Kucherov Alexey Ivanovich 2016 (1212233), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

На многих дистанциях пути основной работой в зимнее время является выправка пути на участках с пучинными неровностями. На эти работы отвлекаются основные людские и материальные ресурсы, а остальные виды путевых работ своевременно не могут выполняться. Интенсивный рост пучин одновременно на нескольких участках пути вынуждает до выправки профиля пути устанавливать ограничение скорости движения поездов.

Дороги расходуют значительные средства на ликвидацию пучинных мест. Однако эффект от этих работ получается только тогда, когда они выполняются в соответствии с проектом, разработанным с учетом установ­ленных причин пучения грунтов в конкретном месте (участке).

7.2.1 Общие сведения о пучении грунтов

Пучение грунта - это увеличение его объема при зимнем промерзании за счет перехода воды, содержащейся в грунте, из жидкой фазы в твердую, с образованием кристаллов, линз и прослоек льда, распирающих минеральный скелет грунта. При этом количество воды, перешедшей в лед, оказывается большим, чем оно было в порах данного слоя грунта до за­мерзания (избыточное льдовыделение). Пучению могут подвергаться грунты определенного вида, имеющие соответствующую влажность.

К подверженным пучению грунтам железнодорожного земляного полотна относятся следующие их виды:

- глинистые (глины, суглинки, супеси);

- крупнообломочные с глинистым заполнителем

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

- мелкие пылеватые пески;

- торфы и заторфованные грунты.

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

Указанные выше пучинистые грунты будут пучить тогда, когда их влажность будет выше определенной величины. 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.

7.2.2 Механизм морозного пучения

При отсутствии в зоне зимнего промерзания грунтов водоносного слоя (свободной и капиллярной воды), а также при небольшой влажности глинистых фунтов пучение будет происходить за счет замерзания воды в порах грунта при температурах ниже О °С, и увеличения ее в объеме на 9 %. В этом случае пучение будет небольшим - до 20-30 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 ниже О °С в первую очередь в нем замерзает свободная вода в наиболее крупных порах с образованием кристаллов льда. В дальнейшем кристаллы растут за счет: действия температурного градиента, то есть из нижезалегающего теплого грунта свободная и парообразная вода по порам грунта устремляется в зону грунта с отрицательной температурой, одновременно кристаллы льда растут с образованием его линз, прослоек благодаря примерзанию к ним молекул пленочной воды, которая еще находится в талом состоянии. Пленочная вода, стремясь восстановить утерянное равновесие, под действием молекулярных сил начинает перемещаться (мигрировать) в сторону более тонких пленок. Перемещение пленочной воды продолжается непрерывно до тех пор, пока температура промерзающего слоя грунта и пленочной воды не станет ниже температуры ее замерзания (-4). Этим объясняется механизм избыточного льдовыделения в глинистых грунтах (рисунке 7.1).

Рисунок 7.1 Избыточное льдовыделение в глинистом грунте, вызывающее пучину

1 – щебень балластной призмы; 2 – старый балласт сильно грязный; 3 – Распученный линзами льда грунт; 4 – граница промерзания грунта; 5 – грунт насыпи (суглинок).

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

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

Причинами появления пучин на пути могут быть:

- неравномерное загрязнение и увлажнение балластного слоя, образование в основании балластного слоя замкнутых балластных углублений - корыт и лож, наличие грязевых выплесков из-под шпал;

- наличие в зоне сезонного промерзания неоднородных или с разной влажностью грунтов;

- увлажнение пучинистых грунтов в зоне основной площадки из-за наличия замкнутых неровностей, возникших вследствие местных недоборов или переборов грунта в выемке при строительстве;

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

- не выполнение при строительстве необходимого комплекса противопучинных мер (замена влажного пучинистого грунта, устройство дренажа и ДР)

При оттаивании распученного грунта необходимо собрать и удалить талую воду, не дать ей вернуться в обезвоженный за зиму грунт земляного полотна. Так будет ликвидирована причина деформаций земполотна и восстановлен ресурс надежности. Если вода не удаляется, то одна ее часть расходуется на замачивание обезвоженных фрагментов окружающего грунта, а другая большая не может перемещаться вниз из-за еще не оттаявшего слоя сезонной мерзлоты (рис 7.2)

Рисунок 7.2 Насыпь в период весеннего оттаивания

1 и 2-граница соответственно зимнего промерзания и оттаивания грунта; 3-оттаявшие лед и грунт в зажиженном состоянии; 4-выпор из-под балластной призмы воды и разжиженного грунта; 5-просадка пути; 6-возможные поверхности сплыва грунта откоса; 7-мерзлый грунт; 8-контур поперечной дренажной прорези

7.2.3 Расчет устойчивости на откосах насыпи.

Нарушение устойчивости откосов является, как правило, аварийной деформацией и поэтому умением оценить и проанализировать устойчивость откосов должен обладать любой инженер путей сообщения.

Наблюдения за поверхностями, по которым происходит смещение грунтов откосов, показывают, что они, как правило, криволинейны. В однородных связных грунтах эти поверхности в различной степени напоминают чашеобразные или цилиндрические, а в сыпучих грунтах они приближаются к плоскости. Иногда смещения происходят по контакту разнородных слоев грунтов, в этом случае они имеют любую форму и предопределены литологическим строением откоса или склона.

Устойчивость откоса количественно можно оценить с помощью коэффициента устойчивости К_уст. В общем виде К_уст представляет собой отношение силовых факторов сопротивляющихся смещению, к факторам, его вызывающим.

В качестве примера расчету устойчивости подлежит двухпутная насыпь. Расчет устойчивости производится графо-аналитическим методом для 1 погонного метра длины насыпи. Схема определения коэффициента устойчивости графо-аналитическим способом показана на рисунке 7.3 и на Листе 9. Устойчивость откосов насыпи принято оценивать коэффициентом устойчивости К_уст. Физический смысл этого коэффициента заключается в отношении моментов сил, удерживающих откос от смещения, к моментам сил сдвигающих. Моменты сил берутся относительно центра кривой возможного смещения.

Рисунок 7.3 Схема определения коэффициента устойчивости графо-аналитическим методом

, ( 7.1)

где – сумма моментов удерживающих сил, кНм;

– сумма моментов сдвигающих сил, кНм;

, – суммарные силы соответственно трения и сцепления, действующие по поверхности смещения, кН;

– сумма тан­генциальных составляющих веса частей сползающего массива, направлен­ных против предполагаемого направления сдвига, кН;

– то же, направленных в сторону предполагаемого сдвига, кН;

В железнодорожном строительстве считается, что насыпь устойчива при значении К_уст1,2. Оптимальным значением является К_уст=1,2.

Результаты расчета коэффициентов устойчивости приведены в таблице 7.1. и 7.2

Таблица 7.1. Расчет коэффициента устойчивости откоса насыпи по кривой R=6.5м

Таблица 7.2. Расчет коэффициента устойчивости откоса насыпи по кривой R=10.4м.

7.2.4 Способы ликвидации пучин. Материалы для противопучинных устройств

В зависимости от природы образования пучин назначаются соответствующие способы их ликвидации.

Для ликвидации балластных пучин применяются следующие меры:

замена загрязненного балласта чистым;

- 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 уменьшения влажности пучинистых грунтов( в окно при кап ремонте)

- укладка покрытия из синтетического нетканого материала (СНМ) для защиты балластного слоя от загрязнения переувлажненным грунтом снизу и уменьшения влажности грунтов( в окно при ремонте пути)

- обеспечение быстрого стока воды с поверхности железнодорожного пути и надежного водоотвода предусмотренными для этого устройствами (кюветы и лотки).

Грунтовые пучины в зависимости от их типа и данных инженерно-геологического и гидрогеологического обследования могут быть устранены следующими мерами;

- заменой пучинистых грунтов дренирующими и непучинистыми теплоизолирующими материалами, выводящими зону сезонного промерзания из пучинистых грунтов (врезные или комбинированные подушки), рисунок 7.4;

- подъемкой пути на балласт или устройством накладных теплоизоли­рующих подушек при залегании пучинистых грунтов в нижней части зоны сезонного промерзания (на неэлектрифицированных линиях);

- укладкой теплоизоляционного покрытия из пенопласта для недопущения сезонного промерзания пучинистых грунтов (в окно);

- устройством дренажей с целью удаления грунтовой воды из зоны сезонного промерзания;

- мелиорацией пучинистых грунтов - обработкой их определенными химическими растворами, превращающими пучинистый грунт в непучинистый.

Совместно с указанными мерами осуществляется надежный отвод поверхностных вод от земляного полотна.

Рисунок 7.4 Укрепление подбалластного основания способом замены грунта

1 – глинистый грунт; 2 – слой интенсивного льдаобразования; 3 – грязный песчано-гравийный балласт с линзами льда; 4 – дренирующий (непучиныстый грунт); 5 – георешетка.

Для выполнения перечисленных мер по ликвидации пучин могут применяются следующие материалы и грунты:

- экструдированные полистирольные или поливинилхпоридные пено-

пласты;

- поливинилхлоридная пленка толщиной не менее 0,23 мм;

- геотекстиль - синтетический нетканый материал;

Характеристики

Список файлов ВКР