RU2761272C1 - Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils - Google Patents
Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761272C1 RU2761272C1 RU2021100102A RU2021100102A RU2761272C1 RU 2761272 C1 RU2761272 C1 RU 2761272C1 RU 2021100102 A RU2021100102 A RU 2021100102A RU 2021100102 A RU2021100102 A RU 2021100102A RU 2761272 C1 RU2761272 C1 RU 2761272C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- trench
- screen
- roadway
- waterproof
- soils
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 230000003019 stabilising effect Effects 0.000 title abstract 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 13
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 13
- 239000002352 surface water Substances 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000003204 osmotic effect Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 239000004794 expanded polystyrene Substances 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 3
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 2
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 2
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 2
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000008521 reorganization Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
- E01F—ADDITIONAL WORK, SUCH AS EQUIPPING ROADS OR THE CONSTRUCTION OF PLATFORMS, HELICOPTER LANDING STAGES, SIGNS, SNOW FENCES, OR THE LIKE
- E01F5/00—Draining the sub-base, i.e. subgrade or ground-work, e.g. embankment of roads or of the ballastway of railways or draining-off road surface or ballastway drainage by trenches, culverts, or conduits or other specially adapted means
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02B—HYDRAULIC ENGINEERING
- E02B11/00—Drainage of soil, e.g. for agricultural purposes
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D17/00—Excavations; Bordering of excavations; Making embankments
- E02D17/20—Securing of slopes or inclines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Architecture (AREA)
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области строительства линейных сооружений на вечномерзлых грунтах и в районах глубокого сезонного промерзания в сложных инженерно-геологических условиях и предназначено преимущественно для выпуска грунтовых вод, в частности, в условиях возможного глобального потепления климата.The invention relates to the field of construction of linear structures on permafrost and in areas of deep seasonal freezing in difficult engineering and geological conditions and is intended primarily for the release of groundwater, in particular, in conditions of possible global warming.
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 осушающих устройств, расположенных вдоль насыпи. При нарушении работы осушающих устройств поверхностные и грунтовые воды со склона стекают в приподошвенную зону насыпи по пониженным участкам рельефа таким, как устья логов, пазух, депрессионные впадины. В летний период вода свободно фильтрует через тело дорожного полотна, не нарушая значительно целостности грунтового массива. В период наступления отрицательных температур происходит нарушение водно-теплового режима из-за неравномерного промерзания приподошвенных зон их сужения живого сечения водного потока и возникновения напора водного потока из-за сужения его живого сечения. В результате, как правило, в предзимний период, в начале промерзания грунтов на пересечении дорожного полотна с местными логами, пазухами, депрессионными впадинами при большом напоре воды происходит отжатие влаги и вынос грунтовых частиц через дренирующие грунты дорожного полотна и основания.The main reason for the loss of stability of the roadbed in difficult climatic, engineering-geological and permafrost-soil conditions is the deformations of the abyssal-ice nature. In most cases, this is due to the absence of small artificial structures at the intersection of the roadway with small local logs, sinuses, depression depressions located in weak-drainage areas of the terrain. In such areas, due to a small (less than 1.5%) longitudinal slope, as a rule, there is a malfunction of the drainage devices located along the embankment. In the event of a malfunction of the drainage devices, surface and ground waters from the slope flow into the bottom zone of the embankment along low relief areas such as the mouths of logs, sinuses, depression depressions. In summer, water freely filters through the body of the roadway, without significantly violating the integrity of the soil massif. During the period of the onset of negative temperatures, a violation of the water-thermal regime occurs due to uneven freezing of the bottom zones of their narrowing of the living section of the water flow and the occurrence of a pressure of the water flow due to the narrowing of its living section. As a result, as a rule, in the pre-winter period, at the beginning of soil freezing at the intersection of the roadway with local logs, sinuses, depression depressions with a high water pressure, moisture is squeezed out and soil particles are carried out through the draining soils of the roadway and base.
При полном промерзании приподошвенных зон дорожного полотна с подгорной стороны происходит заполнение пустот в теле дорожного полотна водой, которая при замерзании увеличивается в объеме и образует пучинные горбы. При этом происходят осадки основания за счет отжатия воды из грунтов основания в приподошвенные зоны насыпи, образуются понижения, которые заполняются водой, грунты теряют прочность, а земляное сооружение деформируется. Весной, в период протаивания, под действием статической нагрузки от дорожного полотна и вибродинамической - от поездной нагрузки, происходит обратное осмотическое «всасывание» отжатой воды из приподошвенных зон земляного полотна в его основание, что опять переувлажняет грунты основания, они теряют прочность, происходит деформация осадки из-за консолидации и пластического выдавливания грунтов основания земляного полотна, которые продолжаются десятилетиями.With the complete freezing of the bottom zones of the roadway, the voids in the body of the roadway are filled with water on the submontane side, which, when frozen, increases in volume and forms abyssal humps. In this case, subsidence of the base occurs due to the squeezing of water from the base soils into the bottom zones of the embankment, depressions are formed, which are filled with water, the soils lose strength, and the earthen structure is deformed. In the spring, during thawing, under the influence of a static load from the roadbed and vibrodynamic load from a train load, there is a reverse osmotic "suction" of squeezed water from the bottom zones of the subgrade into its base, which again overmoistens the base soils, they lose strength, and the sediment deforms due to the consolidation and plastic extrusion of soils of the base of the subgrade, which lasts for decades.
В результате осадки дорожного полотна происходит искажение профиля железнодорожного пути, которое вызывает нарушение безопасности и бесперебойности движения поездов.As a result of the settlement of the road bed, the profile of the railway track is distorted, which causes a violation of the safety and uninterrupted movement of trains.
Для предотвращения переувлажнения и деформаций грунтов оснований дорожного полотна устраивают различные осушающие устройства, направленные на выпуск поверхностных и грунтовых вод с помощью, например, традиционных дренажных систем и систем водоотводных устройств: канав, противоналедных «тепловых» и «мерзлотных» поясов, дренирующих прорезей из сортированного скального грунта, лотков и других.To prevent waterlogging and deformation of the soils of the base of the roadway, various drainage devices are arranged, aimed at the release of surface and groundwater using, for example, traditional drainage systems and drainage systems: ditches, anti-ice "thermal" and "frozen" belts, drainage slots from sorted rocky soil, trays and others.
Использование дренажной системы приводит к упрочнению грунтов за счет сбора и отвода воды и, как следствие, стабилизации дорожного полотна на протаявших слабых грунтах, а также к увеличению срока службы самих осушающих устройств.The use of a drainage system leads to soil hardening due to the collection and removal of water and, as a result, stabilization of the roadway on thawed soft soils, as well as an increase in the service life of the drying devices themselves.
Однако в процессе многократного сбора воды осушающие устройства засоряются и приходят в неработоспособное состояние, и потому за период этапного перевооружения железной дороги требуется их неоднократное переустройство в течение нормативного срока службы дорожного полотна.However, in the process of repeated collection of water, the drying devices become clogged and become inoperable, and therefore, during the period of the stage-wise rearmament of the railway, their repeated re-arrangement is required during the standard service life of the roadway.
Проблема заключается в кратковременном сроке службы осушающих устройств, вследствие их периодического засорения, что требует, соответственно, периодического переустройства осушающих устройств в течение нормативного срока службы самого дорожного полотна.The problem lies in the short-term service life of the drying devices, due to their periodic clogging, which requires, accordingly, periodic re-arrangement of the drying devices during the standard service life of the roadway itself.
Известна дренажная система для стабилизации дорожного полотна на протаявших слабых грунтах, основанная на беспрепятственном выпуске поверхностных и грунтовых вод через тело дорожного полотна, описанное в патенте №3553738, (Патентообладатель - ОАО «РЖД»; авторы Крапивный В.А., Жданова С.М., Воронин В.В., Серенко А.Ф.)Known drainage system for stabilizing the roadway on thawed soft soils, based on the unhindered release of surface and groundwater through the body of the roadway, described in patent No. 3553738, (Patent holder - JSC "Russian Railways"; authors Krapivny V.A., Zhdanova S.M. ., Voronin V.V., Serenko A.F.)
Система представляет собой продольную и поперечные траншеи и водоотжимные бермы. Продольная траншея выполнена с нагорной стороны вдоль откоса дорожного полотна. Поперечные траншеи выполнены с обеих сторон дорожного полотна, с нагорной и подгорной стороны, в одном поперечном сечении и соединены с нагорной продольной траншеей.The system consists of longitudinal and transverse trenches and dewatering berms. The longitudinal trench is made from the upland side along the slope of the roadway. Transverse trenches are made on both sides of the roadbed, from the upland and submontane sides, in one cross section and are connected to the upland longitudinal trench.
Поперечные траншеи заполнены щебнем до глубины сезонного промерзания, сверху на них уложен теплоизоляционный материал, например, пенополистирол.The transverse trenches are filled with crushed stone to the depth of seasonal freezing; on top of them is laid heat-insulating material, for example, expanded polystyrene.
Водоотжимные бермы выполнены из мелкодисперсного глинистого грунта в приподошвенных зонах дорожного полотна, а в местах расположения поперечных траншей уложены на поперечные дренажные траншеи.Water-squeezing berms are made of finely dispersed clay soil in the bottom zones of the roadway, and in the locations of the transverse trenches they are laid on transverse drainage trenches.
Дренажная система работает следующим образом.The drainage system works as follows.
В весенний период грунтовая и поверхностная вода собирается продольной траншеей 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.In spring, ground and surface water is collected in a longitudinal trench and is completely discharged outside the roadway through adjacent culverts: for example, bridges, pipes or filter embankments, which leads to drainage of the upland area near the roadbed.
В случае переполнения продольной траншеи вода попадает в поперечные траншеи, свободно фильтруется через грунты тела дорожного полотна, затем по поперечным траншеям отводится в подгорную сторону дорожного полотна. При этом территория вблизи дорожного полотна осушается.In the event of an overflow of a longitudinal trench, water enters the transverse trenches, freely filtered through the soils of the roadway body, then it is diverted along the transverse trenches to the submontane side of the roadway. At the same time, the area near the roadbed is drained.
В предзимний период грунтовая и поверхностная вода также собирается продольной траншеей и отводится в соседние водопропускные сооружения. С наступлением отрицательных температур в результате контакта грунта с холодным воздухом окружающей среды в продольной траншее происходит неравномерное промерзание грунтов из-за их размерного разнообразия и различных физических свойств.In the pre-winter period, ground and surface water is also collected by a longitudinal trench and discharged to adjacent culverts. With the onset of negative temperatures as a result of contact of the soil with cold ambient air in a longitudinal trench, uneven freezing of soils occurs due to their dimensional diversity and various physical properties.
При этом в поперечных траншеях, благодаря теплоизоляционному слою и берме, грунты сохраняют положительную температуру. При этом грунты основания тела дорожного полотна находятся в талом состоянии.At the same time, in transverse trenches, thanks to the insulating layer and berm, the soils maintain a positive temperature. In this case, the soils of the base of the body of the roadway are in a thawed state.
Неравномерное промерзание грунтов в продольной траншее приводит к скоплению грунтовых вод в пониженной части рельефа в приподошвенной зоне дорожного полотна и, как следствие, к возникновению напорного режима грунтовых вод.Uneven freezing of soils in a longitudinal trench leads to the accumulation of groundwater in the lower part of the relief in the bottom zone of the roadway and, as a consequence, to the occurrence of a pressure regime of groundwater.
Под действием напора грунтовые воды продольной траншеи поступают в утепленные поперечные траншеи, из которых через талые грунты основания дорожного полотна попадают в утепленные поперечные траншеи. Из них вода безнапорно отводится за пределы дорожного полотна, что приводит к осушению территории вблизи дорожного полотна и исключению деформаций.Under the action of the pressure, the groundwater of the longitudinal trench enters the insulated transverse trenches, from which, through the thawed soils of the base of the roadway, enter the insulated transverse trenches. Of these, water is gravity diverted outside the roadway, which leads to drainage of the area near the roadway and the elimination of deformations.
Дополнительно поступившая с нагорной стороны в грунты основания грунтовая вода полностью отводится из него. Таким образом, основание дорожного полотна сохраняет постоянный водно-тепловой режим. При этом обеспечивается свободная фильтрация грунтовой воды через грунты дорожного полотна независимо от сезона года.In addition, the groundwater that has entered the basement soils from the upland side is completely removed from it. Thus, the base of the roadway maintains a constant water-thermal regime. At the same time, free filtration of ground water through the soils of the roadway is ensured, regardless of the season of the year.
Процесс отвода грунтовых и поверхностных вод с нагорной стороны дорожного полотна в подгорную сторону продолжается до полного замерзания грунтовой воды склона, что приводит к отсутствию ее в дренажных системах, обеспечивая тем самым непрерывную работу самих осушающих дренажных систем на протаявших слабых грунтах в целом в течение 5-7 лет.The process of drainage of ground and surface water from the upland side of the roadway to the upland side continues until the ground water of the slope freezes completely, which leads to its absence in drainage systems, thereby ensuring continuous operation of the drainage drainage systems themselves on thawed weak soils as a whole for 5- 7 years.
Однако через 5-7 лет осушающие дренажные системы засоряются, что нарушает их работу в нормальном режиме. Для восстановления нормальной работы осушающих дренажных систем требуется периодически проводить капитальные ремонты.However, after 5-7 years, draining drainage systems become clogged, which disrupts their normal operation. To restore normal operation of the drainage drainage systems, it is necessary to periodically carry out major overhauls.
Таким образом, недостаток известной дренажной системы для стабилизации земляного полотна на протаявших слабых грунтах заключается в неоднократном полном переустройстве осушающих дренажных систем в течение нормативного межремонтного срока службы самого земляного полотна.Thus, the disadvantage of the known drainage system for stabilizing the subgrade on thawed weak soils consists in the repeated complete reorganization of the drainage drainage systems during the standard overhaul life of the subgrade itself.
Наиболее близким по технической сущности и ожидаемому результату является дренажная система для стабилизации земляного полотна на протаявших слабых грунтах и выпуска поверхностных и грунтовых вод описанное в Патенте №2618108 РФ, (Патентообладатель - (ДВГУПС), Жданова С.М., Тукмакова О.В, Серенко А.Ф.)The closest in technical essence and the expected result is a drainage system for stabilizing the subgrade on thawed weak soils and releasing surface and ground waters described in Patent No. 2618108 RF, (Patentee - (FVGUPS), Zhdanova S.M., Tukmakova O.V., Serenko A.F.)
Осушающая дренажная система представляет собой двухступенчатую дренажную верхнюю и нижнюю продольную траншею с крупнопористым фракционным дренирующим грунтом, водонепроницаемым слоем, армирующий слой, теплоизоляционный слой, и водоотжимные бермы.The drainage drainage system is a two-stage drainage upper and lower longitudinal trench with large-porous fractional drainage soil, a watertight layer, a reinforcing layer, an insulating layer, and dewatering berms.
Нижняя продольная траншея расположена в нагорной части рельефа, вдоль откоса дорожного полотна, непосредственно за верхней продольной траншеей вверх по склону, с образованием единой ступенчатой траншеи с верхней траншеей.The lower longitudinal trench is located in the upland part of the relief, along the slope of the roadbed, directly behind the upper longitudinal trench up the slope, to form a single stepped trench with the upper trench.
Водонепроницаемый слой выполнен, например, из геоспана ТН и уложен на боковую ступень единой траншеи.The waterproof layer is made, for example, of geospan TN and laid on the side step of a single trench.
Армирующий слой выполнен, например, из синтетического нетканого материала (СНМ) и уложен поверх водонепроницаемого слоя и по всему периметру ступенчатой траншеи.The reinforcing layer is made, for example, of a synthetic non-woven material (SNM) and is laid over the waterproof layer and around the entire perimeter of the stepped trench.
При этом нижняя продольная траншея выполнена выше глубины слоя сезонного протаивания, а верхняя продольная траншея - ниже слоя сезонного протаивания.In this case, the lower longitudinal trench is made above the depth of the seasonal thaw layer, and the upper longitudinal trench is below the seasonal thaw layer.
В сечении верхней и нижней траншеи образована ступень с образованием ступенчатой траншеи.In the section of the upper and lower trenches, a step is formed with the formation of a stepped trench.
Теплоизоляционный слой уложен на уровне ступени в верхней части нижней траншеи поверх армирующего слоя СНМ.The heat-insulating layer was laid at the level of the step in the upper part of the lower trench over the reinforcing layer of SNM.
Верхняя траншея по ее периметру укреплена фракционным скальным грунтом, например, щебнем.The upper trench along its perimeter is reinforced with fractional rock soil, for example, rubble.
Водоотжимные бермы выполнены из мелкодисперсного глинистого грунта в приподошвенных зонах с обеих сторон дорожного полотна.Water-squeezing berms are made of finely dispersed clay soil in the bottom zones on both sides of the roadway.
Таким образом, осушающая дренажная система армирована водонепроницаемым слоем, армирующим слоем, теплоизоляционным слоем и заполнено фракционным скальным грунтом, например, щебнем.Thus, the drainage drainage system is reinforced with a waterproof layer, a reinforcing layer, an insulating layer and filled with fractional rocky soil, for example, crushed stone.
Дренажная система работает следующим образом. В весенний период грунтовая и поверхностная вода собирается продольными траншеями, верхней и нижней, расположенной с нагорной стороны вдоль откоса дорожного полотна 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.The drainage system works as follows. In the spring, ground and surface water is collected by longitudinal trenches, upper and lower, located on the upland side along the slope of the roadway and is completely diverted outside the roadway through adjacent culverts: for example, bridges, pipes or filter embankments, which leads to drainage of the upland area near the roadway.
В случае переполнения верхней продольной траншеи вода попадает в нижнюю траншею благодаря водонепронецаемому экрану, свободно фильтруясь в нижнюю траншею и отводится в подгорную сторону дорожного полотна. При этом территория вблизи дорожного полотна осушается.In case of overflow of the upper longitudinal trench, water enters the lower trench thanks to the waterproof screen, freely filtered into the lower trench and is diverted to the submontane side of the roadway. At the same time, the area near the roadbed is drained.
В предзимний период грунтовая и поверхностная вода также собирается верхней и нижней продольными траншеями и отводится в соседние водопропускные сооружения. С наступлением отрицательных температур в результате контакта грунта с холодным воздухом окружающей среды в верхней продольной траншее 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 the upper and lower longitudinal trenches and diverted to adjacent culverts. With the onset of negative temperatures as a result of the contact of the soil with cold ambient air in the upper longitudinal trench, uneven freezing of soils occurs due to their diversity and various physical properties.
При этом в нижней траншее, благодаря теплоизоляционному слою и берме, грунты сохраняют положительную температуру, а грунты основания тела дорожного полотна находятся в талом состоянии.At the same time, in the lower trench, thanks to the heat-insulating layer and berm, the soils maintain a positive temperature, and the soils of the base of the roadway body are in a thawed state.
Под действием напора грунтовые воды поступают в утепленную нижнюю траншею, из которой безнапорно отводится за пределы дорожного полотна, что приводит к осушению территории вблизи дорожного полотна и исключению деформаций.Under the action of the pressure, groundwater flows into the insulated lower trench, from which it is discharged without pressure beyond the limits of the roadway, which leads to drainage of the area near the roadway and the elimination of deformations.
Таким образом, дополнительно поступившая с нагорной стороны в грунты основания грунтовая вода полностью отводится из него, в нем сохраняется постоянный водно-тепловой режим, обеспечивается свободная фильтрация грунтовой воды через грунты дорожного полотна независимо от сезона года.Thus, the groundwater additionally supplied from the upland side to the basement soils is completely removed from it, it maintains a constant water-thermal regime, and provides free filtration of groundwater through the soils of the roadbed, regardless of the season of the year.
Процесс отвода грунтовых и поверхностных вод с нагорной стороны дорожного полотна продолжается до полного замерзания грунтовой воды склона. Это приводит к обеспечению стабильности работы самих осушающих устройств и земляного полотна на протаявших слабых грунтах в целом в течение не менее 10 лет.The process of drainage of ground and surface waters from the upland side of the roadway continues until the ground water of the slope freezes completely. This leads to ensuring the stability of the operation of the drying devices themselves and the subgrade on thawed soft soils in general for at least 10 years.
Это приводит к обеспечению стабильности работы самих осушающих устройств и земляного полотна на протаявших слабых грунтах в целом в течение 10 лет.This leads to ensuring the stability of the operation of the drainage devices themselves and the subgrade on thawed soft soils as a whole for 10 years.
Однако с течением времени дренажная система для стабилизации земляного полотна на протаивающих слабых грунтах снижает объем сбора ими воды. Это связано с заиливанием и застоем воды в приподошвенной зоне земляного полотна из-за слоя гидроизоляции в двухступенчатой дренажной системе при ежегодных циклических процессах отжатия из грунтов основания в осенний период и всасывания влаги (в виде суспензии) - в весенний период, которая расположена между бермой и нижней дренажной канавой, что способствует понижению границы вечной мерзлоты и возобновлению деформаций земляного полотна.However, over time, the drainage system to stabilize the subgrade on thawed soft soils reduces the amount of water they collect. This is due to silting and stagnation of water in the subsoil zone of the subgrade due to a waterproofing layer in a two-stage drainage system during annual cyclic processes of squeezing out of the base soils in the autumn and absorbing moisture (in the form of a suspension) in the spring, which is located between the berm and the lower drainage ditch, which contributes to the lowering of the permafrost boundary and the resumption of deformations of the subgrade.
По истечение 10 лет в результате понижения границы вечномерзлых грунтов активная зона увеличивается, что приводит к увеличению объема протаявших грунтов, дренажная система перестает справляться с выпуском образовавшегося объема воды.After 10 years, as a result of lowering the boundary of permafrost soils, the active zone increases, which leads to an increase in the volume of thawed soils, the drainage system ceases to cope with the release of the resulting volume of water.
Таким образом, недостаток известного дренажной системы для стабилизации земляного полотна на протаявших слабых грунтах заключается в его недостаточном сроке работы, который значительно меньше нормативного срока службы самого земляного полотна.Thus, the disadvantage of the known drainage system for stabilizing the subgrade on thawed soft soils is its insufficient service life, which is much less than the standard service life of the subgrade itself.
Заявляемое решение отличается от прототипа расположением верхней продольной траншеи непосредственно за нижней продольной траншеей выше по склону нагорной части рельефа, а с подгорной стороны, дополнительно, в приподошвенной зоне земляного полотна, укладкой теплоизоляционного экрана на дневную поверхность под водонепроницаемый слой, при этом водонепроницаемые слои с обоих сторон дорожного полотна, которые представляют собой водоотжимные бермы из глинистых грунтов.The inventive solution differs from the prototype by the location of the upper longitudinal trench directly behind the lower longitudinal trench higher along the slope of the upland part of the relief, and from the foothill side, in addition, in the bottom zone of the roadbed, by laying a heat-insulating screen on the day surface under a waterproof layer, while waterproof layers from both the sides of the roadway, which are water-squeezing berms from clay soils.
Расположение верхней продольной траншеи непосредственно за нижней продольной траншеей выше по склону нагорной части рельефа, а также дополнительная укладка теплоизоляционного экрана на дневную поверхность под водонепроницаемый слой с подгорной стороны в приподошвенной зоне земляного полотна, которые с обоих сторон дорожного полотна представляют собой водоотжимные бермы из глинистых грунтов, позволит беспрепятственно осушать приподошвенную зону насыпи в позднеосенний период и отводить воду в позднеосенний период за пределы земляного полотна, а в весенний период обратное осмотическое всасывание не будет происходить из-за отсутствия фронта промерзания, устраненного наличием тепловой изоляции, что вызывает эффект осмотического «всасывания» влаги.The location of the upper longitudinal trench directly behind the lower longitudinal trench higher along the slope of the upland part of the relief, as well as additional laying of a heat-insulating screen on the day surface under a waterproof layer on the submontane side in the subsoil zone of the subgrade, which on both sides of the roadway are water-squeezing berms from clay soils , will allow unhindered drainage of the bottom zone of the embankment in the late autumn period and drain water in the late autumn period outside the subgrade, and in the spring period, reverse osmotic absorption will not occur due to the absence of a freezing front, eliminated by the presence of thermal insulation, which causes the effect of osmotic "absorption" moisture.
Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна».The presence of significant distinctive features indicates the compliance of the proposed solution with the criterion of patentability of the invention "novelty".
При этом сама дренажная система работает без ремонта в течение срока, равного сроку этапного перевооружения земляного полотна железнодорожного пути за счет стабильности температурных режимов в грунтах траншеи, в грунтах слоя сезонного промерзания осушаемой территории вблизи земляного полотна и на склоне в нагорной (верхней) части рельефа.At the same time, the drainage system itself works without repair for a period equal to the period of stage re-equipment of the roadbed of the railway track due to the stability of temperature regimes in the soils of the trench, in the soils of the layer of seasonal freezing of the drained area near the roadbed and on a slope in the upland (upper) part of the relief.
Причинно-следственная связь «Расположение верхней продольной траншеи непосредственно за нижней продольной траншеей выше по склону нагорной части рельефа, а с подгорной стороны, дополнительно, в приподошвенной зоне земляного полотна, укладкой теплоизоляционного экрана на дневную поверхность под водонепроницаемый слой, при этом водонепроницаемые слои с обоих сторон дорожного полотна, которые представляют собой водоотжимные бермы из глинистых грунтов, придаст возможность беспрепятственно отводить воду за пределы земляного полотна в позднеосенний период, а в весенний период - обратное осмотическое «всасывание» будет исключено также наличием тепловой изоляции», которая не обнаружена в уровне техники и явным образом и не следует из него. Следовательно, выше приведенная причинно-следственная связь является новой, и заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».Causal relationship "The location of the upper longitudinal trench directly behind the lower longitudinal trench, higher along the slope of the upland part of the relief, and on the foothill side, in addition, in the bottom zone of the roadbed, by laying a heat-insulating screen on the day surface under a waterproof layer, while waterproof layers from both the sides of the roadway, which are water-squeezing berms from clay soils, will make it possible to freely drain water outside the subgrade in the late autumn period, and in the spring period - reverse osmotic “suction” will also be excluded by the presence of thermal insulation ”, which was not found in the prior art and does not explicitly follow from it. Consequently, the above causal relationship is new, and the claimed solution meets the criterion of patentability of the invention "inventive step".
На фигуре представлено поперечное сечение дренажной системы на вечномерзлых грунтах, иллюстрирующее работоспособность и «промышленную применимость» заявляемого устройства.The figure shows a cross-section of the drainage system on permafrost soils, illustrating the operability and "industrial applicability" of the claimed device.
Дренажная система на вечномерзлых грунтах содержит выполненные как одно целое верхнюю 1 и нижнюю 2 продольные траншеи, водонепроницаемый 3, армирующий 4 и теплоизоляционный 5 экраны и водонепроницаемый слой бермы 6.The drainage system on permafrost contains the upper 1 and lower 2 longitudinal trenches made as a whole, waterproof 3, reinforcing 4 and heat-insulating 5 screens and a waterproof berm layer 6.
Верхняя продольная траншея 1 выполнена на склоне нагорной части рельефа 7 вдоль земляного полотна 8 за пределами осушаемой территории 9 в верхней части слоя сезонного протаивания 10.The upper
Нижняя продольная траншея 2 выполнена вплотную с верхней продольной траншеей 1 на всю глубину слоя сезонного протаивания 10, контактируя с вечномерзлыми грунтами 11.The lower
Верхняя и нижняя продольные траншеи 1, 2 контактируют по всей длине дренажной системы, образуя единую ступенчатую траншею 12. При этом нижняя продольная траншея 2 расположена по склону ниже верхней продольной дренажной траншеи 1.The upper and lower
На боковую ступенчатую грань 13 единой ступенчатой траншеи 12 уложен водонепроницаемый экран 3 из водонепроницаемого материала, например, геоспана ТН (или ПВХ - пленки).On the side stepped
При этом водонепроницаемый экран 3 контактирует с грунтом откоса верхней продольной траншеи 1 с полевой стороны 7 и грунтом нижней продольной траншеи 2 с полевой стороны.In this case, the
По всему периметру единой ступенчатой траншеи 12 поверх водонепроницаемого экрана 3 уложен армирующий экран 4 из синтетического нетканого материала, например, канвалана.Along the entire perimeter of a single stepped
Нижняя продольная траншея 2 заполнена фракционным дренирующим грунтом, который уложен на синтетический нетканый материал 4 и обернут им с образованием дрены 14.The lower
Нижняя продольная траншея 2 в уровне ступени 15 единой ступенчатой траншеи 12, являющейся дном верхней продольной траншеи 1, перекрыта теплоизоляционным экраном 5, например, из пенополистирола, на который уложен водонепроницаемый слой 6 из глинистого грунта, образующий боковую стенку верхней продольной траншеи 1.The lower
Верхняя продольная траншея 1 по периметру укреплена фракционным дренирующим материалом, например, щебнем.The upper
Дренажная система на вечномерзлых грунтах работает следующим образом.The drainage system on permafrost soils works as follows.
В весенний период поверхностная вода, находящаяся в верхней продольной траншее 1 и грунтовая вода, поступающая с нагорной части рельефа 7 стекают вдоль осушаемой территории 9 и земляного полотна 8 в водопропускное сооружение. Водонепроницаемый экран 3 препятствует проникновению основного потока надмерзлотной грунтовой воды на осушаемую территорию и в основание земляного полотна 8. В летний период, когда сезонное протаивание достигает максимума, грунтовой воды перехватывается дреной 14 нижней продольной траншеи 2 и отводятся за пределы осушаемой территории 9, не переувлажняя грунты слоя сезонного протаивания 10 и вечномерзлые грунты 11.In the spring, the surface water in the upper
Воды в траншеях 1 и 2 смачивают, находящийся в них армирующий экран 4, который благодаря капиллярным свойствам синтетического нетканого материала постоянно находится во влажном состоянии. В летний и зимний период происходит испарение влаги с поверхности армирующего экрана 4. Испарение влаги приводит к снижению температуры грунтов слоя сезонного промерзания 10 под нижней траншеей 2 и верхней траншеей 1.The waters in the
Кроме того, в нижней траншее 2 между крупнопористым фракционным грунтом дрены 14 и грунтами слоя сезонного протаивания 10, а также вечномерзлыми грунтами 11 происходит конвективный теплообмен. Наличие конвективного теплообмена приводит к изменению температуры в крупнопористых фракционных грунтах дрены 14 синхронно с естественным изменением температуры грунтов слоя сезонного протаивания 10. Причем создаваемый температурный режим в грунтах дрены 14 сохраняется теплоизоляционным экраном 5, гидроизоляционным экраном 3 и армирующим экраном 4 из синтетического нетканого материала.In addition, in the
Обеспечение одинаковой температуры в грунтах дрены 14 ив грунтах слоя сезонного промерзания 10 приводит к сохранению термодинамического равновесия в грунтах слоя сезонного протаивания 10 в радиусе действия единой ступенчатой траншеи 12.Ensuring the same temperature in the soils of the drain 14 and in the soils of the seasonal freezing
Термодинамическое равновесие в грунтах в радиусе действия единой ступенчатой траншеи 12, расположенной в нагорной части рельефа (склона) 7 и в пределах осушаемой территории 9, приводит к стабильному состоянию этих грунтов без переувлажнения и нарушения их структуры.Thermodynamic equilibrium in soils within the radius of action of a single stepped
В результате грунты дрены 14 и грунты слоя сезонного протаивания 10 работают как одно целое, что способствует сохранению целостности этих грунтов в естественных условиях в течение длительного времени. Ежегодный режим грунтов слоя сезонного протаивания 10 до границы вечномерзлых грунтов 11 происходит естественным образом постоянно на одну и ту же глубину в течение длительного периода, сопоставимого со сроком этапного перевооружения железной дороги.As a result, the soils of the drain 14 and the soils of the
Расположение верхней продольной траншеи 1 и нижней продольной траншеи 2 и расположение водонепроницаемого экрана 3 со стороны нижней продольной траншеи с нагорной стороны от земляного полотна железнодорожного пути, а также дополнительной укладкой теплоизоляционного экрана 17 из плит пенополистирола в основании водонепроницаемого слоя 16 бермы, расположенной с подгорной стороны с последующей укладкой бермы 6 с нагорной стороны от земляного полотна 8 на теплоизоляционный экран 5 на нижнюю продольную траншею, а с подгорной стороны - на теплоизоляционный экран 17 в основании водонепроницаемого слоя бермы 16 позволит беспрепятственно в течение, 1-2 лет осушить основание и приподошвенные зоны земляного полотна железнодорожного пути, упрочить грунты и исключить деформации земляного полотна.The location of the upper
Дополнительная укладка теплоизоляционного экрана 17 из плит пенополистирола в основании бермы с подгорной стороны даст возможность беспрепятственно отводить воду за пределы земляного полотна в позднеосенний период, а в весенний период обратное всасывание не будет происходить из-за отсутствия фронта промерзания, устраненного наличием тепловой изоляции, что вызывает эффект осмотического «всасывания» влаги.Additional laying of the heat-insulating screen 17 made of expanded polystyrene plates at the base of the berm from the foothill side will make it possible to freely drain water outside the subgrade in the late autumn period, and in the spring period, reverse suction will not occur due to the absence of a freezing front, eliminated by the presence of thermal insulation, which causes the effect of osmotic "absorption" of moisture.
Ежегодное протаивание грунтов в слое сезонного протаивания 10 до границы с вечномерзлыми грунтами 11 происходит естественным образом постоянно на одну и ту же глубину в течение длительного периода, сопоставимого со сроком этапного перевооружения железной дороги и остается практически одинаковой во все периоды измерений.The annual thawing of soils in the layer of
Математическое моделирование процесса охлаждения грунта с помощью конвекции во времени позволило сделать вывод о работоспособности заявляемой дренажной системы, что позволяет сделать вывод об увеличении безремонтного срока службы дренажной системы на вечномерзлых грунтах до срока этапного перевооружения земляного полотна за счет сохранения границы вечномерзлых грунтов и глубины сезонного протаивания, расположенных в нагорной части рельефа (склона) в пределах осушаемой территории, как в естественных условиях.Mathematical modeling of the soil cooling process using convection in time made it possible to conclude that the claimed drainage system is operable, which allows us to conclude that the maintenance-free service life of the drainage system on permafrost soils will increase until the stage of the stage re-equipment of the subgrade due to the preservation of the permafrost boundary and the depth of seasonal thawing, located in the upland part of the relief (slope) within the drained territory, as in natural conditions.
Дренажная система реализована на 24 дистанции пути Восточного полигона ДВЖД на перегоне Маревая - Змейка.The drainage system has been implemented at 24 distances along the Eastern range of the Far Eastern Railway on the Marevaya - Zmeika stretch.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021100102A RU2761272C1 (en) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021100102A RU2761272C1 (en) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2761272C1 true RU2761272C1 (en) | 2021-12-06 |
Family
ID=79174451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021100102A RU2761272C1 (en) | 2021-01-11 | 2021-01-11 | Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2761272C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117306324A (en) * | 2023-09-21 | 2023-12-29 | 中铁五局集团第一工程有限责任公司 | A highway high-fill subgrade construction device and construction method |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2152483C1 (en) * | 1998-07-27 | 2000-07-10 | Читинский государственный технический университет | Method for prevention of ice-laid deposit on slopes in low-snow regions of spreading of permafrost |
| RU93410U1 (en) * | 2009-12-11 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | DRAINAGE DEVICE |
| RU2449084C1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Drainage system |
| KR101239369B1 (en) * | 2012-08-09 | 2013-03-05 | 왕천식 | Slope ditch for preventing erosion, the system for preventing erosion using the same, and the concreting method therefor |
| RU2618108C2 (en) * | 2015-07-30 | 2017-05-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Drainage system on permafrost soils |
-
2021
- 2021-01-11 RU RU2021100102A patent/RU2761272C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2152483C1 (en) * | 1998-07-27 | 2000-07-10 | Читинский государственный технический университет | Method for prevention of ice-laid deposit on slopes in low-snow regions of spreading of permafrost |
| RU93410U1 (en) * | 2009-12-11 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | DRAINAGE DEVICE |
| RU2449084C1 (en) * | 2010-08-12 | 2012-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Drainage system |
| KR101239369B1 (en) * | 2012-08-09 | 2013-03-05 | 왕천식 | Slope ditch for preventing erosion, the system for preventing erosion using the same, and the concreting method therefor |
| RU2618108C2 (en) * | 2015-07-30 | 2017-05-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Дальневосточный государственный университет путей сообщения" (ДВГУПС) | Drainage system on permafrost soils |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117306324A (en) * | 2023-09-21 | 2023-12-29 | 中铁五局集团第一工程有限责任公司 | A highway high-fill subgrade construction device and construction method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Woo | Permafrost and hydrology | |
| CN101956355A (en) | Subgrade structure for preventing and controlling road damage in seasonal frozen regions | |
| RU2618108C2 (en) | Drainage system on permafrost soils | |
| Varlamov | Thermal monitoring of railway subgrade in a region of ice-rich permafrost, Yakutia, Russia | |
| CN103015283A (en) | Novel roadbed structure for phreatic high inland sulphate salty soil | |
| CN105088911A (en) | Novel runway foundation structure preventing and treating disasters caused by 'pot cover effect' | |
| CN216515649U (en) | Expansive soil or freeze thawing frozen expansive soil slope protection structure | |
| Malenfant Lepage | Experimentation of mitigation techniques to reduce the effects of permafrost degradation on transportation infrastructures at Beaver Creek experimental road site, Alaska Highway, Yukon | |
| RU2761272C1 (en) | Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils | |
| RU93410U1 (en) | DRAINAGE DEVICE | |
| CN210481895U (en) | Frost heaving prevention structure for ballastless track high-speed railway submerged roadbed in seasonal frozen soil area | |
| RU2706152C1 (en) | Ground structure on weak base | |
| CN203429523U (en) | Heat-preservation and water-permeation roadbed structure in arctic-alpine place | |
| Rashid et al. | Road construction, maintenance challenges and their solutions in Kashmir | |
| CN112376342B (en) | Anti-frost-expansion structure of water-rich stratum roadbed | |
| RU2160336C2 (en) | Earth road bed on permafrost base | |
| Khediya | Study of surface and sub surface highway drainage system | |
| RU2324032C1 (en) | Road embankment over permanently frosen soils | |
| CN102587399B (en) | Salivary flow ice prevention and management structure in cold zone | |
| RU2553738C1 (en) | Surface and ground water discharge device | |
| RU2283910C2 (en) | Heat-insulation layer of road structure | |
| CN212000424U (en) | Be applied to device of seasonal frozen soil district salt soil road bed | |
| RU2029813C1 (en) | Ground structure on permafrost foundation | |
| RU2844003C1 (en) | Earthwork on weak permafrost base during thawing | |
| RU2782642C1 (en) | Structure of temperature cooling for engineering and technical design of empils and slopes in permafrost regions |