RU2647517C1 - Method for erecting embankment from substandard soils on permafrost - Google Patents
Method for erecting embankment from substandard soils on permafrost Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647517C1 RU2647517C1 RU2016130643A RU2016130643A RU2647517C1 RU 2647517 C1 RU2647517 C1 RU 2647517C1 RU 2016130643 A RU2016130643 A RU 2016130643A RU 2016130643 A RU2016130643 A RU 2016130643A RU 2647517 C1 RU2647517 C1 RU 2647517C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- soil
- embankment
- permafrost
- layer
- layers
- Prior art date
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 145
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000010257 thawing Methods 0.000 claims abstract description 45
- 238000010792 warming Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000005056 compaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000007710 freezing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008014 freezing Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000004927 clay Substances 0.000 claims description 47
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 17
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000010802 sludge Substances 0.000 claims description 8
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 61
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 82
- 238000013461 design Methods 0.000 description 23
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 19
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 11
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 11
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 11
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 5
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 5
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 5
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 4
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 3
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000012669 compression test Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 2
- 238000009705 shock consolidation Methods 0.000 description 2
- 206010001052 Acute respiratory distress syndrome Diseases 0.000 description 1
- 208000001034 Frostbite Diseases 0.000 description 1
- 241001609370 Puschkinia scilloides Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 201000000028 adult respiratory distress syndrome Diseases 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000009514 concussion Effects 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000010410 dusting Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000004746 geotextile Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 238000012857 repacking Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 230000035899 viability Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- E02D17/18—Making embankments, e.g. dikes, dams
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Road Paving Structures (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области транспортного строительства в районах распространения вечной мерзлоты. Преимущественно предназначено для строительства дорожных насыпей на неустойчивой, вечной мерзлоте (с учетом происходящего глобального потепления климата).The invention relates to the field of transport construction in areas of permafrost. It is mainly intended for the construction of road embankments on unstable permafrost (taking into account the ongoing global climate warming).
Известен способ (первый принцип проектирования) сооружения дорожных насыпей на участках залегания вечномерзлых грунтов [СП 34.13330.2012 п. 7.50; п. 7.52 и ВСН 84-89 п. 3.9; п. 3.11], при котором высоту насыпи назначают из условия обеспечения искусственного поднятия естественного, природного верхнего горизонта вечномерзлых грунтов (ВГВМГ) не ниже подошвы насыпи. С последующей, сохранностью его на этом уровне, в течение всего периода эксплуатации дороги.A known method (the first design principle) of the construction of road embankments in the areas of permafrost [SP 34.13330.2012 p. 7.50; p. 7.52 and BCH 84-89 p. 3.9; paragraph 3.11], in which the height of the embankment is prescribed from the condition of ensuring the artificial raising of the natural, natural upper horizon of permafrost soils (VGVMG) not lower than the bottom of the embankment. With its subsequent safety at this level, during the entire period of operation of the road.
Недостатком данного способа является то, что он не предназначен (и не учитывает в своих теплотехнических номограммах) для применения в условиях глобального потепления. Данное потепление в районах севера РФ уже сейчас сопровождается, значительным (на 3-5°C) повышением среднегодовых температур воздуха (преимущественно зимних), и увеличением количества (на 10-20%) выпадающих теплых осадков. Дополнительные дождевые осадки, а так же более раннее и интенсивное таяние снега, вызывают внерасчетное подтопление. Происходит затекание теплой воды в нижнюю часть насыпи, преимущественно отсыпаемую из водопроницаемых (скальных, крупнообломочных, дресвяно-песчаных) грунтов, а так же конденсация водяных паров (с выделением 539 калорий тепла от 1 грамма сконденсировавшейся воды). Эти факторы, отепляют мерзлое основание насыпей от 1,5 до 4,5°C. В совокупности с внерасчетным потеплением, все это приводит к началу оттаивания мерзлого основания с длительной потерей устойчивости дорожными насыпями. Дополнительными недостатками данного способа является необходимость сооружения по нему дорожных насыпей повышенной высоты и преимущественно, из нормативно рекомендуемых при строительстве, как правило, дефицитных (и дорогостоящих) скальных, крупнообломочных и песчаных дренирующих грунтов. Это удлиняет сроки строительства, затрудняет (из-за дальности доставки и частой сложности разработки) и удорожает его. При этом долговременная тепловая (мерзлотная) и соответственно общая устойчивость мерзлого основания с дорожными насыпями так и не обеспечивается.The disadvantage of this method is that it is not intended (and does not take into account in its heat engineering nomograms) for use in global warming. This warming in the regions of the north of the Russian Federation is now accompanied by a significant (3-5 ° C) increase in average annual air temperatures (mainly winter), and an increase in the amount (by 10-20%) of warm precipitation. Additional rainfall, as well as earlier and more intense melting of snow, cause off-design flooding. Warm water flows into the lower part of the embankment, mainly covered with water-permeable (rocky, coarse-grained, wood-sandy) soils, as well as condensation of water vapor (with the release of 539 calories of heat from 1 gram of condensed water). These factors heat the frozen base of the embankments from 1.5 to 4.5 ° C. Together with extra-calculated warming, all this leads to the beginning of thawing of the frozen base with a long-term loss of stability of road embankments. Additional disadvantages of this method is the need for the construction of road embankments of increased height and mainly from the normatively recommended during construction, as a rule, scarce (and expensive) rocky, coarse and sandy draining soils. This lengthens the construction time, makes it difficult (due to the range of delivery and the frequent complexity of development) and makes it more expensive. At the same time, long-term thermal (permafrost) and, accordingly, the general stability of the frozen base with road embankments is not provided.
Известен также способ (третий принцип проектирования) сооружения земляного полотна, преимущественно на участках распространения прерывистой и островной высокотемпературной (неустойчивой) вечной мерзлоты [СП 34.13330.2012 п. 7.50]. По данному способу, предварительно, оттаивают вечномерзлые грунты в основании насыпи и осушают дорожную полосу до возведения дорожной насыпи.There is also known a method (third design principle) of the construction of the subgrade, mainly in areas of the distribution of intermittent and island high-temperature (unstable) permafrost [SP 34.13330.2012 p. 7.50]. According to this method, the permafrost soils at the base of the embankment are thawed first and the road lane is drained before the construction of the embankment.
Недостатками данного способа, являются его длительность и ограниченная применимость (в основном около южной границы Iз - южной подзоны вечной мерзлоты с прерывистой и островной вечной мерзлотой, незначительной, преимущественно до 2,0-2,5 м, мощности). При этом возникают проблемы с обеспечением осушения и уплотнения оттаявшего и, как правило, переувлажненного слабого основания. Это требует осуществления дополнительных специальных мероприятий и длительного консолидационного периода, с наличием пороговых нагрузок в основаниях насыпей. Последнее осуществимо в основном для высоких насыпей. Все это, ограничивает применение данного способа и удлиняет сроки строительства.The disadvantages of this method are its duration and limited applicability (mainly near the southern border I z - the southern permafrost subzone with intermittent and island permafrost, insignificant, mainly up to 2.0-2.5 m, thickness). In this case, problems arise with the provision of drainage and compaction of the thawed and, as a rule, waterlogged weak base. This requires the implementation of additional special measures and a long consolidation period, with the presence of threshold loads in the bases of the embankments. The latter is feasible mainly for high embankments. All this limits the application of this method and lengthens the construction time.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу, является способ (второй, основной, принцип проектирования) [СП 34.13330.2012 п. 7.49, п. 7.50 и п. 7.53 и ВСН 84-89 п. 3.9 и п. 3.12]. Он допускает частичное оттаивание грунта деятельного слоя в основании дорожной насыпи, в период эксплуатации, с ограничением эксплуатационной осадки допустимыми пределами (в зависимости от типа дорожной одежды и стадийности ее устройства).The closest in technical essence to the proposed method is the method (second, basic, design principle) [SP 34.13330.2012 p. 7.49, p. 7.50 and p. 7.53 and BCH 84-89 p. 3.9 and p. 3.12]. It allows partial thawing of the soil of the active layer at the base of the road embankment during operation, with limited operational rainfall to acceptable limits (depending on the type of pavement and the staging of its structure).
Недостатками известного способа (прототипа), являются все вышеприведенные недостатки первого способа (принципа проектирования) и он так же не предназначен для применения в условиях глобального потепления. Это приводит к последующей массовой (насыпи ж/д БАМ, а/д «Амур» /Чита-Хабаровск/, «Лена», «Вилюй», «Колыма» и др.) и долговременной потере устойчивости, построенных по нему на вечной мерзлоте дорожных насыпей. Недостатком данного способа так же является ограниченная допустимость использования по нему, для отсыпки в насыпь, дающих значительную осадку, местных, временно некондиционных (переувлажненных и/или мерзлых), глинистых и др. грунтов, что резко сдерживает темпы и ухудшает экологичность (и соответственно экономичность) строительства. Это связано с недопущением в данном способе превышения пределов допустимой (нормативной) эксплуатационной осадки (назначаемой, по типу д/о и др.). При этом величина эксплуатационной осадки почти полностью используется (расходуется) при расчете допустимой глубины оттаивания (по нормативно допускаемой величине осадки) уплотняющегося деятельного (сезоннооттаиваивающего) слоя в основании насыпи. Дополнительным серьезным недостатком данного способа, является повышенное затекание дождевых, паводковых и др. теплых вод в образующуюся, при данном способе, в мерзлом основании, осадочную чашу. Особенно при отсыпке нижней части насыпи из дренирующих грунтов. Затекание теплых вод в основание насыпи на мерзлоте, при этом сопровождается массовым развитием термокарста, с долговременной потерей мерзлотной и общей устойчивости дорожными насыпями. [СП 34.13330.2012 п. 7.53 табл. 7.6].The disadvantages of the known method (prototype) are all the above disadvantages of the first method (design principle) and it is also not intended for use in global warming. This leads to the subsequent mass (embankment of the BAM railway, the Amur railway station / Chita-Khabarovsk /, Lena, Vilyuy, Kolyma, etc.) and the long-term loss of stability built on it on permafrost road embankments. The disadvantage of this method is the limited permissibility of using it, for filling in the embankment, giving a significant draft, of local, temporarily substandard (waterlogged and / or frozen), clay and other soils, which sharply slows down the pace and degrades environmental friendliness (and therefore economy ) construction. This is due to the prevention in this method of exceeding the limits of permissible (normative) operational precipitation (assigned, by type of d / o, etc.). At the same time, the value of operational sludge is almost completely used (consumed) when calculating the permissible thawing depth (according to the normatively permissible amount of sludge) of the compacting active (seasonally thawing) layer at the base of the embankment. An additional serious drawback of this method is the increased leakage of rain, flood and other warm waters into the sedimentary bowl formed, with this method, in a frozen base. Especially when filling the bottom of the embankment from draining soils. The flow of warm water into the base of the embankment on permafrost is accompanied by the massive development of thermokarst, with the long-term loss of permafrost and general stability of road embankments. [SP 34.13330.2012 p. 7.53 tab. 7.6].
Задачей (целью) изобретения является: Повышение темпов и экологичности (экономичности) строительства дорожных насыпей на вечной мерзлоте (составляющей 65% территории РФ) с усилением их мерзлотной (и общей) устойчивости в условиях происходящего глобального потепления климата.The objective (goal) of the invention is: Increasing the pace and environmental friendliness (economy) of the construction of road embankments on permafrost (constituting 65% of the territory of the Russian Federation) with increasing their permafrost (and general) stability in the context of the ongoing global climate warming.
Достигается это тем, что в способе возведения дорожной насыпи на вечной мерзлоте, включающем допущение оттаивания грунта деятельного слоя в основании насыпи (с запасом на осадку) в период эксплуатации, согласно изобретению в нижнюю часть насыпи укладывают слабоводопроницаемый грунт слоем толщиной, определяемой из соотношения:This is achieved by the fact that in the method of erecting a road embankment on permafrost, including the assumption of thawing of the soil of the active layer at the base of the embankment (with a margin for sediment) during operation, according to the invention, a low-permeable soil is laid in the lower part of the embankment with a layer thickness determined from the ratio:
где Нпр и Нот - глубина промерзания и оттаивания насыпи и деятельного слоя основания (с влажностью первично нестабильных слоев грунта, при коэффициенте уплотнения 0,90), м.where N pr and N from - the depth of freezing and thawing of the embankment and the active layer of the base (with humidity of the initially unstable soil layers, with a compaction coefficient of 0.90), m
при этом, первично нестабильный слой, в нижней части насыпи, устраивают из временно некондиционного (переувлажненного и/или мерзлого) грунта, преимущественно, с использованием армирующих прослоек (из геосинтетиков, геомембран, геокомпозитов и др.), и при армировании соблюдают условие:at the same time, the initially unstable layer in the lower part of the embankment is arranged from temporarily substandard (waterlogged and / or frozen) soil, mainly using reinforcing layers (from geosynthetics, geomembranes, geocomposites, etc.), and when reinforcing, the following condition is met:
где Sдоп и S - допустимая (по нормативам) осадка и осадка нестабильного слоя (переувлажненного и/или оттаявшего мерзлого) грунта под заданной нагрузкой, м;where S add and S - permissible (by standards) sludge and sludge of an unstable layer (waterlogged and / or thawed frozen) soil under a given load, m;
- коэффициент армирования; | - reinforcement coefficient; |
где Е и Еа - модули деформации нестабильного грунтового слоя до армирования и после армирования, МПаwhere E and E a are the deformation modulus of the unstable soil layer before reinforcement and after reinforcement, MPa
после этого, отсыпают (на оттаявший переувлажненный грунт надвигают «с головы») и уплотняют верхний, стабильный (рабочий) слой из кондиционного или дренирующего грунта, а затем ускоренно консолидируют нестабильные слои динамическим воздействием движения транспортного потока.after that they pour it (they push it “from the head” onto the thawed overmoistened soil) and compact the upper, stable (working) layer from the conditioned or draining soil, and then the unstable layers are accelerated to consolidate by the dynamic effect of the traffic flow.
При этом, в качестве слабоводопроницаемых, некондиционных, преимущественно используют местные глинистые грунты, а глубину оттаивания и промерзания насыпи вместе с деятельным слоем мерзлого основания определяют по формулам:Moreover, local clay soils are mainly used as poorly permeable, substandard, and the depth of thawing and freezing of the embankment together with the active layer of the frozen base is determined by the formulas:
где - продолжительность годового периода с плюсовыми температурами воздуха, час;Where - the duration of the annual period with plus air temperatures, hours;
Lν - количество скрытой теплоты фазовых переходов влаги в 1 м3, кДж/м3 или ккал/м3,L ν is the amount of latent heat of the phase transitions of moisture in 1 m 3 , kJ / m 3 or kcal / m 3 ,
, ,
где Lo - скрытая теплота льдообразования (равная 334 кДж/кг или 80ккал/кг);where L o is the latent heat of ice formation (equal to 334 kJ / kg or 80 kcal / kg);
ρ - плотность грунта, кг/м3;ρ is the density of the soil, kg / m 3 ;
ρd - плотность сухого грунта, кг/м3;ρ d is the density of dry soil, kg / m 3 ;
Ww - содержание незамерзшей воды;W w - unfrozen water content;
- суммарная влажность грунта, дол. ед.; - total soil moisture, dol. units;
Суммарная влажность грунтов при коэффициенте уплотнения 0,90 ориентировочно составляет:Total soil moisture at a compaction factor of 0.90, approximately:
- супесь песчанистая и пылеватая - ;- sandy and silty sandy loam - ;
- суглинок легкий песчанистый и пылеватый - ;- light sandy and silty loam - ;
- суглинок тяжелый песчанистый и пылеватый, глина - ,- heavy sandy and silty loam, clay - ,
где - оптимальная влажность грунта;Where - optimum soil moisture;
λmi - коэффициент теплопроводности грунта в талом состоянии, Вт/(м⋅°С) или ккал/(м⋅час⋅°С);λ mi is the coefficient of thermal conductivity of the soil in a thawed state, W / (m⋅ ° С) or kcal / (m⋅h⋅⋅ ° C);
Тmax - среднемесячная температура воздуха за самый теплый (июль) летний месяц (с учетом опытных температурных поправок), °C;Т max - average monthly air temperature for the warmest (July) summer month (taking into account experimental temperature corrections), ° C;
Сmi - объемная теплоемкость талого грунта, кДж/(м3⋅°С) или ккал/(м3⋅°С);С mi - volumetric heat capacity of thawed soil, kJ / (m 3 ⋅ ° С) or kcal / (m 3 ⋅ ° С);
где - средневзвешенный коэффициент теплопроводности слоев многослойной конструкции (дорожная одежда, слои насыпи и основания) в мерзлом состоянии, Вт/(м⋅°С) или ккал/(м⋅час⋅°С);Where - weighted average coefficient of thermal conductivity of layers of a multilayer structure (pavement, layers of the embankment and base) in the frozen state, W / (m⋅ ° С) or kcal / (m⋅h⋅⋅ ° C);
λ1,λ2,…,λn - коэффициенты теплопроводности слоев в мерзлом состоянии, Вт/(м⋅°С) или ккал/(м⋅час⋅°С);λ 1 , λ 2 , ..., λ n are the coefficients of thermal conductivity of the layers in the frozen state, W / (m⋅ ° С) or kcal / (m⋅h⋅ ° С);
Тз - средняя температура воздуха за период с отрицательными температурами воздуха (с учетом прогнозного зимнего потепления климата на 3-5°С на северных территориях РФ и опытных поправок), °С;T s - average air temperature for a period with negative air temperatures (taking into account the predicted winter climate warming by 3-5 ° C in the northern territories of the Russian Federation and experimental amendments), ° C;
τз - продолжительность годового периода с отрицательными температурами воздуха, час;τ s - the duration of the annual period with negative air temperatures, hour;
Hот - глубина оттаивания многослойной конструкции, м;H from - the depth of thawing of a multilayer structure, m;
- объемная теплоемкость слоев в мерзлом состоянии, кДж/(м3⋅°С) или ккал/(м3⋅°С). - volumetric heat capacity of the layers in the frozen state, kJ / (m 3 ⋅ ° С) or kcal / (m 3 ⋅ ° С).
Предлагаемый способ возведения дорожных насыпей на вечной мерзлоте отличается от аналогов, прототипа и др. тем, что расширенное и непосредственное, использование при строительстве некондиционных местных (переувлажненных и/или мерзлых) грунтов, а так же повышенную тепловую (мерзлотную) и общую устойчивость дорожной насыпи на вечномерзлом основании в нем обеспечивают следующим:The proposed method for the construction of road embankments on permafrost differs from analogues, prototype, etc. in that it is expanded and direct, the use in the construction of substandard local (waterlogged and / or frozen) soils, as well as increased thermal (permafrost) and general stability of the road embankment on an permafrost basis in it provide the following:
- В заявляемом способе, впервые в мерзлотном дорожном строительстве, предлагается использовать естественно-природные условия возникновения и сохранения природной вечной мерзлоты, теперь и для основания дорожной насыпи. В мерзлотоведении это формулируется следующим образом: тепловое состояние массива вечномерзлого грунта (а для насыпи - ее мерзлого основания) устойчиво, если оттаивающий летом (деятельный) слой грунта полностью промерзает зимой (т.е. Нпр/Нот≥1,0). При этом, по обобщенным данным многолетних мерзлотных наблюдений и исследований проф. В.А. Кудрявцевым и др. (кафедра мерзлотоведения МГУ) установлено, что исходя из имеющейся межгодовой изменчивости сезонного оттаивания и др., для обеспечения стабильного существования вечной мерзлоты, глубина сезонного промерзания должна быть, в среднем, на 20-30% больше глубины оттаивания. [Шур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мерзлых пород и термокарст. - Новосибирск «Наука», 1988 г. - стр. 33.]. Этим так же учитывается и постоянное (круглогодичное) отепляющее воздействие снизу на вечную мерзлоту геотермального теплового потока (в среднем равного 0,046 Вт/м2) из горячих недр Земли. Данный тепловой поток представляет опасность для обширных территорий с неустойчивой мерзлотой, образующихся в результате глобального потепления, и не учитывается в аналогах и прототипе.- In the inventive method, for the first time in permafrost road construction, it is proposed to use the natural conditions for the emergence and preservation of natural permafrost, now for the foundation of the road embankment. In permafrost science, this is formulated as follows: the thermal state of the permafrost mass (and for the embankment - its frozen base) is stable if the soil layer thawing in summer (active) completely freezes in winter (i.e., N pr / N from ≥1.0). Moreover, according to the generalized data of long-term permafrost observations and studies of prof. V.A. Kudryavtsev et al. (Permafrost department of Moscow State University) established that, based on the existing interannual variability of seasonal thawing, etc., to ensure the stable existence of permafrost, the depth of seasonal freezing should be, on average, 20-30% more than the thawing depth. [Shur Yu.L. The upper horizon of the thickness of frozen rocks and thermokarst. - Novosibirsk “Science”, 1988 - p. 33.]. This also takes into account the constant (year-round) warming effect from below on the permafrost of the geothermal heat flux (on average equal to 0.046 W / m 2 ) from the hot bowels of the Earth. This heat flow is dangerous for large areas with unstable permafrost, resulting from global warming, and is not taken into account in analogues and prototype.
Необходимое, обобщенное условие природного обеспечения сохранности вечной мерзлоты в основании насыпи на мерзлоте, может быть представлено как:A necessary, generalized condition for the natural provision of permafrost preservation at the base of the permafrost embankment can be represented as:
При нарушении нижнего предела данного соотношения, мерзлота перестает образовываться и начинает деградировать (оттаивать). Превышение же верхнего предела, природно (а значит и экологически) уже избыточно, и приводит к выполнению (обеспечению) дополнительных технических охлаждающих мероприятии. Это удлиняет сроки строительства (снижая его темпы) и удорожает его, требуя больших затрат ресурсов, что технически, экономически и экологически не целесообразно. Как отмечалось Ньютоном: «Сама Природа ничего не делает напрасно и не достигает с помощью многого того, что может быть достигнуто с помощью немногого».If the lower limit of this ratio is violated, permafrost ceases to form and begins to degrade (thaw). Exceeding the upper limit is naturally (and therefore environmentally) excessive, and leads to the implementation (provision) of additional technical cooling measures. This lengthens the construction time (reducing its pace) and increases its cost, requiring large expenditures of resources, which is technically, economically and environmentally unfeasible. As Newton noted: "Nature herself does nothing in vain and does not achieve with the help of much that can be achieved with the help of little."
Данное оптимизированное природное условие, позволяет, с привлечением дополнительных, естественно-природные охлаждающих механизмов (эффектов), обеспечивать необходимое усиление устойчивости мерзлоты в основаниях дорожных насыпей. В результате повышается степень динамизации (приспособляемости) системы «насыпь-мерзлота» к естественно-природным условиям, что наиболее экологично и экономично.This optimized natural condition allows, with the involvement of additional, naturally-occurring cooling mechanisms (effects), to provide the necessary increase in permafrost stability in the foundations of road embankments. As a result, the degree of dynamization (adaptability) of the “embankment-permafrost” system increases to natural conditions, which is the most environmentally friendly and economical.
Использованием слабоводопроницаемого глинистого грунта с регулированием толщины укладываемого из него нижнего слой насыпи, обеспечиваются следующие природные, охлаждающие эффекты: теплодиодный, капилляро-испарительный, анти теплофилътрационный, анти конденсатный и др. Это позволяет затем самими природными силами регулировать в мерзлом основании насыпи его необходимое и достаточное охлаждение. При этом, в теплотехнических расчетах заявляемого способа, влажность глинистого грунта, независимо от его влажности при строительной укладке, принимается при коэффициенте уплотнения 0,90. Последнее, по имеющимся мерзлотным наблюдениям в дорожных насыпях, наиболее соответствует последующей долговременной эксплуатационной влажности. Расчетным регулированием толщины верхнего слоя совместно с подбором необходимого коэффициента армирования (для соблюдения условия - 2 данного способа, по допустимой эксплуатационное осадке), одновременно обеспечивают непосредственное применение (без предварительного осушения и/или оттайки) местных, временно не кондиционных (переувлажненных и/или мерзлых) грунтов, дающих значительную осадку, для отсыпки нижнего слоя. Другими известными способами, быстро и в больших объемах (массово) осушить и одновременно уплотнить глинистые грунты на вечной мерзлоте, для нужд дорожного строительства, не удается. В теплотехнических формулах и расчетах предлагаемого способа, при регулировании и назначении толщины нижнего грунтового слоя, учитываются значимые (из опытных данных) поправки на теплодиодный, капилляро-испарительный, антитеплофильтрационный и антиконденсационный охлаждающие эффекты (не учитываемые в других способах). Усредненные величины данных поправок (определенных по натурным наблюдениям и замерам) приведены в разработанных авторами ОДМ «Методические рекомендации по геокриологическому прогнозированию устойчивости дорожных сооружений при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог» Росавтодор, 2016 (табл. 6.2 Естественные факторы, действующие на усиление или деградацию вечной мерзлоты и ориентировочная степень их воздействия). Использование работы самих природных механизмов в технических системах является экологичным, экономичным, и наиболее эксплуатационно надежно. Базовые законы экологии гласят: «Природа - знает лучше», «Все природное - экономично» [Евгеньев И.Е., Каримов Б.Б. Автомобильные дороги в окружающей среде. - М.: «Трансдорнаука», 1977 г. - 285 с.].The use of weakly permeable clay soil with regulation of the thickness of the lower layer of the embankment laid from it provides the following natural, cooling effects: thermodiode, capillary-evaporation, anti-heat-filtration, anti-condensate, etc. This then allows the natural forces to regulate its necessary and sufficient in the frozen base of the embankment cooling. Moreover, in the heat engineering calculations of the proposed method, the moisture content of clay soil, regardless of its moisture during construction, is taken at a compaction factor of 0.90. The latter, according to available permafrost observations in road embankments, is most consistent with subsequent long-term operational humidity. By calculating the regulation of the thickness of the upper layer together with the selection of the necessary reinforcement coefficient (to comply with
Использование природной закономерности - (1) для поддержания мерзлоты в основаниях дорожных насыпей и инженерных сооружений, в других известных технических решениях и источниках, по строительству на вечной мерзлоте, авторами не обнаружено.The use of natural laws - (1) to maintain permafrost in the foundations of road embankments and engineering structures, in other known technical solutions and sources, on permafrost construction, was not found by the authors.
- По соотношению (2) Наиболее распространенные в мерзлотных районах Севера глинистые грунты (супеси, суглинки, глины) преимущественно находятся в сильно переувлажненном (с влажностью близкой или превышающей предел текучести) и/или мерзлом состоянии. [ВСН 84-89 «Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты». - М: «Союздорнии», 1990 г, с. 7, табл. 1]. В мерзлом и/или избыточно переувлажненном состоянии данные грунты, для строительства малопригодны (и нормативно запрещены). На практике, так и не удается в больших (необходимых для обеспечения массового дорожного строительства) объемах быстро их оттаять и/или осушить до нормативных требований. Это объясняется коротким теплым периодом и не редким превышением осадков над испарением в мерзлотных районах. А так же, при средней глубине сезонного оттаивания 1,5-1,8 м близким уровнем надмерзлотных вод, при высоте капиллярного поднятия воды в глинистых грунтах до 1,6-1,8 м. В результате, постепенно оттаивающие переувлажненные глинистые грунты на мерзлоте находятся постоянно в капиллярно-подпертом состоянии. Любое испарение (осушение) влаги с их поверхности тут же компенсируется дополнительным капиллярным поднятием (подсосом) воды по капиллярам. При этом переувлажненные глинистые грунты сильно налипают и выдавливаются при нагрузке, не имея необходимой несущей способности. Проезд по ним в переувлажненном состоянии (или слою их оттаявшей зимней отсыпки) колесной и даже гусеничной строительной техники крайне затруднен или невозможен (т.к. она в них проваливается и садится на днище). Механически уплотнить данные грунты или отжать из них воду обычной строительной техникой не удается. Ввиду вышеизложенного, применять их непосредственно (без оттаивания и/или осушения) при сооружении дорожных насыпей не представлялось возможным. Однако в талом и осушенном (до требуемой влажности) состоянии они пригодны для строительства дорожных насыпей. При этом, глинистые грунты обеспечивают наиболее простую, технологически доступную и надежную (природную) эксплуатационную защиту оснований насыпей на мерзлоте от затекания туда, через нижнюю часть насыпи, (при применении крупноскелетных грунтов) теплых поверхностных дождевых и паводковых вод. В результате они обеспечивают антитеплофильтрационный и антиконденсационный охлаждающие эффекты. Так же, дополнительно они создают природные охлаждающие теплодиодный и капиляро-испарительный эффекты, что так же необходимо для самостоятельного (природного) усиления сохранения естественной мерзлоты в основаниях дорожных насыпей. Более широко применять данные грунты без их предварительной оттайки и/или осушения, при строительстве (например, в разрыхленном мерзлом состоянии или частично оттаявшими из боковых резервов) дорожных насыпей, стало возможным, в том числе и при их армировании различными геосинтетиками. При этом значительную (не нормативную) величину строительной осадки, можно понижать до требуемой величины, подбором необходимых геосинтетиков по опытным коэффициентам армирования - Ка и соотношению (2). В результате этого и достигается непосредственное (без оттаивания и/или осушения) использование в данном способе местных глинистых грунтов, временно находящихся в некондиционном состоянии. В условиях вечной мерзлоты, оттаять, осушить и уплотнить в массовом объеме глинистые грунты, другими способами пока не удается. При этом армированные насыпи по предлагаемому способу, изначально рассчитываемые на гашение значительных строительных осадок, при обычном возникновении в дальнейшем внерасчетных осадок (от внерасчетного потепления, подтоплений, недоучетов по геологии, просчетов при прогнозном проектировании и др.) так же будут сглаживать их неравномерности и уменьшать их величину. В результате, возведенные по данному новому способу насыпи, будут дополнительно срабатывать так же, как и насыпи, изначально рассчитанные на снижение и сглаживание (т.е. гашение) неравномерных эксплуатационных осадок на слабом основании (по четвертому принципу проектирования). Это так же обеспечивает им последующую повышенную общую устойчивость. В условиях протекающего глобального потепления, это достаточно важно, в виду, значительнее и быстро меняющихся, после проектных изысканий, мерзлотно-грунтовых и гидрологических условий в районах вечной мерзлоты.- By the ratio of (2) The clay soils (sandy loam, loam, clay) most prevalent in the permafrost regions of the North are mainly in very wetlands (with humidity near or exceeding the yield strength) and / or frozen state. [BCH 84-89 "Research, design and construction of roads in the areas of permafrost." - M: "Soyuzdorzhnii", 1990, p. 7, tab. one]. In the frozen and / or excessively waterlogged state, these soils are unsuitable for construction (and normatively prohibited). In practice, it is not possible in large volumes (necessary to ensure mass road construction) to quickly thaw them and / or drain them to regulatory requirements. This is explained by a short warm period and not a rare excess of precipitation over evaporation in permafrost regions. And also, with an average depth of seasonal thawing of 1.5-1.8 m, a close level of permafrost waters, with a capillary rise of water in clay soils of up to 1.6-1.8 m. As a result, gradually thawed overmoistened clay soils in permafrost are constantly in a capillary-backed state. Any evaporation (drainage) of moisture from their surface is immediately compensated by an additional capillary rise (suction) of water through the capillaries. At the same time, waterlogged clay soils strongly adhere and are squeezed out under load, without having the necessary bearing capacity. Driving through them in a waterlogged state (or in a layer of their thawed winter dusting) of wheeled and even tracked construction equipment is extremely difficult or impossible (because it falls through them and sits on the bottom). It is not possible to mechanically compact these soils or squeeze water out of them using conventional construction equipment. In view of the foregoing, it was not possible to use them directly (without thawing and / or drainage) in the construction of road embankments. However, in a thawed and drained (to the required humidity) state, they are suitable for the construction of road embankments. At the same time, clay soils provide the simplest, technologically available and reliable (natural) operational protection of the bases of embankments on permafrost from flowing there, through the lower part of the embankment, (when using skeletal soils) warm surface rain and flood waters. As a result, they provide anti-heat filter and anti-condensation cooling effects. In addition, they create natural cooling thermodiode and capillary-evaporative effects, which is also necessary for independent (natural) enhancement of the conservation of natural permafrost in the bases of road embankments. It was possible to apply these soils more widely without preliminary defrosting and / or draining them during the construction (for example, in a loosened frozen state or partially thawed from side reserves) of road embankments, including when reinforcing them with various geosynthetics. At the same time, a significant (non-normative) value of construction fall can be reduced to the required value by selecting the necessary geosynthetics according to the experimental reinforcement coefficients - K a and relation (2). As a result of this, direct (without thawing and / or drainage) use of local clay soils temporarily in a substandard condition is achieved in this method. In the conditions of permafrost, thawed, drained and compacted clay soils in a mass volume have not yet succeeded in other ways. At the same time, reinforced embankments according to the proposed method, initially calculated to extinguish significant construction residues, with the usual occurrence of off-settlement sediments in the future (from off-design warming, flooding, under-consideration of geology, miscalculations in predictive design, etc.) will also smooth out their irregularities and reduce their size. As a result, embankments erected using this new method will additionally work in the same way as embankments originally designed to reduce and smooth out (i.e. quench) uneven production sediments on a weak foundation (according to the fourth design principle). It also provides them with subsequent increased overall stability. In the context of the ongoing global warming, this is quite important, in mind, more significantly and rapidly changing, after design studies, permafrost-soil and hydrological conditions in permafrost areas.
- По ускорению консолидации, динамическим (микросотрясающим) воздействием транспортным потоком (приводящим одновременно и к снижению величины необходимой, пороговой нагрузки - Ро). Переувлажненные (преимущественно глинистые и др.) грунты в невысоких (до 3 м) насыпях (составляющих до 98% всех дорожных насыпей) практически не консолидируются (т.е. не самоуплотняется под действием собственного веса). Это происходит из-за отсутствия необходимой, предельной пороговой нагрузки Ро на грунт, с которой и начинается процесс консолидации, обусловленный структурной прочностью грунта. [См. «Руководство по сооружению земляного полотна автомобильных дорог». - М. «Транспорт», 1982 г. п. 8.13, табл. 8.3].- To accelerate the consolidation of the dynamic (micro-shaking) impact of the traffic flow (leading simultaneously to a decrease in the required threshold load - R o ). Waterlogged (mainly clay, etc.) soils in low (up to 3 m) embankments (comprising up to 98% of all road embankments) practically do not consolidate (i.e. do not self-compact under the influence of their own weight). This is due to the lack of the necessary, ultimate threshold load P о on the soil, with which the consolidation process begins, due to the structural strength of the soil. [Cm. "Guide to the construction of subgrade road". - M. "Transport", 1982, p. 8.13, table. 8.3].
Известен способ возведения насыпи из мерзлых разрыхленных (комковатых) переувлажненных глинистых грунтов, с внесением в межкомковые пустоты, в оптимальном (по водоотводу и устойчивости) количестве, сыпучего дренирующего материала (например, песка и др.) и динамическим (вибрационным) уплотняющим воздействием на насыпь после оттаивания движением виброкатками и технологическим транспортом. [Авторское свидетельство (патент) №1615285 E02D 17/18 Способ возведения насыпи на вечной мерзлоте].There is a method of erecting an embankment from frozen, loosened (lumpy) waterlogged clay soils, with the introduction into the intercomplex voids, in the optimal amount (for drainage and stability), of a loose draining material (for example, sand, etc.) and a dynamic (vibrational) compaction effect on the embankment after thawing by the movement of vibratory rollers and technological transport. [Copyright certificate (patent) No. 1615285 E02D 17/18 Method of erection of the embankment on permafrost].
Из уровня техники так же известен способ возведения насыпи, в котором при возведении насыпи, после отсыпки верхнего, рабочего слоя из кондиционных или дренирующих грунтов, с геосинтетическими прослойками, его уплотняют движением технологического транспорта, и так же работой грунтоуплотняющих средств [Патент RU 2148125 С1, E02D 17/20, 27.04.2000 г., 9 с.].The prior art also knows a method of erecting an embankment, in which when erecting the embankment, after filling the upper, working layer from conditioned or draining soils, with geosynthetic interlayers, it is compacted by the movement of technological transport, and also by the operation of soil compaction agents [Patent RU 2148125 C1, E02D 17/20, 04/27/2000, 9 pp.].
В заявляемом новом способе, грунт механически не уплотняется движением технологического транспорта или работой грунтоуплотняющих машин и механизмов. Это (как пояснялось выше) либо невозможно, либо потребует 1-2 года, технологического движения, что длительно (т.е. резко снизит темпы строительства), и не технологично. В предлагаемом способе, используя условие армирования (2), снижают неравномерность строительной осадки насыпи, до величины неравномерности допустимой эксплуатационной осадки, и сразу открывают по верхнему, рабочему слою насыпи обычное (нормативное) эксплуатационное движение. Необходимая поверхностная эксплуатационная прочность (модуль деформации, сцепление и угол внутреннего трения) насыпи обеспечивается ее верхним, стабильным (рабочим) слоем из нормативно уплотненного кондиционного или дренирующего грунта. Остаточная же (сверхнормативная) строительная осадка, нижних, нестабильных грунтовых слоев, за счет армирования по условию (2) и прочного верхнего слоя, приобретает неравномерность, как от нормативно допустимой (при обычной эксплуатации) осадки. Это и позволяет сразу открывать по насыпи обычное эксплуатационное движение транспорта. Ускоренный процесс консолидации до плотности, необходимой для достижения нормативной устойчивости нижних, нестабильных, грунтовых слоев от существующей эксплуатационной нагрузки, постепенно происходит уже в процессе самой (обычной) эксплуатации дорожной насыпи. При этом, за счет эксплуатационного динамического воздействия (сотрясения и др.) от транспортного потока, требуемая консолидация (доуплотнение) нижних, нестабильных слоев грунта (насыпи и основания) обеспечивается и в низких (до 3 м) дорожных насыпях (составляющих 98% всех насыпей), в которых без этого не возникает необходимая для начала консолидации пороговая нагрузка - Рo.In the inventive new method, the soil is not mechanically compacted by the movement of technological transport or the operation of soil compaction machines and mechanisms. This (as explained above) is either impossible, or will require 1-2 years, technological movement, which is long-term (i.e. will drastically reduce the pace of construction), and not technologically. In the proposed method, using the reinforcement condition (2), reduce the unevenness of the construction draft of the embankment to the size of the unevenness of the permissible operational precipitation, and immediately open the normal (normative) operational movement along the upper working layer of the embankment. The required surface operational strength (deformation modulus, adhesion and angle of internal friction) of the embankment is ensured by its upper, stable (working) layer of normatively compacted, conditioned or draining soil. The residual (excess) construction sediment, lower, unstable soil layers, due to reinforcement according to condition (2) and a strong upper layer, becomes uneven, as from normative permissible (during normal operation) precipitation. This allows you to immediately open on the embankment the usual operational traffic. The accelerated process of consolidation to the density necessary to achieve the normative stability of the lower, unstable, soil layers from the existing operational load gradually occurs already in the process of the (normal) operation of the road embankment itself. At the same time, due to operational dynamic impact (concussion, etc.) from the traffic flow, the required consolidation (compaction) of the lower, unstable soil layers (embankment and foundation) is ensured in low (up to 3 m) road embankments (making up 98% of all embankments ), without which the threshold load necessary for the start of consolidation does not arise - R o .
Проведенные авторами и другими исследователями Омского Союздорнии в 80-90е года многолетние полевые наблюдения и лабораторные (на одометрах и стабилометре) исследования, выявили данный эффект. Переувлажненный глинистый грунт, уложенный в нижнюю часть насыпи, даже без наличия в нем прослоек из дренирующего материала и отсутствия необходимого порогового уплотняющего давления - Рo, начинал ускоренно консолидироваться (доуплотняться с отжатием избыточной воды) при наличии незначительной (намного ниже Рo) статической нагрузки и постоянного незначительного динамического (микро сотрясающего) воздействия. Например, от движения транспортных средств, при полевых испытаниях или от воздействия моделирующего его, вращающегося, эксцентрика на стабилометр (прибор трехостного сжатия грунта) в лабораторных условиях. Это объясняется возникновением периодических микросотрясений переувлажненного грунта. Микросотрясения при нагрузке вызывают микротиксотропию (микровиброразжижение) способствующее при давлении сверху, постоянной переупаковке частиц грунта (так например, известно, что в 10-20 раз снижается сопротивление движению плуга, если лемех вибрирует с определенной частотой). В результате постоянного динамического воздействия возникает и ускоренное консолиционное уплотнение (1-2 теплых периода, вместо обычных 6-8 лет). Причем при нагрузке Рo ниже, чем необходимо для обеспечения обычной (статической) консолидации. На практике, последнее происходит при статическом давлении даже незначительного по толщине (с давлением от собственного веса, ниже порогового Рo, необходимого для начала консолидации), верхнего слоя грунта (толщиной в 0,60-0,80 м вместо 2,5-3 м). Наблюдения за дорожными насыпями с нестабильными слоями показали, что первоначально переувлажненный и мерзлый (неуплотненный) глинистый грунт в нижней части насыпи (обычно зимней отсыпки), через 1-2 теплых периода обычной эксплуатации насыпи, достигает коэффициента уплотнения (Ку) близкого или равного 0,90-0,92 (в среднем - 0,91), даже в низких (до 3 м) насыпях. [Заключительный отчет по НИР к ОДМ: «Методические рекомендации по проектированию земляного полотна на вечной мерзлоте с использованием местных (некондиционных - переувлажненных и мерзлых) грунтов», Омск, 2011 г., УДК 624.139:625.731.1, № гос. регистрации 01201155351, - 319 с.]. Данной степени уплотнения (по требуемому нормативному коэф. уплотнения Ку) уже достаточно для нормативной (обычной) эксплуатации ранее некондиционного (непригодного по влажности) глинистого грунта в нижней части дорожных насыпей [Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. ВСН 84-89. Союздорнии. М.: 1990 г. - 271 с. табл. 8].Conducted by the authors and other researchers of the Omsk Union in the 80-90s, long-term field observations and laboratory studies (on odometers and a stabilometer) revealed this effect. Waterlogged clay soil laid in the lower part of the embankment, even without the presence of layers of drainage material in it and the absence of the necessary threshold sealing pressure - P o , began to rapidly consolidate (to be compacted with squeezing out excess water) in the presence of a small (much lower than P o ) static load and constant slight dynamic (micro shaking) effects. For example, from the movement of vehicles, during field trials, or from the effects of a simulating it rotating, an eccentric on a stabilometer (three-axle soil compression device) under laboratory conditions. This is due to the occurrence of periodic micro-shocks of waterlogged soil. Micro-shocks under load cause microtixotropy (microvibro-dilution), which contributes to constant repacking of soil particles under pressure from above (for example, it is known that resistance to plow movement decreases 10-20 times if the ploughshare vibrates at a certain frequency). As a result of constant dynamic impact, an accelerated console consolidation also occurs (1-2 warm periods, instead of the usual 6-8 years). Moreover, with a load of P o lower than necessary to ensure normal (static) consolidation. In practice, the latter occurs at a static pressure of even a small thickness (with pressure from its own weight, below the threshold P o necessary to start consolidation), the topsoil (with a thickness of 0.60-0.80 m instead of 2.5-3 m). Observations of road embankments with unstable layers showed that initially waterlogged and frozen (unconsolidated) clay soil in the lower part of the embankment (usually winter dumping), after 1-2 warm periods of normal operation of the embankment, reaches a compaction coefficient (K y ) of about or equal to 0 , 90-0.92 (on average - 0.91), even in low (up to 3 m) embankments. [Final report on research for ODM: “Methodological recommendations for the design of subgrade on permafrost using local (substandard - waterlogged and frozen) soils", Omsk, 2011, UDC 624.139: 625.731.1, state No. registration 01201155351, - 319 p.]. This degree of compaction (according to the required normative compaction coefficient K u ) is already sufficient for normative (usual) operation of previously substandard (unsuitable for moisture) clay soil in the lower part of road embankments [Surveys, design and construction of roads in permafrost areas. BCH 84-89. Alliances. M .: 1990 - 271 p. tab. 8].
Установленный эффект уменьшения динамическим воздействием величины необходимой для начала консолидации пороговой нагрузки - Рo и ускорения консолидации, не известен и не указывается в других известных (в том числе, вышеприведенных) способах.The established effect of a decrease in the dynamic effect of the magnitude of the threshold load required to start consolidation — P o and consolidation acceleration — is not known and is not indicated in other known (including the above) methods.
В новом способе достигается ускоренное с допустимой эксплуатационной осадкой, динамическо-консолидационное доуплотнение (при статической нагрузке, от верхнего слоя насыпи, менее величины пороговой нагрузки - Рo, необходимой для обычной консолидации) армированного геосинтетическими прослойками переувлажненного глинистого грунта, в нижней части насыпи, в период эксплуатации. Этим, сразу после постройки (отсыпки), обеспечивается нормативное движение по насыпи эксплуатационного транспортного потока. Оттаявший летом и временно избыточно переувлажненный глинистый грунт нижней части дорожной насыпи на вечной мерзлоте, при повторном быстром двухстороннем зимнем промерзании, как правило, характеризуется незначительным (в среднем до 2-3 см), равномерным морозным поднятием, без образования пучин. Данная величина временного морозного поднятия и последующего летнего опускания не превышает величин допустимых нормативных осадок. При этом, слабоводопроницаемый глинистый грунт, выполняет важные полезные функции. Не допускает затекания теплых вод (дождевых и паводковых) в основание насыпи в летний период, а в зимний, подзаряжает (подмораживает) дополнительным холодом мерзлое основание, в качестве «теплового диода». В результате достигается повышенное поступление холода в мерзлое основание насыпи зимой (в виду того, что кондуктивная температуропроводность льда в грунте, в 8 раз выше, чем у грунтовой воды) и недопущение его летнего отепления, от затекания в чашу осадки в основании насыпи теплых вод. Последнее наиболее характерно при обычном, нормативном, применении в нижней части насыпи дренирующих (водопроницаемых) грунтов, с допущением их осадки в основание насыпи, при 2-м (основном) принципе/способе (прототип) проектирования и строительства дорожных насыпей на мерзлоте.The new method achieves accelerated with an acceptable operational settlement, dynamic-consolidation compaction (under static load, from the top layer of the embankment, less than the threshold load - P o required for normal consolidation) reinforced by geosynthetic interlayers of overmoistened clay soil, in the lower part of the embankment, in operation period. This, immediately after construction (dumping), provides regulatory movement along the embankment of the operational traffic flow. Thawed clay in the summer and temporarily excessively moistened clay soil of the lower part of the road embankment on permafrost, with repeated rapid two-sided winter freezing, is usually characterized by a slight (on average up to 2-3 cm), uniform frosty rise, without the formation of deeps. This value of temporary frosty rise and subsequent summer lowering does not exceed the values of permissible normative precipitation. At the same time, poorly permeable clay soil performs important useful functions. It does not allow warm water (rain and flood) to flow into the base of the embankment in the summer, and in winter, it recharges (freezes) with additional cold the frozen base as a “thermal diode”. As a result, an increased supply of cold to the frozen base of the embankment in winter is achieved (due to the fact that the conductive thermal diffusivity of ice in the soil is 8 times higher than that of ground water) and to prevent its summer warming from flowing into the bowl of sediment at the base of the embankment of warm water. The latter is most characteristic of the usual, normative, use of draining (permeable) soils in the lower part of the embankment, with the assumption of their settlement in the base of the embankment, with the 2nd (main) principle / method (prototype) of designing and building permafrost embankments.
В предлагаемом способе совмещаются три известные из уровня техники эффекта:In the proposed method, three effects known from the prior art are combined:
- обеспечение оптимально-достаточного естественно-природного условия возникновения и поддержания (сохранения) вечной мерзлоты:- ensuring the optimal sufficient natural conditions for the emergence and maintenance (conservation) of permafrost:
- обеспечение снижения величины и неравномерности осадки нестабильных грунтовых слоев насыпи и основания - S, до требуемого эксплуатационного уровня, путем армирования, с регулированием ее по опытным коэффициентам армирования Ка, и соблюдением соотношения:- ensuring a decrease in the size and unevenness of sedimentation of unstable soil layers of the embankment and foundation - S, to the required operational level, by reinforcing, with its regulation according to the experimental reinforcement coefficients K a , and observing the ratio:
- обеспечение (особенно для насыпей ниже 3 м, составляющих 98% от всех дорожных насыпей) снижения пороговой нагрузки - Рo (без которой в них не начинается процесс консолидации) и ускорение консолидации (с 6-8 лет до 1-2 года). За счет динамического воздействия уже непосредственно самого эксплуатационного транспортного потока на грунт в нестабильных слоях насыпи и основания (при снижении величины осадки, и соответственно ее неравномерности, до требуемых нормативных значений).- ensuring (especially for embankments below 3 m that make up 98% of all road embankments) a decrease in the threshold load - P o (without which the consolidation process does not begin in them) and accelerating consolidation (from 6-8 years to 1-2 years). Due to the dynamic impact of the very operational transport flow directly onto the soil in unstable layers of the embankment and base (with a decrease in the amount of settlement, and therefore its unevenness, to the required standard values).
Данное неизвестное ранее совмещение (сочетание), является не просто суммой, а необходимой совокупностью взаимосвязанных и взаимодополняющих эффектов, без любого из которых цель изобретения, не обеспечивается. Такое сочетание, создает новую совокупность полезных эффектов, и не известно в других способах и технических решениях (т.е. соответствует критерию «новизна»). Так же оно не очевидно (т.е. имеет «существенные отличия» от других и отвечает критерию «изобретательский уровень») и обеспечивает цель изобретения:This previously unknown combination (combination) is not just a sum, but a necessary combination of interrelated and complementary effects, without any of which the purpose of the invention is not provided. This combination creates a new set of useful effects, and is not known in other methods and technical solutions (ie, meets the criterion of "novelty"). It is also not obvious (that is, it has "significant differences" from others and meets the criterion of "inventive step") and provides the purpose of the invention:
1. Повышение темпов и экологичности (экономичности) строительства дорожных насыпей на вечной мерзлоте.1. Increasing the pace and environmental friendliness (efficiency) of the construction of road embankments on permafrost.
2. Обеспечение расширенного и непосредственного (прямого), применения при строительстве временно не кондиционных (переувлажненных и/или мерзлых) местных слабоводопроницаемых грунтов, наиболее распространенных в мерзлотных районах Севера РФ.2. Provision of expanded and direct (direct) application in the construction of temporarily non-conditioned (waterlogged and / or frozen) local weakly permeable soils, the most common in permafrost regions of the North of the Russian Federation.
3. Усиление (обеспечение) мерзлотной и общей устойчивости дорожных насыпей в районах распространения вечной мерзлоты (в том числе, с учетом наблюдающегося и прогнозного хода глобального потепления климата).3. Strengthening (ensuring) permafrost and general stability of road embankments in permafrost distribution areas (including, taking into account the observed and predicted progress of global climate warming).
В предлагаемом новом техническом решении, используется изобретательский закон увеличения степени идеальности технических систем (ТС). Согласно ему техническая система при приближении к идеалу, вначале борется (противодействует) с силами природы, затем она технически приспосабливается к ним и, наконец, она сама использует силы природы. При этом она «автоматически» сама и управляет ими, для нужд человека, но без его непосредственного вмешательства (по системе «сделал и забыл»). Данный закон наиболее эффективно применяется к тому элементу (например, насыпи на мерзлоте), который непосредственно расположен в зоне возникновения конфликта (технического противоречия) или сам порождает нежелательные явления. Например, частое возникновение процессов деградации (оттайки) вечной мерзлоты после сооружения дорожных насыпей. При этом повышение степени идеальности ТС, как правило, осуществляется применением незадействованных ранее ресурсов (веществ, полей, физических эффектов и т.д.) имеющихся в зоне возникновения проблемы (технического противоречия). Согласно данному закону, чем дальше от зоны конфликта берутся ресурсы, тем в меньшей степени удается продвинуться к идеальному решению. Ввиду этого, обеспечение в новом способе, непосредственного использования при строительстве местных, некондиционных (мерзлых и/или переувлажненных) слабоводопроницаемых (глинистых) грунтов, с привлечением и запуском дополнительных (не используемых ранее) естественно-природных, само охлаждающих механизмов (физических эффектов), наиболее оптимально при продвижении к идеальному техническому решению.In the proposed new technical solution, the inventive law is used to increase the degree of ideality of technical systems (TS). According to him, the technical system, when approaching the ideal, first fights (counteracts) with the forces of nature, then it technically adapts to them and, finally, it itself uses the forces of nature. At the same time, it “automatically” itself and controls them, for the needs of a person, but without his direct intervention (according to the “made and forgot” system). This law is most effectively applied to that element (for example, an embankment on permafrost) that is directly located in the zone of conflict (technical conflict) or itself generates undesirable phenomena. For example, the frequent occurrence of processes of degradation (thawing) of permafrost after the construction of road embankments. At the same time, an increase in the degree of TS ideality is, as a rule, carried out by using previously unused resources (substances, fields, physical effects, etc.) available in the zone of the problem (technical contradiction). According to this law, the farther the resources are taken from the conflict zone, the less is it possible to move towards an ideal solution. In view of this, the provision in the new method of direct use in the construction of local, substandard (frozen and / or waterlogged) weakly permeable (clay) soils, with the involvement and launch of additional (not previously used) natural-natural, self-cooling mechanisms (physical effects), most optimally in advancing to the perfect technical solution.
Кроме вышеприведенного закона, жизнеспособность любой системы, определяется и другим основным изобретательским показателем: степенью динамизации. То есть повышением способности ТС быть боле подвижной, гибкой и само приспосабливаемой к внешней среде.In addition to the above law, the viability of any system is determined by another main inventive indicator: the degree of dynamization. That is, by increasing the ability of the vehicle to be more mobile, flexible and adapt itself to the external environment.
Надежность и стабильность системы «насыпь-мерзлота» в динамичном (изменяющемся) природном мерзлотном окружении, непосредственно зависят так же от ее способности изменяться (подстраиваться). Степень динамизации (т.е. самоприспосабливаемости к потеплению в мерзлотной среде и неравномерной осадке) технической системы, в виде «дорожная насыпь - мерзлота», по данному способу значительно возрастает (по сравнению с аналогами и прототипом). Это достигается подключением дополнительных, охлаждающих природных эффектов, а так же эффекта ускоренной динамической консолидации и обеспечением уменьшения и сглаживания неравномерности (гашения) данными насыпями, затем и других, возможных, при потеплении непредвиденных и внерасчетных просадок.Reliability and stability of the “embankment-permafrost” system in a dynamic (changing) natural permafrost environment directly depend on its ability to change (adapt). The degree of dynamization (ie, self-adaptability to warming in permafrost and uneven sediment) of the technical system, in the form of "road embankment - permafrost", according to this method increases significantly (compared with analogues and prototype). This is achieved by connecting additional, cooling natural effects, as well as the effect of accelerated dynamic consolidation and ensuring the reduction and smoothing of the unevenness (blanking) of these embankments, and then other, possible, when warming unforeseen and extra-calculated subsidence.
По п. 2 формулы изобретения:According to
Лабораторией глобальных проблем энергетики профессора В. Клименко на основе сбора и обработки климатических, геологических, гляциологических, антропогенных и других данных, построены модельные эмпирические графики глобального изменения климата и его прогнозных изменений, хорошо (адекватно) совпадающие с данными прошлых и текущих практических инструментальных температурных наблюдений. В соответствии с данной эмпирической (опытной) моделью глобальных изменений температуры воздуха и климата, в период 2000-2100 гг. в районах Севера РФ, прогнозируется повышение среднегодовых температур воздуха ΔT, в среднем, на 3-5°C (с одновременным увеличением количества осадков, в среднем, на 15-20% и более). При этом основное потепление будет приходиться на зимний период. [Никонов А.П. История отмороженных в контексте глобального потепления. - М.: Издательство НЦ ЭНАС, 2007 г. - 296 с. - (по естественнонаучным данным Лаборатории глобальных проблем энергетики под руководством д.т.н. профессора В. Клименко)].The Laboratory of Global Energy Problems of Professor V. Klimenko, based on the collection and processing of climatic, geological, glaciological, anthropogenic and other data, constructed model empirical graphs of global climate change and its forecast changes, which are well (adequately) consistent with the data of past and current practical instrumental temperature observations . In accordance with this empirical (experimental) model of global changes in air temperature and climate, in the period 2000-2100. in the regions of the North of the Russian Federation, the average annual air temperature ΔT is predicted to increase by an average of 3-5 ° C (with a simultaneous increase in rainfall by an average of 15-20% or more). In this case, the main warming will occur in the winter. [Nikonov A.P. A history of frostbite in the context of global warming. - M.: Publishing House NTs ENAS, 2007 - 296 p. - (according to the natural science data of the Laboratory of Global Energy Problems under the guidance of Dr. V. Klimenko)].
Дополнительно, средние расчетные температуры воздуха за летний и зимний периоды могут приводиться непосредственно к температурам поверхности насыпи путем введения эмпирических (опытных) поправок [табл. 6.2 Естественные факторы, действующие на усиление или деградацию вечной мерзлоты и ориентировочная степень их воздействия. ОДМ Методические рекомендации по геокриологическому прогнозированию устойчивости дорожных сооружений при проектировании, строительстве и эксплуатации автомобильных дорог. М.: Росавтодор, 2016 г.].Additionally, the average calculated air temperatures for summer and winter periods can be reduced directly to the surface temperature of the embankment by introducing empirical (experimental) corrections [tab. 6.2 Natural factors acting on the enhancement or degradation of permafrost and the approximate extent of their impact. ODM Guidelines for geocryological forecasting of the stability of road structures in the design, construction and operation of roads. M .: Rosavtodor, 2016].
В прототипе, для недопущения превышения величины допустимой осадки, при втором принципе (основном способе) проектирования дорожных насыпей на вечной мерзлоте, для отсыпки тела насыпи рекомендуется преимущественно (без ограничения) применять, не редко (особенно на обширных тундровых и лесотундровых территориях), дефицитные дренирующие грунты [Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты. ВСН 84-89. Союздорнии. М.: 1990 г. - 271 с. п. 3.18].In the prototype, in order to avoid exceeding the permissible precipitation, in the second principle (main method) of designing road embankments on permafrost, for filling the body of the embankment it is recommended to use mainly, not rarely (especially in vast tundra and forest-tundra territories), deficient draining soils [Surveys, design and construction of roads in permafrost distribution areas. BCH 84-89. Alliances. M .: 1990 - 271 p. paragraph 3.18].
При этом не только значительно снижаются темпы строительства, и резко возрастает его стоимость, но и после прохождения расчетной (допустимой по 2-му принципу) осадки основания, и погружения в образовывающуюся осадочную чашу дренирующего грунта, в основание, практически неизбежно, затекает теплая дождевая вода с откосов и др. (т.к. Природа не терпит пустоты). В результате, оттаивание мерзлого грунта основания насыпи, контактирующего с затекающей и фильтрующейся теплой водой, значительно (в несколько раз) и внерасчетно возрастает [Шур Ю.Л. Верхний горизонт толщи мерзлых пород и термокарст. - Новосибирск «Наука», 1988 г. - стр. 101].At the same time, not only the pace of construction is significantly reduced, and its cost increases sharply, but after passing the calculated (permissible by the 2nd principle) precipitation of the base, and immersion in the formed sedimentary bowl of draining soil, warm rain flows almost inevitably into the base from slopes, etc. (since Nature does not tolerate emptiness). As a result, thawing of the frozen soil of the base of the embankment in contact with flowing and filtered warm water significantly (several times) and non-computationally increases [Shur Yu.L. The upper horizon of the thickness of frozen rocks and thermokarst. - Novosibirsk “Science”, 1988 - p. 101].
Внерасчетное оттаивание мерзлого основания, затем приводит к возникновению многолетних неравномерных осадок и долговременной потере устойчивости дорожными насыпями. Например, по отчету дорожного департамента «Чукотавтодора», дорожные насыпи, на Чукотке преимущественно были запроектированы и построены по второму принципу (прототип) из кондиционных и дренирующих грунтов. К 2000 году, такие насыпи уже имели высоту в 2 раза ниже, чем положено по проекту и теплотехническому расчету, а 15-20% таких насыпей практически полностью погрузились в тундру. Это потребовало проведения ежегодных летних досыпок и текущих ремонтов, а также постоянных зимних расчисток от заносов снегом. Значительно возросли внеплановые эксплуатационные расходы, при отсутствии в реальности нормального проезда и повышении транспортных расходов (сверхнормативный перерасход дорогостоящих на Севере привозных ГСМ, повышенный износ и поломка транспортных средств, значительная задержка и снижение скорости доставки необходимых грузов и т.д.). Характерным примером являются и построенные по 2-му принципу (прототипу), постоянно внерасчетно оседающие насыпи ж/д БАМ, а/д «Амур» (Чита-Хабаровск), а/д «Лена» (БАМ-Якутск), «Колыма» (Якутск-Магадан) и многих других, из-за последующего развития термокарстовой деградации мерзлоты под ними. Все это еще более усугубляется в условиях происходящего потепления и подтопления (от увеличения количества осадков) мерзлотных территорий. Это наносит многомиллиардный ущерб, только от потребности в постоянных ремонтах дорожных насыпей (с досыпкой откосов и балластных призм с подъемом ж/д путей или замене д/о). Значительный ущерб происходит и от эксплуатационно-транспортных убытков. Например, снижения средней скорости движения, вплоть до его остановок, перерасхода ГСМ и электроэнергии, повышенного износа транспортных средств, замедления сроков доставки и транзита необходимых грузов и т.д. [Кондратьев В.Г. Опыт организации инженерно-геологического обследования и мониторинга земляного полотна Байкало-Амурской железной дороги. // ж.д. транспорт. Сер. «Путь и путевое хозяйство»: ЭИ/ЦНИИТЭИ МПС. - 1992: - Вып. 5-6. - с. 28-44].The extraordinary thawing of the frozen base, then leads to the appearance of long-term uneven precipitation and a long-term loss of stability by road embankments. For example, according to the report of the Chukotavtodor Road Department, road embankments in Chukotka were mainly designed and built according to the second principle (prototype) from conditioned and draining soils. By 2000, such embankments already had a
Обеспечение расширенного и непосредственного применения некондиционных местных грунтов, является наиболее экологичным, экономичным и технологичным. Это следует из обобщенного отечественного и зарубежного опыта дорожного строительства, а также из дорожных научных мерзлотных исследований. Обширный опыт экономичного, массового и скоростного строительства необходимой (опорной) сети дорог на мерзлоте имеется в Канаде. Там 11 тыс. км дорог были построены всего за 5 лет, еще в 1960-1965 годы (по программе «Лицом к Северу» и ее разделу «Дороги к ресурсам»), преимущественно из некондиционных местных глинистых грунтов (вместо применяемых ранее там, крупноскелетных грунтов). Местные грунты на Севере Канады, так же в основном, были представлены сильно переувлажненными глинами и суглинками (с естественной влажностью 35-40%) [К.К. Крупица Изыскания и строительство автомобильных дорог в северной Канаде. Труды 4-го совещания-семинара по обмену опытом строительства в суровых климатических условиях. Секция дорожно-транспортного строительства. Воркута, 1966]. В дореволюционной России мерзлотные участки ж/д насыпей «Транссиба» были отсыпаны тачками из глинистых грунтов боковых резервов. В процессе отсыпки глинистые грунты послойно, вручную, уплотнялись «толкушками» и затем, окончательно, доуплотнялись уже под эксплуатационным ж/д движением. При этом дорожных насыпей строилось в несколько раз больше, чем со всей современной техникой в советское время (например, строительство БАМа и др.), и при этом намного быстрее и дешевле. Мерзлотная и общая устойчивость дореволюционных ж/д насыпей «Транссиба» из глинистых грунтов, на практике, оказалась намного большей. В несколько раз дольше и дороже (затратней) возводимые дорожные насыпи БАМа, «Амура», «Лены» и др. (запроектированные по 2-му принципу проектирования) полностью отсыпанные из дорогостоящих крупнообломочных и скальных грунтов, внерасчетно, десятилетиями проседают до сих пор (с постепенным затуханием осадки).Ensuring the expanded and direct use of substandard local soils is the most environmentally friendly, economical and technological. This follows from the generalized domestic and foreign experience in road construction, as well as from scientific scientific permafrost studies. Extensive experience in economical, mass, and high-speed construction of the necessary (basic) permafrost road network is available in Canada. There 11 thousand km of roads were built in just 5 years, back in 1960-1965 (under the program “Face to the North” and its section “Roads to resources”), mainly from substandard local clay soils (instead of coarse-grained ones used earlier there soil). Local soils in the North of Canada were also mainly represented by highly waterlogged clays and loams (with a natural moisture content of 35-40%) [K.K. Grain Exploration and road construction in northern Canada. Proceedings of the 4th meeting-seminar on the exchange of construction experience in severe climatic conditions. Section of road construction. Vorkuta, 1966]. In pre-revolutionary Russia, the permafrost sections of the Transsib embankments were covered with wheelbarrows from clay soils of lateral reserves. In the process of filling, clay soils layer by layer, manually, were compacted by “pushers” and then, finally, compacted already under operational railway traffic. At the same time, road embankments were built several times more than with all modern equipment in the Soviet era (for example, the construction of the BAM, etc.), and at the same time much faster and cheaper. The permafrost and general stability of the Transsib pre-revolutionary railway embankments from clay soils, in practice, turned out to be much greater. Several times longer and more expensive (more expensive), the constructed road embankments of BAM, Amur, Lena, etc. (designed according to the 2nd design principle) are completely dumped from expensive coarse and rocky soils, but they have been sinking for decades (up to now) ( with a gradual decay of precipitation).
Сущность изобретения поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.
На фиг. 1 изображен поперечный профиль (разрез) дорожной насыпи на вечной мерзлоте. Насыпь включает верхний слой 1 из кондиционного или дренирующего грунта, отсыпанный на слой некондиционного (переувлажненного и/или мерзлого) глинистого и др. грунта 2 предпочтительно с прослойками 3, (из геосинтетического материала) на грунтовом основании 4 и на поверхности слоя 2, естественное грунтовое основание 4 может иметь мохорастительный покров (МРП) 5 и деятельный (сезоннооттаивающий) слой 6.In FIG. 1 shows a transverse profile (section) of a road embankment on permafrost. The embankment includes a top layer 1 of conditioned or drainage soil, sprinkled on a layer of substandard (waterlogged and / or frozen) clay and
Способ осуществляют следующим образом. В тундровых и лесотундровых районах Севера, глинистые грунты наиболее распространены, но сильно переувлажнены (Wест≥Wтекучести), и летом, по сезонно-талому слою, проходимость по ним строительной техники отсутствует. Поэтому в более длительный (7-8 месяцев) холодный период, на ближайшем к участку строительства расположении местных, временно некондиционных глинистых (переувлажненных и/или мерзлых) грунтов, производят рыхление мерзлого грунта (буровзрывным или механическим способом). Затем его буртуют бульдозером в штабель. После этого, экскаватором или погрузчиком, осуществляют погрузку разрыхленного мерзлого глинистого грунта из штабеля в автосамосвалы и его транспортировку в насыпь. Предварительно назначают (по условию обеспечения снегонезаносимости, объемам имеющихся дефицитных кондиционных или дренирующих грунтов и др.) толщину верхнего и нижнего слоя. Расчетом по условию (1) данного способа определяют пригодность (допустимость) назначенной толщины верхнего 1 и нижнего 2 слоя. В случае не выполнения условия (1) данного способа, регулируют (изменяют) толщины слоев 1 и 2 (в основном слоя 2). Регулированием толщин слоев, достигают выполнения условия (1) данного способа. На расчищенное (от снега, кустарника и т.д.) основание 4 и 5, отсыпают слой 2, на установленную по условию (1) толщину. Поверхность слоя 2 разравнивают бульдозером и устраивают на нем назначаемую, по условию (2) данного способа, армирующую прослойку 3 из геосинтетического материала. На прослойку 3 отсыпают верхний, слой 1 из кондиционного или дренирующего грунта и уплотняют его до требуемой (по техническим нормативам) плотности. После этого, по поверхности насыпи пускают технологическое и/или эксплуатационное движение транспорта (последнее, преимущественно, после устройства дорожной одежды).The method is as follows. In the tundra and forest-tundra regions of the North, clay soils are most common, but very waterlogged (W eats ≥W fluidity ), and in summer, according to the seasonally thawed layer, there is no passing through of construction equipment. Therefore, in a longer (7-8 months) cold period, at the location of local, temporarily substandard clay (waterlogged and / or frozen) soils closest to the construction site, the frozen soil is loosened (by drilling and blasting or mechanically). Then he is being piled with a bulldozer into a pile. After that, by excavator or loader, the loosened frozen clay soil is loaded from the stack into dump trucks and transported to the embankment. The thickness of the upper and lower layers is preliminarily prescribed (under the condition of ensuring snow tolerance, the volume of available deficient conditioned or draining soils, etc.). The calculation according to condition (1) of this method determines the suitability (admissibility) of the assigned thickness of the upper 1 and lower 2 layers. If conditions (1) of this method are not met, the thicknesses of layers 1 and 2 (mainly layer 2) are adjusted (changed). By controlling the thicknesses of the layers, the fulfillment of condition (1) of this method is achieved. On the base 4 and 5 cleared (from snow, shrubs, etc.),
Пример подбора и назначения толщины верхнего 1 и нижнего слоя 2 дорожной насыпи, с проверкой соблюдения соотношения (1) данного способа:An example of the selection and appointment of the thickness of the upper 1 and
Требуется выполнить строительство насыпи автомобильной дороги в районе г. Надым, при наличии в основании вечномерзлых грунтов, I1 мерзлотная подзона. Высота снегонезаносимой насыпи в районе Надыма, по расчету составляет 1,46 м. Принимают руководящую (основную) высоту насыпи, равную 1,50 м. Толщину верхней части (слоя) насыпи 1, на прослойке из геосинтетика - 3, принимают из экономии дефицитного дренирующего грунта (песка), по прочностному минимуму, равной 0,6 м. Предварительно назначаемая (подбираемая) толщина нижней части насыпи - 2, отсыпаемой из местного некондиционного (мерзлого и переувлажненного) глинистого грунта составит при этом 1,50-0,60=0,90 м (в уплотнившемся, эксплуатационном состоянии).It is required to carry out the construction of a road embankment in the area of the city of Nadym, if there is permafrost soil in the base, I1 permafrost subzone. The height of the snow-resistant embankment in the Nadym region is estimated to be 1.46 m. The guide (main) height of the embankment is 1.50 m. The thickness of the upper part (layer) of the embankment 1 is 3, on the layer of geosynthetics - 3, taken from the economy of scarce draining soil (sand), at a minimum strength of 0.6 m. The pre-assigned (selected) thickness of the lower part of the embankment is 2, sprinkled from local substandard (frozen and waterlogged) clay soil will be 1.50-0.60 = 0 , 90 m (in compacted, operational condition).
После этого рассчитывают глубину оттаивания и промерзания данной конструкции насыпи в эксплуатационном (установившемся и стабилизированном) состоянии, т.е. при влажности, уплотнившегося до коэффициента уплотнения, не менее 0,90, первоначально переувлажненного глинистого грунта, в нижней части насыпи. При этом расчетную влажность глинистого грунта, (независимо от его начальной влажности при строительной укладке), принимают, в среднем равной 1,3-1,5 от его оптимальной влажности, в зависимости от вида глинистого грунта (по опытным данным из табл. В. 12 обязательного Приложения Б, СП 34.13330.2012 Automobile roads).After that, the depth of thawing and freezing of this embankment design in the operational (steady and stable) state is calculated, i.e. with humidity, compacted to a compaction coefficient of not less than 0.90, originally waterlogged clay soil in the lower part of the embankment. In this case, the estimated moisture content of clay soil, (regardless of its initial moisture during construction), is taken, on average, equal to 1.3-1.5 of its optimal humidity, depending on the type of clay soil (according to experimental data from Table B. 12 of the mandatory Appendix B, SP 34.13330.2012 Automobile roads).
Исходные данные для расчета (проверки и назначения) толщины слоев 1 и 2 по соотношению (1) данного способа:The initial data for calculating (checking and assigning) the thickness of
- средняя продолжительность теплого (с температурой воздуха выше 0°C) периода в районе г. Надыма составляет 3264 часа, холодного 5496 часов;- the average duration of the warm (with air temperature above 0 ° C) period in the region of Nadym is 3264 hours, and the cold period is 5496 hours;
- среднемесячная температура за самый теплый летний месяц (июль) +14,7°C;- monthly average temperature for the warmest summer month (July) + 14.7 ° C;
- средняя отрицательная температура за холодный период - 12°C (с учетом прогнозного потепления ΔT, т.е. с вычетом 3°C);- the average negative temperature for the cold period is 12 ° C (taking into account the predicted warming ΔT, i.e., minus 3 ° C);
- высота насыпи из условия снегонезаносимости - 1,46 м, принимают равной 1,5 м;- the height of the embankment from the conditions of snow tolerance - 1.46 m, taken equal to 1.5 m;
- толщина верхнего слоя насыпи из песка - 0,6 м., нижнего слоя насыпи из суглинка - 0,9 м., мохорастительного покрова (МРП) в основании - 0,15 м, грунт основания - суглинок;- the thickness of the upper layer of the embankment from sand is 0.6 m, the lower layer of the embankment from loam is 0.9 m, the mossy cover (MCI) at the base is 0.15 m, the soil of the base is loam;
- объемная плотность сухого грунта: песка - 1720 кг/м3, суглинка нижней части насыпи - 1480 кг/м3, суглинка основания - 1420 кг/м3, МРП или торфа в основании - 270 кг/м3;- bulk density of dry soil: sand - 1720 kg / m 3 , loam of the lower part of the embankment - 1480 kg / m 3 , loam of the base - 1420 kg / m 3 , MCI or peat in the base - 270 kg / m 3 ;
- расчетная влажность песка - 8%, суглинка насыпи - 24%, суглинка основания - 30%, МРП или торфа - 320%;- the estimated moisture content of the sand is 8%, the loam of the embankment is 24%, the loam of the base is 30%, the MCI or peat is 320%;
- коэффициенты теплопроводности Вт/(м⋅°C) и объемной теплоемкости кДж/(м⋅°C) грунтов в талом и мерзлом состоянии:- coefficients of thermal conductivity W / (m⋅ ° C) and volumetric heat capacity kJ / (m⋅ ° C) of soils in thawed and frozen state:
- песок - λm =1,45; λм=1,65; Cm=2155; Cm=1800;- sand - λ m = 1.45; λ m = 1.65; C m = 2155; C m = 1800;
- суглинок насыпи - λm=1,35; λм=1,50; Cm=2765; Cm=2050;- loam of the embankment - λ m = 1.35; λ m = 1.50; C m = 2765; C m = 2050;
- суглинок основания - λm =1,45; λм=1,55; Cm=3015; Cm=2175:- loam base - λ m = 1.45; λ m = 1.55; C m = 3015; C m = 2175:
- МРП или торф -λm =0,95; λм=1,40; Cm=4145; Cm=2380;- MCI or peat -λ m = 0.95; λ m = 1.40; C m = 4145; C m = 2380;
- количество скрытой теплоты фазовых переходов влаги в 1 м3, кДж/м3:- the amount of latent heat of the phase transitions of moisture in 1 m 3 , kJ / m 3 :
- песок - 45960;- sand - 45960;
- суглинок насыпи - 118640;- loam mound - 118640;
- суглинок основания - 142280;- loam base - 142280;
- МРП или торф - 288580.- MCI or peat - 288580.
Для соблюдения размерности при теплотехнических расчетах необходимо значения теплофизических характеристик грунтов перевести: коэффициент теплопроводности из Вт/(м⋅°C) в ккал/(м⋅час⋅°C) делением представленных данных на 1,16; объемную теплоемкость из кДж/(м3⋅°C) в ккал/(м3⋅°C) делением вышеприведенных данных на 4,19; скрытую теплоту льдообразования из кДж/м в ккал/м делением на 4,19, что составит:To comply with the dimension during thermotechnical calculations, it is necessary to convert the values of the thermophysical characteristics of soils: thermal conductivity coefficient from W / (m⋅ ° C) to kcal / (m⋅h⋅ ° C) by dividing the data by 1.16; volumetric heat capacity from kJ / (m 3 ⋅ ° C) to kcal / (m 3 ⋅ ° C) by dividing the above data by 4.19; latent heat of ice formation from kJ / m to kcal / m divided by 4.19, which will be:
- песок - λm=1,25; λм=1,42; Cm=518; Cm=430;- sand - λ m = 1.25; λ m = 1.42; C m = 518; C m = 430;
- суглинок насыпи - λm=1,16; λм=1,29; Cm=660; Cm=489;- loam mound - λ m = 1,16; λ m = 1.29; C m = 660; C m = 489;
- суглинок основания - λm=1,25; λм=1,34; Cm=720; Cm=520;- loam base - λ m = 1.25; λ m = 1.34; C m = 720; C m = 520;
- МРП и торф - λm=0,82; λм=1,21; Cm=989; Cm=568;- MCI and peat - λ m = 0.82; λ m = 1.21; C m = 989; C m = 568;
- количество скрытой теплоты фазовых переходов влаги при промерзании грунта в 1 м3, ккал/м3:- the amount of latent heat of phase transitions of moisture during freezing of the soil in 1 m 3 , kcal / m 3 :
- песок - 11008;- sand - 11008;
- суглинок насыпи - 28416;- loam mound - 28416;
- МРП и торф - 69120;- MCI and peat - 69120;
Глубину сезонного оттаивания грунтовых слоев дорожной насыпи и ее основания определяют как:The depth of seasonal thawing of the soil layers of the embankment and its base is determined as:
. .
- Глубина оттаивания песка:- Depth of thawing sand:
. .
- Глубина оттаивания суглинка нижней части насыпи:- Depth of thawing loam of the lower part of the embankment:
. .
- Глубина оттаивания МРП или торфа:- Depth of thawing MCI or peat:
- Глубина оттаивания суглинка основания насыпи:- Depth of thawing loam at the base of the embankment:
. .
Толщина оттаивания глинистого основания под насыпью составит:The thickness of the thawing of the clay base under the embankment will be:
Полная глубина оттаивания многослойной системы с МРП и глинистым грунтом в основании составит:The total thawing depth of a multilayer system with MCI and clay soil at the base will be:
. .
Глубину сезонного промерзания многослойной системы из слоев дорожной насыпи и грунтового основания определяют как:The depth of seasonal freezing of a multilayer system of layers of a road embankment and a soil base is determined as:
, ,
Подставляя значения характеристик в числитель подкоренного выражения получим:Substituting the values of the characteristics in the numerator of the radical expression, we obtain:
; ;
для знаменателя получим:for the denominator we get:
. .
Глубина промерзания в результате составит:The freezing depth as a result will be:
Проверка тепловой устойчивости конструкции насыпи со слоями 1 и 2, слоем мохорастительного покрова (МРП) 5 и сезоннооттаивающим (деятельным) слоем 6 из суглинка в основании 4 по соблюдению условия (1):Checking the thermal stability of the embankment design with
Эксплуатационная мерзлотная устойчивость насыпи с подобранной минимальной (по снегонезаносимости и экологичности) высотой и использованием при строительстве местных, первоначально некондиционных (мерзлых и/или переувлажненных) глинистых грунтов в нижней части, на частично сезоннооттаивающем мерзлом основании, находится в оптимальном интервале. Это экологично, экономично и обеспечивает долговременную (с учетом прогнозного глобального потепления на 50-100 лет) тепловую (мерзлотную), и соответственно, общую устойчивость данной дорожной насыпи, в виду соблюдения условия (1) для последующего природного сохранения и поддержания мерзлоты в основании насыпи.The operational permafrost stability of the embankment with the selected minimum (in terms of snow tolerance and environmental friendliness) height and use in the construction of local, initially substandard (frozen and / or waterlogged) clay soils in the lower part, on partially seasonal thawing frozen ground, is in the optimal range. It is environmentally friendly, economical and provides long-term (taking into account the forecasted global warming for 50-100 years) thermal (permafrost), and accordingly, the overall stability of this road embankment, in view of observing condition (1) for subsequent natural conservation and maintenance of permafrost at the base of the embankment .
Пример расчета снижения величины осадки насыпи (и повышения ее равномерности) путем армирования геосинтетическими материалами, с соблюдением соотношения (2) данного способа:An example of calculating the decrease in the volume of settlement of the embankment (and increase its uniformity) by reinforcing with geosynthetic materials, in compliance with the ratio (2) of this method:
Из примера расчета (1) верхнюю часть насыпи, толщиной 0,6 м, отсыпают из песка. Нижняя часть из наиболее распространенных местных мерзлых глинистых грунтов. Модули деформации нестабильного грунтового слоя до армирования и после армирования принимаются по ранее проведенным опытным определениям модулей деформации или по непосредственным испытаниям применяемого слабого грунта под стабильным слоем при расчетной нагрузке, с армирующей прослойкой и без нее.From the calculation example (1), the upper part of the embankment, 0.6 m thick, is sprinkled from sand. The lower part of the most common local frozen clay soils. Modules of deformation of an unstable soil layer before and after reinforcement are accepted according to previously conducted experimental definitions of deformation modules or by direct testing of applied soft soil under a stable layer at a design load, with and without reinforcing layer.
По данным инженерно-геологических изысканий и компрессионных испытаний образцов грунтов залегающих по трассе проектируемой дороги, модуль деформации оттаивающих льдонасыщенных глинистых грунтов деятельного (сезоннооттаивающего) слоя, в талом состоянии составил Ео=0,62 МПа или 6,2 кг/см2.According to engineering and geological surveys and compression tests of soil samples lying along the route of the designed road, the deformation modulus of thawing ice-saturated clay soils of the active (seasonally thawing) layer in the thawed state was E о = 0.62 MPa or 6.2 kg / cm 2 .
Модуль деформации разрыхленного мерзлого льдонасыщенного глинистого грунта, отсыпаемого на мохорастительный покров (МРП) в нижнюю часть дорожной насыпи, со средней пустотностью слоя отыпки в 20%, в первом приближении (в виду его прямой пропорциональности осадке), составит:The deformation modulus of loosened frozen ice-saturated clay soil, poured onto mossy cover (MCI) in the lower part of the road embankment, with an average voidness of the filling layer of 20%, in the first approximation (in view of its direct proportionality to the sediment), will be:
или 5,0 кг/см2. or 5.0 kg / cm 2 .
1. Расчетную осадку Sосн оттаивающего льдонасыщенного, грунтового основания насыпи в сезоннооттаивающем под насыпью слое определяют по формуле:1. Clearing precipitate S est ldonasyschennogo thawing, ground base mound in sezonnoottaivayuschem under bulk layer is determined by the formula:
где Н - глубина оттаивания мерзлого грунта в основании насыпи (по теплотехническому расчету), см;where H is the depth of thawing of frozen soil at the base of the embankment (according to the heat engineering calculation), cm;
Еo - модуль деформации слабого грунта основания под расчетной нагрузкой, МПа (кг/см2);E o - the deformation modulus of the weak soil of the base under the design load, MPa (kg / cm 2 );
δo - общее напряжение (нагрузка) на сезоннооттаивающий (деятельный) слой основания от веса насыпи и подвижной нагрузки, МПа (кг/см2).δ o - the total stress (load) on the seasonally thawing (active) base layer from the weight of the embankment and the moving load, MPa (kg / cm 2 ).
где δсв - напряжения (нагрузка) от собственного веса насыпи, МПа (кг/см2);where δ St - stress (load) from the dead weight of the embankment, MPa (kg / cm 2 );
δпн - напряжение (нагрузка) от подвижной нагрузки, МПа (кг/см2).δ mon - voltage (load) from a moving load, MPa (kg / cm 2 ).
где ρ - плотность (вес) слоев грунта насыпи, кг/см3;where ρ is the density (weight) of the soil layers of the embankment, kg / cm 3 ;
h - толщина слоев грунта насыпи, см.h is the thickness of the soil layers of the embankment, see
где δа - величина нормального напряжения от воздействия (колеса) подвижной нагрузки на расчетной глубине (принимают по табл. 3), МПа (кг/см2);where δ a is the magnitude of the normal stress from the impact (wheel) of the moving load at the calculated depth (taken from Table 3), MPa (kg / cm 2 );
Рп - давление в пневматических шинах подвижной нагрузки (равное 0,6-0,8 МПа), в МПа (кг/см2);R p - pressure in pneumatic tires of a moving load (equal to 0.6-0.8 MPa), in MPa (kg / cm 2 );
η - коэффициент динамичности от воздействия подвижной нагрузки (принимаемый, в среднем 1,5).η is the coefficient of dynamism from the impact of a moving load (accepted, on average 1.5).
Давление (нормальное напряжение) от колеса автосамосвала (с радиусом отпечатка колеса, составляющим обычно 16-18 см) на грунтовое основание дорожной насыпи, по опытным данным (Таблица 1) будет равно:The pressure (normal voltage) from the dump truck wheel (with a wheel imprint radius of usually 16-18 cm) on the soil base of the road embankment, according to experimental data (Table 1), will be equal to:
Ψ=150/16=9,4 по табл. 1, δа=0,025 кг/см2 Ψ = 150/16 = 9.4 according to the table. 1, δ a = 0.025 kg / cm 2
тогдаthen
δпн=δа*Рп*η=0,025 кг/см2*6 кг/см2*1,5=0,23 г/см2 δ pn = δ a * P p * η = 0.025 kg / cm 2 * 6 kg / cm 2 * 1.5 = 0.23 g / cm 2
δсв=0,002 кг/см3*60 см + 0,0018 кг/см3*90 см=0,28 кг/см2 δ st = 0.002 kg / cm 3 * 60 cm + 0.0018 kg / cm 3 * 90 cm = 0.28 kg / cm 2
δо=δсв+δпн=0,28 кг/см2 + 0,23 кг/см2=0,51 кг/см2 δ about = δ sv + δ mon = 0.28 kg / cm 2 + 0.23 kg / cm 2 = 0.51 kg / cm 2
Sосн=δо*Н/Ео=0,51*18/6,2=1,48 смS main = δ o * N / E o = 0.51 * 18 / 6.2 = 1.48 cm
2. Расчетная осадка нижней части дорожной насыпи отсыпанной из разрыхленных мерзлых (и переувлажненных) глинистых грунтов аналогично составит:2. The estimated draft of the lower part of the road embankment poured from loosened frozen (and waterlogged) clay soils similarly will be:
Ψ=60/16=3,75 по табл. 1, δа=0,15 кг/см2 Ψ = 60/16 = 3.75 according to the table 1, δ a = 0.15 kg / cm 2
тогдаthen
δпн=δа*Рп*η=0,15 кг/см2*6 кг/см2*1,5=1,35 кг/см2 δ pn = δ a * P p * η = 0.15 kg / cm 2 * 6 kg / cm 2 * 1.5 = 1.35 kg / cm 2
δсв=0,002 кг/см3*60 см = 0,12 кг/см2 δ st = 0.002 kg / cm 3 * 60 cm = 0.12 kg / cm 2
δо=δсв+δпн=0,12 кг/см2 + 1,35 кг/см2=1,47 кг/см2 δ about = δ sv + δ mon = 0.12 kg / cm 2 + 1.35 kg / cm 2 = 1.47 kg / cm 2
3. Строительную осадку оттаивающего под нагрузкой МРП или торфяного слоя в основании насыпи определяют по формуле:3. Building sediment thawing under load MCI or peat layer at the base of the embankment determined by the formula:
где е - относительная осадка МРП или торфяного грунта основания при оттаивании под расчетной нагрузкой; устанавливают при инженерных изысканиях (отборе образцов) по трассе дороги и данным их лабораторных компрессионных испытаний (или принимается по табл. 1 Приложения 7 Расчет строительной осадки грунтов основания и тела насыпи, ВСН 84-89).where e is the relative sediment MCI or peat soil of the base during thawing under the design load; set during engineering surveys (sampling) along the road and the data of their laboratory compression tests (or is taken according to Table 1 of Appendix 7 Calculation of construction sedimentation of soil of the base and body of the embankment, VSN 84-89).
В рассматриваемом примере, для плотности сухого МРП или торфа 270 кг/м3 и его суммарной влажности 320%, при вышеприведенном (расчетном) уплотняющем давлении 0,51 кг/см2 при интерполяции табл. 1, е=0,32,In this example, for the density of dry MCI or peat 270 kg / m 3 and its total humidity of 320%, with the above (calculated) sealing pressure of 0.51 kg / cm 2 when interpolating table. 1, e = 0.32,
тогда:then:
Примечание: Строительную осадку оттаивающего мерзлого мохорастительного покрова (МРП) или слаборазложившегося торфа, допустимо без расчета, по опыту принимать равной 40-50% первоначальной толщины слоя (согласно Прим. 2 к табл. 16, ВСН 84-89).Note: Building sludge from thawing frozen permafrost cover (MCI) or poorly decomposed peat, it is permissible without calculation, to take from experience 50-50% of the initial layer thickness (according to
Для обеспечения эксплуатационной (после строительной) высоты насыпи со столь значительной осадкой, при строительстве необходимо сразу отсыпать нижнюю часть насыпи с запасом на общую осадку.To ensure the operational (after construction) height of the embankment with such a significant draft, during construction it is necessary to immediately pour the lower part of the embankment with a reserve for the total draft.
Для данного примера она составит: .For this example, it will be: .
При досыпке данного запаса на осадку в 35 см, из мерзлого разрыхленного (переувлажненного) глинистого грунта, данный слой досыпки также даст осадку. Величина ее составит: 35 см*26,5 см/90 см=10,3 см.When adding this stock to the sediment of 35 cm, from frozen, loosened (waterlogged) clay soil, this layer of addition will also give sediment. Its size will be: 35 cm * 26.5 cm / 90 cm = 10.3 cm.
Общая величина строительной досыпки нижней части насыпи (с запасом на последующую общую осадку) составит: 35 см + 10,3 см=45,3 см. Общая толщина нижнего нестабильного слоя в насыпи с учетом запаса на строительно-эксплуатационную осадку, составит 45,3+90=135,3 см или округленно 1,4 м.The total value of the construction fill of the lower part of the embankment (with a margin for the subsequent total draft) will be: 35 cm + 10.3 cm = 45.3 cm. The total thickness of the lower unstable layer in the embankment, taking into account the reserve for the construction and operational settlement, will be 45.3 + 90 = 135.3 cm or rounded 1.4 m.
Величина общей осадки в 45,3 см не позволяет, по условиям допустимой суммарной осадки (в соответствии с требованиями табл. 7.6 СП 34.13330.2012 [1]), устройство на поверхности данной насыпи дорожной одежды, необходимой для обеспечения эксплуатационного движения. Не допускается устраивать дорожную одежду даже низшего (переходного типа). Она допускает суммарную осадку основания и нестабильного слоя насыпи толщиной до 1,5 м, на величину не более 24 см. Для снижения величины осадки (и соответственно ее неравномерности) на поверхности нижней части дорожной насыпи, закладывают устройство армирующей прослойки из тканого геосинтетического материала марки 300 в соответствии с табл. 2The total draft of 45.3 cm does not allow, under the conditions of the permissible total draft (in accordance with the requirements of Table 7.6 of SP 34.13330.2012 [1]), the device on the surface of this embankment of pavement necessary to ensure operational traffic. It is not allowed to arrange pavement even lower (transitional type). It allows a total settlement of the base and unstable layer of the embankment with a thickness of up to 1.5 m, by no more than 24 cm. To reduce the amount of settlement (and therefore its unevenness) on the surface of the lower part of the embankment, lay a device for a reinforcing layer of woven geosynthetic material of grade 300 in accordance with table. 2
В соответствии с условием (2) и таблицей 2, снижение величины осадки, в результате данного армирования составит:In accordance with condition (2) and table 2, the decrease in precipitation, as a result of this reinforcement will be:
или or
Пониженная величина осадки, так же не является приемлемой (по СП 34.13330.2012 таб. 7.6). Для дополнительного снижения величины общей осадки, увеличивают величину коэффициента армирования Ка с 1,4 до 1,90 (по таблице 2) путем дополнительной укладки на поверхность геотекстильной прослойки объемной георешетки, тогда:Reduced precipitation is also not acceptable (according to SP 34.13330.2012 tab. 7.6). To further reduce the total draft, increase the value of the reinforcement coefficient K a from 1.4 to 1.90 (according to table 2) by additional laying on the surface of the geotextile layer of a volume geogrid, then:
Достигнутая величина снижения (по неравномерности) общей осадки в соответствии с табл. 7.6 СП 34.13330.2012, теперь менее допустимых 24 см. Это является уже приемлемым для устройства переходных дорожных одежд и осуществления консолидирующего (ускоренно доуплотняющего при допустимой осадке) эксплуатационного движения.The achieved decrease (due to unevenness) of the total precipitation in accordance with table. 7.6 SP 34.13330.2012, now less than the permissible 24 cm. This is already acceptable for the installation of transitional road pavement and the implementation of consolidating (accelerated re-sealing with permissible draft) operational movement.
При недостаточности такого снижения осадки, дополнительно, в основание д/о, например, из ПГС, закладывают устройство плоской георешетки с геосинтетической прослойкой, с Ка=1,75. Это обеспечивает дополнительное снижение величины (и неравномерности) осадки с возможностью устройства более высоко категорийной д/о, требующей меньшей величины допустимой эксплуатационной осадки (например, до 12 или 18 см) в соответствии с табл. 7.6 СП 34.13330.2012:If such a decrease in precipitation is insufficient, additionally, a flat geogrid device with a geosynthetic interlayer with K a = 1.75 is laid in the base for for example from ASG. This provides an additional reduction in the magnitude (and unevenness) of precipitation with the possibility of a device of a higher category d / o, requiring a lower value of permissible operational precipitation (for example, to 12 or 18 cm) in accordance with Table. 7.6 SP 34.13330.2012:
Обобщенные опытные значения коэффициентов армирования различными геосинтетическими материалами конструктивных слоев дорожных одежд их основания и слоев земляного полотна по [ВРДС 32-12-08 МО РФ. Руководство по устройству аэродромных оснований и дорожной одежды с армирующими прослойками из геосинтетических материалов]The generalized experimental values of the reinforcement coefficients by various geosynthetic materials of the structural layers of the pavement of their base and subgrade layers according to [ARDS 32-12-08 of the RF Ministry of Defense. Guide to the arrangement of airfield bases and pavement with reinforcing layers of geosynthetics]
Снижение осадки за счет армирования полностью на величину Ка не происходит. Однако при этом, вместе с относительно близким к Ка средним снижением величины осадки, значительно снижается и ее неравномерность. Это важно, так как любая осадка, в основном, наиболее опасна своей неравномерностью. Равномерная же осадка, легко компенсируется технологически, отсыпкой насыпей сразу с запасом на осадку, при наблюдающемся глобальном потеплении, сопровождающимся массовой деградацией вечной мерзлоты на обширных (65% территории РФ) мерзлотных территориях. Дорожные насыпи на мерзлоте, изначально возводимые вначале с приспособлением для гашения строительно-эксплуатационных осадок, затем аналогично будут сглаживать, и гасить неравномерности, различных внерасчетных и непредвиденных просадок в результате глобального потепления. Армирование геосинтетиками так же обеспечивает дорожным насыпям последующую повышенную общую (по устойчивости откосов и т.д.) эксплуатационную устойчивость, позволяющую (по обобщенному опыту эксплуатации) в 1,5-2 раза увеличить межремонтные сроки дорогостоящего дорожного покрытия, дорожной одежды или железнодорожных путей.Decrease in precipitation due to reinforcement completely by the value of K a does not occur. However, this, together with relatively close to the K value and the average reduction precipitation is significantly reduced and its unevenness. This is important, since any draft is mainly the most dangerous of its unevenness. A uniform sediment is easily compensated technologically by filling in embankments immediately with a reserve for sediment, with the observed global warming, accompanied by massive degradation of permafrost in vast permafrost territories (65% of the territory of the Russian Federation). Permafrost embankments, initially erected at first with a device for damping construction and operational sludge, will then smooth out and extinguish irregularities, various off-design and unforeseen subsidence as a result of global warming. Reinforcement with geosynthetics also provides road embankments with a subsequent increased general (in terms of slope stability, etc.) operational stability, which allows (according to generalized operating experience) to increase the turnaround time of expensive pavement, pavement or railway tracks by 1.5-2 times.
Claims (32)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130643A RU2647517C1 (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Method for erecting embankment from substandard soils on permafrost |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016130643A RU2647517C1 (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Method for erecting embankment from substandard soils on permafrost |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2647517C1 true RU2647517C1 (en) | 2018-03-16 |
Family
ID=61629456
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016130643A RU2647517C1 (en) | 2016-07-25 | 2016-07-25 | Method for erecting embankment from substandard soils on permafrost |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2647517C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110117952A (en) * | 2019-05-24 | 2019-08-13 | 福建工程学院 | Inclinometer pipe deeply mixing cement-soil pile prediction technique at a kind of embankment slope foot |
RU2750895C1 (en) * | 2020-11-10 | 2021-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for construction of earthworks at subzero temperatures |
CN114330028A (en) * | 2022-01-28 | 2022-04-12 | 中国铁路设计集团有限公司 | Design method for insufficient overload reinforcement settlement control during observation period of high-speed railway roadbed engineering |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU1764371C (en) * | 1990-01-17 | 1994-09-30 | Кондратьев Валентин Георгиевич | Method for consolidation of roadbed base of highly icy grounds |
SU1139176A1 (en) * | 1983-09-19 | 1995-10-27 | Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства | Roadbed slope covering |
RU2278213C1 (en) * | 2005-07-11 | 2006-06-20 | Вадим Васильевич Пассек | Road embankment made on permafrost ground |
RU2360063C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Embankment on frozen soil |
RU2379405C1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Embankment on frozen soil |
-
2016
- 2016-07-25 RU RU2016130643A patent/RU2647517C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1139176A1 (en) * | 1983-09-19 | 1995-10-27 | Всесоюзный научно-исследовательский институт транспортного строительства | Roadbed slope covering |
RU1764371C (en) * | 1990-01-17 | 1994-09-30 | Кондратьев Валентин Георгиевич | Method for consolidation of roadbed base of highly icy grounds |
RU2278213C1 (en) * | 2005-07-11 | 2006-06-20 | Вадим Васильевич Пассек | Road embankment made on permafrost ground |
RU2360063C1 (en) * | 2008-03-11 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Embankment on frozen soil |
RU2379405C1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-01-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" | Embankment on frozen soil |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
ВСН 84-89, Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты, Москва, 1990; . * |
СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги, Москва, 1997 * |
СНиП 2.05.02-85 Автомобильные дороги, Москва, 1997. ВСН 84-89, Изыскания, проектирование и строительство автомобильных дорог в районах распространения вечной мерзлоты, Москва, 1990; . * |
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги, Москва, 2012 * |
СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги, Москва, 2012. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110117952A (en) * | 2019-05-24 | 2019-08-13 | 福建工程学院 | Inclinometer pipe deeply mixing cement-soil pile prediction technique at a kind of embankment slope foot |
CN110117952B (en) * | 2019-05-24 | 2024-05-10 | 福建工程学院 | Prediction method for deep horizontal displacement of inclinometer pipe at road embankment toe |
RU2750895C1 (en) * | 2020-11-10 | 2021-07-05 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский федеральный университет" | Method for construction of earthworks at subzero temperatures |
CN114330028A (en) * | 2022-01-28 | 2022-04-12 | 中国铁路设计集团有限公司 | Design method for insufficient overload reinforcement settlement control during observation period of high-speed railway roadbed engineering |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109057799B (en) | It is a kind of the north open coal mine water resource storage and concocting method | |
RU2647517C1 (en) | Method for erecting embankment from substandard soils on permafrost | |
CN204212018U (en) | A kind of road structure preventing and treating the soft soil roadbed freeze thawing disease of high and cold mountain area cheuch section | |
RU2324032C1 (en) | Road embankment over permanently frosen soils | |
CN101418565A (en) | Qinghai-tibet railway permafrost wetland ground treatment technique | |
Ashpiz | The problems of the railway subgrade construction in the subarctic part of the Russian cryolithozone and the ways of their solution | |
RU83511U1 (en) | EARTH CANVAS OF THE ROAD IN THE FROZEN SOIL ZONE | |
CN116876280B (en) | Construction method of high embankment | |
Reisinger et al. | Reclamation of the Big Springs subaerial tailings facility, Nevada | |
RU2516603C1 (en) | Road structure | |
Bolshanik et al. | Transformation of the relief of territories of development of gas mining deposits of the Taza peninsula | |
RU2795020C1 (en) | Method for constructing subgrade of additional track on weak base in case of thawing | |
Zhdanova et al. | New designs of drainage and discharge facilities for dewatering endorheic sections in cold regions | |
RU2761272C1 (en) | Drainage system for stabilising the roadway on thawed soft soils | |
Galinmoghadan et al. | A Bio-Wicking System to Prevent Frost Heave in Alaskan Pavements: Phase II Implementation | |
Zhdanova et al. | Innovative Solutions for Roadbed Reinforcement on 303-331 km of Adnikan Detour at Bureya Reservoir | |
Talalay | Mining and Construction in Snow and Ice | |
Talalay | The Construction of Winter Roads and Ice Islands | |
Černoch et al. | Preparations for remediation of a former surface mine–a technical reclamation area | |
Glossop et al. | SOIL STABILITY PROBLEMS IN ROAD ENGINEERING. | |
SU1189942A1 (en) | Method of constructing an earth track | |
Shoop et al. | Maintenance and drainage guidance for the Scott Base Transition, Antarctica | |
Shoop et al. | Maintenance and Drainage Issues for Gravel and Snow Road Transitions: Case Study at the Scott Base Transition, Antarctica | |
Neratova et al. | Design and technology concepts in providing auxiliary track roadbed stability on permafrost | |
Song et al. | Subgrade design and construction technology for saline soil area |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180726 |