ПЗ (1230696), 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 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).

В качестве водоотводных устройств в условиях малообеспеченного стока на маревых участках наиболее эффективной является конструкция водоотводного сооружения, предложенная Тындинской мерзлотной станцией – «самозаглубляющаяся кювет-траншея». Разрабатывается траншея, которая засыпается скальным грунтом, а после ее уплотнения и осадки – повторно разрабатывается до проектного профиля.

На участках образования термокарстовых озер эффективна конструкция, приведенная на рис. 4.3. При отсыпке контрбанкетов одновременно проектируется выпуск воды в соседние сооружения (реализовано на линии Известковая – Ургал).

Рисунок 4.2 – Технология устройства фильтрующей насыпи по технологии «СЕТКОН»

Рисунок 4.3 – Усиление земляного полотна на участках с термокарстовыми озерами

1. Обычный контрбанкет, контрбанкет переменного сечения

В качестве поддерживающих сооружений наибольшее распространение получили контрбанкеты – грунтовые призмы, отсыпаемые у откосов насыпей (рис. 4.3). Контрбанкеты могут быть из камня, щебня, галечника, гравия, отходов щебеночных заводов, песка или местного грунта (в зависимости от местных условий).

Они могут применяться для повышения устойчивости земляного полотна, укрепления оползневых и неустойчивых косогоров. Контрбанкеты широко используются на дорогах, их отсыпка в основном выполняется грунтом, доставляемым думпкарными поездами. Недостатками контрбанкетов являются их большой объем, невозможность использования в стесненных условиях, необходимость в ряде случаев удлинения водопропускных труб, выноса коммуникаций, потребность большого количества «окон» при производстве работ по их сооружению.

Характеристики

Список файлов ВКР