ПЗ (1230677), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

В процессе стабилизации земляного полотна на оттаивающих многолетнемерзлых грунтах можно выделить три основных этапа, определяющих интенсивность деформаций:

• первый – нарушение термодинамического равновесия в системе «земляное полотно – многолетнемерзлое основание – геосреда» из-за изменений температурно-влажностного режима в грунтах основания земляного полотна и прилегающей к нему территории, вызывающего интенсивные деформации их многолетнемерзлых, слабых при протаивании, грунтов основания земляного полотна;

• второй – восстановление температурно-влажностного режима в грунтах основания земляного полотна и прилегающей к нему территории, снижение интенсивности деформаций грунтов основания земляного полотна;

• третий – установление термодинамического равновесия в системе «земляное полотно – многолетнемерзлое основание – геосреда» в результате естественно сформированного за продолжительный период (18-25 лет) температурно-влажностного режима и относительно неизменного состояния грунтов основания земляного полотна в постоянных условиях эксплуатации.

Этапы перехода природно-техногенной системы связаны с изменением состояния грунтов при взаимодействии их минерального скелета с водой, что определяет в той или иной степени все физико-химические процессы, протекающие в промерзающих и мёрзлых грунтах: изменения фазового состава воды, миграцию влаги и льдовыделение, формирование криогенного строения мерзлых толщ, криогенез и т. д. Поэтому важно установить эти процессы, выявить основные параметры и свойства грунтов, которые позволят установить причины деформаций и выбрать способ стабилизации земляного полотна.

В современных условиях эксплуатации на восточном участке БАМ Дальневосточной железной дороги деформации связаны преимущественно с нарушением системы водоотведения и переувлажнением грунтов, криогенными деформациями, возникающими при промерзании-оттаивании грунтов активного деятельного слоя грунтов, и реологическими процессами в грунтах, происходящими, преимущественно, из-за вибродинамических процессов, вызывающих пластические подвижки или выдавливание слабых грунтов. Поэтому способы стабилизации должны предусматривать:

• водоотведение поверхностных вод и осушение территории вблизи земляного полотна и основания;

• стабилизацию температурного режима в основании и предотвращение деформаций, связанных с влиянием надмерзлотных грунтовых вод при сезонном промерзании – протаивании грунтов активной зоны на природно-техногенную систему;

• устранение пластических деформаций.

На восточном участке БАМ Дальневосточной железной дороги в результате этапного перехода из одного состояния в другое в грунтах основания земляного полотна сформировалась талая зона, непромерзающая в годовом цикле. Поскольку само земляное полотно является препятствием на пути грунтовых надмерзлотных вод, последние проникают под напором в предзимний период в грунты основания, вызывая криогенные (мерзлотные) деформации. Они могут быть результатом проявления одного или нескольких грунтовых процессов и явлений.

При выявлении причин деформаций земляного полотна, важно установить механизм их возникновения и развития, правильно выделить виды мерзлотных процессов, их характер и динамику.

При грамотном подходе к выбору противодеформационных мероприятий и детальном анализе топографических условий, применяемые мероприятия и технологии дают высокий результат, который проявляется в продолжительной стабилизации и устойчивости земляного полотна.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА С ПОМОЩЬЮ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА ИЗМЕНЕНИЯМИ ТОПОГРАФИЧЕСКИХ, ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ, МЕРЗЛОТНО-ГРУНТОВЫХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА УЧАСТКЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Анализ проблем, связанных с проектированием, строительством и эксплуатацией земляного полотна в условиях вечной мерзлоты, в частности БАМ, показывает, что их решение осложнено специфичностью выбора мероприятий по обеспечению стабильности земляного полотна и других сооружений на вечномерзлых грунтах, особенно высокотемпературных. Сложность выбора связана с недостаточной изученностью закономерных взаимосвязей между происходящими процессами и явлениями в геотехнической системе (ГТС) «земляное полотно – основание» при нарушении её водно-теплового режима и на прилегающей к ней территории. К таким процессам промерзания-оттаивания, носящим разрушительный характер и, как следствие, приводящим к возникновению деформаций в ГТС, относятся:разрушение связей между частицами грунта и их взаимное смещение, изменение толщины пленок воды и отжатие свободной воды из пор грунта.При этом такие техногенные факторы как давление, вибродинамическая нагрузка, колебания и эрозия будут усиливатьнегативное воздействие на вышеупомянутую систему.

Циклическое повторение процессов промерзания-оттаивания во времени существенно меняет геоморфологические и топографические условия местности.

Предположения о том, что строительство на вечномерзлых грунтах можно осуществлять по I-му принципу без деформирования сооружений не оправдались. Особенно характерно деформирование сооружений на бессточных и малосточных участках.

В условиях длительной эксплуатации сооружений на вечномерзлых грунтах в результате деградации мерзлоты и криогенных деформаций в основании земляного полотна происходят гидрогеологические изменения, нарушается естественный режим, так как само земляное полотно является препятствием на пути грунтовых и поверхностных вод. Поэтому при длительной эксплуатации грунтовых сооружений необходимо помимо традиционных методов оценки инженерно-геологических, гидрологических и прочих условий оценивать литологическую обстановку местности на предпостроечный период и сравнивать с отметками положения земли на период реконструкции.

На данный момент не существует четко регламентированных нормативных документов по оценке и системе инструментального контроля состояния земляного полотна, что не позволяет объективно оценивать устойчивость деформирующихся участков и принимать обоснованные решения по обеспечению безопасности. К тому же анализ данных инженерно-геологических и геоморфологических условий не всегда охватывает все участки деформаций.

По данным состояния вечномерзлых сильнольдистых грунтов в условиях протаивания сложно установить причину деформаций, а устранение последствий деформаций без выявления причин, их вызвавших, не позволяет выбрать правильные противодеформационные мероприятия по стабилизации и усилению земляного полотна. Причинами деформирования, согласно [4], являются:

• самоуплотнение (консолидация грунтов);

• пластические подвижки от вибродинамической нагрузки;

• криолитогенез (напорный режим грунтовых вод,пылеватость грунтов и прочее);

• водно-тепловая эрозия, нарушение поверхностного стока;

• выветривание и разрушение пород;

• накопление продуктов выветривания – гравитационные процессы;

• процессы вытаивания, вымывания грунтов – карст.

На бессточных участках с подземными льдами деформации протекают практически непредсказуемо, поэтому для принятия правильных решений по обеспечению стабильности земляного полотна обоснован методический подход, базирующийся на прогнозе деформативности земляного полотна. В виду этого, чтобы выполнить грамотный проект усиления земляного полотна необходимо:

1.построить сетку (через 10-20м.) продольных профилей в приподошвенных зонах земляного полотна на месте предполагаемых водоотводов и детально их проанализировать (рис. 4.1; чертеж 7);

2. определить положение уровня земли до отсыпки земляного полотна;

3. проанализировать данные инженерно-геологических и геофизических работ.

Рисунок 4.1 – Фрагмент графического анализа деформативности земляного полотна

На данный момент, согласно [4], существует ряд рекомендаций по выбору принципиальных технических решений по стабилизации грунтовых сооружений на деформирующихся участках. Технически и расчетно-обоснованными приняты следующие противодеформационные мероприятия:

1. Осушение приподошвенных зон земляного полотна, усиление подрельсового основания с помощью продольных утепленных дренажей, дрен, водоотжимных берм, поперечных дренажных прорезей, геосинтетиков, укрепляющих составов и пр.;

2. Армо-дренаж в приподошвенно-откосных зонах, отвод грунтовых и поверхностных вод с помощью устройства «скальных обойм», контрбанкетов переменного сечения и др.;

3. Отвод поверхностных и грунтовых вод, теплоизоляция приподошвенно-откосных зон;

4. Инъецирование с помощью природных компонентов и укрепляющих составов (цементация), бетонирование, укрепление грунтов;

5. «Малые» обходы, «упругие» эстакады, применение технологии «Сеткон»;

6. Планирование откосов, разгрузка склонов, устройство подпорных и защитных сооружений;

7. Засыпка провалов.

В процессе многочисленных исследованийна участках БАМ, проводимых специалистами ДВГУПС в течение 30 лет, были выявлены причинно-следственные связи между грунтовыми процессами и последующими деформациями. Полученные данные позволили сделать важные научно-практические выводы, одним из которых является определение влияния таликовой зоны на грунтовое сооружение. Формирование таликовой зоны происходит между грунтовым сооружением и зоной вечной мерзлоты. При высоте насыпей от 1,5-4,0 м. нижняя граница таликовой зоны проходит на глубине 3,5-5,5 м от дневной поверхности сооружения. Наличие «талика» способствует выравниванию температурного режима между слоем мерзлоты и грунтовым сооружением, что способствует замедлению темпов деградации мерзлоты и, как следствие, позволяет на основании этого принимать решения по перевооружению дороги.

Термодинамическое равновесие в вышеупомянутой геотехнической системе наступает спустя 20-25 лет с момента возведения насыпи, что обусловливает оптимальные сроки перевооружения дороги (устройство второго пути) без оказания вредного воздействия на земляное полотно первого пути. В таких условиях возведение второго пути является позитивным моментом: насыпь второго пути является армогрунтовой конструкцией для насыпи существующего пути. При обоснованном выборе конструктивно-технологических мероприятий по усилению второго пути возможно сокращение расходов по увеличению мощности дороги на 30-60%.

На основе изучения термодинамического равновесия грунтов системы «верхнее строение пути – земляное полотно – вечномерзлое основание» разработаны новые ресурсосберегающие конструкции и технологии противодеформационных мероприятий. Все противодеформационные мероприятия защищены патентами и экспериментально апробированы на Дальневосточной железной дороге.

1. Выбор вариантов проектных решений

Для усиления земляного полотна предусматриваем следующие мероприятия:

• Устройство дренажных траншей, глубиной до 2,0 м, со скальной «обоймой»;

• Отсыпку контрбанкетов поперечного сечения, из скального грунта;

• Досыпку насыпи до величины, определяемой расчетом, упрочнение основания для предупреждения осадок (обычно более 5 мм) насыпи на слабом основании, вызывающих перенапряжение в элементах верхнего строения пути;

• Обеспечение нормального водоотвода;

• Устройство двухступенчатой дренажно-водоотводной системы.

4.1.1. Фильтрующая насыпь по технологии «СЕТКОН»

Отсутствие или непригодность водоотводных сооружений способствует застою воды, развитию эрозионных процессов в откосах и основаниях земляного полотна, формированию полос стока и поперечной фильтрации сквозь насыпи.

Отсутствие малых ИССО в логах и пониженных формах рельефа способствует переувлажнению и тиксотропному разуплотнению грунтов земляного полотна, что способствует резким его просадкам и суффозионно-наледнымявлениям. Поэтому мероприятия по стабилизации должны включать комплекс мер по обеспечению водоотвода от земляного полотна и меры, обеспечивающие сохранение температурного режима в грунтах основания.

С этой целью устраивают различные мероприятия, основанные: на перепуске поверхностных и надмерзлотных грунтовых вод с помощью устройства малых водопропускных сооружений; снижении давления грунтовых надмерзлотных вод с помощью утепления приподошвенных зон бермами из глинистых грунтов и устройства в них поперечных утепленных дренажных прорезей на полосах стока (Патент 2553738РФ ОАО «РЖД»); устройство контрбанкетов переменного сечения (Патент 2392385 РФ, реализован и эксплуатируется с 2009 года на 25 КМ АК «ЖДЯ», рис. 4.5).

В качестве водопропускных сооружений эффективны фильтрующие насыпи по технологии «Сеткон» (сетчатые контейнеры с фракционным скальным грунтом (рис. 4.2 – Патент 2186170 РФ ДВГУПС, реализован и успешно эксплуатируется на 3223 КМ БАМ)). Продолжительность «окна» при этом необходима не более 6 – 8 часов, по сравнению с традиционным устройством фильтрующей насыпи в условиях эксплуатации (36 – 48 часов).

Характеристики

Список файлов ВКР