О проблеме повышения качества уплотнения земляного полотна железных дорог

Решение социально-экономических задач в масштабах всей станы в целом, а также в отдельных городах и регионах в частности невозможно без эффективного развития транспортной инфраструктуры за счет увеличения объемов и скоростей грузо- и пассажироперевозок. Эти задачи сформулированы в Транспортной стратегии Российской Федерации на период до 2030 года, которой в частности предусматривается интенсивное развитие сети высокоскоростных магистралей (ВСМ) по ряду направлений. Рост объемов перевозок также вызывает необходимость постоянного увеличения осевых и погонных нагрузок, длины и веса поездов и вагонов. Успешная реализация этих задач невозможна без повышения эксплуатационных характеристик железнодорожного пути, к одним из наиболее важных и ответственных элементов которого относится земляное полотно.

В соответствии с пунктом 3.3 СП 32-104-98 при проектировании земляного полотна следует принимать нагрузку от подвижного состава и верхнего строения пути с учетом перспективных условий эксплуатации дороги. Требования к качеству земляного полотна изложены в разделе 5 СП 119.13330.2012. Так значения коэффициентов уплотнения при расчете требуемой плотности песчаных и глинистых грунтов должны составлять 0,92 - 1,0 в зависимости от категории дороги, глубины расположения слоя от основной площадки, вида грунта и земляного полотна.

В то же время существующая сеть железных дорог не полностью отвечает требованиям нормативных документов, а более 5700 км (7% от общей протяженности) земляного полотна характеризуется дефектами и деформациями. Недоуплотнение земляного полотна также приводит к снижению его долговечности и безопасности железнодорожных перевозок, уменьшению сроков межремонтных интервалов и дополнительным убыткам. В этой связи проблема повышения эксплуатационных характеристик земляного полотна железных дорог продолжает оставаться весьма актуальной.

Вопросам обеспечения стабильности и надежности сооружения и эксплуатации земляного полотна, контроля качества и мониторинга посвящены работы ученых МГУПС, ЦНИИС, ВНИИЖТ, ПбГУПС, ДВГУПС, СГУПС, МАДИ, СоюздорНИИ, РГУПС: Шепитько Т.В., Яковлевой Т.Г., Луцкого С.Я., Ашпиза Е.С., Шахунянца Г.М., Виноградова В.В., Недорезова И.А., Жорняка С.Г., Орлова Г.Г., Рябова В.П., Коншина Г.Г., Переселенкова Г.С., Цернанта А.А., Дыдышко П.И., Прокудина И.В., Хархуты Н.Я., Исакова А.Л., Смолина Ю.П., Воробьева В.С., Доброва Э.М., Евгеньева И.Е., Васильева Ю.М., Явны В.А., Кругликова А.А. и др.

Еще в 70 - 80-х гг. прошлого века отмечена экономическая целесообразность уплотнения грунта до повышенной плотности по сравнению с действующими нормами [1]. Если уплотнить глинистый грунт до коэффициента уплотнения Ку = 1,05 - 1,10, его расчетный модуль деформации возрастает в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с грунтом, имеющим коэффициент уплотнения Ку = 1,0. В тоже время решение данной задачи требует значительного увеличения эффективности работы грунтоуплотняющих машин тяжелого типа. В настоящее время наиболее перспективными считаются вибрационные катки с металлическими вальцами, обладающие высокой производительностью и меньшей массой, в сравнении со статическими катками. На российском рынке представлены сотни разновидностей грунтовых виброкатков. Основной проблемой для их применения является то, что они не способны адаптировать свои параметры в диапазоне, обеспечивающем процесс уплотнения грунтовых слоев от свежеотсыпанного состояния до нормативной плотности одной машиной. Действительно, каждая разновидность грунта с определенными физико-механическими, проч- ностными и деформационными характеристиками обладает уникальной уплотняемостью при приложении к нему определенного по величине и продолжительности вибрационного воздействия. Поэтому, даже при уплотнении одного и того же грунта разными по весу, габаритам и силовому воздействию виброкатками, коэффициент уплотнения и толщина проработанного слоя будут варьироваться в достаточно широких пределах [2]. С учетом этого рекомендуется производить уплотнение грунтовых слоев, как минимум, двумя катками с разной массой. Это приводит к увеличению себестоимости и сроков строительства железной дороги, а задача создания уплотняющей техники, обеспечивающей уплотнение грунтов до требуемой плотности одной машиной, до сих пор является весьма актуальной [3].

На наш взгляд ее решение невозможно без повышения эффективности контроля качества дорожного полотна в период строительства.

Сегодня требования к контролю качества земляного полотна железной дороги достаточно размыты. Основные нормативные указания изложены еще в ВСН 186-75 и существенно устарели. Более современные рекомендации для автомобильных дорог предусматривают в частности контроль плотности грунта в каждом технологическом слое по оси земляного полотна и расстоянии 1,5 - 2 м от бровки, а при ширине слоя более 20 м -также в промежутках между ними. Контроль плотности грунта необходимо производить на каждой сменной захватке работы уплотняющих машин, но не реже чем через 200 м при высоте насыпи до 3 м и не реже чем через 50 м при высоте насыпи более 3 м, а также в верхнем слое. В качестве основного принят метод отбора образцов с последующим лабораторным определением требуемых показателей по ГОСТ 22733-2002. Допускается использовать экспресс-методы и приборы для ускоренного контроля плотности: радиометрические, пенетрационные, штамповые, прибор Ковалева и др., однако не менее 10% всех измерений следует выполнять по ГОСТ 22733-2002.

Данные требования применительно к железным дорогам не всегда позволяют комплексно оценить параметры уплотнения земляного полотна и их влияние на эксплуатационные показатели железнодорожного пути. Качество операционного контроля на практике также оставляет желать лучшего. Не соблюдаются нормативные требования, не проводится должная статистическая обработка и анализ полученных результатов, лабораторные исследования проводятся низкоквалифицированными специалистами, что значительно увеличивает роль «человеческого фактора».

Эти обстоятельства позволяют утверждать, что в условиях роста скоростей и нагрузок на земляное полотно железных дорог возникает острая необходимость совершенствования нормативной и материальной базы в области контроля качества уплотнения земляного полотна, а также дальнейшего поиска эффективных решений по оперативной корректировке параметров технологии и организации строительных работ в необходимых случаях. Разработка таких решений и является целью дальнейших исследований авторов.