RU2513480C1 - Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к строительству и эксплуатации земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на участках выветривающихся скальных грунтов, в том числе вечномерзлых (железных и автомобильных дорог, магистральных трубопроводов, плотин и дамб). Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений в выветривающихся скальных грунтах, содержит нагорную канаву, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя, укрепленную крупнообломочным грунтом. На откосе выполнены, по крайней мере, чередующиеся два уступа и два валика, при этом верхний валик выполнен между нагорной канавой и верхним уступом, а каждый следующий валик - между соседними уступами. Валики выполнены из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом. Площадь поперечного сечения уступов сопоставима с площадью поперечного сечения валиков, объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относится, как 1 к 4-6. Технический результат состоит в увеличении срока службы земляного сооружения до и более нормативного срока за счет кольматирования пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, формирования постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и значительного уменьшения миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на участках выветривающихся скальных грунтов, в том числе вечномерзлых (железных и автомобильных дорог, магистральных трубопроводов, плотин и дамб).

Стабильность земляного сооружения зависит от состояния его конструктивных элементов, в частности от состояния их откосов.

Основная причина потери несущей способности откосов земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях связана с деформациями грунтов откосов земляного полотна, расположенных в деятельном слое их сезонного промерзания-протаивания. Деформации происходят за счет наличия воды и льда в деятельном слое.

При разработке скальных выемок из выветривающихся пород (песчаников, глинистых, угольных сланцев и т.д.) происходит разрушение обнаженной части естественно сложенного горного массива. В деятельном слое при сезонном промерзании - протаивании и под воздействием переувлажнения происходит дальнейшее растрескивание, разуплотнение массива. В трещины и пустоты проникает вода, образуя в них лед при промерзании и грунтовые наледи на откосах в зимний период. Лед увеличивает трещины. При этом глубина деятельного слоя в профиле становиться неравномерной, что влияет на его неравномерное промерзание. Неравномерное промерзание способствует неравномерному стеснению живого сечения грунтовых вод и суффозионному выносу грунтовых частиц из деятельного слоя и ниже. Грунт выносится в приподошвенные зоны земляного полотна, в результате выходят из строя водоотводные сооружения, деформируются земляные сооружения (происходят осадки основания; образуются провальные воронки, наледные бугры, пучины, размывы откосов и др.).

Стабилизация земляных сооружений, откосы и основания которых сложено размываемыми грунтами достигается с помощью различных осушающих конструкций: дренажных устройств; сети канав, а также защитных конструкций, например защиты откосов с помощью биоматов; система Террамеш; зеленые насаждения по верху откоса; укрепляющие композиции; искусственное закрепление масс откоса; габионные конструкции; различных решетчатых из георешетки и геосетки, заполненных грунтом и засаженных растениями. Однако известные конструкции не позволяют устранить разрушительное влияние грунтовых вод на грунты, расположенные ниже глубины деятельного слоя.

Известна конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, предназначенная для сбора и отвода грунтовой воды с осушаемой территории [Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог М.А.Аверочкина, С.С.Бабицкая и др. Под ред. А.Ф.Подпалого и др. М.: Транспорт, 1978. С.243-244].

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения представляет собой нагорную канаву, расположенную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного полотна. Канава выполнена на глубину, не превышающую глубину деятельного слоя - слоя сезонного промерзания-протаивания. Сечение канавы представляет собой трапецию с параметрами: ширина дна - от 0,8 до 1,5 м; глубина - от 0,8 до 1,5 м; коэффициент откоса - 1:1,5. Дно и на откосы укреплены слоем щебня толщиной 0,1-0,2 м.

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения работает следующим образом.

В период дождей водный поток с верхней части склона перехватывается нагорной канавой, которая отводит его в соседнее искусственное сооружение, например трубу или мост и др. Отвод поверхностной воды с нагорной стороны склона предохраняет грунты откоса выемки железнодорожного пути от проникновения в них этой воды и от возникновения гидростатического напора этой воды в живом сечении нагорной канавы.

Однако за счет фильтрации поверхностная вода частично проникает по трещинам и пустотам в выветривающихся грунтах откоса выемки железнодорожного пути и основания земляного полотна на глубину ниже глубины деятельного слоя, гидростатический напор подземной грунтовой воды повышается, происходит переувлажнение грунтов.

В период положительных температур увлажненные грунты откоса выемки обеспечивают нормативную устойчивость железнодорожного пути.

В период отрицательных температур под действием силы тяжести и гидродинамического напора потока подземной грунтовой воды с нагорной стороны в результате изменения в профиле его живого сечения, грунтовая вода из трещин и пустот частично выжимается в канаву и отводится, а частично попадает в деятельный слой грунтов откоса и основания земляного полотна железнодорожного пути.

Таким образом, поверхностная и грунтовая вода удаляется из грунтов нагорной части, лежащих выше глубины деятельного слоя и не попадает в грунты осушаемой территории. Это приводит к уменьшению влажности осушаемой территории, и, как следствие, к уменьшению наледе- и пучинообразования грунтов основания и приподошвенных зон земляного полотна, лежащих выше глубины деятельного слоя. Величина пучин достигает 10-30 мм. При такой величине деформаций процесс пучинообразования в грунтах основания замедляется, что приводит к стабильности грунтов основания земляного сооружения до II-й категории деформативности, что является достоинством известной конструкции. Устойчивость земляного полотна сохраняется в течение 1-2-х лет.

Однако достигаемый срок службы земляного сооружения не соответствует нормативному значению, который составляет 10 лет. Это обусловлено продолжением процесса образования деформаций в грунтах откоса, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания. Грунтовая вода в порах и пустотах грунтов откоса, лежащих ниже глубины деятельного слоя, в зимний период увеличивается в объеме, раздвигая при этом трещины в скальном массиве до провальных воронок. Увеличение трещиноватости скального массива откоса способствует формированию переменного в профиле живого сечения грунтового потока и суффозионному выносу грунтовых частиц по трещинам из-под земляного полотна за его пределы, что приводит к образованию пор и пустот в откосе и основании земляного сооружения и по истечении 2-3-х лет - к возникновению опасных деформаций.

Незначительный срок службы стабильной эксплуатации земляного сооружения является недостатком известной конструкции для укрепления откосов земляных сооружений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, в основе которой лежит сбор и отвод грунтовой воды со скальных склонов [А.С. на изобретение РФ №1409715, П.Г.Ташлыков. Нагорная канава в зоне выветривания. Опубликовано: 15.07.1988. Патентообладатель: Хабаровский институт инженеров железнодорожного транспорта].

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения представляет собой нагорную траншею, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения до границы деятельного слоя в зоне выветривания. Дно траншеи до глубины деятельного слоя выполнено с фиксирующей прослойкой из мелкодисперсного грунта, в которой выше глубины деятельного слоя сформирована нагорная канава трапецеидального сечения. Дно и откосы канавы укреплены слоем крупнообломочного грунта толщиной в 0,40-0,60 м. Средний диаметр грунта не превышает 0,10 м.

Устройство работает следующим образом.

В период положительных температур поверхностный водный поток с верхней части склона перехватывается нагорной канавой, которая отводит его в соседнее искусственное сооружение, например трубу или мост и др.

Подземная грунтовая вода с верхней части склона частично перехватывается нагорной канавой и отводится ею, а основной поток грунтовой воды через фильтрующую прослойку свободно попадает в деятельный слой откоса и основания земляного полотна железнодорожного пути, приводя их во влажное состояние.

При этом увлажненные грунты откоса выемки обеспечивают нормативную устойчивость железнодорожного пути.

Кроме того, небольшая часть подземной грунтовой воды из нагорной канавы проникает через фиксирующую прослойку по трещинам и пустотам в грунтах склона на глубину ниже глубины деятельного слоя.

В период отрицательных температур под действием силы тяжести и гидродинамического напора с нагорной стороны подземная грунтовая вода из слоя ниже глубины деятельного слоя по трещинам и пустотам выжимается в фиксирующую песчаную прослойку, где превращается в лед, раздвигая при этом трещины в скальном массиве до провальных воронок. При этом живое сечение грунтового потока в профиле становится различным.

Увеличение трещиноватости скального массива откоса способствует суффозионному выносу грунтовых частиц по трещинам из-под земляного полотна за его пределы, что приводит к образованию пор и пустот в основании земляного полотна.

Таким образом, поверхностная и грунтовая вода удаляется из грунтов нагорной части, лежащих выше глубины деятельного слоя, и лишь частично попадает в грунты осушаемой территории. Это приводит к уменьшению влажности осушаемой территории, и, как следствие, к уменьшению наледе- и пучинообразования грунтов основания и приподошвенных зон земляного полотна, лежащих выше глубины деятельного слоя.

Величина пучин снижается до нормативно допустимых величин - 5-15 мм. При такой величине деформаций процесс пучинообразования в грунтах основания замедляется, что приводит к стабильности грунтов основания земляного сооружения до 1-й категории деформативности, что является достоинством известной конструкции. Устойчивость земляного полотна сохраняется в течение 5-7 лет.

Однако достигаемый срок службы земляного сооружения не соответствует нормативному значению, который составляет 10 лет. Это обусловлено непостоянством живого сечения грунтового потока в профиле, способствующим проникновению подземной грунтовой воды в поры и пустоты грунтов откоса, возобновлению деформаций в грунтах откоса, лежащих ниже глубины деятельного слоя, и продолжению выветривания трещиноватых скальных грунтов.

Срок службы стабильной эксплуатации земляного сооружения до 1-й категории деформативности, который не достигает нормативного значения, является недостатком известной конструкции.

Задача, решаемая заявляемым решением, заключается в разработке конструкции для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, позволяющей увеличить срок службы земляного сооружения до и более нормативного срока за счет обеспечения полной стабильности откосов благодаря кольматированию пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, приводящему к формированию постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и к значительному уменьшению миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя.

Для решения поставленной задачи в конструкции для укрепления откосов земляных сооружений в выветривающихся скальных грунтах, содержащей нагорную канаву, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя, укрепленную крупнообломочным грунтом, на откосе выполнены, по крайней мере, чередующиеся два уступа, и два валика, при этом верхний валик выполнен между нагорной канавой и верхним уступом, а каждый следующий валик - между соседними уступами, причем валики выполнены из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, а площадь поперечного сечения уступов сопоставима с площадью поперечного сечения валиков, объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относится, как 1 к 4-6.

Кроме того, длина чередующихся участков поверхности откоса выемки железнодорожного пути в поперечном сечении выбрана из интервала 4-4,5 м, а угол γ между вертикалью и боковой стенкой уступа выбран в интервале 45°<γ<(90-α)°.

Заявляемое решение отличается от прототипа выполнением на откосе выемки железнодорожного пути, по крайней мере, чередующихся двух уступов и двух валиков из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, с сопоставимыми площадями поперечного сечения. Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».

Выполнение на откосе выемки железнодорожного пути, по крайней мере, чередующихся двух уступов, и двух валиков из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, с сопоставимыми площадями поперечного сечения приводит к естественной полной стабильности откосов благодаря кольматированию пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, формированию постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и к значительному уменьшению миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя.

Вышеуказанная причинно-следственная связь «существенные отличительные признаки - новый результат» не обнаружена в уровне техники, следовательно, явным образом не следует из него, на основании чего делается вывод, что заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

На фигуре представлено поперечное сечение конструкции для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, иллюстрирующее работоспособность и промышленную применимость заявляемого устройства.

Конструкция для укрепления откосов земляного сооружения в выветривающихся скальных грунтах, в частности железнодорожного пути 1, сооруженного на участках выветривающихся скальных грунтов, содержит нагорную канаву 2, по крайней мере, два уступа 3 и два валика 4.

Нагорная канава 2 выполнена в верхней части откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя 6 (слоя сезонного промерзания). Дно и откосы канавы 2 укреплены слоем крупнообломочного грунта, средний диаметр которого не превышает 0,10 м.

Уступы 3 и валики 4 выполнены чередующимися на участках поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1, длина которых в поперечном сечении выбрана из интервала 4-4,5 м.

Угол γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 выбран в интервале 45°<γ<(90-α)°, где α - угол естественного откоса, равный 30-35°.

Верхний валик 4 выполнен между нагорной канавой 2 и верхним уступом 3. Остальные валики 3 выполнены на участках откоса между соседними уступами 3. Валики 3 образованы мелкодисперсным грунтом, покрытым дресвяно-щебенистым грунтом. Мелкодисперсный грунт представляет собой смесь частиц размерами от dм_ср=0,001 мм до от dм=2,0 мм (ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». Таблица Б. 10). Дресвяно-щебенистый грунт представляет собой смесь частиц размерами d_cp>2-70 мм (ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация». Таблица Б. 10).

Объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относятся, как 1 к 4-6.

Площадь поперечного сечения уступов 3 сопоставима с площадью поперечного сечения валиков 4.

Устройство работает следующим образом.

В период положительных температур происходит протаивание грунтов деятельного слоя 7, с образованием в нем талой зоны и грунтовой воды.

Во время дождей поток поверхностных вод с верхней части склона перехватывается нагорной канавой 2, которая отводит его в соседнее искусственное сооружение, например трубу или мост и др. (на чертеже не показаны). Ниже нагорной канавы поток поверхностных вод от осадков стекает по откосу.

Встречая на пути валики 4, водный поток вымывает из них самые мелкие частицы мелкодисперсного грунта d_cp=0,001-0,05 мм, которые осаждаются в уступах 3, часть из которых проникает в трещины и пустоты скальных пород деятельного слоя 7, и пород, лежащих ниже границы деятельного слоя 6. Заполнение трещин и пустот частицами мелкодисперсного грунта приводит к уплотнению структуру грунта под уступами 3.

Оставшиеся в валиках более крупные частицы мелкодисперсного грунта (d_cp=0,05-2,0 мм) и мелкие фракции крупнообломочного грунта (d_cp 2-20 мм) под напором поверхностного водного потока также осаждаются в уступах 3. Частицы крупнообломочного грунта более 20-70 мм тоже смещаются в уступы 3, занимая естественно приобретенное состояние устойчивого равновесия, образуя угол естественного откоса α на площадке уступа 3. Боковая стенка уступа 3 изменяет свою крутизну с постепенным уположением и увеличением угла γ между ней и вертикалью до величины (90-α)°.

Поверхность откоса 5 покрывается слоем из смеси мелкодисперсного и крупнообломочного грунтов, создавая защитный слой от размыва поверхностными водами на откосе 5.

Подземная грунтовая вода с верхней части склона по трещинам и пустотам частично выходит на поверхность, перехватывается нагорной канавой 2 и отводится ею, а основной поток грунтовой воды с мелкими частицами мелкодисперсного грунта d_cp=0,001-2,0 мм свободно попадает в грунты деятельного слоя 7, а также в трещины и пустоты грунтов, лежащих ниже границы деятельного слоя 6. Мелкие частицами мелкодисперсного грунта d_cp=0,001-0,05 мм оседают в трещинах, а более крупные d_cp=0,05-2,0 мм - в пустотах грунтов, уплотняя их, а грунтовая вода стекает в полевую сторону за пределы земляного сооружения. Грунты деятельного слоя 7 остаются в умеренно увлажненном состоянии, однако обеспечивают нормативную устойчивость железнодорожного пути 1 в период положительных температур.

В осеннее-зимний период из-за понижения температур происходит постепенное промерзание грунтов деятельного слоя 7 до границы сезонного промерзания 6 с уменьшением талой зоны в живом сечении потока грунтовых вод.

При этом площадь живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 под уступами 3 и под валиками 4 в откосе 5 земляного сооружения имеет разное значение. В силу различия толщи грунтов под уступами 3 и под валиками 4 более быстрое промерзание и уменьшение площади живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 происходит под уступами 3. Это приводит к увеличению давления и напорного градиента грунтовой воды под уступами 3. Зажатый под уступами 3 грунтовый поток под большим давлением вырывается по трещинам в талой зоне грунтов к поверхности промерзания в зоне валиков 4. При этом происходит явление механической суффозии: мелкодисперсные частицы грунта d_cp=0,001-2 мм валиков 4 выносятся из нижних слоев в уступы 3. Уступы 3 постепенно заполняются грунтами мелкой фракции, которые в летний период кольматируют поры и пустоты в трещиноватых грунтах, лежащих как выше, так и ниже границы деятельного слоя 6.

С течением времени происходят следующие процессы. С одной стороны, уплотнение грунтов основания, лежащих ниже границы деятельного слоя 6, препятствует миграции грунтовой воды в эти грунты из деятельного слоя 6, что приводит к выравниванию нижней границы стока грунтовых вод. С другой стороны, уположение поверхности откоса 5 до угла естественного откоса уплотненной смесью крупнообломочного и мелкодисперсного грунтов защищает откос 5 от размыва поверхностными водами.

Одновременное влияние этих процессов на формирование площади живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 приводит к выравниванию значений площадей как под уступами 3, так и под валиками 4 в откосе 5 земляного сооружения, что, в свою очередь, формирует постоянное живое сечение потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 с равномерным стоком грунтовых вод. Давление и напорный градиент грунтовой воды в талой зоне деятельного слоя 7 при этом становится постоянными, что исключает предпосылки для продолжения процесса деформирования выветривающихся скальных грунтах откосов 5 земляного сооружения. Прекращение процесса деформирования выветривающихся скальных грунтов приводит к полной стабильности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 и увеличению срока службы земляного сооружения, превышающего нормативный.

Выполнение участков поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 между уступами 3 и валиками 4 длиной, выбранной из интервала 4-4,5 м, приводит к формированию на каждом уступе 3 грунтовой призмы с углом естественного откоса а и к выравниванию поверхности откоса выемки 5 за счет перемещения грунта из валиков 4 в уступы 3. При этом формируется постоянное живое сечение потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7 с равномерным стоком грунтовых вод.

Выполнение участков поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 между уступами 3 и валиками 4 длиной меньше 4 м приводит к образованию угла меньше угла естественного откоса α на каждом уступе 3, что приводит к формированию откоса выемки 5 вдоль железнодорожного пути 1 с впадинами и буграми, и, как следствие, к формированию переменного живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Выполнение участков поверхности откоса 5 выемки железнодорожного пути 1 между уступами 3 и валиками 4 длиной больше 4,5 м приводит к образованию на каждом уступе 3 двух участков: участка с формированным углом естественного откоса α и участка с горизонтальной поверхностью. Наличие на площадке уступа 3 двух участков с разными уклонами обуславливает образование откоса выемки 5 вдоль железнодорожного пути 1 с впадинами, что приводит к формированию переменного живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Выбор угла γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 в интервале 45°<γ<(90-α)° способствует уположению мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов до угла естественного откоса на всей поверхности каждого уступа 3 при перемещении их под действием силы тяжести из каждого валика 4.

Выбор угла γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 меньше 45° приводит к ссыпанию дресвяно-щебенистого грунта под действием силы тяжести с валика 4 на горизонтальную поверхность уступа 3, к перекрытию частицами этого грунта пор и пустот в деятельном слое 7 на каждом уступе 3, что нарушает процесс кольматирования мелкодисперсным грунтом пор и пустот в трещиноватых грунтах, лежащих как выше, так и ниже границы деятельного слоя 6.

Выбор угла γ между вертикалью и боковой стенкой уступа 3 больше (90-α)°, т.е. больше (55-60)°, не позволяет технологически осуществить уступ 3 на откосе выемки 5. В этом случае уступ 3 теоретически должен располагаться выше поверхности откоса 5.

Выбор объема мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов в отношении 1 к 4-6 является достаточным для кольматажа частицами мелкодисперсного грунта трещин и пустот в деятельном слоя 7 и слое, лежащем ниже границы деятельного слоя 6, что приводит к выравниванию нижней границы и верхней границы стока грунтовых вод, и, как следствие, к образованию равной поверхности откоса 5 смесью крупнообломочного и мелкодисперсного грунтов. В результате в талой зоне деятельного слоя 7 формируется постоянное живое сечение потока грунтовых вод с равномерным стоком, что влияет на прекращение процесса деформирования грунтов.

Увеличение мелкодисперсного грунта в объеме мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов при соотношении, например 1 к 3, приводит к полной кольматации пустот и к скоплению мелкодисперсных частиц на поверхности уступа 3 откоса 5, к вымыванию их на откосе 5, что формирует на нем неровности, которые препятствуют формированию постоянного живого сечения потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Уменьшение мелкодисперсного грунта в объеме мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов при соотношении, например 1 к 7, приводит к недостаточной кольматации пустот и продолжению процессов деформирования грунтов.

Площадь сечения уступов 3 сопоставима с площадью поперечного сечения валиков 4. Сопоставимость площадей поперечного сечения уступов 3 и поперечного сечения валиков 4 позволяет грунту из валика 4 естественным образом полностью переместиться на уступ 3, формируя ровную поверхность откоса 5. Сформировавшаяся ровная поверхность откоса 5 создает естественный угол откоса, обеспечивает равномерный поверхностный сток и поддерживает постоянное живое сечение потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Увеличение площади поперечного сечения валиков 4 при естественном перемещении грунта из валика 4 на уступ 3 приводит к уположению откоса 5 с углом меньшим угла естественного откоса и в конечном итоге к образованию деформаций под основной площадкой земляного сооружения.

Уменьшение площади поперечного сечения валиков 4 при естественном перемещении грунта из валика 4 на уступ 3 приводит к образованию неравномерной поверхности откоса 5 и переменному живому сечению потока грунтовых вод в талой зоне деятельного слоя 7.

Для проведения опытных испытаний конструкция для укрепления откосов земляных сооружений выполнена на участке железнодорожного пути Беркакит - Томмот на 116 КМ АК «ЖДЯ», который ранее был подвержен деформациям в виде карстовых провалов. На этом участке земляное сооружение представляет собой выемку железнодорожного пути 1 глубиной 15 м с длиной откоса 5 в 22, 5 м при коэффициенте откоса 1:1,5.

Верхняя продольная нагорная канава 2 выполнена за пределами осушаемой территории откоса 5 вдоль земляного полотна железнодорожного пути 1 и перпендикулярно нагорной части рельефа откоса 5, выше глубины слоя сезонного промерзания 6.

На откосе 5 параллельно продольной нагорной канаве 2 на расстоянии 4,5 м друг от друга выполнены два уступа 3 высотой 1,5 м, при этом боковая стенка уступа 3 составляет с вертикалью угол 45°. Между нагорной канавой 2 и верхним уступом 3 и между соседними уступами отсыпаны валики 4 с длиной основания 4,5. Нижний слой валиков 4 образован мелкодисперсным грунтом диаметром dм_ср=0,001 мм до от dм=2,0 мм (пылевато-глинистые, мелкий песок) массой 5,3 т, верхний - дресвяно-щебенистым грунтом из смеси частиц размерами d_cp>2-70 мм массой 26,5 т грунтом на 1 п.м. конструкции.

Площадь поперечного сечения уступов 3 с выполненными параметрами составляет 3,4 м².

Площадь поперечного сечения валиков 4, образованная грунтом, составляет 3,6 м².

В течение первого летнего сезона площадь валиков 4 уменьшилась на 1/3 объема грунта и одновременно произошло уположение откоса 5 на 30%. В течение зимнего сезона практически весь грунт из валиков 4 переместился в уступы 3. В результате поверхность откоса 5 выравнивается под углом естественного откоса. Результаты динамического зондирования, проведенные во второй летний период, показали, что средняя плотность грунтов по глубине деятельного слоя 7 по всему поперечному сечению откоса 5 (10 скважин) составляет 2,1 Г/см³. Средний пьезометрический уровень грунтовой воды относительно нижней границы деятельного слоя 6 составил 0,3 м во всех сечениях.

Таким образом, использование заявляемой конструкции приводит к кольматированию пор и пустот грунтов откосов основания, лежащих ниже глубины слоя сезонного промерзания, к формированию постоянного живого сечения грунтового потока в профиле и, как следствие, к значительному уменьшению миграции воды из грунтов ниже глубины сезонного промерзания в грунты деятельного слоя, что увеличивает срок службы земляного сооружения до и более нормативного срока.

Claims (3)

1. Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений в выветривающихся скальных грунтах, содержащая нагорную канаву, выполненную в верхней части откоса выемки железнодорожного пути вдоль земляного сооружения выше границы деятельного слоя, укрепленную крупнообломочным грунтом, отличающаяся тем, что на откосе выполнены, по крайней мере, чередующиеся два уступа, и два валика, при этом верхний валик выполнен между нагорной канавой и верхним уступом, а каждый следующий валик - между соседними уступами, причем валики выполнены из мелкодисперсного грунта, покрытого дресвяно-щебенистым грунтом, а площадь поперечного сечения уступов сопоставима с площадью поперечного сечения валиков, объем мелкодисперсного и дресвяно-щебенистого грунтов относится, как 1 к 4-6.

2. Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений по п.1, отличающаяся тем, что в поперечном сечении длина чередующихся участков поверхности откоса выемки железнодорожного пути выбрана из интервала 4-4,5 м.

3. Конструкция для укрепления откосов земляных сооружений по п.1-2, отличающаяся тем, что угол γ между вертикалью и боковой стенкой уступа выбран в интервале 45°<γ<(90-α)°.

Images