Защитное сооружение от опасных геологических процессов в вечномерзлых грунтах

 

Изобретение относится к области транспортного строительства в горной стесненной местности и может быть использовано как защита железных и автомобильных дорог, промышленных объектов, населенных пунктов от геологических процессов, как элемент транспортной развязки, как промежуточное звено между тоннелем и мостом при устройстве дорог в двух уровнях. Защитное сооружение включает галерею из металлических гофрированных структур арочного типа, опирающуюся на железобетонные опоры и амортизирующую отсыпку. Новым является то, что сооружение имеет подпорные стены из слоев армированного уплотненного грунта постоянной толщины 0,5 м, переменной ширины, уширяющейся по мере удаления от концевого участка галереи, переходящего в амортизирующую отсыпку, примыкающую к кровле галереи, плавно сопрягаясь со склоном под уклоном не менее 1:2, при этом на поверхность каждого армогрунтового слоя закладываются металлические анкеры. Технический результат изобретения состоит в снижении материалоемкости и трудозатрат на возведение сооружения при обеспечении его требуемой прочности, устойчивости и долговечности при высокой сейсмичности вечномерзлых грунтов в труднодоступных горных районах. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области транспортного строительства в горной стесненной местности и может быть использовано как защита железных и автомобильных дорог, промышленных объектов, населенных пунктов от геологических процессов, как элемент транспортной развязки, как промежуточное звено между тоннелем и мостом при устройстве дорог в двух уровнях.

Чаще в строительной практике для защиты от опасных геологических процессов применяют сооружения, состоящие в комплексе галереи различной конструкции, выполненных из различных материалов (камня, бетона, железобетона) с улавливающими или ограждающими стенами, или с траншеями, или со рвами и т.п. (см. Н. М. Ройнишвили, Защита железнодорожного пути от горных обвалов и осыпей, Москва, Транспроект, 1973, с.117-130).

Строительство таких сооружений в труднодоступных стесненных горных районах, с высокой сейсмичностью, в вечномерзлых грунтах, связано со значительными объемами строительных работ, высокой материалоемкостью.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является защитное сооружение от опасных геологических процессов в вечномерзлых грунтах, включающее галерею из металлических гофрированных структур арочного типа опирающуюся на железобетонные опоры и амортизирующую отсыпку (см. Опыт применения металлических гофрированных структур на сооружениях транспорта, Москва, ЦНИИС, 2000, фото 32).

Недостатками этих конструкций являются: пониженная устойчивость, невысокая эксплуатационная надежность при высокой сейсмичности вечномерзлых грунтов.

Задачей настоящего изобретения является снижение материалоемкости и трудозатрат на возведение сооружения при обеспечении его требуемой прочности, устойчивости и долговечности при высокой сейсмичности вечномерзлых грунтов в труднодоступных горных районах.

Поставленная задача решается за счет того, что в защитном сооружении от опасных геологических процессов в вечномерзлых грунтах, включающем галерею из металлических гофрированных структур арочного типа, опирающуюся на железобетонные опоры и амортизирующую отсыпку, согласно изобретению сооружение имеет подпорные стены в выемке между внешними стенками галереи и поверхностями нагорных склонов из слоев армированного уплотненного грунта постоянной толщины - 0,5 м, переменной ширины, уширяющейся по мере удаления от концевого участка галереи, переходящего в амортизирующую отсыпку, примыкающую к кровле галереи, плавно сопрягаясь со склоном под уклоном не менее 1:2, при этом на поверхность каждого армогрунтового слоя закладываются металлические анкеры, входящие в отверстия металлической гофрированной структуры и крепящиеся зажимными болтами с внутренней стороны.

В сооружении длина анкера может приниматься переменной и увеличиваться на расчетную величину между гофрированной структурой и зоной возможного обрушения талого грунта.

Кроме того, в сооружении анкер может быть выполнен саморасклинивающимся.

Опирание арки галереи в сооружении может происходить с помощью стального листа, замоноличиваемого бетоном в опоре.

В амортизирующей отсыпке поверх армированного слоя, примыкающего к кровле галереи, может укладываться мембрана из двух слоев объемных георешеток, а тело стенок и амортизирующей отсыпки может быть армировано геотекстилем, или стеклотканью, или стеклопластиком из тканого или нетканого материала, преимущественно синтетического, или георешетками, или сетками, или металлическими полосами.

Приведенная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата, выражающегося в снижении материалоемкости, стоимости, сроков строительства при сооружении прочного, устойчивого, долговечного защитного сооружения в вечномерзлых грунтах, в стесненных труднодоступных горных районах с высокой сейсмичностью, соблюдая охрану окружающей среды.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен поперечный разрез защитного сооружения от опасных геологических процессов в вечномерзлых грунтах в выемке; на фиг. 2 изображен поперечный разрез опирания арки галереи с помощью стального листа, замоноличиваемого бетоном в опоре; на фиг.3 - технологическая схема укладки мембраны из двух слоев объемной георешетки; на фиг. 4 - общий вид объемной георешетки в рабочем (растянутом) положении.

Защитное сооружение от опасных геологических процессов в вечномерзлых грунтах в выемке 1 включает железобетонные опоры 2, на которые опирается арка галереи из металлической гофрированной структуры 3 с помощью стального листа 4, замоналиченного бетоном в опоре, подготовку основания 5, подпорные стены 6 из слоев уплотненного грунта, армированного прослойками 7 из композитного материала, поверх прослоек закладываются металлические анкера 8. На армированный слой 9, примыкающей к кровле галереи, отсыпается выравнивающий слой 10, на который укладывают звенья первого слоя объемных георешеток 11, их засыпают грунтом и выравнивают засыпку над первым слоем 12 и на нее укладывают звенья объемных георешеток второго слоя 13, звенья второго слоя объемной георешетки засыпают грунтом, плавно переходя в амортизирующую отсыпку 14. Позицией 15 обозначена зона возможного оттаивания.

Строительство защитного сооружения ведется следующим образом.

Тщательно осматриваются прилегающие нагорные склоны в выемке 1, производится съем неустойчивых камней и глыб, после чего приступают к устройству галереи, начиная с монолитной опоры 2, расчлененной по длине секции, равные 6-12 м и более, затем производится сборка галереи из высококачественных, долговечных металлических гофрированных структур 3 с мощным цинковым покрытием, у которых наибольшие круговые гофры, например Super Cor (380 мм толщиной и 140 мм глубиной). Эти сверхлегкие конструкции доставляют на место производства работ в связках, изогнутых по надлежащему радиусу, где и собирают, а затем устанавливают в опору 2 с помощью стального листа 4, замоналичиваемого бетоном в опоре.

Гофрированные структуры не нуждаются в сложном обслуживании в течение срока их службы (примерно 100 лет) в отличие от типовых конструкций галерей, а наличие гофр уменьшает навязчивость эстетического восприятия в естественной среде.

Для обеспечения устойчивости, стабильности и безопасности эксплуатации сооружения в сейсмической зоне отсыпают подпорные стены 6 в следующей последовательности: - подготавливается основание 5 (бульдозером) под подпорные стены 6; - на подготовленное основание расстилаются рулоны армирующих прослоек 7, например, из композитного материала по всей ширине; - разостланные армирующие прослойки 7 отсыпаются (самосвалами или грейдером) грунтом и разравниваются бульдозером; - отсыпанный, разровненный грунт всего слоя уплотняют (катком или груженым самосвалом) на толщину рекомендуемого слоя, примерно 0,5 м; - на уплотненный слой укладывают армирующие прослойки в той же последовательности, как и основание 5.

Для обеспечения структурной целостности конструкции в сейсмическом районе при наличии вечномерзлых грунтов на натянутые армирующие прослойки закладываются металлические анкера 8, входящие одним концом в отверстие металлической гофрированной структуры 3 и крепятся в ней с внутренней стороны зажимными болтами.

Укладка мембраны из объемных георешеток, 11 - первого слоя и 13 - второго слоя осуществляется по следующей технологической схеме (см. фиг.3):
- поверх армирующего слоя 9, примыкающего к кровле галереи, на всю площадь отсыпается выравнивающий слой 10 толщиной 10-12 см и формируется бульдозером (Б) (фиг.3, 1-й цикл);
- на выравнивающий слой 10 укладываются звенья объемных георешеток 11 первого слоя в растянутом состоянии на всю ширину подпорной стены в поперечном направлении (фиг.3, 2-й цикл);
- звенья объемных георешеток в растянутом состоянии соединяют между собой скрепками, а к основанию - штырями;
- ячейки объемных георешеток 11 засыпаются грунтом погрузчиком (П) за один раз, с избытком не менее, чем 20-25 см над уровнем верха объемной георешетки 11 (фиг.3, 3-й цикл);
- уплотнение отсыпанного грунта выполняется сначала легким катком на пневмоходу (за 4 прохода по одному следу) и окончательно средним катком (К) на пневмоходу за 6 проходов по одному следу по всей ширине подпорной стены (фиг.3, 4-й цикл).

Укладка второго слоя объемной георешетки 13 и окончательное образование мембраны производится на выровненной поверхности засыпки первого слоя.

Все операции по раскладке звеньев второго слоя объемной георешетки 13, засыпка их и уплотнение повторяются в то же последовательности, что и первого слоя георешетки 11 (фиг.3, 5-й и 6-й циклы).

Учитывая интенсивность обвальных явлений в условиях горно-скалистой местности и сейсмичность района, над сводом галереи, поверх мембраны из объемных георешеток 11, 13 для плавного сопряжения с косогором отсыпается грунтом амортизирующая отсыпка 14 толщиной 3 м и уклоном 1:2, чтобы большая часть горной породы при обвалах и снежные лавины не задерживались на кровле галереи и скатывались в низовую сторону.

Формула изобретения

1. Защитное сооружение от опасных геологических процессов в вечномерзлых грунтах, включающее галерею из металлических гофрированных структур арочного типа, опирающуюся на железобетонные опоры и амортизирующую отсыпку, отличающееся тем, что сооружение имеет подпорные стены в выемке между внешними стенками галереи и поверхностями нагорных склонов из слоев армированного уплотненного грунта постоянной толщины 0,5 м, переменной ширины, уширяющейся по мере удаления от концевого участка галереи, переходящего в амортизирующую отсыпку, примыкающую к кровле галереи, плавно сопрягаясь со склоном под уклоном не менее 1: 2, при этом на поверхность каждого армогрунтового слоя закладываются металлические анкеры, входящие в отверстия металлической гофрированной структуры и крепящиеся зажимными болтами с внутренней стороны.

2. Сооружение по п. 1, отличающееся тем, что длина анкера принимается переменной и увеличивается на расчетную величину между гофрированной структурой и зоной возможного обрушения талого грунта.

3. Сооружение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что анкер выполнен саморасклинивающимся.

4. Сооружение по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что опирание арки галереи происходит с помощью стального листа, замоноличиваемого бетоном в опоре.

5. Сооружение по любому из пп. 1-4, отличающееся тем, что в амортизирующей отсыпке поверх армированного слоя, примыкающего к кровле галереи, укладывается мембрана из двух слоев объемных георешеток.

6. Сооружение по любому из пп. 1-5, отличающееся тем, что тело стенок и амортизирующей отсыпки армировано геотекстилем, или стеклотканью, или стеклопластиком из тканого или нетканого материала, преимущественно синтетического, или георешетками, или сетками, или металлическими полосами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4