RU2370590C1 - Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway - Google Patents
Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway Download PDFInfo
- Publication number
- RU2370590C1 RU2370590C1 RU2008104274/03A RU2008104274A RU2370590C1 RU 2370590 C1 RU2370590 C1 RU 2370590C1 RU 2008104274/03 A RU2008104274/03 A RU 2008104274/03A RU 2008104274 A RU2008104274 A RU 2008104274A RU 2370590 C1 RU2370590 C1 RU 2370590C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- culvert
- embankment
- geotextile
- soil
- cushion
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 239000004746 geotextile Substances 0.000 claims abstract description 61
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 55
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims abstract description 38
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 claims abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 17
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 11
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 abstract 3
- 238000004321 preservation Methods 0.000 abstract 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 6
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 5
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 5
- 239000004567 concrete Substances 0.000 description 4
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 4
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 3
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 2
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 2
- TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 6-oxabicyclo[3.2.1]oct-3-en-7-one Chemical compound C1C2C(=O)OC1C=CC2 TVEXGJYMHHTVKP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910000278 bentonite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000440 bentonite Substances 0.000 description 1
- SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N bentoquatam Chemical compound O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O SVPXDRXYRYOSEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011150 reinforced concrete Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
- Sewage (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к дорожному строительству, а точнее к конструкции водопропускного сооружения под насыпью, выполненного в условиях многолетнемерзлых грунтов на периодически действующем водотоке.The invention relates to road construction, and more specifically to the design of a culvert under the embankment, made in the conditions of permafrost on a periodically operating watercourse.
Известно водопропускное сооружение под насыпью, содержащее бетонную трубу с двумя расположенными один над другим каналами. При этом нижний канал (дополнительный) предназначен для пропуска грунтовой воды, способной образовать в верхнем канале (основном) наледь, и этот нижний канал может быть заполнен фильтрующим грунтом [1] или быть свободным [2].Known culvert under the embankment containing a concrete pipe with two channels located one above the other. At the same time, the lower channel (additional) is designed to pass ground water, which can form ice in the upper channel (mainly), and this lower channel can be filled with filtering soil [1] or be free [2].
Недостатком такого водопропускного сооружения являются высокие затраты на создание бетонной трубы, особенно в суровых климатических условиях и в отдаленных районах. При этом выполнение нижнего канала под днищем верхнего канала при многолетнемерзлых грунтах основания не технологично, а его близость к полости верхнего канала при отрицательных температурах воздуха может привести к промерзанию нижнего канала, что усложняет эксплуатацию водопропускного сооружения [3].The disadvantage of such a culvert is the high cost of creating a concrete pipe, especially in harsh climatic conditions and in remote areas. Moreover, the implementation of the lower channel under the bottom of the upper channel with permafrost soils of the base is not technologically advanced, and its proximity to the cavity of the upper channel at negative air temperatures can lead to freezing of the lower channel, which complicates the operation of the culvert [3].
Известно водопропускное сооружение под насыпью, водопропускная труба которого выполнена из металлических гофрированных листов и сопряжена посредством выполненных из несвязных грунтов подушки и обоймы с основанием и насыпью [4].Known culvert construction under the embankment, the culvert of which is made of corrugated metal sheets and paired with made from incoherent soil pillows and clips with the base and the embankment [4].
Недостатки такого водопропускного сооружения заключаются в следующем.The disadvantages of such a culvert are as follows.
1. Соединение металлических гофрированных листов между собой осуществляется обычно посредством болтов с образованием продольных и поперечных стыков. Выполнение таких стыков водонепроницаемыми оказалось трудноосуществимым и ненадежным, из-за чего оно не нашло широкого применения в практике. Поэтому для предотвращения вымывания грунта из подушки и обоймы водой, проникшей в них из водопропускной трубы через ее водопроницаемые стенки, а также водой, фильтрующей по подушке и обойме со стороны верхового (напорного) откоса насыпи, рекомендуется по концам конструкции водопропускного сооружения подушку перекрывать противофильтрационным элементом, выполненным из железобетона, бетона, цементогрунтовой или глинощебеночной смеси. Одновременно с этим предлагается предусматривать средства для предотвращения скопления воды в подушке [4, п.4.13] и [5, п.4.13].1. The connection of metal corrugated sheets with each other is usually carried out by means of bolts with the formation of longitudinal and transverse joints. The implementation of such joints waterproof was difficult to implement and unreliable, which is why it is not widely used in practice. Therefore, to prevent the soil from being washed out of the cushion and cage with water that has penetrated into them from the culvert through its permeable walls, as well as with water filtering along the cushion and cage from the side of the upper (pressure) slope of the embankment, it is recommended to cover the pillow with an anti-filter element at the ends of the culvert structure made of reinforced concrete, concrete, cement or clay mixture. At the same time, it is proposed to provide means to prevent the accumulation of water in the pillow [4, p. 4.13] and [5, p. 4.13].
Во-первых, надежно осуществить сопряжение такого противофильтрационного элемента непосредственно с многолетнемерзлыми грунтами экономически приемлемыми средствами не представляется возможным, что вызывает интенсивное размораживание многолетнемерзлых грунтов; во-вторых, перекрытие противофильтрационным элементом только подушки не исключает вынос фильтрационным потоком грунта из расположенной над ней обоймы и талой части насыпи. Все это в существенной мере снижает надежность водопропускного сооружения.Firstly, it is not possible to reliably couple such an anti-filtration element directly with permafrost soils by economically acceptable means, which causes intense thawing of permafrost soils; secondly, overlapping only the pillows with the anti-filtration element does not exclude the removal of soil from the holder and the thawed part of the embankment located above it. All this significantly reduces the reliability of the culvert.
2. После наступления отрицательных температур воздуха, в период между прекращением поверхностного стока и полным промерзанием русла периодически действующего водотока (далее: холодный период года), низкотемпературная грунтовая вода, проникшая в водопропускную трубу с верховой стороны через ее входной оголовок и с боков через ее водопроницаемые стенки, может образовать в водопропускной трубе наледь (далее: наледная вода). В водопропускную трубу через ее оголовок может проникнуть наледная вода подземного руслового стока водотока, а через ее водопроницаемые стенки - наледная вода, скопившаяся в теплое время года в подушке и обойме, что в существенной мере может снизить надежность работы водопропускного сооружения и усложнить его эксплуатацию.2. After the onset of negative air temperatures, between the termination of surface runoff and the freezing of the channel of a periodically operating watercourse (hereinafter: the cold season), low-temperature groundwater penetrating the culvert from the upper side through its inlet head and from its sides through its permeable walls, can form ice in the culvert (hereinafter: icy water). The icy water of the underground channel runoff of the watercourse can penetrate the culvert through its head, and the icy water accumulated in the cushion and cage during the warm season, which can significantly reduce the reliability of the culvert and complicate its operation, through its permeable walls.
Дополнительно, при промерзании подушки вследствие низких температур в полости водопропускной трубы в холодный период года, при отсутствии средств отвода воды из подушки насыщенный водой грунт подушки проявит пучинистые свойства, что может привести к ежегодному накоплению выпучивания водопропускной трубы со всеми вытекающими отсюда негативными инженерно-техническими и эксплуатационными последствиями.Additionally, when the pillow freezes due to low temperatures in the cavity of the culvert during the cold season, if there is no means of draining water from the cushion, the water-saturated soil of the cushion will exhibit heaving properties, which can lead to the annual accumulation of bulging of the culvert with all the negative engineering and technical consequences operational consequences.
Указанные недостатки явились основанием назначения ряда рекомендаций, сужающих область использования такого водопропускного сооружения и вносящих ограничения в ее конструкцию, а именно:These shortcomings were the basis for the appointment of a number of recommendations that narrow the scope of use of such a culvert and introduce restrictions on its design, namely:
- размеры отверстия труб в районах с расчетной минимальной температурой воздуха ниже минус 40°С должны быть не менее 1,5 метра [4, п.1.9], [5, п.1.8] и [6, п.4.4.4];- the dimensions of the pipe openings in areas with an estimated minimum air temperature below minus 40 ° C must be at least 1.5 meters [4, clause 1.9], [5, clause 1.8] and [6, clause 4.4.4];
- применение гофрированных труб с размерами отверстия менее 5 метров на водотоках при наличии наледеобразования не допускается [6, п.1.1.3];- the use of corrugated pipes with hole sizes less than 5 meters on streams in the presence of ice formation is not allowed [6, p.1.1.3];
- для труб, применяемых в районах с расчетной температурой воздуха ниже минус 40°С и вечной мерзлотой, минимальную толщину стенки следует принимать 2,5 мм [4, п.4.33] и 2,75 мм [5, п.4.32].- for pipes used in areas with an estimated air temperature below minus 40 ° C and permafrost, the minimum wall thickness should be taken 2.5 mm [4, clause 4.33] and 2.75 mm [5, clause 4.32].
В источниках [4], [5] и [6] последовательно уточняются и развиваются элементы конструкции водопропускного сооружения. Исходя из этого заявитель составил формулу изобретения без разделения первого пункта на ограничительную и отличительную часть.In the sources [4], [5] and [6], the structural elements of the culvert are specified and developed sequentially. Based on this, the applicant made the claims without dividing the first paragraph into a restrictive and distinctive part.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение надежности, расширение области использования и упрощение эксплуатации водопропускного сооружения.The problem to which the invention is directed, is to increase reliability, expand the field of use and simplify the operation of the culvert.
Технический результат от использования изобретения заключается:The technical result from the use of the invention is:
- в предотвращении оттаивания многолетнемерзлых грунтов основания и насыпи и выноса из них, а также из подушки и обоймы грунта фильтрационным потоком в теплый период года;- to prevent thawing of permafrost soils of the base and embankment and removal from them, as well as from the cushion and holder of soil, by the filtration flow in the warm season;
- в предотвращении проникновения наледной воды в водопропускную трубу через ее оголовок и водопроницаемые стенки в холодный период года;- to prevent the penetration of icy water into the culvert through its head and permeable walls in the cold season;
- в предотвращении скопления в подушке воды, способной при ее замерзании вызвать морозное выпучивание водопропускной трубы в холодный период года.- to prevent the accumulation of water in the pillow, which, when it freezes, can cause frosty bulging of the culvert in the cold season.
Задача решается, а технический результат достигается тем, что водопропускное сооружение под насыпью в условиях многолетнемерзлых грунтов на периодически действующем водотоке содержит водопропускную трубу (основную), выполненную из металлических гофрированных листов и посредством подушки и обоймы сопряженную с основанием и насыпью, и одну или более противоналедную трубу (дополнительную), которая расположена в подушке на расстоянии от водопропускной трубы, перфорирована в пределах центральной части насыпи и снабжена водоприемником, расположенным перед насыпью в фильтрующем водосборнике. Подушка и обойма выполнены из несвязных грунтов и снизу и с боков заключены до заданного уровня в общую для них водонепроницаемую мембрану, а вблизи низового откоса насыпи они до такого же уровня перегорожены диафрагмой (основной), выполненной из геотекстильного полотна и сопряженной с водонепроницаемой мембраной. Размеры отверстий в геотекстильном полотне обеспечивают сначала создание фильтрующей водой в грунте непосредственно перед геотекстильным полотном переходного слоя, в пределах которого поровое пространство в грунте кольматировано частицами несвязного грунта по принципу обратного фильтра, а затем создание перед этим переходным слоем противофильтрационного слоя, в пределах которого поровое пространство в грунте кольматировано частицами связного грунта.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that the culvert under the embankment in the conditions of permafrost soils on a periodically operating watercourse contains a culvert (main) made of corrugated metal sheets and, through a pillow and cage, connected to the base and the embankment, and one or more anti-skid pipe (optional), which is located in the cushion at a distance from the culvert, is perforated within the central part of the embankment and provided with a water intake, p memory location before the mound in the filter sump. The pillow and cage are made of incoherent soils and, from below and from the sides, are enclosed to a predetermined level in a common waterproof membrane for them, and near the bottom slope of the embankment they are blocked to the same level by a diaphragm (main) made of a geotextile fabric and paired with a waterproof membrane. The dimensions of the holes in the geotextile fabric first provide a filtering water in the soil immediately before the geotextile fabric of the transition layer, within which the pore space in the soil is clogged with particles of incoherent soil according to the inverse filter principle, and then the creation of an anti-filter layer in front of this transition layer, within which the pore space in the ground, it is collimated by particles of cohesive soil.
Кроме того, мембрана выполнена из полимерной пленки, заключенной в геотекстиль, а фильтрующий водосборник содержит фильтрующее геотекстильное полотно, которое накрывает сверху водоприемник противоналедной трубы. Вблизи верхового откоса насыпи подушка и обойма перегорожены до заданного уровня дополнительной диафрагмой, выполненной также из фильтрующего геотекстильного полотна и сопряженной с мембраной, а подушка сверху покрыта фильтрующим геотекстильным полотном и также сопряжена с мембраной.In addition, the membrane is made of a polymer film enclosed in geotextile, and the filtering sump contains a filtering geotextile fabric, which covers the top of the intake of the anti-icing pipe. Near the top slope of the embankment, the pillow and cage are blocked up to a predetermined level by an additional diaphragm made also of a filtering geotextile fabric and paired with a membrane, and the pillow is covered with a filtering geotextile fabric from above and is also paired with a membrane.
Подушка и фильтрующий водосборник выполнены в таломерзлом основании русла водотока.The pillow and filtering catchment are made in the thawed base of the channel of the watercourse.
Сущность технического решения заключается, прежде всего, в том, что, во-первых, подушка и обойма заключены в водонепроницаемую мембрану и вблизи низового откоса насыпи перегорожены диафрагмой, выполненной из геотекстильного полотна и качественно сопряженной с этой мембраной, что предотвращает интенсивное оттаивание многолетнемерзлых грунтов основания и насыпи на большую глубину и вынос грунта из подушки, обоймы и насыпи в теплый период года; во-вторых, водопропускное сооружение содержит противоналедную трубу, которая расположена в подушке на расстоянии от водопропускной трубы и по длине перфорирована, что в холодный период года предотвращает проникновение наледной воды в водопропускную трубу через ее оголовок и через ее водопроницаемые стенки и дополнительно обеспечивает слив из подушки воды, отжимаемой во время промерзания от водопропускной трубы.The essence of the technical solution consists, first of all, in that, firstly, the pillow and cage are enclosed in a waterproof membrane and near the bottom slope the embankments are blocked by a diaphragm made of a geotextile web and qualitatively interfaced with this membrane, which prevents intensive thawing of permafrost soils and embankments to great depths and removal of soil from the pillows, holders and embankments in the warm season; secondly, the culvert includes an anti-icing pipe, which is located in the cushion at a distance from the culvert and is perforated in length, which prevents the penetration of iced water into the culvert through its head and through its permeable walls in the cold season, and additionally provides drainage from the pillow water squeezed during freezing from a culvert.
Противоналедная труба наиболее эффективно работает в безнапорном режиме, как при пропуске грунтовой наледной воды в холодный период года, так и при пропуске через водопропускное сооружение поверхностного стока в теплый период года. Безнапорный режим в противоналедной трубе, при достаточной величине ее отверстия, обеспечивается тем, что поступление в нее воды поверхностного стока в существенной мере ограничивает геотекстильное полотно, покрывающее водоприемник, и такое же геотекстильное полотно дополнительной диафрагмы, перегораживающее подушку и обойму вблизи верхового откоса насыпи.The anti-icing pipe works most efficiently in a pressure free mode, both when passing icy ground water in the cold season, and when passing surface runoff through a culvert during the warm season. The non-pressure regime in the anti-icing pipe, with a sufficient size of its opening, is ensured by the fact that the inflow of surface runoff water to it substantially limits the geotextile fabric covering the water intake, and the same geotextile fabric of the additional diaphragm blocking the pillow and the clip near the top slope of the embankment.
Группа признаков, отнесенная к мембране и диафрагме, и группа признаков, отнесенная к противоналедной трубе, каждая может рассматриваться как самостоятельное изобретение. Однако в условиях многолетнемерзлых грунтов (вечная мерзлота) на периодически действующем водотоке практически всегда образуются наледи, поэтому эти два признака среды включены в наименование объекта. При этом мембрана с диафрагмой и противоналедная труба наиболее эффективно решают ранее указанную задачу при их совместной работе. Технический же результат от их совместной работы дополнительно заключается в том, что по противоналедной трубе, снабженной перфорацией, осуществляется отвод (слив) из подушки и обоймы воды, удерживаемой в них мембраной и диафрагмами. Эта вода, если ее не отвести, способна просочиться в водопропускную трубу через ее водопроницаемую стенку и образовать в холодный период года в водопропускной трубе наледь, а также вызвать морозное пучение грунта в подушке и в ее основании при их промерзании. Все это позволяет сделать вывод о соблюдении условия «Единство изобретения».The group of signs assigned to the membrane and the diaphragm, and the group of signs referred to the anti-icing tube, each can be considered as an independent invention. However, in the conditions of permafrost soils (permafrost) on a periodically operating watercourse, ice almost always forms, therefore these two environmental attributes are included in the name of the object. At the same time, the membrane with the diaphragm and the anti-icing tube most effectively solve the previously indicated problem when they work together. The technical result from their joint work additionally consists in the fact that along the anti-icing pipe equipped with perforation, drainage (discharge) from the pillow and the holder of water held by the membrane and diaphragms is carried out. If it is not diverted, this water can seep into the culvert through its permeable wall and form ice in the culvert during the cold season, and also cause frost heap in the pillow and at its base when they freeze. All this allows us to conclude that the condition "Unity of invention" is met.
Сравнение предложенного решения с другими известными техническими решениями показывает: во-первых, водонепроницаемая мембрана и диафрагма из геотекстильного полотна не встречаются в водопроводящих сооружениях под насыпью; во-вторых, противоналедная труба конструктивно выполнена по новым правилам, которые заключаются в том, что противоналедная труба расположена в подушке, удалена от полости водопропускной трубы, а ее функции за счет перфорации расширены - слив воды из подушки и обоймы. Именно эти новые материальные и функциональные признаки, причем в их совокупности, максимально обеспечивают в предложенном техническом решении новый технический результат. Все это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения, как критерию «Новизна» так и критерию «Изобретательский уровень».Comparison of the proposed solution with other known technical solutions shows: firstly, a waterproof membrane and a diaphragm made of geotextile fabric are not found in waterworks under the embankment; secondly, the anti-ice pipe is structurally implemented according to the new rules, which consist in the fact that the anti-ice pipe is located in the cushion, is removed from the cavity of the culvert, and its functions are expanded due to perforation - draining water from the cushion and cage. It is these new material and functional features, and in their totality, that maximally provide a new technical result in the proposed technical solution. All this allows us to conclude that the proposed technical solution, as the criterion of "Novelty" and the criterion of "Inventive step".
Изобретение иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-5:The invention is illustrated by the drawings shown in figures 1-5:
на фиг.1 изображено водопропускное сооружение, продольный разрез;figure 1 shows a culvert, a longitudinal section;
на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1;figure 2 is a section aa in figure 1;
на фиг.3 - участок водопропускной трубы, вид сбоку;figure 3 is a section of the culvert, side view;
на фиг.4 - противоналедное устройство, схема конструкции;figure 4 - anti-slip device, design diagram;
на фиг.5 - разрез Б-Б на фиг.1 (поперек диафрагмы).figure 5 is a section bB in figure 1 (across the diaphragm).
Водопропускное сооружение возведено на многолетнемерзлом основании 1 периодически действующего водотока 2 (далее: водоток) в прогале 3 насыпи 4, выполненной из местных грунтов и промерзающей при эксплуатации до многолетнемерзлого состояния (фиг.2). Водопропускное сооружение содержит водопропускную трубу 5, которая собрана из металлических гофрированных листов 6 (фиг.3) и посредством подушки 7 и обоймы 8 сопряжена с основанием 1 и насыпью 4. Водопропускное сооружение также содержит противоналедное устройство, состоящее из двух противоналедных труб 9. Эти трубы расположены в подушке 7 по одной сбоку от водопропускной трубы 5 на расстоянии 1,5-2,0 метра от нее, перфорированы в пределах центральной части насыпи (фиг.4) и снабжены общим водоприемником 10, расположенным перед насыпью 4 в фильтрующем водосборнике 11. Подушка 7 и обойма 8 и снизу и с боков заключены до заданного уровня 12 в общую водонепроницаемую мембрану 13, а вблизи низового откоса 14 насыпи 4 они до заданного уровня 12 перегорожены диафрагмой 15, выполненной из фильтрующего геотекстильного полотна и сопряженной с мембраной 13.The culvert was erected on a permafrost base 1 of a periodically operating watercourse 2 (hereinafter: watercourse) in the
Мембрана 13 выполнена из полимерной пленки 16, заключенной в геотекстиль 17. Мембрана 13 может быть выполнена на иной основе, например вместо полимерной пленки она может содержать слой бентонитовой глины. Заданный уровень 12 обычно равен расчетному уровню воды 18 перед насыпью 4 или несколько ниже его.The
Размеры водопроводящих отверстий (на фиг.5 не показаны) в фильтрующем геотекстильном полотне диафрагмы 15 обеспечивают в процессе фильтрации через него воды сначала создание в грунтах подушки 7 и обоймы 8 непосредственно перед геотекстильным полотном диафрагмы 15 переходного слоя 19 (фиг.5), а затем - создание перед этим переходным слоем 19 противофильтрационного слоя 20. В переходном слое 19 поровое пространство заполнено (кольматировано) частицами несвязного грунта по принципу обратного фильтра, а в противофильтрационном слое поровое пространство заполнено частицами связного грунта.The dimensions of the water holes (not shown in FIG. 5) in the filtering geotextile fabric of the
Фильтрующий водосборник 11 содержит фильтрующее геотекстильное полотно 21, которое накрывает сверху водоприемник 10 противоналедных труб 9. Вблизи верхового откоса 22 насыпи 4 и до расчетного уровня 18 перед ней подушка 7 и обойма 8 перегорожены дополнительной диафрагмой 23, выполненной также из фильтрующего геотекстильного полотна.The
В водопропускной трубе 5 соединение металлических гофрированных листов 6 осуществлено посредством болтов 24 (фиг.3) с образованием нахлесточных стыков продольных 25 и поперечных 26.In the
Водоприемник 10 выполнен в виде перфорированной трубы 27, расположенной поперек водотока 2 и гидравлически сообщенной с противоналедными трубами 9. При необходимости водоприемник 10 может содержать дополнительную перфорированную трубу 28 (на фиг.4 труба показана пунктиром), расположенную вдоль водотока 2. На свободных торцах труб 27 и 28 водоприемника 10 установлены заглушки 29, а перфорация этих труб 27 и 28, их заглушек 29 и противоналедных труб 9 выполнена в виде щелей 30, шириной, обычно, до 4 мм.The
Подушка 7 и фильтрующий водосборник 11 выполнены в таломерзлом слое 31 основания русла водотока 2.The
Подушка 7 выполнена из гравия крупностью 5-50 мм, обойма 8 - из песчано-гравийного, щебенисто-галечникового или дресвяно-гравийного, не содержащего обломков размером более 50 мм грунта. При необходимости (устанавливается в проекте расчетом по известным математическим формулам) подушка 7 покрывается фильтрующим геотекстильным полотном 32 (на фиг.2 показано пунктиром), сопряженным с мембраной 13 и предотвращающим перемещение мелких частиц грунта из обоймы в в подушку 7.The
В мембране 13 (геотекстиль 17), диафрагмах 15 и 23, фильтрующем водосборнике 11 (геотекстильное полотно 21) и покрытии подушки 7 (геотекстильное полотно 32) используется искусственное фильтрующее геотекстильное полотно типа «Дорнит», стеклоткань, стеклохолст и т.п.Membrane 13 (geotextile 17),
Строительство водопропускного сооружения ведется преимущественно в теплый период года и в пределах таломерзлого слоя 31 основания русла водотока 2, при этом используются известные строительные технологии. Обойма 8, при необходимости, армируется композитными материалами с геотекстилем и в обойме 8 могут быть установлены распорки, выполненные в виде объемных георешеток [4-7].The construction of the culvert is carried out mainly in the warm season and within the
На чертежах имеются и другие обозначения:In the drawings, there are other symbols:
33 и 34 - максимально высокое положение поверхности водонасыщения обоймы в случае работы противоналедных труб соответственно в напорном или в безнапорном режиме;33 and 34 - the highest position of the surface of the water saturation of the cage in the case of operation of anti-icing pipes, respectively, in pressure or in non-pressure mode;
35 - крепление габионами;35 - fastening with gabions;
36 - крепление камнем;36 - mount with a stone;
37 - максимальный уровень воды в водопропускной трубе;37 - maximum water level in the culvert;
38 - строительная берма.38 - construction berm.
Сооружение работает следующим образом.The construction works as follows.
В теплый период года расчетный поверхностный сток при уровне воды 18 перед насыпью 4 беспрепятственно пропускается по водопропускной трубе 5 и частично по противоналедным трубам 9. Одновременно с этим через водопроницаемые стенки водопропускной трубы 5 и фильтрующую подушку 7 происходит насыщение водой обоймы 8. При этом мембрана 13 предотвращает проникновение напорной воды в мерзлые грунты основания 1 и насыпи 4, что в существенной мере замедляет процесс оттаивания этих грунтов в теплый период года. Мембрана 13 не препятствует восстановлению мерзлоты в холодный период года, а диафрагма 15 предотвращает вынос грунтов из подушки 7 и обоймы 8.In the warm season, the estimated surface runoff at a water level of 18 in front of embankment 4 is freely passed through a
С наступлением холодного периода года перфорированные противоналедные трубы 9 обеспечивают пропуск грунтовой наледной воды в сосредоточенном виде и отвод воды из подушки 7 и обоймы 8, просочившейся в них из водопропускной трубы 5 в теплый период года, что предотвращает образование в водопропускной трубе наледи. Дополнительно, перфорированные противоналедные трубы 9 могут рассматриваться как «геокриологический» дренаж, предотвращающий образование криогенных (в том числе подъемного действия) нагрузок на водопропускную трубу 5.With the onset of the cold season, perforated
При работе в теплый период года противоналедных труб 9 в напорном режиме в обойме 8 устанавливается максимально высокое положение поверхности водонасыщения 33 - на фиг.2 эта поверхность показана пунктиром. Предпочтительным является постоянно безнапорный режим в противоналедных трубах 9, при котором они работают в дренирующем (водоприемном) режиме и при котором в обойме 8 устанавливается более низкое положение поверхности водонасыщения 34. Такой режим обеспечивается тем, что существенно ограничивается поступление сверху поверхностного стока 18 в водоприемник 10 за счет кольматации фунта перед геотекстильным полотном 21, а в подушку 7 - за счет кольматации грунта перед геотекстильным полотном дополнительной диафрагмы 23.When working in the warm season,
На возможность создания противофильтрационного слоя путем кольматации грунта перед геотекстильным полотном с верховой (напорной) стороны указано в [8], однако механизм и условия создания противофильтрационного слоя 20 в источнике не раскрыт. Поэтому для наглядности этот механизм представляем на следующем примере.The possibility of creating an antifiltration layer by mudding the soil in front of the geotextile web from the top (pressure) side is indicated in [8], however, the mechanism and conditions for creating the
Пусть исследованием установлена величина расчетного диаметра водопроводящего отверстия в геотекстильном полотне Do расч г=0,1 мм. После подъема уровня воды перед геотекстильным полотном создание переходного слоя 19 происходит по принципу обратного фильтра очень тонкими слоями (далее: микрослоями), размеры частиц несвязного грунта в которых последовательно уменьшаются по мере удаления микрослоя от геотекстильного полотна. При этом в первом (считая от геотекстильного полотна) микрослое содержатся частицы с минимальным диаметромLet the study establish the value of the estimated diameter of the water supply hole in the geotextile web D o calculation g = 0.1 mm After the water level rises in front of the geotextile web, the
dмин i=Do расч г=0,1 мм.d min i = D o calculation g = 0.1 mm
В каждом последующем i-м микрослое, используя известные формулы ВНИИГ [9, с.76], из условия непросыпаемости определяем минимальные диаметрыIn each subsequent i-th microlayer, using the well-known formulas of VNIIG [9, p. 76], from the condition of shedding, we determine the minimum diameters
dмин i=0,77Dо макс i-l d min i = 0.77 D about max il
где Dо макс i-l - максимальный диаметр фильтрационных пор в предыдущем i-l микрослое.where D о max il is the maximum diameter of the filtration pores in the previous il microlayer.
Максимальный диаметр фильтрационных пор в каждом i-м микрослое Dо макс i по формуле ВНИИГ [9]:The maximum diameter of the filtration pores in each i-th microlayer D about max i according to the formula of VNIIG [9]:
где для каждого микрослоя переходного слоя 18 с учетом особенностей его создания принимаем коэффициент разнозернистости грунта η=d60/d10=2, пористость n=0,4, диаметр частиц слоя 17%-ной обеспеченности d17=1,2dмин i.where, for each microlayer of the
Результаты расчета по микрослоям сведены в таблицу.The calculation results for microlayers are summarized in the table.
Из таблицы следует, что при переходе от одного микрослоя из несвязного грунта к другому их параметры dмин i и Dо макс i уменьшаются в 1/0,77×0,45=2,9 раза. Уже в 6-м микрослое присутствуют глинистые частицы с диаметром менее 0,001 мм. Такие частицы являются коллоидными и при наличии их в грунте около 2,5-3% и более они придают кольматанту, следовательно, и грунту в целом структурную прочность. Сумма диаметров dмин i пяти микрослоев около 0,15 мм. Несмотря на вынужденные допущения и условности, приведенные расчеты показывают, что суммарная толщина несвязных микрослоев, следовательно, и всего переходного слоя 19, покрывающего геотекстильное полотно, всегда менее 1 мм. При этом создание несвязных микрослоев переходного слоя 19 осуществляется преимущественно путем выноса из него фильтрационным потоком мелких частиц грунта и их перемещения через геотекстильное полотно. В дальнейшем осуществляется создание непосредственно перед переходным слоем 19 противофильтрационного слоя 20 путем заполнения (кольмататирования) порового пространства в грунте, прилегающем к геотекстильному полотну, коллоидными частицами связного грунта, перемещаемыми фильтрационным потоком.From the table it follows that when passing from one microlayer from incoherent soil to another, their parameters d min i and D о max i decrease by 1 / 0.77 × 0.45 = 2.9 times. Already in the 6th microlayer clay particles with a diameter of less than 0.001 mm are present. Such particles are colloidal and in the presence of about 2.5-3% or more of them in the soil, they give colmatant, and consequently, the soil as a whole has structural strength. The sum of the diameters d min i of the five microlayers is about 0.15 mm. Despite the forced assumptions and conventions, the above calculations show that the total thickness of the incoherent microlayers, and therefore, the
Изложенный механизм позволяет сформулировать условия, которые при определении (назначении) расчетного диаметра водопропускных отверстий в геотекстиле Do расч г каждого конструктивного элемента, необходимые для создания естественным путем сначала переходного слоя 19, а затем противофильтрационного слоя 20 в следующем виде:The mechanism described above allows us to formulate conditions that, when determining (designating) the estimated diameter of the culverts in the geotextile D o, the calculation of each structural element necessary to create in the natural way, first the
- во-первых, в прилегающем к геотекстильному полотну с верховой (напорной) стороны грунте, или, по меньшей мере, во взвешенном твердом стоке водотока должно быть достаточное количество мелких частиц, размеры которых обеспечивают создание слоев переходного 19 и противофильтрационного 20;- firstly, in the soil adjacent to the geotextile web from the top (pressure) side, or at least in a suspended solid runoff of the watercourse, there should be a sufficient number of small particles, the sizes of which provide the creation of layers of transitional 19 and
- во-вторых, размеры пор в грунте, прилегающем к геотекстильному полотну с верховой стороны, должны обеспечить возможность перемещения указанных мелких частиц к геотекстильному полотну;- secondly, the pore sizes in the soil adjacent to the geotextile fabric on the upper side should provide the ability to move these small particles to the geotextile fabric;
- в третьих, на каждой стадии создания переходного слоя 18 и противофильтрационного слоя 19 и по всей экранируемой рабочей площади геотекстильного полотна параметры фильтрационного потока должны обеспечить возможность перемещения к геотекстильному полотну необходимого количества мелких частиц требуемых размеров.- thirdly, at each stage of creating the
Выполнимость этих условий проверяется исследованием с использованием известных математических формул, а необходимость выполнения и их достаточность устанавливается проектом.The feasibility of these conditions is verified by research using well-known mathematical formulas, and the need for fulfillment and their sufficiency is established by the project.
Для геотекстильного полотна диафрагмы 15 (вблизи низового откоса) и геотекстильного полотна 32 (покрывает подушку) может оказаться достаточным выполнение только первого условия. Для геотекстильного полотна дополнительной диафрагмы 23 (вблизи верхового откоса) и геотекстильного полотна 21 (в фильтрующем водосборнике) предпочтительным является выполнение всех трех условий.For the geotextile web of the diaphragm 15 (near the bottom slope) and the geotextile web 32 (covers the pillow), only the first condition may be sufficient. For the geotextile web of the additional diaphragm 23 (near the uphill slope) and the geotextile web 21 (in the filter catchment), all three conditions are preferable.
В естественных условиях в теплый период года в русле водотока 2 грунт оттаивает обычно на глубину 2-3 метра и образует таломерзлый слой 31. Поэтому этот слой 31 не содержит включений льда, является качественным основанием и в нем несложно выполнить подушку 7 и фильтрующий водосборник 11.Under natural conditions, in the warm season, in the channel of
В холодный период года происходит постепенное прекращение стока грунтовых вод, а трубы 27 и 28 в водоприемнике 10 промерзают. При этом избыточная вода, в случае нахождения ее в этих трубах, выдавливается из них через щели 30. Одновременно с этим вокруг водопропускной трубы 5 происходит промерзание грунтов подушки 7 и обоймы 8. Однако это не является опасным, так как вода из них отжимается в перфорированные противоналедные трубы 9, которые расположены на расстоянии от водопропускной трубы 5 и которые, если и промерзают, то только в конце холодного периода года, когда они гарантированно находятся в опорожненном состоянии.In the cold season, the groundwater flow gradually stops, and
Предложенная конструкция водопропускного сооружения под насыпью обеспечивает сохранение многолетнемерзлых грунтов в их естественном состоянии, предотвращает образование наледи в водопропускной трубе и ее морозное выпучивание, что повышает надежность водопропускного сооружения, расширяет область использования и упрощает его эксплуатацию.The proposed design of the culvert under the embankment ensures the conservation of permafrost soils in their natural state, prevents the formation of ice in the culvert and its frosty bulging, which increases the reliability of the culvert, expands the area of use and simplifies its operation.
Источники информацииInformation sources
1. Водопропускные трубы для железных и автомобильных дорог при расчетной температуре -40°С и ниже, глубоком сезонном промерзании и наледях. Типовые конструкции 3.501-65: Прямоугольные бетонные трубы. Вып.III. Минтрансстрой, Главпроект, с.58-59.1. Culverts for railways and roads at an estimated temperature of -40 ° C and below, deep seasonal freezing and ice. Typical designs 3.501-65: Rectangular concrete pipes. Issue III. Ministry of Transport, Glavproekt, p. 58-59.
2. Руководство по проектированию, строительству и эксплуатации искусственных сооружений автомобильных дорог на водотоках с наледями. / Воронежский инж. строит, ин-т. - М.: Транспорт, 1989.2. Guidance on the design, construction and operation of artificial structures of roads on watercourses with ice. / Voronezh engineer. builds, in. - M .: Transport, 1989.
3. Авторское свидетельство СССР №1548311, кл. Е01F 5/00, опубл. 07.03.90.3. Copyright certificate of the USSR No. 1548311, cl.
4. Инструкция по проектированию и постройке металлических гофрированных водопропускных труб: ВСН 176-78. Минтрансстрой СССР. - М., 1979.4. Instructions for the design and construction of corrugated metal culverts: VSN 176-78. Ministry of Transport of the USSR. - M., 1979.
5. Методические рекомендации по применению металлических водопропускных гофрированных труб. / ОАО ЦНИИС. - М., 2001.5. Guidelines for the use of corrugated metal culverts. / TsNIIS OJSC. - M., 2001.
6. Методические рекомендации по применению металлических труб большого диаметра в условиях наледеобразования и многолетнемерзлых грунтов (для опытно-экспериментального строительства)/ФГУП «СоюздорНИИ». - М., 2003. Приняты и введены в действие распоряжением Министерства транспорта Российской Федерации от 25.08.2003.6. Guidelines for the use of large-diameter metal pipes in the conditions of icing and permafrost (for experimental construction) / FSUE SoyuzdorNII. - M., 2003. Adopted and enforced by order of the Ministry of Transport of the Russian Federation of 08.25.2003.
7. Патент Российской Федерации №2280124, кл. E01F 5/00, опубл. 20.07.2006.7. Patent of the Russian Federation No. 2280124, cl.
8. Патент Российской Федерации №2272095, кл. E01F 5/00, опубл. 20.03.2006.8. Patent of the Russian Federation No. 2272095, cl.
9. Гольдин А.Л., Рассказов Л.Н. Проектирование грунтовых плотин: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987.9. Goldin A.L., Rasskazov L.N. Design of soil dams: Textbook. manual for universities. - M .: Energoatomizdat, 1987.
ОбозначенияDesignations
1 - многолетнемерзлое основание (далее: основание),1 - permafrost base (hereinafter: base),
2 - периодически действующий водоток (далее: водоток),2 - periodically operating watercourse (hereinafter: watercourse),
3 - прогал,3 - failed
4 - насыпь,4 - embankment
5 - водопропускная труба,5 - culvert,
6 - металлические гофрированные листы,6 - metal corrugated sheets,
7 - подушка,7 - pillow,
8 - обойма,8 - clip
9 - противоналедная труба,9 - anti-icing pipe,
10 - водоприемник,10 - water intake,
11 - фильтрующий водосборник,11 - filtering catchment,
12 - заданный уровень (мембраны, диафрагмы),12 - set level (membranes, diaphragms),
13 - водонепроницаемая мембрана (то же: мембрана),13 - waterproof membrane (same: membrane),
14 - низовой откос (насыпи),14 - lower slope (embankment),
15 - диафрагма (вблизи низового откоса),15 - diaphragm (near the bottom slope),
16 - полимерная пленка,16 is a polymer film,
17 - геотекстиль (мембраны),17 - geotextiles (membranes),
18 - уровень воды (перед насыпью),18 - water level (before the embankment),
19 - переходный слой,19 - transition layer
20 - противофильтрационный слой,20 - antifiltration layer,
21 -геотекстильное полотно (фильтрующего водосборника),21 - geotextile cloth (filter catchment),
22 - верховой откос,22 - riding slope,
23 - дополнительная диафрагма (вблизи верхового откоса),23 - additional diaphragm (near the uphill slope),
24 - болты,24 - bolts
25 - продольный стык,25 - longitudinal joint
26 - поперечный стык,26 - transverse joint
27 - перфорированная труба (водоприемника),27 - perforated pipe (water intake),
28 - дополнительная перфорированная труба (водоприемника),28 - additional perforated pipe (water intake),
29 - заглушка,29 is a stub
30 - щели,30 - slots
31 - таломерзлый слой (слой сезонного оттаивания-замерзания),31 - thawed layer (layer of seasonal thawing-freezing),
32 - геотекстильное полотно,32 - geotextile fabric,
33 и 34 - максимально высокое положение поверхности водонасыщения обоймы в случае работы противоналедной трубы соответственно в напорном или в безнапорном режиме,33 and 34 - the highest position of the surface of the water saturation of the cage in the case of the anti-icing pipe, respectively, in pressure or in non-pressure mode,
35 - крепление габионами,35 - mount gabions,
36 - крепление камнем,36 - stone mount
37 - максимальный уровень воды в водопропускной трубе,37 - maximum water level in the culvert,
38 - строительная берма (в прогале).38 - construction berm (in the gap).
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008104274/03A RU2370590C1 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008104274/03A RU2370590C1 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008104274A RU2008104274A (en) | 2009-08-10 |
RU2370590C1 true RU2370590C1 (en) | 2009-10-20 |
Family
ID=41049167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008104274/03A RU2370590C1 (en) | 2008-02-04 | 2008-02-04 | Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2370590C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106087783A (en) * | 2016-06-03 | 2016-11-09 | 重庆交通大学 | A kind of mud-rock flow district U-shaped culvert hydraulic fracture sizing method |
RU167991U1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск | Culvert on a heaving motor road |
RU194019U1 (en) * | 2019-06-19 | 2019-11-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Filter culvert |
-
2008
- 2008-02-04 RU RU2008104274/03A patent/RU2370590C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
САЛАМАХИН П.М. Мосты и сооружения на дорогах. - М.: Транспорт, 1991, с.192-196. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106087783A (en) * | 2016-06-03 | 2016-11-09 | 重庆交通大学 | A kind of mud-rock flow district U-shaped culvert hydraulic fracture sizing method |
CN106087783B (en) * | 2016-06-03 | 2018-08-21 | 重庆交通大学 | A kind of U-shaped culvert hydraulic fracture sizing method in mud-rock flow area |
RU167991U1 (en) * | 2016-08-11 | 2017-01-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) г. Новосибирск | Culvert on a heaving motor road |
RU194019U1 (en) * | 2019-06-19 | 2019-11-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Filter culvert |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008104274A (en) | 2009-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10577770B2 (en) | Self-starting negative pressure drainage system for draining groundwater in slope and construction method thereof | |
KR101239369B1 (en) | Slope ditch for preventing erosion, the system for preventing erosion using the same, and the concreting method therefor | |
CN208088277U (en) | A kind of roadcut soil slope multi-functional lobby water-bound | |
CN207553039U (en) | The replacing structure destroyed for Frozen Area winter without ice sheet canal for water conveyance anti-freeze expansion | |
JP2009127359A (en) | Drainage structure of gutter | |
RU2370590C1 (en) | Culvert under embankment in permafrost soils at periodically operating waterway | |
RU2618108C2 (en) | Drainage system on permafrost soils | |
CN207228292U (en) | One kind omits water system in printing slowly after first catchmenting | |
CN112681046B (en) | Airport roadbed drainage structure | |
CN106638200B (en) | A subgrade antifreeze and interception and drainage facility and construction method suitable for seasonal frozen land areas | |
CN102877543B (en) | Heat-preservation blind trench facility applicable to multi-year permafrost region and construction method | |
JPH11229450A (en) | Water reservation method | |
CN206457915U (en) | A kind of high osmosis concave herbaceous field | |
RU2381327C1 (en) | Culvert under banked earth in conditions of permanently frozen grounds in periodic water course | |
CN216515649U (en) | Expansive soil or freeze thawing frozen expansive soil slope protection structure | |
RU2768715C1 (en) | Earth dam drainage system | |
CN214363925U (en) | Cut water seepage ditch system | |
RU2375519C1 (en) | Culvert in conditions of permanently frozen soils on periodic water course | |
CN108411893A (en) | A kind of frost damage prevention water seepage mechanism and its construction method | |
RU2418134C1 (en) | Water-engineering system at watercourse of seasonal action under conditions of permafrost soils, cooling unit and method to operate water-engineering system | |
CN114319222A (en) | An adjustable underground curtain suitable for coastal underground reservoir and its construction method | |
CN107558587A (en) | One kind omits water system in printing slowly after first catchmenting | |
CN209873822U (en) | Cutting slope slobbering ice protective structure | |
JP2006274655A (en) | Drain structure of banking levee body and its construction method | |
CN208183720U (en) | A kind of frost damage prevention water seepage mechanism |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100205 |