RU2553738C1 - Surface and ground water discharge device - Google Patents
Surface and ground water discharge device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2553738C1 RU2553738C1 RU2014120892/03A RU2014120892A RU2553738C1 RU 2553738 C1 RU2553738 C1 RU 2553738C1 RU 2014120892/03 A RU2014120892/03 A RU 2014120892/03A RU 2014120892 A RU2014120892 A RU 2014120892A RU 2553738 C1 RU2553738 C1 RU 2553738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trench
- roadway
- transverse
- longitudinal
- slope
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства земляных сооружений в сложных природно-климатических и инженерно-геологических условиях и может быть использовано при строительстве и реконструкции линейных сооружений на участках водоразмывов и фильтрации воды через тело дорожного полотна, преимущественно на вечномерзлых грунтах и в условиях глубокого сезонного промерзания (железных и автомобильных дорог, магистральных трубопроводов, плотин и дамб).The invention relates to the field of construction of earthworks in difficult climatic and engineering-geological conditions and can be used in the construction and reconstruction of linear structures in areas of water discharges and water filtration through the body of the roadway, mainly on permafrost soils and in conditions of deep seasonal freezing (iron and roads, trunk pipelines, dams and dams).
Часто основной причиной потери стабильности дорожного полотна в сложных природно-климатических, инженерно-геологических и мерзлотно-грунтовых условиях являются деформации пучинно-наледного характера. В большинстве случаев это связано с отсутствием малых искусственных сооружений на пересечении дорожного полотна с небольшими местными логами, пазухами, депрессионными впадинами, расположенными на слабосточных участках местности. На таких участках из-за малого (менее 1,5%) продольного уклона, как правило, происходит нарушение работы продольных водоотводных канав, расположенных вдоль насыпи. При нарушении работы водоотводов поверхностные и грунтовые воды со склона стекают в приподошвенную зону насыпи по пониженным участкам рельефа: устью лога, пазухи, депрессионной впадины. В летний период вода свободно фильтрует через тело дорожного полотна, не нарушая значительно целостности грунтового массива. В период наступления отрицательных температур происходит нарушения водно-теплового режима из-за неравномерного промерзания приподошвенных зон и сужение живого сечения водного потока, который приобретает напорный режим. В результате, как правило, в ноябре, на пересечении дорожного полотна с местными логами, пазухами, депрессионными впадинами при большом напоре воды происходит, с одной стороны, вынос грунтовых частиц через дренирующие грунты дорожного полотна и основания, с другой стороны, при полном промерзании приподошвенных зон дорожного полотна с подгорной стороны - заполнение пустот в теле дорожного полотна водой, которая при замерзании увеличивается в объеме и образует пучины. При этом деформируется земляное сооружение (происходят осадки основания; наледные бугры, пучины, а весной образуются провальные воронки, размывы откосов и др.).Often the main reason for the loss of stability of the roadway in difficult climatic, engineering, geological and permafrost conditions is the deformation of the abyssal-icy nature. In most cases, this is due to the lack of small artificial structures at the intersection of the roadway with small local ravines, sinuses, and depressions located in weak areas of the terrain. In such areas, due to the small (less than 1.5%) longitudinal slope, as a rule, there is a disruption of the longitudinal drainage ditches located along the embankment. In case of disruption of the drainage system, surface and groundwater from the slope drain into the bottom zone of the embankment along the lower sections of the relief: the mouth of the canopy, sinus, and depression. In the summer, water freely filters through the body of the roadway, without significantly violating the integrity of the soil mass. During the onset of negative temperatures, there is a violation of the water-thermal regime due to uneven freezing of the plantar zones and a narrowing of the living section of the water flow, which acquires a pressure regime. As a result, as a rule, in November, at the intersection of the roadway with local ravines, sinuses, depressive depressions with a large pressure of water, on the one hand, soil particles are transported through the draining soils of the roadway and the base, on the other hand, when the soles are completely frozen zones of the roadway from the piedmont side - filling the voids in the body of the roadway with water, which when frozen increases in volume and forms abysses. At the same time, the earthen structure is deformed (precipitation of the base occurs; icy mounds, deeps, and in the spring, disastrous funnels, erosion of slopes, etc. are formed).
Стабилизация земляных сооружений, насыпи и основания которых сложены размываемыми грунтами, достигается с помощью различных осушающих дренажных устройств, дренирующих насыпей из сортированного скального грунта, канав, противоналедных «тепловых» и «мерзлотных» поясов, а также малых водопропускных сооружений.Stabilization of earthworks, the embankments and foundations of which are stacked with eroded soils, is achieved using various drainage drainage devices, draining embankments from sorted rock soil, ditches, anti-slip “thermal” and “permafrost” belts, as well as small culverts.
Известно устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод через дорожное полотно, в основе которого лежит сбор и отвод поверхностных и грунтовых вод с осушаемой территории, а также ее безналедный отвод от ограждаемого объекта [ВСН 210-91. Проектирование, строительство и эксплуатация противоналедных сооружений и устройств, М. -1992 г., с. 30-31].A device for the release of surface and groundwater through the roadway, which is based on the collection and removal of surface and groundwater from the drained territory, as well as its depleted removal from the enclosed object [VSN 210-91. Design, construction and operation of anti-theft facilities and devices, M. -1992, p. 30-31].
Устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод представляет собой траншею, вырытую высотой до глубины сезонного промерзания с укрепляющим и утепляющим слоями, расположенную вдоль насыпи дорожного полотна на слабосточных участках местности. Траншея в сечении выполнена в виде трапеции, имеющей следующие размеры: дно шириной от 0,8 до 1,5 м; глубину - от 0,8 до 1,5 м; откосы - полуторные. Укрепляющий слой образован из скальной массы или щебня толщиной 0,1-0,2 м и уложен по дну и на откосах. Утепляющий слой из теплоизолирующего материала уложен над траншеей. В качестве теплоизолирующего материала использован мох или плиты пенополистирола и др.The device for the release of surface and groundwater is a trench dug up to the depth of seasonal freezing with reinforcing and warming layers, located along the embankment of the roadway in weak areas. The trench in cross section is made in the form of a trapezoid, having the following dimensions: bottom with a width of 0.8 to 1.5 m; depth - from 0.8 to 1.5 m; slopes - one and a half. The reinforcing layer is formed of rock mass or crushed stone with a thickness of 0.1-0.2 m and laid on the bottom and on the slopes. An insulating layer of heat insulating material is laid over the trench. As a heat-insulating material used moss or polystyrene boards, etc.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Летом поверхностная вода свободно поступает в траншею, которая собирается со всей нагорной территории и отводится в соседние водопропускные сооружения, например мосты, трубы или фильтрующие насыпи.In summer, surface water flows freely into the trench, which is collected from the entire upland area and diverted to neighboring culverts, such as bridges, pipes or filtering mounds.
В предзимний период грунтовая вода, поступившая в траншею со склона, расположенного выше нее, отводится, пока в утепленной траншее сохраняется положительная температура.In the pre-winter period, groundwater entering the trench from a slope located above it is discharged while a positive temperature is maintained in the insulated trench.
В исправном состоянии траншея обеспечивает беспрепятственный сбор и выпуск воды, осушая территорию вблизи земляного полотна. Осушение территории без застоев воды способствует сохранению грунтов основания дорожного полотна в прочном состоянии без деформаций.In good condition, the trench provides unhindered collection and release of water, draining the area near the subgrade. Drainage of the territory without stagnation of water contributes to the preservation of the soil base of the roadway in a stable condition without deformation.
С течением времени вблизи дорожного полотна в слабосточной местности с продольным уклоном менее 1,5% при пересечении пониженных частей рельефа (логов, пазух и др.) в траншее происходит нарушение водно-теплового режима, приводящее к заиливанию траншеи. Нарушается беспрепятственный сток поверхностных и грунтовых вод в траншее. Они со склона, минуя продольную траншею, стекают в приподошвенную зону насыпи по устью лога, пазухи или депрессионной впадины и скапливаются у приподошвенных зон дорожного полотна. При отрицательных температурах приподошвенные зоны дорожного полотна промерзают неравномерно, происходит сужение живого сечения водного потока, в котором свободный сток воды превращается в напорный. При большом напоре вода в теле дорожного полотна образует «свищи» и прорывается через него, вынося мелкий грунт и вызывая просадки дорожного полотна.With the passage of time near the roadway in a weak area with a longitudinal slope of less than 1.5% when crossing the lower parts of the relief (logs, sinuses, etc.) into the trench, a violation of the water-thermal regime occurs, leading to siltation of the trench. The unimpeded runoff of surface and groundwater into the trench is disrupted. They descend from the slope, bypassing the longitudinal trench, into the subsoil zone of the embankment at the mouth of the log, sinus or depression and accumulate in the subsoil zones of the roadway. At subzero temperatures, the subsoil zones of the roadway freeze unevenly, narrowing the living section of the water stream, in which the free flow of water turns into pressure. With high pressure, water in the body of the roadway forms “fistulas” and breaks through it, making fine soil and causing subsidence of the roadway.
Кроме того, в случае более раннего промерзания приподошвенных зон дорожного полотна с подгорной стороны происходит закупорка пустот в грунтовом массиве, препятствующая свободному выпуску грунтовой воды. Вода заполняет менее плотные зоны дорожного полотна, которая зимой образует в нем ледяные бугры или бугры пучения под основной площадкой дорожного полотна, а при протаивании - провальные воронки.In addition, in the case of earlier freezing of the bottom zones of the roadway from the piedmont side, a blockage of voids in the soil massif occurs, which prevents the free release of groundwater. Water fills the less dense zones of the roadway, which in winter forms ice mounds or heaving mounds in it under the main platform of the roadway, and when thawed, it is failed funnels.
Срок службы бесперебойной работы известного устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод на протаивающих вечномерзлых грунтах составляет 3-5 лет, что является достоинством известного устройства.The service life of the known device for the release of surface and ground water on thawing permafrost is 3-5 years, which is the advantage of the known device.
Однако обеспечиваемый известным устройством для выпуска поверхностных и грунтовых вод срок службы бесперебойной работы значительно меньше его нормативного срока службы, который составляет 10 лет, что является недостатком известного устройства.However, provided by the known device for the release of surface and groundwater, the service life of uninterrupted operation is much less than its standard service life, which is 10 years, which is a disadvantage of the known device.
Это обусловлено тем, что с течением времени в слабосточной местности при пересечении пониженных частей рельефа (логов, пазух и др.) нарушается беспрепятственный сток поверхностных и грунтовых вод в траншее из-за ее заиливания в результате неравномерного промерзания грунтов на дне траншеи, что приводит к напорному режиму грунтовых вод, к проникновению и скоплению их под основной площадкой дорожного полотна, и к образованию деформаций в самом теле дорожного полотна.This is due to the fact that over time in a weak area when crossing the lower parts of the relief (logs, sinuses, etc.), the unimpeded flow of surface and ground water into the trench is disturbed due to siltation as a result of uneven freezing of the soil at the bottom of the trench, which leads to pressure regime of groundwater, to their penetration and accumulation under the main platform of the roadway, and to the formation of deformations in the body of the roadway itself.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков является известное устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод (дренажное устройство), в основе которого лежит сбор и отвод грунтовой воды с осушаемой территории [Патент на полезную модель РФ №93410. Полевиченко А.Г. Дренажное устройство. Опубликовано: 11.12.2009. Патентообладатель(и): Дальневосточный Государственный Университет путей сообщения" (ДВГУПС) (RU)].Closest to the claimed solution on the set of essential features is the known device for the release of surface and groundwater (drainage device), which is based on the collection and removal of groundwater from the drained territory [Utility Model Patent of the Russian Federation No. 93410. Polevichenko A.G. Drainage device. Published: December 11, 2009. Patentee (s): Far Eastern State University of Railway Engineering (FESU) (RU)].
Устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод содержит продольную траншею и соединенные с ней, через пять метров, поперечные траншеи. Продольная траншея расположена вдоль насыпи дорожного полотна с уклоном и выполнена высотой до глубины сезонного промерзания в пределах 0,8-1,8 м с продольным уклоном не менее 1,5%, а поперечные траншеи - перпендикулярно дорожному полотну и выполнены высотой до глубины сезонного промерзания в пределах 0,8-1,8 м в приподошвенной зоне насыпи дорожного полотна с нагорной стороны с продольным уклоном 10-20% в сторону продольной траншеи. В продольной траншее уложена дренажная труба, траншеи на всю глубину заполнены укрепляющим дренирующим слоем, например щебнем. Траншеи в сечении выполнены в виде трапеции, имеющей следующие размеры: дно шириной от 0,8 до 1,5 м; глубину - от 0,8 до 1,5 м; откосы - 1:0,5. Для сохранения приподошвенных зон дорожного полотна от переувлажнения над поперечными траншеями и вдоль откосов отсыпаны бермы из глинистого грунта.The device for the release of surface and groundwater contains a longitudinal trench and transverse trenches connected to it, after five meters. The longitudinal trench is located along the embankment of the roadbed with a slope and is made up to a depth of seasonal freezing in the range of 0.8-1.8 m with a longitudinal slope of at least 1.5%, and the transverse trenches are perpendicular to the roadway and made up to the depth of seasonal freezing within 0.8-1.8 m in the bottom zone of the embankment of the roadway from the upland side with a longitudinal slope of 10-20% towards the longitudinal trench. A drainage pipe is laid in the longitudinal trench, the trenches are filled to the entire depth with a reinforcing drainage layer, such as crushed stone. The trenches in cross section are made in the form of a trapezoid, having the following dimensions: bottom with a width of 0.8 to 1.5 m; depth - from 0.8 to 1.5 m; slopes - 1: 0.5. To preserve the subsoil zones of the roadway from overmoistening over the transverse trenches and along the slopes, berms from clay soil are scattered.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В течение теплого периода в слое сезонного промерзания собирается грунтовая и поверхностная вода продольной и поперечными траншеями с прилегающей к дорожному полотну территории с нагорной стороны и отводится в соседние водопропускные сооружения: например, мосты, трубы или фильтрующие насыпи. В исправном состоянии траншея обеспечивает беспрепятственный сбор и выпуск воды, осушая нагорную территорию вблизи дорожного полотна, что приводит в результате к осушению самого дорожного полотна и к его стабилизации.During the warm period, ground and surface water is collected in the seasonal freezing layer in longitudinal and transverse trenches from the territory adjacent to the roadway from the upland side and discharged to neighboring culverts: for example, bridges, pipes or filtering embankments. In good condition, the trench provides unhindered collection and release of water, draining the upland area near the roadway, which leads to drainage of the roadway itself and to its stabilization.
В предзимний период грунтовая вода, поступившая в траншею со склона, расположенного выше нее, отводится, пока в утепленной траншее сохраняется положительная температура. С наступлением отрицательных температур грунты траншеи из-за их различных физических свойств промерзают неравномерно, нарушается природный гидравлический режим грунтовых вод, происходит постепенное нарушение водно-теплового режима и возникновение деформаций продольного уклона дна траншеи.In the pre-winter period, groundwater entering the trench from a slope located above it is discharged while a positive temperature is maintained in the insulated trench. With the onset of negative temperatures, the soil of the trench freezes unevenly due to their various physical properties, the natural hydraulic regime of groundwater is violated, a gradual violation of the water-thermal regime and the occurrence of deformations of the longitudinal slope of the bottom of the trench.
С течением времени вблизи дорожного полотна в слабосточной местности при пересечении пониженных частей рельефа (логов, пазух и др.) нарушается беспрепятственный сток поверхностных вод в продольной траншее из-за ее заиливания в результате деградации вечной мерзлоты в ее основании, происходит нарушение водно-теплового режима и работы устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод. При этом поверхностные и грунтовые воды скапливаются в приподошвенной зоне насыпи дорожного полотна на пересечении дорожного полотна с поперечными траншеями в пониженных частях рельефа, в логах, которые заиливаются и становятся дополнительными «руслами стока воды» к телу дорожного полотна.With the passage of time near the roadbed in a weak area when crossing the lower parts of the relief (logs, sinuses, etc.), the unimpeded flow of surface water into the longitudinal trench is disturbed due to siltation as a result of permafrost degradation at its base, and the water-thermal regime is violated and the operation of a device for the release of surface and groundwater. At the same time, surface and groundwater accumulate in the subsoil zone of the embankment of the roadway at the intersection of the roadway with transverse trenches in the lower parts of the relief, in the logs, which silt and become additional “channels of water flow” to the body of the roadway.
В теплый период года вода фильтруется через тело дорожного полотна и выходит в подгорную сторону.In the warm season, water is filtered through the body of the roadway and goes to the piedmont side.
В предзимний период с наступлением отрицательных температур приподошвенные зоны дорожного полотна с подгорной стороны промерзают раньше, чем с нагорной стороны, происходит закупорка пустот льдом в грунтовом массиве, которая препятствует свободной фильтрации грунтовой воды через дорожное полотно и способствует заполнению водой менее плотных зон дорожного полотна. В зимний период вода поступает в разуплотненные зоны дорожного полотна, промерзает и образует в нем ледяные бугры пучения под основной площадкой дорожного полотна, а при протаивании - провальные воронки. При этом устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод не справляется с пропуском воды, которая еще больше обводняет приподошвенные зоны дорожного полотна, и оно еще больше деформируется.In the pre-winter period with the onset of negative temperatures, the basement zones of the roadway from the piedmont side freeze earlier than from the upstream side, the voids become clogged with ice in the soil mass, which prevents the free flow of groundwater through the roadway and contributes to the filling of less dense zones of the roadway with water. In winter, water enters the decompressed zones of the roadway, freezes and forms ice heaving mounds in it under the main platform of the roadway, and when thawed, it is a crater. Moreover, the device for the release of surface and groundwater does not cope with the passage of water, which further floodes the bottom zone of the roadway, and it is even more deformed.
Известное устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод при использовании позволяет увеличить срок службы его бесперебойной работы до 5-7 лет за счет полного сбора поверхностных и грунтовых вод с приподошвенной зоны дорожного полотна с нагорной стороны и беспрепятственного их пропуска за пределы дорожного полотна, что является достоинством известного устройства.The known device for the release of surface and groundwater when used allows you to increase the service life of its trouble-free operation up to 5-7 years due to the complete collection of surface and groundwater from the bottom zone of the roadway from the upland side and their unhindered passage outside the roadway, which is an advantage known device.
Однако обеспечиваемый известным устройством для выпуска поверхностных и грунтовых вод срок службы меньше нормативного срока службы, который составляет 10 лет, что является недостатком известного устройства.However, provided by the known device for the release of surface and groundwater, the service life is less than the standard service life, which is 10 years, which is a disadvantage of the known device.
Это обусловлено тем, что с течением времени в слабосточной местности в продольной и некоторых поперечных траншеях нарушается беспрепятственный сток поверхностных и грунтовых вод из-за их заиливания в результате неравномерного промерзания грунтов в основании продольной траншеи, что приводит к возникновению напорного режима грунтовых вод, к проникновению и скоплению их под основной площадкой дорожного полотна и к образованию деформаций в самом теле дорожного полотна. Это приводит к разрушению устройства для выпуска вод, и, как следствие, к снижению стабильности дорожного полотнаThis is due to the fact that over time in a weak area in the longitudinal and some transverse trenches, the unimpeded runoff of surface and ground waters is disturbed due to siltation as a result of uneven freezing of soils at the base of the longitudinal trench, which leads to the emergence of a groundwater pressure regime, to penetration and their accumulation under the main platform of the roadway and the formation of deformations in the body of the roadway. This leads to the destruction of the device for the release of water, and, as a result, to a decrease in the stability of the roadway
Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод, позволяющего увеличить срок службы устройства, превышающий нормативный срок, и сохранить стабильность дорожного полотна за счет предупреждения деформаций в самом теле дорожного полотна путем обеспечения в зимний период свободной фильтрации грунтовой воды через грунты дорожного полотна с его нагорной стороны в подгорную.The problem solved by the invention is to develop a device for the release of surface and groundwater, which allows to increase the service life of the device in excess of the standard period, and to maintain the stability of the roadway by preventing deformation in the body of the roadway by providing free groundwater filtration in winter through soils of the roadway from its upland side to the submontane.
Для решения поставленной задачи в устройстве для выпуска поверхностных и грунтовых вод, содержащем продольную траншею, расположенную вдоль откоса дорожного полотна, и соединенную с ней, по крайней мере, одну поперечную траншею, расположенную перпендикулярно откосу с нагорной стороны дорожного полотна, при этом продольная и каждая поперечная траншеи выполнены до глубины слоя сезонного промерзания и заполнены дренирующим грунтом и на каждую поперечную траншею уложен теплоизоляционный слой, дополнительно выполнена, по крайней мере, одна поперечная траншея, расположенная перпендикулярно откосу с подгорной стороны дорожного полотна, выполненная до глубины слоя сезонного промерзания, заполненная дренирующим грунтом и уложенным на каждую траншею теплоизоляционным слоем, при этом поперечная траншея с нагорной стороны и поперечная траншея с подгорной стороны дорожного полотна расположены в одном поперечном сечении в каждой пониженной части рельефа.To solve the problem in a device for the release of surface and groundwater, containing a longitudinal trench located along the slope of the roadway, and connected with it at least one transverse trench located perpendicular to the slope on the upland side of the roadway, with longitudinal and each the transverse trenches are made to the depth of the seasonal freezing layer and are filled with drainage soil and a heat-insulating layer is laid on each transverse trench, at least one more is made a transverse trench located perpendicular to the slope from the piedmont side of the roadway, made to the depth of the seasonal freezing layer, filled with drainage soil and a heat-insulating layer laid on each trench, while the transverse trench on the upland side and the transverse trench on the uphill side of the roadway are located in one cross section in each lowered part of the relief.
Заявляемое решение отличается от прототипа дополнительным введением в устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод, по крайней мере, одной поперечной траншеи, расположенной перпендикулярно откосу с подгорной стороны дорожного полотна, выполненной до глубины слоя сезонного промерзания, заполненной дренирующим грунтом, и уложенным на каждую траншею теплоизоляционным слоем, и расположением в одном поперечном сечении поперечной траншеи с нагорной стороны и поперечной траншеи с подгорной стороны дорожного полотна.The claimed solution differs from the prototype by the additional introduction into the device for the release of surface and groundwater of at least one transverse trench located perpendicular to the slope from the piedmont side of the roadway, made to the depth of the seasonal freezing layer, filled with drainage soil, and laid on each trench heat-insulating layer, and the location in one cross section of the transverse trench on the upstream side and the transverse trench on the piedmont side of the roadway.
Наличие существенных отличительных признаков в совокупности существенных признаков, характеризующих решение, свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The presence of significant distinguishing features in the aggregate of essential features characterizing the solution, indicates the compliance of the proposed solutions to the patentability criterion of the invention of "novelty."
Дополнительное введение в устройстве для выпуска поверхностных и грунтовых вод, по крайней мере, одной поперечной траншеи, расположенной перпендикулярно откосу с подгорной стороны дорожного полотна, выполненной до глубины слоя сезонного промерзания, заполненной дренирующим грунтом и уложенным на каждую траншею теплоизоляционным слоем, и расположение в одном поперечном сечении поперечной траншеи с нагорной стороны и поперечной траншеи с подгорной стороны дорожного полотна в каждой пониженной части рельефа приводят к увеличению срока службы устройства, превышающего нормативный срок, и к сохранению стабильности дорожного полотна за счет предупреждения деформаций в самом теле дорожного полотна путем обеспечения свободной фильтрации грунтовой воды через грунты дорожного полотна с нагорной стороны дорожного полотна в подгорную в зимний период.An additional introduction to the device for the release of surface and groundwater, at least one transverse trench located perpendicular to the slope on the piedmont side of the roadway, made to the depth of the seasonal freezing layer, filled with drainage soil and laid on each trench with a heat-insulating layer, and location in one the cross section of the transverse trench on the uphill side and the transverse trench on the piedmont side of the roadway in each lowered part of the terrain leads to an increase in the term service devices exceeding the standard period, and to the preservation of the roadway stability by preventing deformation in the body of the roadway by providing free filtration of groundwater through the soil of the roadway to the mountain side of the roadway at the foothill in the winter.
Это обусловлено созданием в зимний период свободной фильтрации воды через грунты в основании с нагорной стороны в подгорную сторону дорожного полотна за счет сохранения положительной температуры в поперечных траншеях с обеих сторон дорожного полотна и в его основании. Это приводит к тому, что на всем протяжении поперечного выпуска воды происходит ее беспрепятственный безнапорный сток, что приводит к увеличению срока службы устройства, превышающего нормативный срок. При этом структура грунтов основания дорожного полотна остается без изменения, деформации в самом теле дорожного полотна не происходят, что приводит к сохранению стабильности дорожного полотна.This is due to the creation in winter of free filtration of water through the soil at the base from the upland side to the piedmont side of the roadbed by maintaining a positive temperature in the transverse trenches on both sides of the roadbed and at its base. This leads to the fact that throughout the transverse discharge of water occurs its unobstructed free flow, which leads to an increase in the service life of the device in excess of the standard period. In this case, the soil structure of the base of the roadway remains unchanged, deformation in the body of the roadway does not occur, which leads to the preservation of the stability of the roadway.
Причинно-следственная связь «Дополнительное введение в устройстве для выпуска поверхностных и грунтовых вод, по крайней мере, одной поперечной траншеи, расположенной перпендикулярно откосу с подгорной стороны дорожного полотна, выполненной до глубины слоя сезонного промерзания, заполненной дренирующим грунтом и уложенным на каждую траншею теплоизоляционным слоем, и расположение в одном поперечном сечении поперечной траншеи с нагорной стороны и поперечной траншеи с подгорной стороны дорожного полотна в каждой пониженной части рельефа приводят к увеличению срока службы устройства, превышающего нормативный срок, и к сохранению стабильности дорожного полотна за счет предупреждения деформаций в самом теле дорожного полотна путем обеспечения свободной фильтрации грунтовой воды через грунты дорожного полотна с нагорной стороны дорожного полотна в подгорную в зимний период» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о новизне причинно-следственной связи, проявляющейся в работе устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод. Наличие новой причинно-следственной связи свидетельствует, в свою очередь, о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Causal relationship “An additional introduction to the device for the release of surface and groundwater, at least one transverse trench located perpendicular to the slope from the piedmont side of the roadway, made to the depth of the seasonal freezing layer, filled with drainage soil and laid with a heat-insulating layer on each trench , and the location in one cross section of the transverse trench on the upstream side and the transverse trench on the podgorny side of the roadway in each lowered part of the terrain fa lead to an increase in the service life of the device exceeding the standard period, and to maintain stability of the roadway due to the prevention of deformations in the body of the roadway by providing free filtration of groundwater through the soil of the roadway from the upland side of the road to the submontane in the winter » in the prior art and does not explicitly follow from it, which indicates the novelty of the causal relationship, manifested in the operation of the device for the release of surface and soil water The presence of a new causal relationship indicates, in turn, the compliance of the proposed solution with the patentability criterion of the invention “inventive step”.
На чертеже представлено поперечное сечение устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод, способствующее пониманию сущности изобретения, его работоспособности и промышленной применимости.The drawing shows a cross section of a device for the release of surface and groundwater, contributing to an understanding of the invention, its performance and industrial applicability.
Устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод содержит продольную траншею 1 и соединенные с ней две поперечные траншеи 2 и 3. Продольная траншея 2 выполнена вдоль откоса 4 дорожного полотна 5, а поперечные траншеи 2 и 3 выполнены перпендикулярно откосам 4 дорожного полотна 5.The device for the release of surface and groundwater contains a longitudinal trench 1 and two transverse trenches 2 and 3 connected to it. The longitudinal trench 2 is made along the slope 4 of the roadway 5, and the transverse trenches 2 and 3 are made perpendicular to the slopes 4 of the roadway 5.
Поперечные траншеи 2 и 3 расположены в каждой пониженной части рельефа 6, например в логах в одном поперечном сечении дорожного полотна 5. Каждая поперечная траншея 2 выполнена с нагорной стороны дорожного полотна 5 с продольным уклоном 15% в сторону выпуска грунтовых и поверхностных вод. Каждая поперечная траншея 3 выполнена с подгорной стороны дорожного полотна 5 с продольным уклоном 25% в сторону выпуска грунтовых и поверхностных вод.The transverse trenches 2 and 3 are located in each lowered part of the relief 6, for example, in the logs in one cross section of the roadbed 5. Each transverse trench 2 is made from the upstream side of the roadway 5 with a longitudinal slope of 15% towards the discharge of ground and surface waters. Each transverse trench 3 is made on the piedmont side of the roadbed 5 with a longitudinal slope of 25% towards the discharge of ground and surface water.
Поперечная траншея 2 выполнена до глубины сезонного промерзания 7 высотой 1,8 м, а поперечная траншея 3 - до глубины 2,2 м.The transverse trench 2 is made to a depth of seasonal freezing 7 of 1.8 m high, and the transverse trench 3 is made to a depth of 2.2 m.
Продольная траншея 1 выполнена высотой до глубины сезонного промерзания 6 высотой 1,8 м с продольным уклоном не менее 1,5%.The longitudinal trench 1 is made up to a depth of seasonal freezing 6 of 1.8 m high with a longitudinal slope of at least 1.5%.
Все траншеи заполнены дренирующим грунтом, например фракционным скальным грунтом или щебнем.All trenches are filled with draining soil, such as fractional rock or crushed stone.
Над каждой из поперечных траншей 2 и 3 выполнен теплоизоляционный слой 8, предназначенный для тепловой изоляции грунтов траншей с холодным воздухом, в период отрицательных температур. Теплоизоляционный слой 8 представляет собой, например, плиты из пенополистирола.Above each of the transverse trenches 2 and 3, a heat-insulating layer 8 is made for thermal insulation of the soil of the trenches with cold air during the period of negative temperatures. The thermal insulation layer 8 is, for example, polystyrene foam boards.
Для сохранения приподошвенных зон дорожного полотна 5 от переувлажнения над поперечными траншеями 2 и 3 и вдоль откосов 4 отсыпаны водоотжимные бермы 9 из глинистого грунта.To preserve the bottom zones of the roadway 5 from waterlogging over the transverse trenches 2 and 3 and along the slopes 4, drainage berms 9 are made of clay soil.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
В весенний период грунтовая и поверхностная вода собирается продольной траншеей 1 и полностью отводится за пределы дорожного полотна через соседние водопропускные сооружения: например, мосты, трубы или фильтрующие насыпи, что приводит к осушению нагорной территории вблизи дорожного полотна 5.In the spring, ground and surface water is collected by a longitudinal trench 1 and completely discharged outside the roadway through neighboring culverts: for example, bridges, pipes or filtering embankments, which leads to drainage of the upland area near roadbed 5.
В случае переполнения продольной траншеи 1 вода попадает в поперечные траншеи 2, свободно фильтруется через грунты тела дорожного полотна 5, затем по поперечным траншеям 3 отводится в подгорную сторону дорожного полотна 5. При этом территория вблизи дорожного полотна 5 осушается.In case of overflow of the longitudinal trench 1, the water enters the transverse trenches 2, is freely filtered through the soils of the body of the roadway 5, then along the transverse trenches 3 it is discharged to the piedmont side of the roadway 5. In this case, the area near the roadway 5 is drained.
В предзимний период грунтовая и поверхностная вода также собирается продольной траншеей 1 и отводится в соседние водопропускные сооружения. С наступлением отрицательных температур в результате контакта грунта с холодным воздухом окружающей среды в продольной траншее 1 происходит неравномерное промерзание грунтов из-за их разнообразия и различных физических свойств.In the pre-winter period, ground and surface water is also collected by a longitudinal trench 1 and discharged to neighboring culverts. With the onset of negative temperatures as a result of soil contact with cold ambient air in the longitudinal trench 1, uneven freezing of the soil occurs due to their diversity and various physical properties.
Поперечные траншеи 2 и 3 расположены в каждой пониженной части рельефа, например в логах. При этом в поперечных траншеях 2 и 3, благодаря теплоизоляционному слою 8, грунты сохраняют положительную температуру. При этом грунты основания 10 тела дорожного полотна 5 находятся в талом состоянии.Transverse trenches 2 and 3 are located in each lower part of the relief, for example, in the logs. Moreover, in the transverse trenches 2 and 3, due to the heat-insulating layer 8, the soils maintain a positive temperature. While the soils of the base 10 of the body of the roadway 5 are in a thawed state.
Неравномерное промерзание грунтов в продольной траншее 1 приводит к скоплению грунтовых вод в пониженной части рельефа 6 в приподошвенной зоне дорожного полотна 5 и, как следствие, к возникновению напорного режима грунтовых вод.Uneven freezing of soils in the longitudinal trench 1 leads to the accumulation of groundwater in the lower part of the relief 6 in the subsoil zone of the roadway 5 and, as a result, to the emergence of a pressure regime of groundwater.
Под действием напора грунтовых вод она из продольной траншеи 1 поступает в утепленные поперечные траншеи 2, из которых через талые грунты основания 10 тела дорожного полотна 5 попадает в утепленные поперечные траншеи 3 и отводится за пределы дорожного полотна 5. При этом территория вблизи дорожного полотна 5 осушается.Under the influence of groundwater pressure, it enters from the longitudinal trench 1 into the insulated transverse trenches 2, from which through the melt soils of the base 10 of the body of the roadway 5 it enters the insulated transverse trenches 3 and is discharged outside the roadway 5. At the same time, the area near the roadway 5 is drained .
Таким образом, дополнительно поступившая с нагорной стороны в грунты основания 10 грунтовая вода полностью отводится из него, в нем сохраняется постоянный водно-тепловой режим, обеспечивается свободная фильтрация грунтовой воды через грунты дорожного полотна 5 независимо от сезона года. Процесс отвода грунтовых и поверхностных вод с нагорной стороны дорожного полотна 5 в подгорную сторону продолжается до полного замерзания грунтовой воды склона.Thus, groundwater additionally received from the upstream side into the soils of the base 10 is completely discharged from it, a constant water-thermal regime is maintained in it, and free ground water filtration through the soils of the roadbed 5 is provided regardless of the season of the year. The process of drainage of ground and surface water from the upland side of the roadway 5 to the upstream side continues until the slope of the groundwater completely freezes.
Свободная фильтрация грунтовой воды через грунты дорожного полотна 5 способствует сохранению грунтов от вымывания, обеспечивая стабильное состояние грунтов основания 10, вследствие чего стабильное состояние грунтов основания 10 предотвращает образование деформаций, что обеспечивает устойчивость и надежность дорожного полотна 5 и увеличивает срок службы устройства для выпуска грунтовых и поверхностных вод свыше нормативного.The free filtration of ground water through the soils of the roadway 5 helps to save the soil from leaching, ensuring a stable state of the soil of the base 10, as a result of which the stable state of the soil of the base 10 prevents deformation, which ensures the stability and reliability of the roadway 5 and increases the life of the device for the release of soil and surface water above the norm.
При этом дренирущий грунт продольной и поперечных траншей препятствует их деформациям и дополнительно способствует равномерному стоку поверхностных и грунтовых вод, сохраняя грунты от вымывания и выноса и обеспечивая устойчивость и стабильность дорожного полотна в любой сезон года.At the same time, the drainage soil of the longitudinal and transverse trenches prevents their deformations and additionally contributes to a uniform runoff of surface and ground waters, preserving the soils from leaching and removal and ensuring the stability and stability of the roadway in any season of the year.
Водоотжимные бермы 9 сохраняют приподошвенные зоны дорожного полотна 5 от переувлажнения поверхностными водами и отводят их с нагорной стороны в продольную траншею 1, а с подгорной стороны - за пределы дорожного полотна 5.The squeeze berm 9 retains the subsoil zones of the roadway 5 from being waterlogged by surface waters and divert them from the upstream side to the longitudinal trench 1, and from the uphill side beyond the roadway 5.
Кроме того, глинистые грунты бермы 9 сохраняют грунты приподошвенных зон и откосные зоны 4 дорожного полотна 5 от быстрого промерзания, что способствует также более продолжительному выпуску воды из дорожного полотна 5 и осушению самого дорожного полотна 5 и территории вблизи него.In addition, the clay soils of the berm 9 retain the soils of the bottom zones and the slope zones 4 of the roadway 5 from freezing, which also contributes to a longer release of water from the roadway 5 and the drainage of the roadway 5 itself and the territory near it.
Устройство для выпуска поверхностных и грунтовых вод апробировано на ПК 3 КМ 2374 участка земляного полотна БАМа со знакопеременными деформациями (пучение+осадка) грунта насыпи до 100 мм в год. Строительство устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод на протаивающих вечномерзлых грунтах осуществлялось экскаватором в весенний период по мере протаивания грунтов. Параметры продольной траншеи 1: глубина - 1,8 м; продольный уклон - 2,0%, сечение выполнено в виде трапеции, имеющей следующие размеры: дно шириной 0,8 м; глубиной - от 1,0 м до 1,3 м; откосы - 1:0,5.The device for the release of surface and ground water was tested on PC 3 KM 2374 of a BAM subgrade with alternating deformations (swelling + sediment) of the embankment soil up to 100 mm per year. The construction of a device for the release of surface and ground water on thawing permafrost soils was carried out by an excavator in the spring as the thawing of soils. Parameters of the longitudinal trench 1: depth - 1.8 m; longitudinal slope - 2.0%, the cross section is made in the form of a trapezoid, having the following dimensions: bottom 0.8 m wide; depth - from 1.0 m to 1.3 m; slopes - 1: 0.5.
Каждая поперечная траншея 2 выполнена с нагорной стороны дорожного полотна 5 с продольным уклоном 15% в сторону выпуска грунтовых и поверхностных вод. Каждая поперечная траншея 3 выполнена с подгорной стороны дорожного полотна 5 с продольным уклоном 25% в сторону выпуска грунтовых и поверхностных вод. Поперечная траншея 2 выполнена до глубины сезонного промерзания 7 высотой 1,8 м, а поперечная траншея 3 - до глубины 2,2 м. Теплоизоляционные пластины из пенополистирола, размерами 6,0·0,6·0,04 м. Водоотжимные бермы 9 выполнены из глинистого грунта размерами: шириной 4,5 м, высотой 1,5 м с поперечным уклоном 40% в сторону траншеи с нагорной стороны и также в полевую сторону - с подгорной стороны.Each transverse trench 2 is made on the upland side of the roadway 5 with a longitudinal slope of 15% towards the release of ground and surface water. Each transverse trench 3 is made on the piedmont side of the roadbed 5 with a longitudinal slope of 25% towards the discharge of ground and surface water. The transverse trench 2 was made to a depth of seasonal freezing 7 of 1.8 m high, and the transverse trench 3 to a depth of 2.2 m. Thermal insulation plates made of polystyrene foam, 6.0 · 0.6 · 0.04 m in size. The squeezing berm 9 was made from clay soil with dimensions: 4.5 m wide, 1.5 m high with a transverse slope of 40% towards the trench from the upland side and also to the field side - from the foothill side.
В течение 1,5 лет проводились измерения дебета поступления воды в нагорную траншею 2 и ее выхода из подгорной траншеи 3, также температуры воды в этих траншеях.Over the course of 1.5 years, measurements were made of the debit of water entering the upland trench 2 and its output from the piedmont trench 3, as well as the water temperature in these trenches.
Результаты измерений приведены в таблице - Показатели температуры и расхода воды в траншеях.The measurement results are shown in table - Indicators of temperature and water flow in trenches.
Результаты опытной проверки работы устройства для выпуска поверхностных и грунтовых вод показывают, что устройство бепрепятственно отводило воду весь теплый сезон.The results of an experimental verification of the operation of the device for the release of surface and groundwater show that the device was free to divert water throughout the warm season.
Математическое моделирование процесса промерзания и фильтрации на основании полученных параметров позволяет сделать вывод о работоспособности устройства в течение 50 лет, что обеспечивает стабильность полотна в этот период.Mathematical modeling of the process of freezing and filtering on the basis of the obtained parameters allows us to conclude that the device is operational for 50 years, which ensures the stability of the canvas during this period.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120892/03A RU2553738C1 (en) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | Surface and ground water discharge device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120892/03A RU2553738C1 (en) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | Surface and ground water discharge device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2553738C1 true RU2553738C1 (en) | 2015-06-20 |
Family
ID=53433748
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014120892/03A RU2553738C1 (en) | 2014-05-23 | 2014-05-23 | Surface and ground water discharge device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2553738C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2770692C1 (en) * | 2021-09-20 | 2022-04-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | Method for preventing the inflow of surface water from the territory of areal and point sources of pollution |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1700971A1 (en) * | 1988-12-14 | 1995-09-20 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко | Ground bed for road and pipelines breaking in permafrost area |
| RU2059752C1 (en) * | 1993-12-29 | 1996-05-10 | Кондратьев Валентин Георгиевич | Embankment on hillsides at terrain with strong icy permafrost soils |
| RU93410U1 (en) * | 2009-12-11 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | DRAINAGE DEVICE |
| CN202273214U (en) * | 2011-09-29 | 2012-06-13 | 广东省长大公路工程有限公司 | Temporary draining device of subgrade filling side slope |
-
2014
- 2014-05-23 RU RU2014120892/03A patent/RU2553738C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1700971A1 (en) * | 1988-12-14 | 1995-09-20 | Государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной и газовой промышленности им.В.И.Муравленко | Ground bed for road and pipelines breaking in permafrost area |
| RU2059752C1 (en) * | 1993-12-29 | 1996-05-10 | Кондратьев Валентин Георгиевич | Embankment on hillsides at terrain with strong icy permafrost soils |
| RU93410U1 (en) * | 2009-12-11 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | DRAINAGE DEVICE |
| CN202273214U (en) * | 2011-09-29 | 2012-06-13 | 广东省长大公路工程有限公司 | Temporary draining device of subgrade filling side slope |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2770692C1 (en) * | 2021-09-20 | 2022-04-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Волгоградский ГАУ) | Method for preventing the inflow of surface water from the territory of areal and point sources of pollution |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101956355A (en) | Subgrade structure for preventing and controlling road damage in seasonal frozen regions | |
| RU2618108C2 (en) | Drainage system on permafrost soils | |
| RU93410U1 (en) | DRAINAGE DEVICE | |
| Woo et al. | Effects of snow jams on fluvial activities in the High Arctic | |
| Sidorchuk et al. | Soil erosion on the Yamal Peninsula (Russian Arctic) due to gas field exploitation | |
| RU2390605C1 (en) | Method for phased complex engineering protection of general planning embankment | |
| RU2553738C1 (en) | Surface and ground water discharge device | |
| CN106638200B (en) | A kind of roadbed suitable for frozen ground regions is antifreeze and cuts pumping equipment and construction method | |
| Rashid et al. | Road construction, maintenance challenges and their solutions in Kashmir | |
| CN102877543B (en) | Heat-preservation blind trench facility applicable to multi-year permafrost region and construction method | |
| RU2416692C1 (en) | Water engineering system on permafrost soils | |
| CN102587399B (en) | Salivary flow ice prevention and management structure in cold zone | |
| CN216515649U (en) | Expansive soil or freeze thawing frozen expansive soil slope protection structure | |
| Yu et al. | Icing problems on road in Da Hinggangling forest region and prevention measures | |
| RU2370590C1 (en) | Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway | |
| RU2706152C1 (en) | Ground structure on weak base | |
| CN101424087B (en) | Insulation and collecting well | |
| RU2381327C1 (en) | Culvert under banked earth in conditions of permanently frozen grounds in periodic water course | |
| RU2761272C1 (en) | Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils | |
| RU2795020C1 (en) | Method for constructing subgrade of additional track on weak base in case of thawing | |
| Yu et al. | Cut-slope icing prevention: Case study of the seasonal frozen area of western China | |
| RU2513480C1 (en) | Structure for reinforcement of slopes of earth structure in weatherable rock soils | |
| RU2375519C1 (en) | Culvert in conditions of permanently frozen soils on periodic water course | |
| Raymond et al. | Evaluation and suggested improvements to highway edge drains incorporating geotextiles | |
| CN201125367Y (en) | Road saliva floe ice multi-exit port water drain ice blocking system |