, между крупными скальными обломками - 4, или трапециевидными габионами - 13, в виде усеченных пирамид, в теплый период начинает постепенно оттаивать с поверхности, с превращением льда в воду. При этом преимущественно кондуктивная теплопроводноть, связанной (без конвективного теплообмена) слоем водоудерживающего материала (торфа) - 6 воды, в оттаивающем слое становится меньше в 4 раза, а температуропроводность в 8 раз меньше, чем у нижележащего, еще не оттаявшего льда (в торфе). В результате слой связанной воды, в оттаивающем с поверхности водонасыщенном, водоудерживающем слое (торфа) - 6, выполняет роль второй (после застаивающегося воздуха) теплоизолирующей и самоохлаждающейся прослойки. Установленное наблюдениями охлаждение поверхностного слоя воды в среднем на 1-3°С, по сравнению с грунтовой поверхностью объясняется тем, что на испарение 1 г воды расходуется 539 калорий тепла, поступающего на оттаивание. Водяные пары после этого частично конденсируются на скальном грунте с выделением такого же количества тепла и стекают вниз, частично находятся в равновесном состоянии внутри сооружения и незначительно испаряются из него. Возникающие незначительные потери воды испарением из сооружения могут компенсироваться как конденсацией насыщенных водяных паров, проникающих летом в сооружение, так и регулируемым затеканием дождевой воды с верхних частей откосов сооружения. При этом само сооружение с деятельным (сезонно оттаивающим) слоем водонасыщенного, водоудерживающего материала (торфа) - 6, между крупными скальными обломками - 4, или габионами - 13, в теплый период опирается через них на мерзлое грунтовое основание. К концу теплого периода и началу устойчивого промерзания поверхности земляного сооружения, автоматически или механически (вручную) открываются «отверстия - продухи», а также (по возможности) сдвигаются вниз или перекладываются коробчатые элементы, открывая периферийные прослойки - 9, из сортированного скального грунта в откосных частях сооружения. Холодный атмосферный воздух начинает задуваться (ветрами) и затекать (как более тяжелый, чем теплый воздух) внутрь сооружения к его основанию. При этом теплый внутренний воздух выдавливается из сооружения. Сдвигаемые (перекладываемые) вниз к основанию откоса, на водонепроницаемые откосные зоны - 10, коробчатые элементы - 12, не позволяют зимой теплоизолировать основание откоса интенсивно образующимися в данных местах снежными отложениями. Это в сочетании с покрытием нижних водонепроницаемых откосных зон - 10, торфоглинистой смесью - 11, оптимального состава, выполняющей функцию внешнего «теплового диода» и одновременно защищающей низ откоса от размывов, обеспечивает повышенную термическую и общую устойчивость основанию откосных частей земляного сооружения на неустойчивой (высокотемпературной) вечной мерзлоте. К концу теплого периода и началу промерзания земляного сооружения с поверхности, деятельный (сезонно оттаивающий) слой водонасыщенного, водоудерживающего материала (слаборазложившегося торфа) - 6, практически полностью протаивает. При этом из-за наличия эффекта «тепловой инерции» его оттаивание снизу будет замедленно продолжаться и с началом холодного периода. Одновременно на внешней поверхности земляного сооружения, контактирующей с холодным атмосферным воздухом, интенсивно образуется (промерзает) поверхностный мерзлый грунтовый слой в виде «мерзлой арки» опирающейся на еще талый грунт и мерзлое основание, способный воспринимать на себя значительные нагрузки (например, подвижные) и обеспечивать повышенную зимнюю устойчивость земляному сооружению. Данное естественное, поверхностное, образование низкотемпературной мерзлой грунтовой арки, многократно компенсирует незначительное временное ослабление мерзлого основания земляного сооружения в начальный период промерзания, из-за эффекта «тепловой инерции», который быстро затухает. В течение первой половины зимнего периода (в районах вечной мерзлоты более длительного, чем летний), оттаявший деятельный слой водонасыщенного, водоудерживающего материала (торфа) - 6, на поверхности мерзлого грунтового основания - 7, начинает интенсивно промерзать. При этом известно, что, чем больше размеры грунтовых частиц (крупных скальных обломков - 4), тем меньше на них действуют силы морозного пучения, также известно (см. п.3.2. ГОСТ 28622-90. Метод лабораторного определения степени пучинистости грунтов), что грунт, находящийся под давлением (нагрузкой) более 0,05 МПа (0,5 кг/см²), практически перестает проявлять вертикальные деформации пучения из-за реологии льда под нагрузкой. В виду этого крупные скальные обломки - 4, (или габионы - 13), в высоких насыпях, находящиеся, как правило, под нагрузкой, превышающей 0,05-0,1 МПа при промерзании слоя (торфа) - 6, выпучиваться не будут. Деятельный слой водонасыщенного, водоудерживающего материала - 6, между крупными скальными обломками - 4, или габионами - 13, при замерзании будет незначительно подниматься в межкомковых пустотах, а при оттаивании там же оседать. После полного промерзания, деятельный слой (торфа) - 6, начнет обеспечивать усиленную (ускоренную) «подзарядку» холодом мерзлого грунтового основания, за счет многократного возрастания его тепло и температуропроводности в мерзлом состоянии по сравнению с талым состоянием (эффект «теплового диода»). В результате обеспечивается понижение температуры мерзлого основания, чем достигается его повышенная термическая устойчивость на высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоте с повышением прочностных характеристик мерзлых грунтов основания. Преимущественно применять, в качестве водоудерживающего материала - 6, слаборазложившийся торф предлагается в виду его экологичности и широкой распространенности в районах Севера. При этом не высока стоимость его разработки и транспортировки. Находясь в сооружении, преимущественно в мерзлом и водонасыщенном (без доступа воздуха) состоянии, торф в дальнейшем больше не разлагается, а его прочность на изгиб в полностью водонасыщенном, промороженном состоянии, по экспериментальным данным, возрастает с 0,6-0,9 кг/см² (при природной влажности в 300-350%), до 32-36 кг/см², при быстром самозалечивании возникающих трещин и хорошо выраженном армирующем эффекте волокон торфа. В соответствии с п.8.1 и 8.2 СНиП 2.02.04-88 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» на основе обширного практического опыта в сейсмоопасных районах рекомендуется проектировать сооружения по первому принципу проектирования (т.е. по недопущению оттаивания мерзлого основания сооружения в период его эксплуатации). Известно также, что под продуваемыми насыпями из скального грунта природная мерзлота, как правило, сохраняется (но не увеличивается). При этом в соответствии с п.1.4 г; д; з Прил. 10 насыпи из скального грунта рекомендуется устраивать на просадочных участках залегания льдонасыщенных грунтов и подземных льдов в районах с сейсмичностью 8 и более баллов. Исходя из вышеизложенного, предлагаемое земляное сооружение на многолетнемерзлых грунтах обладает повышенной сейсмоустойчивостью.Earthwork operates as follows. After the erection and the start of the warm period of thawing, "openings" are closed (automatically, by bimetallic blinds or mechanically, manually, for example, with foam plugs), 8, in the peripheral layers - 9, from sorted rocky soil. In a preferred embodiment, also the box-like elements are closed (by sliding along arranged guides or by mechanical shifting) peripheral layers - 9 in contact with the atmosphere in sloping zones. Heavy cold air as a result is locked and stagnates inside the earthen structure. The convective component of air heat transfer, which plays the main role in heat transfer through air (since stationary air itself has a low thermal conductivity, as in polystyrene, is 0.025 W / m * K), while decreasing. As a result, stagnant air begins to perform a heat-insulating function in the warm period. Frozen active layer of water-saturated, water-retaining material (for example, bentonite, diatom, and yolde clay with a moisture content of more than 70-80%, poorly decomposed peat, geotextile, artificial wool soaked with water-retaining gel-forming reagents, etc.) - 6, on the surface of frozen ground foundations - 7, between large rock fragments - 4, or trapezoidal gabions - 13, in the form of truncated pyramids, in the warm period it begins to gradually thaw from the surface, with the transformation of ice into water. In this case, predominantly conductive heat conductivity, connected (without convective heat transfer) by a layer of water-retaining material (peat) - 6 water, in the thawing layer becomes 4 times less, and the thermal diffusivity is 8 times less than that of the underlying, not yet thawed ice (in peat) . As a result, a layer of bound water, in a water-saturated, water-retaining layer (peat) - 6, thawing from the surface, plays the role of a second (after stagnant air) heat-insulating and self-cooling layer. Installed by observations, cooling of the surface layer of water by an average of 1-3 ° C, compared with the soil surface, is explained by the fact that 539 calories of heat supplied to thaw are consumed in the evaporation of 1 g of water. Water vapor after this partially condenses on the rocky ground with the release of the same amount of heat and flows down, partially is in an equilibrium state inside the structure and slightly evaporates from it. Insignificant losses of water by evaporation from the structure can be compensated both by condensation of saturated water vapor entering the structure in summer, and by regulated flow of rainwater from the upper parts of the slopes of the structure. At the same time, the structure itself with an active (seasonally thawing) layer of water-saturated, water-retaining material (peat) - 6, between large rock fragments - 4, or gabions - 13, in the warm period it relies through them on a frozen soil base. Towards the end of the warm period and the beginning of the steady freezing of the surface of the earthen building, automatically or mechanically (manually) openings “vents” open, as well as (if possible) box elements are shifted down or shifted, opening peripheral interlayers - 9, from sorted rocky soil into sloping parts of the structure. Cold atmospheric air begins to be blown up (by winds) and flow (as heavier than warm air) inside the structure to its base. In this case, warm internal air is squeezed out of the building. Shifted (shifted) down to the base of the slope, to waterproof slope zones - 10, box-shaped elements - 12, do not allow in winter to insulate the base of the slope by snow deposits intensively formed in these places. This, combined with the coating of the lower waterproof slope zones - 10, peat-clay mixture - 11, the optimal composition, which acts as an external “thermal diode” and at the same time protects the bottom of the slope from erosion, provides increased thermal and general stability to the base of the slope parts of the earthwork on unstable (high-temperature ) permafrost. By the end of the warm period and the beginning of the freezing of the earthworks from the surface, the active (seasonally thawing) layer of water-saturated, water-retaining material (slightly decomposed peat) - 6, is almost completely thawed. Moreover, due to the presence of the “thermal inertia” effect, its thawing from below will continue to slow down with the onset of the cold period. At the same time, on the outer surface of the earthworks in contact with cold atmospheric air, a surface frozen soil layer is intensively formed (frozen) in the form of a “frozen arch” resting on still melt soil and a frozen base, capable of absorbing significant loads (for example, moving ones) and provide increased winter stability of the earthworks. This natural, surface, formation of a low-temperature frozen soil arch repeatedly compensates for the slight temporary weakening of the frozen base of the earthen structure in the initial period of freezing, due to the effect of “thermal inertia”, which quickly fades. During the first half of the winter period (in areas of permafrost longer than summer), the thawed active layer of water-saturated, water-retaining material (peat) - 6, on the surface of the frozen ground base - 7, begins to freeze intensively. It is also known that the larger the size of soil particles (large rock fragments - 4), the less they are affected by frost heaving forces, it is also known (see section 3.2. GOST 28622-90. Laboratory method for determining the degree of heaving of soils), that soil under pressure (load) of more than 0.05 MPa (0.5 kg / cm ² ) practically ceases to exhibit vertical heaving deformations due to rheology of ice under load. In view of this, large rock fragments - 4 (or gabions - 13), in high embankments, which are usually under a load exceeding 0.05-0.1 MPa when freezing a layer (peat) - 6, will not bulge out. The active layer of water-saturated, water-retaining material is 6, between large rock fragments - 4, or gabions - 13, when freezing, it will slightly rise in intercomplex voids, and when thawing it will settle there. After complete freezing, the active layer (peat) - 6, will begin to provide enhanced (accelerated) “recharging” with cold of the frozen soil base, due to the multiple increase in its heat and thermal diffusivity in the frozen state compared to the thawed state (“thermal diode” effect). The result is a decrease in the temperature of the frozen base, thereby achieving its increased thermal stability on high-temperature (unstable) permafrost with an increase in the strength characteristics of frozen base soils. It is preferable to use, as a water-retaining material - 6, slightly decomposed peat is proposed in view of its environmental friendliness and wide distribution in the North. At the same time, the cost of its development and transportation is not high. Being in a structure, mainly in a frozen and water-saturated (without air access) state, peat no longer decomposes, and its bending strength in a fully water-saturated, frozen state, according to experimental data, increases from 0.6-0.9 kg / cm ² (at a natural humidity of 300-350%), up to 32-36 kg / cm ² , with rapid self-healing of the cracks and the pronounced reinforcing effect of peat fibers. In accordance with clauses 8.1 and 8.2 of SNiP 2.02.04-88 “Foundations and foundations on permafrost soils”, on the basis of extensive practical experience in earthquake-prone areas, it is recommended to design structures according to the first design principle (that is, to prevent thawing of the frozen foundation of the structure during its operation). It is also known that under the purged embankments from rocky soil, natural permafrost, as a rule, is preserved (but does not increase). Moreover, in accordance with paragraph 1.4 g; d; s adj 10 embankments from rocky soil are recommended to be arranged in subsidence areas of ice-saturated soils and underground ice in areas with seismicity of 8 or more points. Based on the foregoing, the proposed earthen structure on permafrost soils has increased seismic stability.

Claims

1. An earthen structure on permafrost soils, containing a mound and peripheral layers of rock soil interconnected by an underlying layer of rock soil, in contact with air in sloping, watertight bottom zones, characterized in that a layer of water-saturated, water-retaining material is arranged on the surface of the soil base, and in the peripheral layers of rocky soil "holes-vents" are arranged in contact with the lower part of the connecting layer of rocky soil made in the lower parts of larger rock fragments or trapezoidal gabions (in the form of truncated pyramids) on a partial geotextile layer immersed in a layer of water-saturated, water-retaining material with a thickness ranging from:
for mineral materials (soil with a moisture content of W _p.v. up to 100%):
H _l.o. ≥H _o > H _d.v. · [1+ (1-W _a.s. )]
for organic materials (soils with humidity W _a.v. up to 1000%)
H _L.o. ≥H _o > H _d.v. · [1+ (1-W _pv./10 )],
where N _l.o. - the thickness of the summer thawing of water-saturated, water-retaining material in an earthen structure, m;
N _about - the thickness of the layer of water-retaining material (soil), m;
N _sv - the thickness of the critical layer of standing water, under which permafrost begins to form under natural conditions (on average 0.10-0.20 m for the southern borders, 0.20-0.30 m for the central and 0.30-0.40 m for the northern permafrost distribution subzones), m;
W _p.v. - humidity of the water-retaining material in a fully water-saturated state, dol.

2. The earthworks according to claim 1, characterized in that the peripheral layers of rocky soil and the connecting layer are closed from above with a geotextile layer and consist of frost-resistant stones with an average diameter of 0.2-0.4 m, larger rock fragments in the lower part of the connecting the layer is up to 4-6 times larger, and the layer of water-saturated, water-retaining material is made with a transverse slope to the axis of the earthworks.

3. The earthworks according to claim 1, characterized in that the "openings-vents" in the peripheral layers of rocky soil up to 1.0-1.2 m thick are made of pipes with a diameter of 0.3-0.5 m or trapezoidal gabions (in the form of truncated pyramids) installed downward with the smaller side with the formation of "holes-vents".

4. The earthworks according to claim 1, characterized in that the outer surface of the waterproof peripheral zones is closed with a peat-clay mixture in the ratios 60 / 40-75 / 25 and movable (pending, portable, etc.) box-shaped, prefabricated, aired elements of light (reflective) colors (for example, weatherproof plastics, fiberglass, galvanized metal profile, etc.).

5. A method of erecting an earthen structure on permafrost soils with strengthening the base in permafrost areas, including the formation of a heat-insulating layer on the ground, characterized in that a layer of water-retaining material is laid on the soil base and a partial geotextile layer is arranged, large rock fragments are laid on top ( or trapezoidal gabions in the form of truncated pyramids), then pour smaller rock stones, watered and compacted, and the necessary mass ( volume) of water poured out in this case on 1 m ^{2 of} rock mass is defined as:
K _p · n · W _p.v. · Y _ck · H _o · 1 m ² > V _in ≥K _p · n · [(W _p.v. -W _eats ) · Y _ck · N _o · 1 m ² ],
where K _p - the empirical coefficient of water loss by wetting, absorption and evaporation, taken on average equal to 1.06;
n is the average voidness of the bottom of the rocky layer in contact with a layer of water-retaining material, dol.
W _p.v. - humidity full moisture capacity, water-retaining material (soil), dol.ed .;
Y _SK - the weight of the skeleton of a water-retaining material (soil), kg / m ³ ;
N _about - the thickness of the layer of water-retaining material (soil), m;
V _in - the mass (volume) of water necessary for effective compaction of the rock layer and to provide the required water saturation of the underlying layer of water-retaining material (soil), kg (l);
W _eats - the natural moisture content of the water-retaining material (soil), dol.
peripheral layers are poured from the rocky soil, in which "vent holes" are arranged, the water-saturated, water-retaining layer is frozen, the temperature of the permafrost soil is lowered, then a geotextile layer is laid on the surface of the rocky layer and the structure is added with soil (to the required elevations).

6. The method according to claim 5, characterized in that the large rock fragments that are stacked (or trapezoidal gabions in the form of truncated pyramids) are pressed (immersed) in a layer of water-retaining material (soil) and at the same time water saturated with a (vibro) compaction of the rock layer.

7. The method according to claim 5, characterized in that the (vibro) compaction of the rock layer is carried out at the end of the warm period, with maximum building thawing of the frozen ground from the surface, and the water-saturated, water-retaining layer is frozen and the temperature of the permafrost is lowered in the cold period to changes in the sign of heat flow at the boundary of the atmosphere and the surface of the rock layer.

8. The method according to claim 5, characterized in that the layer of water-retaining (organic) material is shed with a gelling, water-retaining solution of the reagent (for example, a 2-3% solution of the reagent "Linda" Aquaphor and others).