ДИПЛОМНЫЙ_ПРОЕКТ_ИГОШИН.С.С. (1193779), страница 9
Текст из файла (страница 9)
На основании изучения опыта строительства и эксплуатации железных дорог установлено, что в начальный период эксплуатации дорог и во второй половине XX века даже строгое выполнение требований обеспечения надлежащего качества сооружения земляного полотна, водоотводных и укрепительных устройств, а также соблюдение необходимой во времени последовательности их сооружения в отдельных случаях не могут предохранить грунты от мерзлотных деформаций, по этому для обеспечения надёжной работы земляного полотна в таких случаях требуется осуществление специальных мероприятий. В этом отношении представляется целесообразным учесть положительные результаты борьбы с пучинами разжижением и просадками, полученные при подъёмке пути на балласт или шлак. Такая подъемка уменьшает толщину слоя промерзающих пучащих грунтов основной площадки и тем самым устраняет или значительно понижает морозное пучение и отрицательные его последствия. Кроме того, уменьшается давление и эффект динамического воздействия поездной нагрузки на пучащие грунты, что особенно важно в период их оттаивания.
Наибольшее распространение в середине XX века получил в железнодорожной практике шлак.
Шлак обладает следующими основными особенностями:
– температуропроводность шлака вдвое меньше, чем у грунта;
– способность впитывать в себя (адсорбировать) пленочную (молекулярно- связанную) воду, которая интенсивно передвигается из грунта в шлак посредством плёночного перемещения.
В настоящее время на железной дороге не применяются паровозы, поэтому шлаковые подушки не применяются.
Одним из эффективных методов устранения пучин и просадок пути является подъёмка пути на балласт. Однако существенным недостатком этого метода является то, что его применение возможно при капитальном ремонте пути. К тому же подъёмку пути на балласт нельзя применять на электрифицированных участках.
Рис. 5.3 – Схема подъёмки пути на балласт: 1 – пучинистые грунты; 2 – граница промерзания после устройства противопучинного мероприятия
В отдельных случаях в целях укрепления (снижение влажности) грунтов применялись:
1) цементация грунтов
2) битумизация грунтов
3) электрохимический способ
4) клинкеризация (обжиг) глины и тяжёлых суглинков.
Поперечные прорези являются эффективным способом борьбы с пучинообразованием и сплывами грунта откосов. Однако в связи с тем, что поперечные прорези в середине XX века выполнялись вручную, этот способ не получил широкого распространения в последующие годы из-за отсутствия механизмов для нарезки прорезей.
В настоящее время в зависимости от природы образования пучин назначаются соответствующие способы их ликвидации.
Для ликвидации балластных пучин применяются следующие меры:
– Замена загрязненного балласта чистым или очистка загрязнённого балласта (при ремонтах верхнего строения пути в «окно»);
– планировка основной площадки с вырезкой пучинистых грунтов ниже дна балластных корыт не менее 0,10 м и замена их дренирующими (при реконструкции железнодорожного пути);
– укладка гидроизоляционного покрытия из полимерных пленок в основание балластной призмы для защиты от увлажнения пучинистых грунтов (при ремонтах пути в «окно»);
– Укладка покрытия из синтетического нетканого материала (СНМ) для защиты балластного слоя от загрязнения переувлажненным грунтом снизу и уменьшения влажности грунтов (при ремонтах пути в «окно»);
– обеспечение быстрого стока воды с поверхности железнодорожного пути и надёжного водоотвода предусмотренными для этого устройствами (кюветы и лотки).
Грунтовые пучины в зависимости от их типа и данных инженерно-геологических и гидрогеологического обследования могут быть устранены следующими мерами (большинство из них требуют «окна» для выполнения работ):
– заменой пучинистых грунтов дренирующими и непучинистыми теплоизолирующими материалами с выведением сезонного промерзания их пучинистых грунтов (при реконструкции пути);
– подъемкой пути на балласт при залегании пучинистых грунтов в нижней части зоны сезонного промерзания (не электрифицированные линии);
– укладкой теплоизоляционного покрытия из пенопласта для недопущения сезонного промерзания пучинистых грунтов;
– устройством дренажей с целью удаления свободной грунтовой воды из зоны сезонного промерзания.
Совместно с указанными мерами осуществляется надёжный отвод поверхностных вод от земляного полотна.
Более эффективны способы, выполняемые без нарушения движения поездов, позволяющие повысить прочность глинистых грунтов их осушением. Устройство поперечных дренажных прорезей опробовано ещё в первой половине прошлого полого века на участках земляного полотна с балластными углублениями. Ликвидировались зимой пучины, весной резкие просадки пути и сплывы грунта откосов. В современных условиях применение специальных машин позволяет без применения ручного труда быстро нарезать прорези работая «с поля».
-
Условия строительства железных дорог в Северных и Восточных районах России. Причины появления и развития деформаций земляного полотна железных дорог.
Земляное полотно железных дорог, построенной в первой половине XX века в Сибири и на Дальнем Востоке, возводилось на многих тысячах километров из глинистых грунтов (суглинки и супеси). Грунты естественного залегания разрабатывались (рыхлились) вручную и перемещались в насыпи. В насыпях грунт практически не уплотняется. С редких случаях использовались ручные трамбовки.
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 (рис.1.1) на период укладки верхнего строения пути, через некоторое время после начала движения поездов приобретала искаженную форму с просадками разного очертания.
Рис. 6.5 – Искажённая форма основной площадки с просадками в виде ложа, проектное очертание её в виде трапеции: 1 – проектное положение основной площадки; 2 – поперечный профиль балластного ложа.
Под балластной призмой фактическое состояние основной площадки земляного полотна оказывается скрытым. Уже в первые годы эксплуатации это состояние основной площадки проявлялось не равномерными осадками пути в летнее время и пучинами зимой. Скопление дождевых и талых вод в местах просадок способствовало превращению их в балластные ложа, а иногда в балластные мешки. Это стало причиной увеличения количества сплывов грунта откосов насыпей, из за чего прерывалось движение поездов на несколько часов а иногда и на несколько суток. В некоторых местах весной происходили резкие просадки пути с выпором разжиженного грунта, что требовало ограничивать скорость.
Деформации земляного полотна, возведённого из глинистых грунтов, в виде пучин, просадок пути и сплывов откосов в настоящее время распространены на тысячах километров железных дорог России. И это происходит несмотря на ежегодные значительные расходы дорог на укрепление земляного полотна. Часто денежные средства расходуются неэффективно из за некачественных проектов. Деньги полностью расходовались, а деформации оставались. Некачественные проекты по земляному полотну в последние 20 лет, это результат создания в системе ОАО РЖД массы проектных фирм, не имеющих квалифицированных специалистов в области земляного полотна. Не создана система обучения и повышение квалификации проектировщиков в вопросах геологии, грунтоведения, влияния на физические и механические свойства грунтов воды, мерзлотных процессов и особенно фазовых переходов при их промерзании и оттаивании.
Ещё в начале 60-х годов XX века созданный комитет по земляному полотну на базе двух министерств (МПС и Минтрансстрой), Возглавляемы профессором Г.М. Шахунянцем, на своих совещаниях отмечал, что на большинстве раннее построенных линий, а также на новостройках Сибири широко распространены пучины и сплывы откосов насыпей и выемок в первые годы эксплуатации. Одной из существенных причин интенсивного развития деформаций следует отметить неправильное проектирование зоны основной площадки земляного полотна. В странах Европы и Канаде, где зимой имеет место сезонное промерзание грунтов, на насыпях и в выемках, сооружаемых при наличии глинистых грунтов, верхняя часть земляного полотна на глубину примерно на 0,8 метра и более обязательно отсыпалась дренирующим грунтом (рис. 1.2). Иногда применяли укрепляющие, гидроизолирующие композиции по поверхности основной площадки.
Рис. 6.6 – Разделительный слой из дренирующего грунта при глинистом грунте насыпи тугопластичной консистенции: 1 – дренирующий грунт; 2 – глинистый грунт.
Рис. 6.7 – Граница сезонного промерзания: 1 – снег, 2 – сезонно мёрзлый грунт
На строящихся дорогах в СССР ещё в 50-е годы XX века подобная мера предлагалась при возведении насыпей из глинистых грунтов повышенной влажности (тугопластичные). На практике это не всегда выполнялось. К тому же очевидно было, что глинистые грунты в природном залегании, имеющие нормальную влажность имели повышенную влажность уже при строительстве. Разрыхленный грунт насыпи за время строительства ее увлажнения осадками, количество которых в Сибири и на Дальнем востоке в летние месяцы часто превышает 400 мм.
Проблема повышения прочности земляного полотна при высокой грузонапряжённости наших дорог оказалась весьма сложной. Заменить переувлажненный грунт невозможно. Защитить грунт земляного полотна от дождевых осадков, легко проникающих через балластную призму задача не простая и весьма дорогая. Например, можно уложить под балластом на глубине не менее 55-60 см пленочное покрытие по специальной технологии при капитальном ремонте пути или его реконструкции.
Рис. 6.8 – Схема конструкции гидроизоляционного покрытия на однопутном участке (а), под одним участком: 1 - гидроизоляция; 2, 3 - верхний и нижний защитные слои; 4 – не вырезанная часть старого балласта; 5 - глинистый грунт; 6 - дренаж мелкого заложения; 7 –лоток.
Другие предложения по осушению грунта: электроосушение, термическое осушение (обжиг) не могут решить проблему на тысячах километров из-за технической сложности и дороговизны.
В настоящее время на дорогах практически не применяются способы, направленные на осушение грунта земляного полотна, если не считать укладку пенопласта, который устраняет пучины и осушает грунт, не пропуская воду вниз.
Рис. 6.9 - Поперечный профиль балластной призмы с устройством тепловой изоляции из пенопласта без защитного слоя.
Однако, как и все другие способы он дорог и выполняется только при капитальном ремонте пути в «окно».
Ещё в 50-е годы XX века и несколько позже на дорогах, особенно Сибири, на Забайкальской и Дальневосточной дорогах применяли поперечные дренажные прорези, которые хорошо осушали грунт. Прорези копали вручную на глубину до 2-2,5 метров и с расстоянием между ними вдоль пути примерно 6 метров. Недостаток – их работа в неудобном для работы месте (путь, откосы) и совершенно не нужная их ширина от 0,8 до 1,0 метра. Они хорошо стабилизировали откосы от сплыва грунта, однако, если на пути были пучины, то после устройства прорезей зимой путь становился волнистым в зоне прорезей, пучения грунта не было, а между прорезями пучение сохранялось. Для механизации работы по устройству дренажных прорезей на насыпях была разработана машина ЦНИИ (рабочий орган – многоковшовый ротор). Опытные образцы машины оказались не эффективными: ковши залипали глинистым грунтом, и машина не могла работать без ручной очистки ковшей. Если бы машина оправдала своё назначение, и прорези были бы устроены чаще, например, через 3 метра, то это позволило бы ликвидировать и пучины и сплывы откосов. Прорези, расположенные через 3 метра вдоль пути, выполнялись бы две роли: обеспечивали быстрый сбор и отвод на откос насыпи выпадающие дождевые осадки и, с другой стороны, постепенно осушали бы грунт между прорезями, делая его неподверженным деформациям.
Учитывая, что весной при оттаивании наиболее влажный слой грунта под балластной призмой составляет до 0,8 метра, делать прорези глубиной от верха обочины более 1,3 метра нет необходимости. Такое распределение влажности грунта в верхней части насыпи объясняется тем, что зимой грунтовая вода мигрирует из талого грунта снизу-вверх в промерзающий грунт и там замерзает в виде ледяных линз, в следствие чего происходит пучение грунта. Весной при оттаивании ледяных линз вода замачивает окружающий грунт и под динамическим воздействием поездной нагрузки грунт разжижается и выпирает из-под балластной призмы. Происходят просадки пути и сплывы грунта откосов насыпи. При наличии прорезей по мере оттаивания распученного грунта, вода собирается в прорези и выводится на откосы.
Учитывая, что прорези должны собирать и отводить малые объёмы воды (дождевой, талой), ширина их должна быть не большой – до 0,2 метра, укладка по дну прорезей труб не требуется. Прорези должны заполняться щебнем фракций 5-25 мм. Для защиты щебня от засорения частицами грунта по стенкам прорезей необходимо укладывать геотекстиль.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
