Ответы на экзаменационные вопросы (Земляное полотно в районах вечной мерзлоты. Расчёт глубины заложения одностороннего дренажа. Проектирование дренажа (трасса, продольный профиль, элементы траншеи и смотровые колодцы). Термозащитные устройства и покрытия. Общие понятия о теплотехническом расчёте защитных покрытий и устройств.)

60.Земляное полотно в районах вечной мерзлоты

К проектированию земляного полотна в та­ких районах предъявляют ряд специфических требований, так как при возведении земляного полотна возможно изменение темпера-турно-влажностного режима вечномерзлой массы грунта, приво­дящее к значительным деформациям земных поверхностей.

На участках распространения скальных, галечно-гравийных, песчаных и других аналогичных грунтов, не насыщенных льдом, расположенных в районах вечной мерзлоты, возможно проектиро­вание земляного полотна обычных конструкций. Однако, при лю­бых условиях в районах вечной мерзлоты земляное полотно целе­сообразнее проектировать насыпями. Выемки значительно услож­няют процесс консервации вечной мерзлоты (недопущения ее протаивания), что приводит к интенсивным деформациям земляного полотна в процессе эксплуатации.

Конструкции земляного полотна зависят от видов грунтов, используемых при его сооружении, и степени сжатия при протаи-вании вечномерзлого грунта в основании. Степень сжатия пред­ставляет собой отношение величины осадки поверхности грунта к первоначальной толщине протаявшего слоя. Степень сжатия слабосжимаемых оснований ≤0,05, среднесжимаемых = 0,05÷0,1, сильносжимаемых  = 0,1÷0,4 и просадочных >0,4.

На участках со слабосжимаемым основанием конструкции земляного полотна принимают как в обычных условиях. Если ис­пользуют для возведения насыпи глинистые грунты, имеющие коэффициент консистенции В не более +0,25, конструкции принима­ют согласно типовым поперечным профилям. Коэффициент консистенции

где w_e— естественная весовая влажность грунта в %; w_р — влажность грунта на границе раскатывания в %;w_t — влажность грунта на границе текучести в % .

При укладке глинистых грунтов мягкопластичной консистен­ции (В от +0,25 до +0,5) необходимо уполаживать откосы и уст­раивать верхнюю часть на высоту не менее 0,5 м из галечно-гра­вийных или песчаных грунтов (рис. 128, а).

Для возведения насыпей высотой до 3 м можно применять гли­нистые грунты мягкопластичной консистенции (В от +0,5 до +0,75), содержащие более 50% (по объему) щебенистых или га­лечно-гравийных включений.

Если местные глинистые грунты содержат более 50% (по объе­му) пылеватых и глинистых частиц, то возможность их использо­вания для возведения насыпей определяют после технико-экономи­ческого обоснования. Размеры дренирующей обсыпки зависят также от строительных условий. При устройстве ее с применением автомо­бильной возки горизонтальную ширину слоя увеличивают до 2,5—3 м.

Индивидуальные решения по устройству земляного полотна в районах вечномерзлых грунтов принимают в случаях, когда трас­са пересекает участки с подземными льдами и массивами мерзлых грунтов с большим льдонасыщением, торфяные бугры, бугры пу­чения и участки образования наледей (постепенного накопления слоев льда при перемерзании малых водотоков, выходов грунтовых вод на поверхность земли или воды, образовавшейся при таянии снега).

Высоту насыпи назначают с учетом предохранения земляного полотна от морозного пучения грунтов и подтопления в зависимо­сти от вида грунта насыпи и характеристик основания.

При необходимости устройства выемок в районах вечной мерз­лоты учитывают следующие требования. Грунт основной площад­ки выемок, имеющий низкую несущую способность (коэффициент консистенции В=0,25÷0,5) при производстве основных работ на глубину до 0,5 м заменяют песчаным или гравийно-галечным с примесью суглинка и супеси менее 35% (рис. 129). Нельзя при­менять мелкий и пылеватый песок, который приводит к интенсив­ным пучинам. Глубину замены грунта мягкопластичной или текучепластичной консистенции дренирующим определяют расчетом в зависимости от несущей способности грунта после оттаивания.

В случаях когда требуется заменять грунт основной площадки на глубину свыше 1 м в целях сокращения объема земляных ра­бот, выемки рекомендуется сооружать с защитой откосов и основ­ной площадки выемки от оттаивания термоизолирующими покры­тиями (рис. 130). Откосы выемки вместо слоя уплотненного мха или торфа могут быть защищены слоем песка толщиной 0,1 — 0,15 м, затем уплотненным торфом или растительным грунтом в плетневых клетках с кольями длиной 0,4—1 м и покрытием сверху луговым или тундровым дерном. Должен быть обеспечен надеж­ный отвод воды из траншеи приданием продольного уклона дну ее не менее 0,005.

61. Расчёт глубины заложения одностороннего дренажа

Глубина заложения дренажа обусловливается требованиями снижения уровня грунтовых вод (в случае невозможности ихполного перехвата) и осушения грунтов под основной площадкой в пределах сезонно промерзающей толщи. Расчетной вертикалью, т.е. таким сечением , где необходи­мо обеспечить требуемое понижение уровня грунтовых вод, является при одностороннем дренаже - сечение, проходящее на расстоянии 0,25...О,50 м от дальнего конца шпалы по отношению к дренажу. Такой порядок измерения расчетных вели­чин принят для предупреждения выпучивания грунта под дальним концом шпалы (расчетная схема представлена на рис.)

Глубина заложения несовершенного дренажи, отсчитываемая, от дна кю­вета до дна траншеи, определяется по формулеh=z₁₀+e+a_кп+f+h₀-b,где z₁₀- расчетная (наибольшая за 10-летний период) глубина сезонно­го промерзания, м;е - величина возможного колебания уровня капиллярных вод и глубины промерзания ( е = 0,2...0,3 м); a_кп-высота подъема капиллярной воды над кривой депрессии, м;  f - стрела изгиба кривой депрессии,м;

Ь₀ - расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажа, м. Обыч­но принимают0,3÷0,4 м;  b - расстояние по вертикали от дна кюве­та до верха балластной призмы (складывается из размеров: глубины кю­вета, высоты сливной призмы земляного полотна и полной толщины бал­ластного слоя), м.

Для одностороннего дренажа стрелу изгиба можно приближенно опреде­лить по формуле:f=(m₁+m₂)J_о ,где (m₁+m₂)- расстояние от стенки траншеи до расчетной вертикали, м.  Глубина совершенного дренажа определяется по глубине залегания во­доупорного слоя, однако величина ее не должна быть меньше расчетной глубины промерзания.

Ширина траншеи дренажа 2d назначается в зависимости от глубины:

при hдо 2,0 м  2d = 0,8  ... 1,0 м;

при h более 2м  2d = 1,0...1,5 м.

В любом случае ширина траншеи должна быть не менее двух диаметров дренажной трубы.

При механизированном способе производства работ с помощью дренажной машины ЦНИИ ширина траншеи 2d принимается 0,52 м.

62.Начертите типовой поперечный профиль насыпи, сооружаемой при пересечении железной дорогой болота II типа.

63.Проектирование дренажа (трасса, продольный профиль, элементы траншеи и смотровые ко­лодцы).

При проектировании и расчете дренажа и его элементов обычно решают следующие основные вопросы:выбор типа дренажа и места его заложения; расчет глубины заложения дренажа и уточнение его типа; проектирование трассы и продольного профиля дренажа; расчет расхода воды в дренаж;гидравлический расчет дренажа (подбор дрены и расчет дрени­рующего заполнителя).

Тип дренажа и место его заложения выбирают на основе ана­лиза данных геологического и гидрогеологического обследований, на­значаемых сроков осушения, экономических соображений и дру­гих данных технико-экономического характера.

Чаще всего дренажи проектируют в выемках с целью понижения уровня подземных вод под основной площадкой земляного полот­на или для перехвата этих вод, выходящих на откосы. Для осу­шения основной площадки устраивают подкюветные или закюветные дренажи, которые могут быть односторонними или двусторон­ними.