Способ укрепления основания земляного полотна на вечномерзлых грунтах

 

Изобретение относится к укреплению земляного полотна и может быть использовано для защиты основания на сильнольдистых вечномерзлых грунтах на слабом просадочном при оттаивании основании. Способ включает укрепление основания земляного полотна на вечномерзлых грунтах путем сооружения в основании под насыпью армирующих элементов. Новым является то, что при наличии в основании сильнольдистых фрагментов последние разрушают гидродинамическим методом, например через скважины, которые бурят, в том числе через тело насыпи в основание. Производят гидравлическое ударение разрушенного льдистого грунта, а армирующие элементы сооружают путем замещения в образующихся полостях удаляемого грунта талым грунтом с требуемыми свойствами. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к строительству, преимущественно, дорог на вечномерзлых грунтах.

Известны конструктивные приемы обеспечения устойчивости земляного полотна на слабом и просадочном при оттаивании основаниях: уширение и создание запаса по высоте насыпей, устройство берм и др. [1] Перечисленные мероприятия требуют больших затрат на сооружение и поддержание в рабочем состоянии пути и, как свидетельствуют опыт строительства и эксплуатации дорог, не решают полностью проблемы обеспечения устойчивости земляного полотна на грунтах 3 и 4 категорий просадочности.

Известен способ укрепления основания земляного полотна на вечномерзлых грунтах, включающий сооружение в основании под насыпью армирующих элементов (2, 3).

Недостатком известного способа являются большие трудозатраты и недостаточная устойчивость основания.

Изобретение направлено на обеспечение устойчивости основания при любых тепловых воздействиях и изменениях гидрогеологической ситуации.

Указанный технический результат достигается тем, что в качестве мероприятия, предотвращающего деформации основания насыпи, применяют заблаговременное разрушение сильнольдистых вечномерзлых грунтов или залежей льда в основании гидродинамическим способом, например через скважины, пробуренные в основании, в том числе через тело насыпи, производят гидравлическое удаление льдистого грунта и замещают полость талым грунтом с требуемыми свойствами, например песком.

Разрушение льдистого грунта производят отдельными фрагментами с помощью высокоскоростных жидких струй, например в воздушном потоке, и вынос разрушенного грунта осуществляют отработанной жидкостью, а заполнение полости талым грунтом совмещают во времени с процессом ее разработки. При этом разрабатываемую полость герметизируют, и вынос разработанного грунта производят с использованием дополнительного вихревого потока жидкости с избыточного гидростатического давления.

Для обеспечения эффективности указанного процесса талый грунт, например песок, подают в разработанную полость в виде пульпы высокой консистенции.

После завершения размыва грунта в герметизированной полости продолжают поддерживать избыточное гидростатическое давление путем подачи сжатого воздуха при продолжающейся подаче замещающего грунта до появления на изливе пульпы замещающего талого грунта высокой консистенции, после чего продолжают подачу сжатого воздуха до полной очистки сбросного тракта и завершения выдавливания свободной воды.

На фиг. 1 показан поперечный разрез железнодорожного пути с основанием, включающим обширную линзу льдистого грунта, фрагменты которой замещены талым песчаным грунтом; на фиг.2 в плане основание железнодорожного пути с льдистым грунтом, замещенным пофрагментно песком; на фиг.3 процесс струйного разрушения вечномерзлого грунта с одновременным замещением его песком; на фиг. 4 завершающая стадия процесса замещения песком фрагмента вечномерзлого льдистого грунта и выдавливания свободной воды.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

Через тело насыпи (фиг.1) пробуривают рабочую скважину 2, проходящую насквозь через линзу льдистого грунта 3. Скважину 2 оборудуют кондуктором 4, погружаемым до подошвы щебенчатой насыпи (фиг.3). В скважину 2 погружают ниже подошвы линзы 3 струйный монитор 5, оборудованный боковыми соосными соплами жидкостным и воздушным, герметизирующим устройством 6, вихревым устройством, изливающим патрубком 7, внешней выдачной трубой 8, вертлюгом 9, шлангами для подвода рабочих компонентов размывающей жидкости 10, сжатого воздуха 11, замещающего грунта 12 и сбросным шлангом 13, оборудованным на нижнем конце регулятором 14. Далее производят разрушение льдистого грунта струей размывающей жидкости 15, например, солевым раствором, в потоке сжатого воздуха при медленном вращении монитора 5 вокруг вертикальной оси и медленном подъеме его снизу вверх, с образованием цилиндрической полости 16. При этом в полости 16 устанавливается свободная поверхность жидкости, выше которой располагается пространство, заполненное сжатым воздухом. Разрушенный грунт в виде пульпы обрушивается вниз и благодаря повышенному гидростатическому давлению в полости 16 поступает в приемный патрубок 17 монитора 5. При этом закрученная струя жидкости, поступающая через вихревое устройство в нижней части монитора 5, создает вихревой поток 18, который благодаря эффекту поперечной циркуляции способствует перемещению размытого грунта к приемному патрубку 17. Далее пульпа размытого грунта удаляется по выдачной трубе 8 и сбросному шлангу 13. Одновременно через изливающей патрубок 7 в полость 16 подают пульпу замещающего грунта (песка) высокой консистенции, которая заполняет выработанное пространство по мере разработки полости 16. Пульпа высокой консистенции замещающего грунта, имеющая больший удельный вес по сравнению с пульпой размытого грунта, не смешивается с последней и вытесняет размытый грунт, благодаря непрерывному подъему более плотной массы замещающего грунта. При этом часть замещающего грунта неизбежно удаляется из полости 16 вместе с размытым грунтом.

Пульпу высокой консистенции замещающего грунта получают, например, с использованием напорного вихревого гидротранспортного устройства 19, имеющего по меньшей мере две камеры 20, поочередно заполняемые песчаной пульпой, подаваемой через бункер 21, со сливом осветленной воды 22. После заполнения камеры 20 песком включают напорную воду 23 и благодаря вихревому устройству 24 образуется вихревой поток песчаной пульпы высокой консистенции 12, которую под давлением подают к монитору 5. Одновременно вторую камеру 20 заполняют песком для обеспечения непрерывности работы. При заполнении полости 16 замещающим грунтом благодаря повышенному гидростатическому давлению в полости 16 и наличию разгрузочного приемного патрубка 17 свободная вода из осажденной пульпы высокой консистенции выдавливается в верхнюю часть полости 16, вследствие чего происходит ускоренная принудительная консолидация замещающего грунта, то есть плотность замещающего грунта в полости 16 будет примерносоответствовать плотности грунта естественного сложения.

После завершения разработки полости 16 монитор 5 поднимают в скважину 12, и подачу размывающей жидкости 10 прекращают, а сжатый воздух 11 продолжают подавать (фиг.4). Повышенное давление в полости 16 обеспечивают с помощью регулятора 14. Пульпу замещающего грунта высокой консистенции 12 продолжают подавать до тех пор, пока песок в заметном количеств не начнет выходить из сбросного шланга 13 в сливной лоток 25. После этого подачу замещающего грунта прекращают и продолжают подач сжатого воздуха 11 до полной очистки от песка сбросного тракта и выноса свободной воды, выдавленной в верхнюю часть полости 16. В результате на месте полости 16 образуется грунтовая (песчаная) свая 26.

После завершения выполнения грунтовой (песчаной) сваи 26 монитор 5 извлекают из скважины 2, скважину 2 заполняют грунтовой пульпой высокой консистенции из гидротранспортного устройства 19 и извлекают кондуктор 4.

Далее таким же образом выполняют следующую грунтовую сваю 26 и так далее. В случае предельно близкого примыкания друг к другу грунтовых свай 26 (фиг. 2) образуется сплошное искусственное грунтовое основание на месте массива льдистого грунта 3.

В случаях, когда замещающий грунт представлен мелкими песками или содержит большое количество глинистых частиц, то есть возможность быстрой принудительной консолидации замещающего грунта проблематична, вместо напорной воды 23 в напорное вихревое гидротранспортное устройство 19 можно подавать цементный раствор с содержанием цемента, обеспечивающим необходимую прочность на сжатие замещающего материала.

Таким образом, предложенный способ укрепления основания земляного полотна позволяет исключить деформации последнего на слабом, просадочном при оттаивании основании и может служить радикальным средством против разрушительных последствий воздействия лучистой энергии солнца и дождевых вод.

Формула изобретения

1. Способ укрепления основания земляного полотна на вечномерзлых грунтах, включающий сооружение в основании под насыпью армирующих элементов, отличающийся тем, что при наличии в основании сильнольдистых фрагментов последние разрушают гидродинамическим методом, например, через скважины, которые бурят, в том числе через тело насыпи, в основании и производят гидравлическое удаление разрушенного льдистого грунта, а армирующие элементы сооружают путем замещения в образующихся полостях удаляемого грунта талым грунтом с требуемыми свойствами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что разрушение льдистого грунта производят высокоскоростными жидкими струями, например, в воздушном потоке, вынос разрушенного грунта осуществляют отработанной жидкостью, а заполнение полости талым грунтом совмещают во времени с процессом ее разработки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что полость от удаления разрушенного льдистого грунта герметизируют, вынос разработанного грунта производят с использованием дополнительного вихревого потока жидкости и избыточного гидростатического давления в указанной полости.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что талый грунт для заполнения выработанной полости подают в виде пульпы высокой консистенции.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после завершения размыва льдистого грунта в герметизированной полости продолжают поддерживать избыточное гидростатическое давление путем подачи сжатого воздуха при продолжающейся подаче замещающего грунта высокой консистенции.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после завершения подачи пульпы высокой консистенции производят подачу в герметизированную полость сжатого воздуха до полной очистки сбросного тракта и полного вылавливания свободной воды.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4