RU2152483C1 - Method for prevention of ice-laid deposit on slopes in low-snow regions of spreading of permafrost - Google Patents

Abstract

FIELD: transport building in protection of motor roads and railways against harmful effect of layers of ice. SUBSTANCE: pipe filters, located at an angle to the slope and connected to a single main on the surface through a pipe, are covered by a layer of warmth-keeping jacket and collect ice-born water due to cryogenic heads arising at freezing of grounds of ice glade, as well as due to impossibility of free flow of underground water down slope, which is prevented by an impermeable curtain of clayish material in a trench behind the filters and clayish blind area on the surface. EFFECT: enhanced efficiency and reliability of prevention of ice-laid deposit at a lost cost of realization of the method. 2 dwg

Description

Изобретение относится к способам борьбы с наледями и может быть использовано в транспортном строительстве при защите автомобильных и железных дорог от их вредного воздействия. The invention relates to methods of combating ice and can be used in transport construction for the protection of roads and railways from their harmful effects.

Известен способ борьбы с наледями, заключающийся в создании теплового пояса, представляющего собой канаву, по периметру которой грунт большую часть зимнего времени сохраняет положительную температуру. (Борьба с наледями на железных и автомобильных дорогах. Выпуск 7. - М: Транспорт, 1966, 110 с., с. 65). There is a method of combating ice, which consists in creating a thermal belt, which is a ditch, along the perimeter of which the soil most of the winter time maintains a positive temperature. (Fighting ice on railways and highways. Issue 7. - M: Transport, 1966, 110 pp., P. 65).

Ограниченность рассматриваемого способа заключается в том, что термический режим пояса определяется мощностью снежного покрова. При отсутствии снежного покрова или его малой толщине пояс работает как мерзлотный, ускоряя промерзание грунта и образование мерзлотной перемычки. The limitations of the considered method lies in the fact that the thermal regime of the belt is determined by the thickness of the snow cover. In the absence of snow cover or its small thickness, the belt works as permafrost, accelerating the freezing of soil and the formation of a permafrost bridge.

Наиболее близким к предлагаемому является способ предотвращения наледеобразования на склонах в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающий установку трубчатых фильтров, соединенных на поверхности трубой в единую магистраль, и размещение слоя утеплителя над трубой. (Наледи на территории СССР и борьба с ними". А.М. Чекотилло и др. - Амурское книжное издательство, Благовещенск, 1960, с. 162 - 165). Closest to the proposed one is a method of preventing ice formation on slopes in small snowy areas of permafrost, including the installation of tubular filters connected to the surface of the pipe in a single highway, and placing a layer of insulation over the pipe. (Scourges on the territory of the USSR and the fight against them. "AM Chekotillo et al. - Amur Book Publishing House, Blagoveshchensk, 1960, p. 162 - 165).

В качестве недостатков известного способа можно перечислить следующее:
при возникновении криогенных гидростатических напоров возможен излив воды непосредственно в слой утеплителя, который в результате будет замочен, потеряет свои теплоизолирующие свойства и может промерзнуть вместе с защищаемой трубчатой магистралью и фильтрами;
большую часть зимнего периода, до достижения фронтом промерзания поверхности зеркала подземных вод и до начала развития криогенных напоров возможен их транзит под предлагаемой системой предотвращения наледеобразования и формирование наледи ниже по склону в пределах защищаемого участка.The disadvantages of this method can list the following:
in the event of cryogenic hydrostatic pressures, it is possible to pour water directly into the insulation layer, which will be soaked as a result, lose its heat-insulating properties and may freeze together with the protected tubular line and filters;
most of the winter period, until the front freezes the surface of the mirror surface of groundwater and before the development of cryogenic pressures, their transit under the proposed system to prevent ice formation and the formation of ice below the slope within the protected area is possible.

Технический результат изобретения - повышение эффективности борьбы с наледями в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты путем снижения напора подземных вод за счет создания непроницаемой грунтовой завесы и глинистой отмостки и выдавливания воды в трубчатые фильтры и сборный коллектор при криогенном повышении напора с отводом вниз по склону. The technical result of the invention is to increase the efficiency of anti-icing in small snowy areas of permafrost by reducing the pressure of groundwater by creating an impenetrable soil curtain and clay pavement and squeezing water into tubular filters and a collecting manifold with a cryogenic increase in pressure with a drain down the slope.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе предотвращения наледеобразования на склонах в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающем установку трубчатых фильтров, соединенных на поверхности в единую магистраль, и размещение слоя утеплителя под трубой, перед установкой трубчатых фильтров ниже фильтров по склону отрывают траншею на глубину слоя сезонного оттаивания грунта, фильтры устанавливают под углом к линии падения склона, а под слоем утеплителя и в траншею укладывают слой глинистого слабопроницаемого материала. The essence of the invention lies in the fact that in a method of preventing ice formation on slopes in small snowy areas of permafrost, including the installation of tubular filters connected to the surface in a single highway, and placing a layer of insulation under the pipe, before installing the tubular filters below the filters along the slope, they tear a trench to the depth of the layer of seasonal thawing of the soil, the filters are installed at an angle to the line of incline of the slope, and under the layer of insulation and in the trench lay a clay layer slightly permeable material.

Заявленное техническое решение отличается от прототипа тем, что в качестве элементов, повышающих эффективность и надежность борьбы с наледями используют установку трубчатых фильтров, расположенных под углом к линии падения склона с разработкой траншеи ниже фильтров, причем траншея и пространство под утеплителем заполняются глинистым слабопроницаемым материалом. The claimed technical solution differs from the prototype in that, as elements that increase the efficiency and reliability of anti-icing, use the installation of tubular filters located at an angle to the line of incidence of the slope with the development of a trench below the filters, and the trench and the space under the heater are filled with clay low-permeability material.

Способ предотвращения наледеобразования основан на механизме наледеобразования в области распространения многолетнемерзлых пород и его можно объяснить следующим образом. Известно, что наледеобразование зачастую связано с выклиниванием потока грунтовых вод на поверхность на участке перегиба рельефа, литологических или мерзлотных водоупорах. При промерзании грунта в области разгрузки подземных вод развиваются значительные гидростатические напоры, превышающие прочность грунта, в результате чего происходит его разрыв и излияние подземных вод на поверхность с образованием наледи. В течение зимы этот процесс повторяется многократно, так как после снятия гидростатических напоров в результате излива воды образовавшаяся трещина промерзает и вновь начинается увеличение гидростатических напоров. The way to prevent icing is based on the mechanism of icing in the area of permafrost and can be explained as follows. It is known that ice formation is often associated with pinching out of the groundwater flow to the surface at the site of the bend of the relief, lithological or permafrost aquifers. During freezing of the soil, significant hydrostatic pressure develops in the area of groundwater discharge, exceeding the strength of the soil, as a result of which it ruptures and outflows of groundwater to the surface with the formation of ice. During the winter, this process is repeated many times, since after the removal of hydrostatic pressures as a result of the outflow of water, the resulting crack freezes and the increase in hydrostatic pressures begins again.

Процесс защиты инженерных сооружений, например дорог, от вредного влияния наледей можно объяснить следующим образом. The process of protecting engineering structures, such as roads, from the harmful effects of ice can be explained as follows.

При промерзании грунта слоя сезонного промерзания-оттаивания вода под воздействием подпора, создаваемого непроницаемой завесой в грунте и невозможностью выхода на поверхность через промороженные грунты и отмостку из глинистого слабопроницаемого материала под слоем утеплителя коллектора вода будет искать выход по линии наименьшего сопротивления в дренажные скважины. Самоизлив скважин при этом обеспечат криогенные гидростатические напоры и непроницаемая завеса перед рядом дренажных скважин. Сбор выдавливаемой из скважин воды обеспечивает сборный коллектор в виде трубы, соединяющей все скважины в одну магистраль. Для предотвращения промерзания трубы она утепляется слоем утеплителя - шлака, стекловаты, пенополиуретана и т.д. Толщина утеплителя рассчитывается в зависимости от его теплофизических свойств и зимних температур воздуха. Сборный коллектор, расположенный под углом к склону, обеспечит свободный сток воды к приемному узлу. От него вода сбрасывается за пределы защищаемого участка по отводной магистрали - такой же утепленной трубе. When the soil freezes through a layer of seasonal freezing-thawing water under the influence of a backwater created by an impenetrable curtain in the soil and the impossibility of reaching the surface through frozen soils and a blind area of clay low-permeability material under a layer of insulation of the collector, the water will look for a way along the line of least resistance to the drainage wells. Self-draining of wells in this case will be ensured by cryogenic hydrostatic heads and an impenetrable curtain in front of a number of drainage wells. The collection of water squeezed out of the wells provides a collection manifold in the form of a pipe connecting all the wells into one line. To prevent freezing of the pipe, it is insulated with a layer of insulation - slag, glass wool, polyurethane foam, etc. The thickness of the insulation is calculated depending on its thermophysical properties and winter air temperatures. The prefabricated collector, located at an angle to the slope, will provide free flow of water to the receiving unit. From it, water is discharged outside the protected area along the branch line - the same insulated pipe.

На фиг. 1 показан трубчатый фильтр (1), соединенный трубой (2), закрытой слоем утеплителя (3); многолетнемерзлые породы (4); глинистый слабопроницаемый материал (5); поток подземных вод (6); сезонно-мерзлые породы (7); кривая напоров подземных вод (8). На фиг. 2 показана аксонометрическая проекция участка наледной поляны с элементами рассматриваемого способа. In FIG. 1 shows a tubular filter (1) connected by a pipe (2), closed by a layer of insulation (3); permafrost (4); clay, low permeability material (5); groundwater flow (6); seasonally frozen rocks (7); groundwater pressure curve (8). In FIG. 2 shows a perspective view of a portion of an icy meadow with elements of the method in question.

Реализация способа осуществляется в следующей последовательности:
- поперек склона до кровли многолетнемерзлых пород или на глубину слоя сезонного промерзания-оттаивания разрабатывается траншея, заполняемая слабопроницаемым глинистым грунтом (5), одновременно на ширину слоя утеплителя укладывается и утрамбовывается отмостка из аналогичного материала;
- устанавливаются трубчатые фильтры (1);
- скважины связываются на поверхности трубчатым сборным коллектором (2), а он, в свою очередь, с отводной магистралью;
- коллектор засыпается или укрывается слоем утеплителя (3).The implementation of the method is carried out in the following sequence:
- a trench is developed across the slope to the roof of permafrost rocks or to the depth of the seasonal freezing-thawing layer, filled with poorly permeable clay soil (5), at the same time, a blind from the same material is laid and rammed onto the thickness of the insulation layer;
- tubular filters are installed (1);
- wells are connected on the surface by a tubular prefabricated collector (2), and he, in turn, with a bypass line;
- the collector is filled up or covered with a layer of insulation (3).

Работа предлагаемой системы перехвата потока подземных вод и их отвода за пределы наледного участка заключается в следующем: при промерзании грунтов наледной поляны разгрузка подземных вод на поверхность прекращается, в результате в слое, ограниченном сверху и снизу мерзлыми грунтами, будут возникать критические давления воды, величины которых могут превысить прочность мерзлых пород. Под действием критического давления может произойти разрыв поверхности и самоизлив воды с образованием наледи. В случае реализации предложенного способа надмерзлотная вода под действием криогенных напоров будет выдавливаться в трубчатые фильтры, закрытые слоем утеплителя, предотвращающего перемерзание фильтров. Выдавливание воды между фильтрами и ее фильтрация вниз по склону в талом слое, ограниченном сверху и снизу мерзлыми породами, предотвращает отмостка из глинистого слабопроницаемого материала. Изливающаяся из фильтровых труб вода попадает в утепленный сборный коллектор и самотеком за счет уклона коллектора, установленного наискось склону, будет сбегать к приемному узлу, а от него по утепленной трубе будет сбрасываться за пределы участка, защищаемого предлагаемой системой. The work of the proposed system for intercepting the flow of groundwater and diverting it outside the icy area is as follows: when the soils of the ice glade freeze, the unloading of groundwater to the surface ceases, as a result, critical water pressures will arise in the layer bounded above and below by frozen soils, the values of which can exceed the strength of frozen rocks. Under the influence of critical pressure, surface rupture and self-spill of water can occur with the formation of ice. In the case of the implementation of the proposed method, permafrost water under the action of cryogenic pressures will be squeezed out into tubular filters closed with a layer of insulation to prevent freezing of the filters. Squeezing water between the filters and filtering it down the slope in the melt layer, bounded by frozen rocks above and below, prevents the blind area from clay low-permeability material. Water flowing out of the filter pipes enters the insulated collection manifold and by gravity due to the slope of the collector installed obliquely to the slope, will run to the receiving unit, and from it through the insulated pipe will be discharged outside the area protected by the proposed system.

Таким образом, в предлагаемом способе решаются две задачи: 1 - надежный перехват потока наледеобразующих вод трубчатыми фильтрами при возникновении криогенных напоров в зоне наледеобразования и, соответственно, предотвращение наледеобразования на участках инженерных сооружений; 2 - сбор наледных вод утепленным трубчатым коллектором и их транзит за пределы защищаемого участка. Thus, in the proposed method two tasks are solved: 1 - reliable interception of the ice-forming water flow by tubular filters in the event of cryogenic pressures in the ice formation zone and, accordingly, prevention of ice formation in the areas of engineering structures; 2 - collection of ice water by an insulated tubular collector and their transit outside the protected area.

Claims (1)

Способ предотвращения наледеобразования на склонах в малоснежных районах распространения вечной мерзлоты, включающий установку трубчатых фильтров, соединенных на поверхности трубой в единую магистраль, и размещение слоя утеплителя над трубой, отличающийся тем, что ниже фильтров по склону отрывают траншею на глубину сезонного оттаивания грунта, фильтры устанавливают под углом к линии падения склона, а под слоем утеплителя и в траншею укладывают слой глинистого слабопроницаемого материала. A method of preventing ice formation on slopes in small snowy areas of permafrost, including the installation of tubular filters connected to the pipe surface on a single highway, and the placement of a layer of insulation above the pipe, characterized in that trenches are torn off below the filters to the depth of seasonal soil thawing, the filters are installed at an angle to the line of incidence of the slope, and under a layer of insulation and in a trench lay a layer of clay low-permeability material.

Images