Винахід відноситься до галузі будівництва і може бути використано при зведенні земляного полотна дорожніх насипів в районах поширення вічної мерзлоти. Берма дорожнього насипу, розташована на поперечному ухилі місцевості, і безпосередньо примикає до верхового укосу насипу, і виконана з фракційного скельного грунту, містить виконані з недренуючим матеріалу бічної протифільтраційний замок, розташований в тілі насипу на природної поверхні ґрунту поруч з берм, і нижній протифільтраційний замок , розташований нижче природної поверхні ґрунту на контакті з нижньою поверхнею берми, і бічного проти фільтраційного замку, при цьому верхня поверхно ть берми перевищує максимальний рівень hn поверхневого поздовжнього водного потоку в місці підошви верхового укосу насипу. Крім того, тіло берми може бути частково заглиблене нижче природної поверхні ґрунту. Технічний результат винаходу полягає в запобіганні розмиву грунту насипу, поперечної фільтрації крізь тіло насипу і растепленія грунтів основи насипу. 1 з.п. ф-ли, 2 мул.
Малюнки до патенту РФ 2246587
Винахід відноситься до галузі будівництва і може бути використано при зведенні земляного полотна дорожніх насипів в районах поширення вічної мерзлоти.
Відома берма, що складається зі звичайного ґрунту, придатного для її спорудження, спланована з поперечним ухилом в бік поля (М.А.Фрішман і ін. "Земляне полотно залізниць", М. Транспорт, 1972, с.16).
Використання її на вічній мерзлоті південно-східній частині криолитозони Росії збільшить небезпеку деградації мерзлоти в грунтах підстав.
Ця берма не запобігає фільтрацію поверхневих вод крізь тіло насипу, що викликає растепленія мерзлоти.
Пропонованим винаходом вирішується завдання запобігання розмиву грунту насипу, поперечної фільтрації крізь тіло насипу і растепленія грунтів основи насипу (збереження природного стану верхньої межі вічної мерзлоти).
Для досягнення зазначеного технічного результату берма дорожнього насипу, розташована на поперечному ухилі місцевості, і безпосередньо примикає до верхового укосу насипу, і виконана з скельного фракційного грунту, містить розташований в тілі насипу на природної поверхні ґрунту поруч з бермах виконаний з недренуючим матеріалу бічної протифільтраційний замок і нижній протифільтраційний замок, виконаний також з недренуючим матеріалу і розташований нижче природної поверхні ґрунту на контак ті з нижньою поверхнею берми і бічного проти фільтраційного замку, при цьому верхня поверхня берми перевищує максимальний рівень "hn" поверхневого поздовжнього водного потоку в місці підошви верхового укосу насипу, а розміри берми визначають з умов
де в б. Вn - ширина відповідно берми і верхньої поверхні водного потоку, м;
Fб. Fn - площа поперечного перерізу відповідно берми і водного потоку, м 2;
hб. hn - висота відповідно берми і водного потоку в місці підошви верхового укосу насипу, м;
m1 = 0,3-1 - коефіцієнт, що враховує місцеві умови, (б / р).
Крім того, берма може бути частково заглиблена нижче природної поверхні ґрунту при малому поперечному ухилі місцевості.
Суть винаходу пояснюється кресленнями, де
на фіг.1 зображено поперечний переріз насипу з бермах пропонованої конструкції;
на фіг.2 зображено варіант берми пропонованої конструкції з частковим заглибленням тіла берми в грунт підстави.
Насип на грунтах вічній грунтах містить тіло насипу 1 зі звичайного ґрунту, придатного для її спорудження, відсипався на грунті основи 2 з природною поверхнею 3, технологічну відсипання 4 з крупнообломочного грунту, боковий протифільтраційний замок 5 з недренуючим матеріалу, наприклад глини, нижній протифільтраційний замок 6 з недренуючим матеріалу, також, наприклад з глини, берму 7 з скельного фракційного грунту. Бічний і нижній протифільтраційний замки можуть бути виконані також з гідроізоляційного, керамічного і т.п. матеріалів. Елементи 5, 6, 7 влаштовуються з верхової сторони насипу при наявності поперечного ухилу. Стрілкою 8 показано напрямок потоку поверхневих вод, які формують дзеркало відкритої води з верхнім рівнем 9 та шириною Вn. Позицією 10 показано положення верхньої межі вічної мерзлоти на момент закінчення теплого періоду року.
При малому поперечному ухилі "" місцевості ширина водного потоку може виявитися досить великий, що погіршить температурний режим грунту підстави або призведе до необхідності додаткових витрат на берму. У зв'язку з цим при малих значеннях "" тіло берми 7 частково заглиблюється нижче природної поверхні ґрунту основи насипу. У цьому поглибленні також фільтрується вода (фіг.2).
Насип з бермах пропонованої конструкції працює наступним чином. В результаті теплового впливу насипу 1 на вічній грунти підстав в сталому режимі в кінці теплого періоду формується нульова ізотерма 10. У підошви укосів насипу в більшості випадків має місце деяке зниження нульовий ізотерми, тобто збільшення глибини сезонного відтавання. У центрі насипу нульова ізотерма підвищується і може заходити в тіло насипу.
З верхової сторони у напрямку 8 поверхневі води підступають до тіла насипу і скупчуються, утворюючи водний потік, що має верхню поверхню 9 шириною Вn і спрямований уздовж підошви насипу в сторону поздовжнього зниження поверхні. Якщо вода, що утворює у підошви верхового укосу насипу підпір "hn", почне фільтруватися крізь тіло насипу 1 уздовж її підошви, утвореною природною поверхнею 3 грунту, то може статися різке растепленія грунту основи, зниження нульовий ізотерми 10 і подальший розвиток деформацій насипу. Небезпека виникнення поперечної фільтрації збільшується в зв'язку з наявністю технологічної відсипання 4 з крупнообломочного грунту, що влаштовується в більшості випадків при влаштуванні насипів на сільнопросадочних грунтах для проїзду транспорту, відсипати тіло насипу. Щоб не допустити поперечної фільтрації, влаштовують бічній протифільтраційний замок 5 і нижній протифільтраційний замок 6 з недренуючим грунту, наприклад глини. Зазначені замки перешкоджають фільтрації води як через тіло насипу, так і під її підошвою і направляють водний потік уздовж насипу в напрямку зниження поздовжнього профілю. Берма з скельного грунту в літній період відіграє роль захисту насипу від розмиву.
При наявності поверхневої води коефіцієнт теплопередачі на поверхні різко змінюється: трав'яний покрив вже не є термічним опором, а коефіцієнт тепловіддачі від грунту до повітря (близько 20 ккал / (м 2 · год · град) змінюється на коефіцієнт тепловіддачі від грунту до води (близько 400 ккал / (м 2 · год · град)). в результаті термічний опір від значення порядку наближається до нуля, що різко збільшує приплив тепла в грунти. в зимовий час тіло берми 7 працює як кам'яна відсипання, де основне місце займає не кондуктивно , А конвективний теплоперенос, тому відбувається додаткове охолодження грунтів. У результаті теплової баланс за рік в зоні водного потоку не змінюється в порівнянні з випадком відсутності канави або змінюється в бік від'ємного значення.
Щоб тепловий баланс в зоні водного потоку був необхідної величини, необхідна порівнянність ширини берми "в б" і водного потоку "Вn". У кращому випадку вб має дорівнювати Вn. Однак при бермі, відсипаної з великого каменю, як показує досвід, вб може складати близько 0,3вn. тобто можна сформулювати умову
де m1 = 0,3-1,0 - коефіцієнт, що враховує місцеві умови, (б / р).
Досвід показує, що охолоджуючий ефект берми збільшується зі збільшенням її висоти. У зв'язку з цим при зменшенні ширини повинна збільшуватися висота, що дозволяє сформулювати друга умова
де Fб і Fn - площа поперечного перерізу відповідно берми і водного потоку, м 2.
У разі замерзання води частина кам'яної відсипки над рівнем води повинна продовжувати працювати, тому третя умова можна сформулювати наступним чином:
де hб і hn - висота в місці підошви укосу насипу відповідно берми і водного потоку, м.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Берма дорожнього насипу, розташована на поперечному ухилі місцевості, безпосередньо примикає до верхового укосу насипу і виконана з фракційного скельного грунту, що відрізняється тим, що вона містить виконані з недренуючим матеріалу бічної протифільтраційний замок, розташований в тілі насипу на природної поверхні ґрунту поруч з бермах , і нижній протифільтраційний замок, розташований нижче природної поверхні ґрунту на контакті з нижньою поверхнею берми, і бічного проти фільтраційного замку, п ри цьому верхня поверхня берми перевищує максимальний рівень hn поверхневого поздовжнього водного потоку в місці підошви верхового укосу насипу, а розміри берми визначають з умов:
де. - ширина відповідно берми і верхньої поверхні водного потоку, м;
Fб. Fn - площа поперечного перерізу відповідно берми і водного потоку, м 2;
hб. hn - висота відповідно берми і водного потоку в місці підошви верхового укосу насипу, м;
= 0,3 ÷ 1 - коефіцієнт, що враховує місцеві умови (б / р).
2. Берма дорожнього насипу по п. 1, яка відрізняється тим, що берма частково заглиблена нижче природної поверхні ґрунту.