Приложение В. Выбор конструктивных решений водопропускных сооружений на вечной мерзлоте

Приложение В

Выбор конструктивных решений водопропускных сооружений на вечной мерзлоте

В.1 Учет влияния водного потока при пересечении насыпи водопропускной трубой

В.1.1 Следует учитывать, что поскольку лоток трубы расположен в уровне естественной поверхности грунта, грунтовые воды, проходящие в пределах деятельного слоя (т.е. в пределах разности отметок 1 и 2 на рисунке В.1), встречая уплотненный или промерзший грунт под телом трубы, поднимаются на поверхность и образуют обводнение 5 (рисунок В.1), которое, прогреваясь летом, способствует дополнительной просадке грунта и увеличению глубины обводнения.

В.1.2 Для предотвращения обводнения под телом трубы устраивают над деятельным слоем крупнопористую скальную наброску 8. При этом следует предусмотреть переходные зоны между крупнопористой скальной наброской 8 и обычным грунтом на входе и выходе из трубы. Это достигается, например, удлинением крупнопористой скальной наброски 8 в обе стороны по осевой линии трубы.

В.2 Схемы водопропускной трубы при снегопереносе

В.2.1 Следует учитывать, что при сильном снегопереносе (150 и более) оголовки труб заносятся снегом, и полость трубы становится зоной растепляющего влияния. В этом случае следует учитывать растепляющее влияние снега в прогнозных теплофизических расчетах либо разрабатывать техническое решение, при котором в зоне водопропускной трубы предусматриваются дополнительные меры по охлаждению.

В.2.2 Дополнительные меры по охлаждению рекомендуется предусматривать либо путем устройства охлаждающих установок типа термосифонов, либо созданием конструкции, которая сама обеспечивает охлаждение (рисунок В.2). В такой конструкции применяют уположение откосов насыпи и устраивают продухи и фильтрующие отсыпки из камня, замещающие массивы снега при снегозаносах.

В.3 Снегозаносимость охлаждающих устройств водопропускных труб

В.3.1 При отсутствии снегопереноса полость водопропускной трубы при теплофизических расчетах следует учитывать как зону охлаждения. При наличии снегопереноса оголовки труб заносятся снегом либо закрываются принудительно на зимний период. В этом случае для обеспечения охлаждения воздуха внутри полости трубы следует устраивать специальные продухи в виде труб, полости которых сообщаются с полостью трубы, а верх возвышается над уровнем снежных заносов.

В.3.2 Продухи устраивают с возвышением над уровнем снежных заносов, но с замкнутой полостью. Охлаждение происходит за счет конвекции воздуха в замкнутой полости. Незамкнутые полости забиваются снегом и инеем и выходят из работы.

В.4 Комбинированные системы

В ряде случаев целесообразно сочетать в единой системе два и более вида водопропускных сооружений. Тогда суммарный эффект оказывается выше суммы отдельных эффектов.

На рисунке В.3 приведен пример системы, которую следует использовать в горных условиях.

В.5 Водопропускные трубы в высоких насыпях

В.5.1 При проектировании высоких насыпей рекомендуется учитывать особенности теплового состояния и НДС водопропускной трубы и прилегающих участков насыпи:

а) при высоте насыпи до 3 м в конце теплого периода насыпь с трубой находится в талом состоянии, а в конце холодного - в мерзлом; по мере увеличения высоты насыпи ухудшается температурное состояние грунтов за счет подсекающего теплового эффекта с боковых сторон насыпи (температура грунтов оснований повышается, а зона растепленных грунтов увеличивается). В результате водопропускная труба оказывается в толще сильнодеформируемых грунтов (рисунок В.4, а), что приводит к повышению напряжений и деформациям трубы;

б) при высоте насыпи 6-10 м под трубой (рисунок В.4, б и в) в течение первых лет эксплуатации может образоваться мерзлая зона, перераспределяющая нагрузку с основной площадки на основание трубы. Мерзлые стенки траншеи из талого грунта (рисунок В.4, в) ограничивают деформации талой зоны вокруг трубы как в вертикальном направлении, так и в направлении продольной оси трубы;

в) при высоте насыпи более 12 м над трубой и на соседних участках насыпи в процессе первых лет эксплуатации формируются другие зоны твердомерзлого грунта (перелетки) (рисунок В.4, г, д, е). Перекрытие и стенки из мерзлого грунта в значительной степени воспринимают на себя вертикальную нагрузку в зоне трубы и передают ее на смежные участки насыпи. Соседние участки насыпи здесь могут уменьшить деформации трубы по сравнению с тем случаем, когда вся насыпь содержит только талый грунт. Мерзлая зона, расположенная над трубой и соседними участками насыпи, имеет внешний вид либо балки, либо арки, лежащих на упругом основании (на пластично-мерзлых грунтах). Они перераспределяют давление от веса грунта и временной нагрузки, уменьшая его в зоне трубы и передавая это давление на соседние участки насыпи.

В.5.2 Рекомендуется закладывать в проект принципиальное изменение мерзлотного состояния насыпи с трубой за счет применения теплоизоляции и охлаждающих установок глубинного типа (сезонных охлаждающих установок или термоопор). В этом случае твердомерзлые грунты рядом с трубой насквозь "прошивают" пластично-мерзлую зону. При этом мерзлотная траншея, мерзлотная балка или мерзлотная арка могут быть созданы гораздо раньше, чем они формировались бы естественным путем, и могут быть сформированы там, где их естественное образование было бы невозможно.

В.5.3 В таблице В.1 и на рисунке В.5 приведены численные значения параметров НДС водопропускных труб в высоких насыпях для приближенного учета в проектах. Для более точного определения показателей НДС высоких насыпей с перечисленными выше мерзлотно-грунтовыми образованиями следует использовать численные методы расчетов.

В.5.4 В проект должны быть включены схемы размещения контрольных термокаротажных скважин в насыпи рядом с трубой для наблюдения за работой и состоянием сооружения и его основания как в период строительства, так и в период эксплуатации, а также требования по периодичности их проведения, обработке и систематизации. Эти наблюдения следует проводить в целях сопоставления основных показателей работы сооружения и его основания с проектными и оценки эксплуатационной надежности.

Таблица В.1 - Напряженно-деформированное состояние водопропускной трубы при различных мерзлотных состояниях

Характеристика вариантов	Параметры
	Вертикальный прогиб в центре трубы, м	Максимальная продольная сила N, кН	Максимальный изгибающий момент М,
1 Талая насыпь	0,32	3170	5980
2 Мерзлотная траншея	0,32	2520	5920
3 Мерзлотная балка	0,18	1660	532
4 Мерзлотная арка	0,07	1730	230

В.6 Фильтрующие водопропускные сооружения для специфических условий

При наличии местного камня применяют фильтрующие выемки (рисунок В.6), сущность которых сводится к замене грунта основания на слой каменной наброски (опорный массив 2 на рисунке В.6).

В.7 Водоотводные канавы самоуглубляющегося типа. Искусственные полосы стока

На слаботочных марях рекомендуется устройство водоотводных канав самоуглубляющегося типа.

На первом этапе отрывают траншею глубиной 0,5-0,7 м, шириной 4,0-4,5 м и засыпают скальным грунтом, позволяющим дренировать транзитной воде в направлении естественного стока (рисунок В.7). В последующем за три-четыре года под засыпкой происходит уплотнение вытаивающих нижележащих слоев, что сопровождается прогибом поверхности насыпного грунта, с образованием русла для стока воды. После завершения формирования водоотвода засыпают местные провалы, а в местах вытаивания больших объемов льда проводят нарезку желоба бульдозером или грейдером на всей длине сооружения. Разновидностью водоотводных канав самоуглубляющегося типа являются искусственные полосы стока, которые рекомендуется применять на слабосточных маревых участках, характеризующихся наличием хотя бы незначительного продольного уклона местности. Суть способа состоит в том, что отсыпка на поверхность мари небольшого по мощности (0,2-0,3 м) слоя дренирующего грунта шириной 3,5-4,0 м всегда приводит к формированию под такими линейными сооружениями нового деятельного слоя, в два-три раза превышающего мощность слоя сезонного оттаивания грунтов в естественных условиях на мари. Процесс образования нового деятельного слоя под отепляющей отсыпкой сопровождается тепловой осадкой подстилающих грунтов, что в конечном итоге через два-четыре года приводит к образованию на месте отепляющей отсыпки полосы стока водоотводной канавы, которую можно содержать с использованием техники.

В.8 Бесканавный способ водоотвода

При наличии поперечного и продольного по отношению к насыпи уклонов местности водоотвод может быть осуществлен без сооружения канавы (рисунок В.8): вода отводится вдоль насыпи непосредственно у подошвы откоса, при этом для предотвращения размывов и протаивания сооружаются берма из каменной наброски и противофильтрационный замок.