Обоснование конструктивных особенностей земляного полотна из дренирующих грунтов в криолитозоне с помощью теплотехнических расчетов

   При строительстве транспортных объектов в криолитозоне кардинально нарушается температурный режим многолетнемерзлых грунтов. В процессе эксплуатации Байкало-Амурской магистрали в основании земляного полотна на отдельных участках в районах распространения высокотемпературных мерзлых грунтов образовались так называемые чаши протаивания. Они представляют собой зоны оттаявших многолетнемерзлых грунтов, расположенные непосредственно под железнодорожными насыпями, даже при соблюдении первого принципа строительства. Главным образом это касается насыпей, сложенных дренирующими грунтами. В этом случае формированию таких чаш в первую очередь способствует инфильтрация атмосферных осадков в тело земляного полотна. Расчетным путем оценить эффект от влияния атмосферных осадков на отепляющий эффект основания земляного полотна весьма проблематично в связи с хаотическим характером фильтрационных процессов, происходящих в теле земляного полотна.
   В данной работе сделана попытка использования нетрадиционного подхода к решению этой проблемы, а именно предложено ввести поправку к летним значениям коэффициента теплопроводности, учитывающую теплообмен фильтрующихся теплых атмосферных вод с твердыми частицами дренирующего грунта. Для определения данной оправки был использован эмпирический подход. Он заключается в коррекции коэффициента теплопроводности в процессе численных расчетов с ориентацией на реальную глубину верхней границы многолетней мерзлоты под насыпью, полученную при инженерно-геологических изысканиях. Подобранный таким образом коэффициент теплопроводности можно использовать для дальнейших расчетов в схожих условиях.
   С помощью предложенного подхода обоснована эффективная конструкция насыпи из дренирующих грунтов. Также показано, что использование такого приема для предотвращения деградации грунтов основания насыпи является эффективным при строительстве земляного полотна под вторые пути в криолитозоне.

1. Исаков А. Л., Устян Н. А. Проблемы деградации вечной мерзлоты в основании земляного полотна железных дорог и пути ее решения на базе теплотехнических расчетов // Современные исследования трансформации криосферы и вопросы геотехнической безопасности сооружений в Арктике. Салехард, 2021. С. 177–180.

2. Ашпиз Е. С. Опыт проектирования земляного полотна железных дорог России, расположенных в зоне распространения многолетнемерзлых грунтов // Материалы Пятой конференции геокриологов России. Москва : Университетская книга, 2016. С. 162–168.

3. Гаврилов И. И. Состояние и причины повышенной деформативности земляного полотна на участках распространения многолетнемерзлых грунтов Дальнего Востока и Забайкалья // Проектирование развития региональной сети железных дорог. 2013. № 1. С. 129–143.

4. Сазонов В. Н., Ашпиз Е. С. Актуальные проблемы обеспечения надежности земляного полотна на Восточном полигоне // Железнодорожный транспорт. 2015. № 9. С. 28–31.

5. Гарагуля Л. С. Методика прогнозной оценки антропогенных изменений мерзлотных условий (на примере равнинных территорий). Москва : Издательство МГУ, 1985. 224 с.

6. Wong H. The basic formulas and data on heat transfer for engineers. Москва : Атомиздат, 1979. 185 с.

7. Цветков Ф. Ф., Григорьев Б. А. Тепломассообмен. Москва : МЭИ, 2011. 562 с.

8. СП 25.13330.2020. СНиП 2.02.04–88. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах : утвержден приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации от 30 декабря 2020 г. № 915/пр : введен в действие с 1 июля 2021 г. : актуализированная редакция // Техническое нормирование в строительстве : [сайт]. URL: https://api.faufcc.ru/api/assets/539d71a9-6030-4e5a-9ad6-0ce8e8f17b5c (дата обращения: 19.02.2025).

9. Гордийчук В. В. Программный комплекс для инженерных расчетов в строительстве «Frost 3D» : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 20196113122 от 24.01.2019.

10. Усачев А. А. Программное обеспечение «Борей 3D» : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 218660189. 2018.

11. Машуков В. И., Исаков А. Л. Программа расчета температуры вечномерзлых грунтов земляного полотна «Freeze-Cold» : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № RU2021611121. 2021.