Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, актуальность, цель, задачи и методика исследований 7
1.1. Особенности теплового влияния поверхностных и грунтовых вод на вечномерзлые грунты в климатических и мерзлотно-грунтовых условиях п-ва Ямал 7
1.2. Обзор работ в области учета теплового влияния поверхности и грунтовых вод на вечномерзлые грунты при сооружении " автомобильных и железных дорог. Актуальность, цель и задачи работы 22
1.3. Методика исследований 34
2. Влияние водного потока на формирование темпера турного режима вечномерзлых грунтов оснований в пределах мостового перехода 44
2.1. Постановка задачи 44
2.2. Определение скорости нарастания ледяного покрова 45
2.3. Определение температуры воды в водотоке 53
2.4. Влияние глубины водного потока на температурный режим вечно-мерзлых грунтов оснований 59
2.5. Разработка схемы промежуточной опоры моста через большой и
средний водоток 72
2.6. Выводы по главе 2..-. 86
3. Влияние изменения уровня грунтовых и поверхностных вод на температурный режим вечномерзлых грунтов оснований 88
3.1 Постановка задачи. Основные исходные данные для теплофизических расчетов 88
3.2 Изменение среднегодового уровня воды 94
3.3 Сезонное изменение уровня воды 105
3.4 Исследование влияния размеров площади подтопления 109
3.5 Выводы по главе 3 113
4. Влияние полос стока на формирование температурного режима вечномерзлых грунтов оснований 114
4.1. Постановка вопроса 114
4.2. Тепловое влияние полосы стока в зоне мостового перехода 115
4.3. Состояние земляного полотна в зоне пересечения с полосами стока 126
4.4. Разработка рекомендаций по учету теплового влияния полос стока при пересечении их насыпями 130
4.5. Выводы по главе 4 149
5. Разработка методики учета влияния поверхностных и грунтовых вод на температурный режим вечномерзлых грунтов оснований 154
5.1 Разработка общего подхода к учету влияния грунтовых и поверх ностных вод на температурный режим вечномерзлых грунтов оснований 154
5.2 Методика учета теплового влияния водного потока на вечномерзлые грунты оснований 158
5.3 Методика учета изменений уровня поверхностных и грунтовых вод... 164
5.4 Методика учета теплового влияния полос стока 167
5.5 Выводы по главе 5 170
Заключение 172
Список использованных источников
- Обзор работ в области учета теплового влияния поверхности и грунтовых вод на вечномерзлые грунты при сооружении " автомобильных и железных дорог. Актуальность, цель и задачи работы
- Влияние глубины водного потока на температурный режим вечно-мерзлых грунтов оснований
- Исследование влияния размеров площади подтопления
- Состояние земляного полотна в зоне пересечения с полосами стока
Введение к работе
Актуальность. Регионы с залеганием вечномерзлых грунтов оснований занимают большую часть территории России. Температурный режим вечномерзлых грунтов определяет их несущую способность, поэтому от него зависят не только особенности проектирования, но и подчас сама возможность возведения сооружений. При пересечении земляным полотном дороги полос стока или водотоков с верховой стороны земляного полотна создается подпор воды, поскольку водопропускное сооружение локализует пропуск воды, интенсифицируя его в отдельных местах и ликвидируя полностью в других. Повышение уровня грунтовых и поверхностных вод приводит к увеличению теплового влияния на подстилающие вечномерзлые грунты, что, в свою очередь, приводит к просадкам грунтов, термокарстовым явлениям и последующим деформациям земляного полотна и искусственных сооружений. Кроме того, подтопление примыкающих к насыпи участков прилегающей территории происходит вследствие просадки насыпи и неизбежной при этом просадке смежной территории. Проведенные натурные обследования ж. д. линии Обская - Бованенково показали, что подтопление является одной из основных причин деформаций земляного полотна и водопропускных труб. Однако, несмотря на важность проблемы, исследований в этой области применительно к условиям п-ва Ямал было недостаточно.
Таким образом, актуальность работы определяется, с одной стороны, значимостью влияния поверхностных и грунтовых вод на температурный режим вечномерзлых грунтов, и, следовательно, на несущую способность сооружений, а, с другой стороны, недостаточностью его изученности, особенно для условий п- ва Ямал.
Целью работы является повышение устойчивости и долговечности земляного полотна и искусственных сооружений на железных и
автомобильных дорогах, возводимых на вечномерзлых грунтах в зоне теплового влияния поверхностных и грунтовых вод.
Методы исследования - математическое моделирование тепловых процессов на ЭВМ в сочетании с натурными наблюдениями за поведением инженерных сооружений в условиях п-ва Ямал.
Научная новизна работы заключается в выявлении новых закономерностей:
влияния глубины водотока на температуру грунта на глубине нулевых амплитуд для различных регионов п-ва Ямал;
теплового влияния уровней грунтовых и поверхностных вод на подстилающие грунты при возникновении подпора с верховой стороны земляного полотна после его сооружения;
теплового влияния подтопляемой зоны на температурный режим насыпи при различной конфигурации ее поперечного сечения;
теплового влияния полос стока на температурный режим подходных частей насыпи в зоне мостового перехода.
Практическая значимость. На основании выполненных автором
<*' исследований разработаны методы расчета температурного режима грунтов в
зоне водотоков и в зоне подтоплений, новые конструктивно-технологические решения насыпей и искусственных сооружений, практические рекомендации по регулированию температурного режима, позволяющие снизить стоимость и трудоемкость возведения земполотна, опор мостов и водопропускных труб. В результате разработана методика учета теплового влияния поверхностных и грунтовых вод при проектировании транспортных сооружений на вечной мерзлоте.
Реализация результатов работы. Результаты работы использованы при разработке рекомендаций по реконструкции земляного полотна и водопропускных труб на первых 100 км ж. д. линии Обская - Бованенково, при строительстве моста на км 26 ж. д. линии Обская - Бованенково, при
разработке нормативно-рекомендательного документа сооружения железных дорог на п-ве Ямал.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Конференции аспирантов и соискателей, посвященной 100-летию со дня рождения B.C. Лукьянова (ЦНИИС, 2002 г.), на Научно-технической конференции «Строительство и эксплуатация транспортных сооружений в районах развития опасных геологических процессов (МИИТ, Москва, 2003 г.), на семинаре в РАН Геокриологии, Москва, 2004 г.), на секции «Комплексные проблемы транспортного строительства (изыскание, проектирование, строительство и реконструкция дорог, систем энергоснабжения, гидротехнических и защитных сооружений, обследования и испытания, экологическая безопасность, чрезвычайные ситуации)» Ученого совета ЦНИИСа (2005 г.), на Третьей конференции геокриологов России (МГУ, Москва, 2005 г.). Достоверность полученных результатов подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов численных расчетов и непосредственных измерений в натуре.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе получен патент на изобретение. Кроме того, результаты работы автора отражены в 11 научных отчетах ЦНИИСа, где диссертант являлся ответственным исполнителем всего или части отчета.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников. Она содержит 105 страниц текста, 79 рисунков , 20 таблиц.
Обзор работ в области учета теплового влияния поверхности и грунтовых вод на вечномерзлые грунты при сооружении " автомобильных и железных дорог. Актуальность, цель и задачи работы
Вопросы учета теплового влияния поверхностных и грунтовых вод на вечномерзлые грунты при сооружении автомобильных и железных дорог возник уже при сооружении Транссибирской железнодорожной магистрали. Однако, учитывая отсутствие опыта сооружения дорог в таких условиях, а также и то, что на Транссибирской магистрали вечная мерзлота была распространена лишь на отдельных участках, публикации по данному вопросу практически отсутствовали. Подробный обзор работ в данной области был сделан С.Н. Юсуповым [120]. Эти материалы в значительной степени были использованы при написании данной работы.
Первые публикации, посвященные этой проблеме, стали появляться в связи с развернувшимися в начале 30-х гг. строительством на Дальнем Востоке и в Заполярье, изысканиями Байкало-Амурской магистрали. Но эти работы носили преимущественно описательный и региональный характер. Так, например, М.И. Евдокимов-Рокотовский [27], ознакомившись с работой водоотводных канав на Транссибирской магистрали, рекомендует назначить их глубину не более 0,4 м, а уклон дна от 0,003 до 0,008. По его мнению, канавы с такими параметрами русла не должны вызывать оттаивания вечномёрзлых пород. В 1938 г. появилась работа Н.П. Костенко, затрагивающая вопросы выбора направления при технико-экономическом обосновании трассы и назначении противодеформационных мероприятий для обеспечения устойчивости земляного полотна. Первым нормативным документом явились «Временные технические условия на изыскания, проектирование и сооружение железных дорог в условиях вечной мерзлоты», изданные в 1939 г. До этого имелся очень небольшой перечень публикаций по вопросу выбора проектных решений в условиях вечной мерзлоты. Полагаясь на библиографию печатных изданий и выписки из указателя важнейшей литературы по вечной мерзлоте М.И. Сумгина [102] можно утверждать, что до 1939 г. принципы сооружения и эксплуатации земляного полотна на вечномёрзлом основании осуществлялись без её учёта.
В.А. Кудрявцев [40], ссылаясь на результаты обследования малых водотоков в междуречье Быссы - Селемджи, указывал, что под малыми водотоками, русло которых сложено слабодренирующими грунтами, верхняя граница вечномёрзлых пород обычно приподнята над уровнем её залегания в пределах окружающей местности, а их температура на 1-2 С ниже чем на примыкающей территории. Если предположить, что малые ручьи и речки по размерам русла и расходу воды мало отличаются от водоотводных канав, то в их основании не должно наблюдаться глубокого протаивания вечномёрзлых пород.
Развернувшееся с 1938 г. строительство Байкало-Амурской железной
дороги и крайне сжатые сроки на рабочее проектирование потребовали систематизировать весь предыдущий опыт строительства и эксплуатации на вечной мерзлоте и в районах сурового климата: Забайкалья, Приамурья и Якутии. Выводы Сковородинской мерзлотной станции, изложенные в книге Н.И. Быкова и П.Н. Каптерева «Вечная мерзлота и строительство на ней» [8], а также работа Н.П. Костенко [39] имели более глубокий характер, так как основывались на экспериментальных научно-исследовательских работах. А.К. Ливеровский и К.Д. Морозов явились первыми в разработке «Проекта Технических условий по строительству железных дорог в районах вечной мерзлоты», составленного в 1939 г [11]. Для сооружения земляного полотна с сохранением вечной мерзлоты А.В. Кургановым были составлены поперечные профили. Эти рекомендации явились основой для создания технических условий на проектирование земляного полотна в районах вечной мерзлоты, Байкало-Амурской железнодорожной магистрали.
Временные технические условия, изданные в 1939 г. предусматривали уже два принципа строительства на ВМГ: сохранение мёрзлого основания и оттаивание вечной мерзлоты. Но для сохранения вечной мерзлоты были рекомендованы сложные мероприятия, например: использование термоизоляции (торф, торфяные кирпичи, мох, тундровая дерновина или угольный шлак) в основаниях и на откосах выемки, в дренажных устройствах и лотках. Водоотводные сооружения должны были устраиваться в виде деревянного лотка с верховой стороны и открытой канавы с низовой стороны. В необходимых случаях деревянный лоток мог быть заменён открытой канавой. Минимальное расстояние от подошвы откосов насыпи до бровки водоотводных сооружений было принято равным 20 м. Однако в зависимости от рельефа местности и грунтов, подстилающих торф, оно могло быть уменьшено, но не должно было быть менее 5 м, считая от подошвы откоса торфяной бермы.
Л.Н. Каптерев [38], рассматривая вопрос о влиянии текущих вод ручьёв и речек на температурный режим подстилающих грунтов, так же как и В.А. Кудрявцев [40] приходит к заключению, что «мелкие небольшие ручьи и речки, не превышающие некоторых пределов, доселе ещё не установленных, далеко не всегда отепляют своё русло настолько, чтобы значительно понизить поверхностный слой вечной мерзлоты...». Систематические исследования по изысканиям, проектированию, строительству и эксплуатации земляного полотна дорог в районах вечной мерзлоты начались с 50-х гг. При этом был изучен опыт изысканий и проектирования существующих и строящихся железных дорог, расположенных в районах вечной мерзлоты и глубокого сезонного промерзания.
Влияние глубины водного потока на температурный режим вечно-мерзлых грунтов оснований
При наличии водного потока, т. е. движущейся воды, передача холода от наружного воздуха в грунт происходит лишь после того, как водный поток промерзает до дна. Но промерзает он полностью при разной глубине в разное время, поэтому температурный режим грунта зависит от глубины водного потока.
Рассмотрим подробнее расчетную схему, которая была принята для математического моделирования процесса формирования температурного режима грунта в зависимости от глубины водного потока.
В летний период водный поток контактирует с поверхностью грунта (рис. 2.6,а). В этом случае теплообмен между водной средой и твердым телом (грунтом) происходит на уровне естественной поверхности дна реки и І- моделируется граничным условием третьего рода: температура окружающей среды соответствует температуре воды, а коэффициент теплопередачи на поверхности принимается равным 400 ккал/(м2-час-град). В сентябре высота талого слоя фунта достигает максимума и далее практически не растет.
Далее (с началом морозов) начинается постепенный рост льда (рис. 2.6,6). Однако подо льдом вода продолжает протекать, поэтому схема теплообмена не меняется.
После того, как водоток промерзает до дна (рис. 2.6,в), теплообмен осуществляется на уровне верхней поверхности льда. При этом омываемой твердое тело средой является уже не вода, а воздух. Более приближенной, но требующей существенно меньшей трудоемкости при расчетах, является схема, когда «уровень граничного условия» остается в уровне дна реки, а лед и снежный покров (если он есть) учитываются дополнительным термическим сопротивлением. После сопоставления результатов расчетов по обеим схемам было установлено, что расхождение составляет несколько процентов, поэтому в дальнейшем была принята вторая схема.
Если по схеме рис. 2.6,6 слой талого грунта не уменьшается, а лишь несколько охлаждается, поскольку охлаждается водный поток, то после полного промерзания водотока (рис. 2.6, в) начинается постепенно замерзание сверху грунта до тех пор, пока слой талого грунта не замерзнет полностью (рис. 2.6,г). С этого момента начинают охлаждаться нижележащие слои грунта. В зависимости от соотношения притока в грунты тепла и холода (т. е. оттока тепла) происходит растепление или охлаждение грунтов.
На рис. 2.6,д приведена схема на начало летнего периода, когда лед растаял, и началось постепенное протаивание грунта.
В табл. 2.10 и 2.11 приведены граничные условия для случая, когда снежный покров на льду отсутствует, а в табл. 2.12 и 2.13 - то же, при наличии снежного покрова.
В качестве примера рассмотрим как определялись граничные условия для глубины воды 0,2 м для Салехарда (строчка 2, табл. 2.10).
В соответствии с рис. 2.2 промерзание водотока глубиной 0,2 м происходит к 1 ноября, поэтому, хотя в октябре в Салехарде отрицательная температура воздуха, равная -3,7 С (табл. 2.1), мы принимаем в октябре температуру среды +0,1 С, (рис. 2.1), а коэффициент теплопередачи 400 ккал/(м -час-град). В этом случае расчетная схема принимается в соответствии с рис. 2.6,6.
С ноября по апрель расчетная схема принимается в соответствии с рис. 2.6,в,г. За температуру среды принимается температура воздуха (табл. 2.1), а коэффициент теплопередачи рассчитывается с учетом термического сопротивления льда толщиной 0,2 м.
С мая по сентябрь расчетная схема принимается в соответствии с рис. 2.6,а,д. За температуру среды принимается температура воды в водотоке, а коэффициент теплопередачи принимается равным 400 ккал/(м -час-град). Теплофизические характеристики грунта приняты в соответствии с табл. 2.14. На рис. 2.7 представлены результаты расчетов по трем принятым пунктам на Ямале при отсутствии снежного покрова.
Графики рис. 2.7 могут быть аппроксимированы формулой: ,,BUi- 1.1 + 0,+6.4), (2.3) где tio - температура грунта на глубине нулевых амплитуд; 8 - глубина потока, м; 4 - температурная добавка для Салехарда, Н. Порта и Харасавэя соответственно равная 0,-1,5 С, -3 С. На рис. 2.8 представлены результаты расчетов при наличии снежного покрова. Расчеты температурного режима грунтов показали, что несмотря на наличие водного потока, вечная мерзлота может сохраняться.
Результаты расчетов были сопоставлены с результатами натурных наблюдений [17]. Натурные наблюдения подтвердили основные выводы теоретических исследований. На рис. 2.9 показано температурное поле в створе моста на км 72, где глубина меженных вод находится в пределах одного метра.
Одной из главных проблем, возникающих при строительстве мостов через большие и средние водотоки на вечной мерзлоте является проблема возведения промежуточных опор. В центральной части водотока, где требуется возводить промежуточную опору, нулевая изотерма уходит вниз от поверхности на 10 метров и более. При этом верхняя талая зона представляет собой слабые с точки зрения несущей способности грунты, в которых расположение фундаментов в большинстве случаев невозможно. Существенное увеличение несущей способности грунтов может быть получено путем замораживания грунтов. Но замораживание грунтов в русле большого водотока обычными известными методами весьма затруднительно. Например, термосифоны (жидкостные или парожидкостные) в первый же ледоход будут уничтожены. В работе [87] предложена схема промежуточной опоры моста с использованием принципа поверхностного охлаждения, т. е. с устройством в зоне опоры грунтовой площадки.
Исследование влияния размеров площади подтопления
При наличии водного потока, т. е. движущейся воды, передача холода от наружного воздуха в грунт происходит лишь после того, как водный поток промерзает до дна. Но промерзает он полностью при разной глубине в разное время, поэтому температурный режим грунта зависит от глубины водного потока.
Рассмотрим подробнее расчетную схему, которая была принята для математического моделирования процесса формирования температурного режима грунта в зависимости от глубины водного потока.
В летний период водный поток контактирует с поверхностью грунта (рис. 2.6,а). В этом случае теплообмен между водной средой и твердым телом (грунтом) происходит на уровне естественной поверхности дна реки и І- моделируется граничным условием третьего рода: температура окружающей среды соответствует температуре воды, а коэффициент теплопередачи на поверхности принимается равным 400 ккал/(м2-час-град). В сентябре высота талого слоя фунта достигает максимума и далее практически не растет.
Далее (с началом морозов) начинается постепенный рост льда (рис. 2.6,6). Однако подо льдом вода продолжает протекать, поэтому схема теплообмена не меняется.
После того, как водоток промерзает до дна (рис. 2.6,в), теплообмен осуществляется на уровне верхней поверхности льда. При этом омываемой твердое тело средой является уже не вода, а воздух. Более приближенной, но требующей существенно меньшей трудоемкости при расчетах, является схема, когда «уровень граничного условия» остается в уровне дна реки, а лед и снежный покров (если он есть) учитываются дополнительным термическим сопротивлением. После сопоставления результатов расчетов по обеим схемам было установлено, что расхождение составляет несколько процентов, поэтому в дальнейшем была принята вторая схема.
Если по схеме рис. 2.6,6 слой талого грунта не уменьшается, а лишь несколько охлаждается, поскольку охлаждается водный поток, то после полного промерзания водотока (рис. 2.6, в) начинается постепенно замерзание сверху грунта до тех пор, пока слой талого грунта не замерзнет полностью (рис. 2.6,г). С этого момента начинают охлаждаться нижележащие слои грунта. В зависимости от соотношения притока в грунты тепла и холода (т. е. оттока тепла) происходит растепление или охлаждение грунтов.
На рис. 2.6,д приведена схема на начало летнего периода, когда лед растаял, и началось постепенное протаивание грунта.
В табл. 2.10 и 2.11 приведены граничные условия для случая, когда снежный покров на льду отсутствует, а в табл. 2.12 и 2.13 - то же, при наличии снежного покрова.
В качестве примера рассмотрим как определялись граничные условия для глубины воды 0,2 м для Салехарда (строчка 2, табл. 2.10).
В соответствии с рис. 2.2 промерзание водотока глубиной 0,2 м происходит к 1 ноября, поэтому, хотя в октябре в Салехарде отрицательная температура воздуха, равная -3,7 С (табл. 2.1), мы принимаем в октябре температуру среды +0,1 С, (рис. 2.1), а коэффициент теплопередачи 400 ккал/(м -час-град). В этом случае расчетная схема принимается в соответствии с рис. 2.6,6.
С ноября по апрель расчетная схема принимается в соответствии с рис. 2.6,в,г. За температуру среды принимается температура воздуха (табл. 2.1), а коэффициент теплопередачи рассчитывается с учетом термического сопротивления льда толщиной 0,2 м.
С мая по сентябрь расчетная схема принимается в соответствии с рис. 2.6,а,д. За температуру среды принимается температура воды в водотоке, а коэффициент теплопередачи принимается равным 400 ккал/(м -час-град). Теплофизические характеристики грунта приняты в соответствии с табл. 2.14. На рис. 2.7 представлены результаты расчетов по трем принятым пунктам на Ямале при отсутствии снежного покрова.
Графики рис. 2.7 могут быть аппроксимированы формулой: ,,BUi- 1.1 + 0,+6.4), (2.3) где tio - температура грунта на глубине нулевых амплитуд; 8 - глубина потока, м; 4 - температурная добавка для Салехарда, Н. Порта и Харасавэя соответственно равная 0,-1,5 С, -3 С. На рис. 2.8 представлены результаты расчетов при наличии снежного покрова. Расчеты температурного режима грунтов показали, что несмотря на наличие водного потока, вечная мерзлота может сохраняться.
Результаты расчетов были сопоставлены с результатами натурных наблюдений [17]. Натурные наблюдения подтвердили основные выводы теоретических исследований. На рис. 2.9 показано температурное поле в створе моста на км 72, где глубина меженных вод находится в пределах одного метра.
Одной из главных проблем, возникающих при строительстве мостов через большие и средние водотоки на вечной мерзлоте является проблема возведения промежуточных опор. В центральной части водотока, где требуется возводить промежуточную опору, нулевая изотерма уходит вниз от поверхности на 10 метров и более. При этом верхняя талая зона представляет собой слабые с точки зрения несущей способности грунты, в которых расположение фундаментов в большинстве случаев невозможно. Существенное увеличение несущей способности грунтов может быть получено путем замораживания грунтов. Но замораживание грунтов в русле большого водотока обычными известными методами весьма затруднительно. Например, термосифоны (жидкостные или парожидкостные) в первый же ледоход будут уничтожены. В работе [87] предложена схема промежуточной опоры моста с использованием принципа поверхностного охлаждения, т. е. с устройством в зоне опоры грунтовой площадки. процессах, которые происходят при промерзании — оттаивании озерного льда. Промерзание озёр застойной воды идёт очень медленно при наличии на поверхности льда теплоизоляции из снега, в то время как их оттаивание происходит исключительно быстро - в течении 10-15 дней после перехода среднемесячной температуры воздуха через 0 С. Теплоизоляция на поверхности льда при его оттаивании отсутствует, поэтому всё тепло солнечной радиации в данном случае расходуется непосредственно на таяние льда. Кроме того, таяние льда происходит также снизу за счёт перемешивания воды ветром. Одним словом, специфика тепловых процессов, происходящих при промерзании - оттаивании озёр поверхностной воды, образующихся с нагорной стороны ж.д. насыпей в связи с неудовлетворительной работой применённых водоотводных устройств, всегда способствует растеплению и многолетнему оттаиванию вечномёрзлых грунтов как в их основании, так и в основании примыкающих к ним насыпей, что в обязательном порядке должно учитываться при разработке мероприятий по лечению таких насыпей.
Была поставлена задача - определить влияние изменения уровня грунтовых вод на формирование температурного режима вечномёрзлых грунтов оснований, т. е. определить, как в зависимости от изменения уровня воды, изменяется температура грунта на глубине нулевых амплитуд и глубина деятельного слоя в различных районах криолитозоны (т. е. в северной и юной частях полуострова Ямал).
Для выявления этих зависимостей необходимо выбрать наиболее характерную физическую модель и теплофизические характеристики материалов.
Состояние земляного полотна в зоне пересечения с полосами стока
Положение нулевой изотермы к концу летнего периода представлено линией 5. Оно позволяет начаться небольшой фильтрации (стрелка 6), которая вызовет дополнительное протаивание грунта и понижение линии 5. Постепенно из года в год зона фильтрации расширяется (стрелка 7), что приводит к понижению нулевой изотермы до положения 8, а изотермы -0,5 С - до положения 9.
Систематические температурные наблюдения за состоянием грунтов в основании южной площадки (рис. 4.10) установили, что если с восточной стороны южной площадки имело место существенное понижение температуры грунтов, то с западной стороны положение даже несколько ухудшилось.
При строительстве моста в 2004 г. было предусмотрено по линии 4 (рис. 4.6) устройство водоотводной канавы. Канава была сооружена (рис. 4.11). Это позволяет предположить резкое улучшение температурного режима грунтов в зоне западной стороны южной площадки.
Результаты натурных обследований ж. д. линии Обская -Бованенково показали, что пересечения насыпей с полосами стока можно разделить на три группы.
К первой группе относятся пересечения, в которых полосы стока расположены на крутых спусках и в ярко выраженных руслах, а значение угла пересечения колеблется примерно от 45 до 90. Это наиболее благоприятные условия для работы водопропускных труб. Пример такого пересечения приведен на рис. 4.12.
Ко второй группе относятся пересечения, расположенные на крутых спусках, но не в ярко выраженных руслах или в ярко выраженных руслах, но угол пересечения менее 45. В этом случае подтопления возможны в зоне входного оголовка. Яркий пример представлен на рис. 4.13.
Третья группа представлена пересечениями с полосой стока на очень малых уклонах. В этом случае условия наиболее неблагоприятные, и подтопления формируются с обеих сторон насыпи (рис. 4.14 и 4.15).
Общий вид подтоплений приведен на рис. 4.16, 4.17, 4.18. В зоне подтоплений происходит дополнительное протаивание грунтов, их просадки, в результате чего возможно «зависание» труб (рис. 4.17).
Для стабилизации температурного режима грунтов оснований в зоне оголовка в ряде водопропускных труб применены термосифоны: жидкостные системы СИ. Гапеева (рис. 4.19, а, б) и парожидкостные (рис. 4.19, в). Однако, как показали обследования, обводнения в зоне оголовков все равно избежать не удалось.
Положительный опыт может быть отмечен в применении фильтрующих насыпей. Каких-либо ощутимых нарушений поверхности в зоне этих насыпей не обнаружено (рис. 4.20).
В разделе 4.3 охарактеризовано положение насыпей в зоне подтопления. Температурное состояние насыпей плохое. Грунты либо протаяли, либо находятся в пластичномерзлом состоянии. В связи с этим постоянно происходят осадки насыпи, что, соответственно, требует ее выравнивания и досыпки.
Плохое состояние насыпей характеризуется двумя причинами: - протаиванием грунтов; - плохим водоотводом. Это две тесно взаимосвязанные причины: протаивание определяется излишним обводнением, но при этом ухудшаются условия водоотвода.
Очевидно, идти следует двумя путями: бороться с подтоплением, улучшая условия водоотвода, и создавать насыпи и водопропускные сооружения, работающие хорошо независимо от подтопления.
В связи со сказанным предлагается принцип уширения верхней поверхности насыпи, оправдавший себя в подходных частях насыпи у мостов (рис. 4.21).
Для формирования требуемого температурного режима в грунтах оснований необходимо создать достаточную по площади охлаждающую зону. Для этого поперечное сечение насыпи должно содержать в центре зону шириной «б», содержащую горизонтальную основную площадку и прилегающие откосы крутизной не более 1:5 (рис. 4.21,а). Значение «в» должно быть не менее 20 м для насыпей высотой до 3 м и не менее 30 м для насыпей высотой 6 м и более.
Балластная призма, если она формируется отдельно на основной площадке, должна иметь откосы не круче 1:3. Лучше, если балластная призма формируется на всей ширине верха насыпи: бровки расположены в уровне верха балластной призмы, а откосы насыпи начинаются также с уровня верха балластной призмы.
