ДИПЛОМНЫЙ_ПРОЕКТ_ИГОШИН.С.С. (1193779), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Это представляет необходимость по принятию мер по укреплению земляного полотна в местах распространения пучин.

1. Общие сведения о пучении грунтов.

Пучение грунта – увеличение его объема при зимнем промерзании за счёт перехода воды, содержащейся в грунте, из жидкой фазы в твёрдую с образованием кристаллов, линз и прослоек льда, распирающих минеральный скелет грунта. При этом количество воды, перешедшей в лёд, оказывается большим, чем её было в порах данного слоя грунта до замерзания (избыточное льдовыделение), за счёт миграции воды снизу в верх. Пучению могут подвергаться грунты определенного вида, имеющие соответствующую влажность.

1. Грунты подверженные пучению

Согласно техническим указаниям по устранению пучин и просадок железнодорожного пути к подверженным пучению грунтам

железнодорожного земляного полотна относятся следующие их виды:

– глинистые (глины, суглинки, супеси);

– крупнообломочные с глинистым заполнителем при содержании частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 20% по массе;

– легковыветривающиеся породы (сланцы, алевролиты, аргиллиты, мергели) в зоне активного выветривания;

– пылеватые пески при насыщении их водой;

– торфы и заторфованные грунты.

Величина пучения конкретного минерального грунта возрастает при увеличении содержания в нём пылеватых частиц. Дренирующие грунты (щебень, галька, гравий, песчано-гравийная смесь, крупно- и среднезернистые пески, шлаки), не загрязнённые глинистыми, пылеватыми и иловатыми фракциями, пучению не подвержены.

Указанные выше пучинистые грунты будут пучить тогда, когда их влажность будет выше определённой величины Wр. Увеличение влажности грунта, как правило, приводит к более интенсивному пучению.

Основными источниками увлажнения грунтов земляного полотна являются атмосферные осадки, проникающие через балластную призму и грунтовые воды.

Роль этих источников увлажнения сильно зависит от следующих условий:

– атмосферные осадки будут способствовать пучению грунтов при значительном загрязнении балласта, необеспеченном отводе воды с основной площадки при наличии балластных углублений (корыта, ложа);

– грунтовые воды с высоким уровнем залегания и большой высотой капиллярного поднятия воды будут вызывать значительное пучение грунтов земляного полотна, если будут попадать в зону промерзающего грунта.

1. Механизм морозного пучения

При отсутствии в зоне зимнего промерзания грунтов водоносного слоя (свободной и капиллярной воды), а также при небольшой влажности глинистых грунтов пучение буде происходить за счёт замерзания воды в порах грунта при температуре, близких к 0 °С, и увеличения её в объёме на 9%. В этом случае пучение будет небольшим – до 30-50 мм за зиму и не вызовет появление пучинных неровностей, которые бы привели к недопустимым искажениям рельсовой колеи. Такое пучение принято называть равномерным.

Процесс пучинообразования в глинистых грунтах происходит следующим образом. При охлаждении поверхностного слоя грунта до 0 °С в первую очередь в нём замерзает свободная вода в наиболее крупных порах с образованием кристаллов льда. В дальнейшем кристаллы растут за счёт: действия температурного градиента, то есть из ниже залегающего тёплого грунта капиллярная парообразная и плёночная вода по порам грунта устремляется в зону грунта с отрицательной температурой. Кристаллы льда растут с образованием его линз, прослоек благодаря примерзанию к ним молекул плёночной воды, которая ещё находится в талом состоянии. Поэтому в этом слое грунта уменьшается толщина пленок связанной воды и происходит нарушение равновесия плёночной воды, поскольку в нижележащем талом слое грунта их толщина остаётся нормальной. Плёночная вода, стремясь восстановить утерянное равновесие, под действием молекулярных сил начинает перемещаться (мигрировать) в сторону более тонких плёнок. Перемещение плёночной воды продолжается непрерывно до тез пор, пока температура промерзающего слоя грунта и плёночной воды не станет ниже температуры её замерзания, примерно -5 °С. Этим объясняется механизм избыточного льдовыделения в глинистых грунтах.

Особенно интенсивно происходит миграция грунтовой воды в промерзающие или уже промёрзшие слои грунта при высоком залегании горизонта грунтовой воды (водоносного слоя) и вхождении промерзания в зону капиллярной воды, вызывая также избыточное льдовыделение.

Силы морозного пучения оказываются столь значительными, что преодолевают вес и сопротивление вышележащего мёрзлого пласта грунта и находящейся на нём нагрузки и вызывают неравномерные поднятия поверхности земли (железнодорожного пути), которые называются пучинами и могут достигать высоты 150-200 мм и более.

В сравнительно тёплые зимы, когда происходит медленное промерзание грунта, величина пучения больше, чем в суровые зимы.

1. Причины появления пучин периода строительства.

Земляное полотно железных дорог, построенных в XIX и первой половины XX веков на Европейской части страны, а также в Сибири и Дальнем Востоке, возводилось на многих тысячах километров из глинистых грунтов (глины, суглинки и супеси). Грунты естественного залегания разрабатывались (рыхлились) вручную и перемещались в насыпи с использованием тачек и конных телег. В насыпях грунт практически не уплотняется.

В редких случаях за устоями мостов использовались ручные трамбовки. При разработке глубоких выемок с большими объемами грунта применялись паровые экскаваторы.

Высокие насыпи возводились длительное время и за период строительства их неуплотнённый грунт неоднократно подвергался глубокому замачиванию дождевыми осадками. Возведённые на проектную высоту насыпи в первые же годы подвергались неравномерному доуплотнению их грунта. Основная площадка, оформленная по проекту в виде трапеции после укладки верхнего строения пути, через некоторое время при движении поездов приобретала искажённую форму с углублениями разного очертания.

Рис. 6.1 – Основная площадка, оформленная по проекту в виде трапеции.

Рис. 6.2 – Искажённая форма с углублениями разного очертания основной площадки.

Фактическое состояние основной площадки земляного полотна оказывалось скрытым под балластной призмой. Уже в первые годы эксплуатации деформированное состояние основной площадки проявлялось неравномерными осадками пути в летнее время и пучинами зимой. Скопление дождевых и талых вод в местах просадок пути способствовало превращению их в балластные ложа, а иногда балластные мешки. Это стало причиной увеличения количества сплывов грунта откосов насыпей, из-за чего прерывалось движение поездов на несколько часов. В некоторых местах весной происходили резкие просадки пути с выпором разжиженного грунта, что требовало ограничивать скорость поездов.

Рис. 6.3 – Выпор разжиженного грунта из под балласта (май 2011г).

Рис. 6.4 – Резкая просадка пути на месте пучинного горба весной

Таким образом, главнейшими недостатками строительства земляного полотна в XIX и первой половине XX веков были, да и сейчас на некоторых объектах кое-где ещё остаются, можно назвать:

1. Грубые нарушения требований выполнения осушительных мероприятий и водоотводных устройств у выемок до начала производства основных работ. Несвоевременное оформление кавальеров, банкетов и забанкетных канав. Грунт полученный при разработке выемок, нередко в кавальеры совсем не укладывался, а оставлялся в виде бесформенных отвалов, в которых застаивалась вода в непосредственной близости от откосов выемки.

Обводнение откосов и основной площадки выемок, массовые сплывы откосов, разжижения грунтов основной площадки, пучины являлись естественным следствием такого производства работ.

2. Недостаточная планировка откосов насыпей (берм), закладка резервов без планировки и придания им необходимого уклона и выхода для воды, устройство продольных водоотводных канав иногда уже после отсыпки насыпей – всё это является существенной предпосылкой для деформаций насыпей и их откосов.

3. Недостаточное уплотнение насыпей из-за отсутствия должного количества уплотняющих машин, а также вследствие возведения насыпей (скреперами и автосамосвалами) слоями большой толщины (70-90 см). Имеющиеся машины используются далеко не всегда рационально, контроль за уплотнением грунта недостаточен.

4. Устройство насыпей на основаниях с малой несущей способностью. Иногда даже в проекте не закладываются необходимые мероприятия по повышению несущей способности основания. Это влечёт за собой просадки, оседания насыпей и порой весьма крупные деформации.

5. Нарушение технологии при возведении высоких насыпей из глинистых грунтов в узких логах (отсыпка «с головы»); возведение насыпей в зимнее время из глинистых грунтов без соблюдения специальных требований на зимние работы.

6. Длительные сроки движения поездов в рабочий период без балласта или с недостаточной балластировкой.

7. Плохое текущее содержание земляного полотна в период временной эксплуатации.

8. Недостаточно отработаны конструкции земляного полотна на слабых основаниях для климатических и геологических условий Урала, Сибири и Дальнего Востока, для условий затруднённого водоотвода и др.

9. В проекты земляного полотна не всегда не всегда или не в полном объёме включаются мероприятия по недопущению сплывов и пучин.

10. Недостаточная полнота и глубина инженерно-геологических обследований, особенно в сложных случаях, иногда с излишествами в изучении общегеологических материалов района изысканий, не давала достаточной основы для проектирования земляного полотна с учётом индивидуальных особенностей и условий его работы.

11. Проектирование земляного полотна в сложных условиях не всегда проводилось с должным учётом местных условий и особенностей из-за отсутствия надлежащей инженерно-геологической основы или неполного её использования, а также ориентировки на опыт устройства и работы земляного полотна в аналогичных условиях без достаточного применения расчётного аппарата.

12. Необходимые лабораторно-полевые исследования проводились в недостаточном объеме и по методике, мало отражающей условия будущей работы грунта как сооружения или как основания сооружения. Не проводятся динамические испытания грунтов, отражающие их работу в верхних слоях насыпей и выемок.

Количество испытаний обычно не достаточно, а статистические методы ещё не вошли в практику получения достаточно достоверных характеристик грунта.

Полевые методы определения расчётных характеристик грунта почти отсутствовали, крыльчатки, прессиометры, статическое и динамическое зондирование (шариковая проба, конуса), испытания на пенетрацию на практике не использовались.

Нередко характеристики грунта отражают из влажностно-консистентное состояние на момент взятия проб и не соответствуют критическим моментом его работы в сооружении.

1. Причины появления пучин на эксплуатируемом пути.

Современные и перспективные условия эксплуатации пути, связанные с повышением грузонапряжённости на ряде линий до 80 млн. т-км бруттно на 1 км в год и более и степени заполнения графика движения с введением в обращение грузовых поездов с повышенными массой, длиной, осевыми нагрузками, а также скоростных пассажирских поездов и др. усиливают динамическое воздействие на земляное полотно и при определённых условиях могут вызвать развитие существующих и появление новых деформаций.

Известно, что наиболее интенсивно пучат пылеватые суглинки, супеси и глины.

В период оттаивания грунтов основной площадки происходят просадки и рост балластных корыт, так как прочностные характеристики при оттаивании резко ухудшаются и не редко становятся ниже, чем были до промерзания.

Немаловажная роль в образовании балластных корыт и лож принадлежит тиксотропным изменениям грунтов.

Следовательно, степень прочности и устойчивости земляного полотна не остаётся неизменной во времени.

Таким образом, причинами появления пучин на эксплуатируемом пути могут быть:

– неравномерное загрязнение и увлажнение балластного слоя, образование в основании балластного слоя замкнутых балластных углублений, грязевых выплесков из под шпал;

– наличие в зоне сезонного промерзания или с разной влажностью грунтов;

– увлажнение пучинистых грунтов в зоне основной площадки из-за наличия замкнутых неровностей в виде балластных корыт и лож;

– неравномерное увлажнение грунтов в зоне сезонного промерзания из-за необеспеченного отвода поверхностных вод (неисправны кюветы лотки);

- невыполнение при строительстве необходимого комплекса противопучинных мер (замена пучинистого грунта, устройство дренажа и др.).

1. Применяемые в России способы укрепления земляного полотна при пучинах

В 60-х годах XX века лабораторией земляного полотна ЦНИИ МПС изучено состояние земляного полотна на эксплуатируемой сети железных дорог СССР по данным технических паспортов пути за период с 1941 по 1961 г. Полученные материалы указывают на то, что несмотря на выполняемый ежегодно значительный объём работ по оздоровлению земляного полотна, протяженность таких участков ещё высока. Такая же тенденция наблюдается и в настоящее время.

Как в прошлом веке, так и настоящее время, работники путевого хозяйства испытывают большие трудности из-за неравномерного пучения земляного полотна в зимнее время и просадок при весеннем оттаивании. Ежегодно на исправление пути с пучинами расходуются значительные средства и приходится преодолевать затруднения, связанные с необходимостью ограничения скорости движения поездов на пучинистых участках. Этим следует объяснить то, что ещё в прошлом веке было положено начало организованной борьбе с пучинами.

Характеристики

Список файлов ВКР