Технические и технологические решения по повышению устойчивости насыпи железных дорог

Автор: Прохмутенко В.А.

Журнал: Теория и практика современной науки @modern-j

Рубрика: Основной раздел

Статья в выпуске: 1 (43), 2019 года.

Бесплатный доступ

В данной статье анализируются методы, технические и технологические решения по повышению устойчивости насыпи железных дорог: описываются детали реализации данных решений, особенности реализации, показания к их реализации.

Технические решения, технологические решения, устойчивость насыпи, насыпь железных дорог, расчёт устойчивости

Короткий адрес: https://sciup.org/140273918

IDR: 140273918

Текст научной статьи Технические и технологические решения по повышению устойчивости насыпи железных дорог

Устойчивость насыпи железных дорог зачастую нарушается при их устройстве на слабом основании. Слабыми основаниями принято считать такие, которые сложены частично либо полностью из слабых грунтов. Для того чтобы обеспечить надлежащий уровень устойчивости железных дорог на слабом основании, выполняют ряд следующих мероприятий:

  • 1)    Уменьшают собственный вес насыпи, возводя её из облегчённых материалов и понижая её высоту;

  • 2)    Уменьшают коэффициент заложения откосов до 1:5–1:10, что приводит к снижению касательных напряжений в грунте основания;

  • 3)    Дренируют слабую толщу в вертикальном направлении;

  • 4)    Устраивают дренажные прорези;

  • 5)    В основание насыпи погружают сваи, выполняемые из таких материалов, как грунт, железобетон, дерево;

  • 6)    Используют конструкции, выполненные по типу ростверка;

  • 7)    Отсыпают боковые пригрузочные призмы (именуемые бермами), выполаживают откосы;

  • 8)    В основании насыпи создают упорные каменные призмы, выравнивают дно и т.д. с целью предотвратить сползание насыпи по наклонному дну болота;

  • 9)    Применяют иглофильтры;

  • 10)    В конструкции земляного полотна используют прослойки, выполненные из геотекстиля;

  • 11)    В верхней части насыпи устраивают защитный слой, выполняемый из глинистых грунтов;

  • 12)    Предварительно осушают болото.

В качестве альтернативного варианта можно рассмотреть следующий: насыпь на болоте заменить эстакадой. Данный вариант будет наиболее надёжен и долговечен в вопросе устойчивости конструкции железнодорожной насыпи.

Вертикальное дренирование применяют в случае, если на местности преобладают слабонасыщенные болотистые грунты. Его основное назначение заключается в том, чтобы ускорить уплотнение основания железнодорожной насыпи путём сокращения пути фильтрации воды, отжим которой происходит из слабой толщи в ходе уплотнения. Способствуя ускоренности уплотнения слабого грунта, вертикальное дренирование повышает сопротивляемость этого грунта сдвигу, таким образом, увеличивая устойчивость основания. Выполнение вертикальных дрен, как правило, осуществляют в виде скважин, которые заполняют песком[3].

Дренировать слабую толщу можно и применив более простой способ: выполняя продольные дренажные прорези. Такой способ приносит эффект, если мощность слабого слоя составляет до 4-х метров с возможностью сохранения в грунте; слабая толща вертикальных откосов на протяжении времени, которое необходимо на их заполнение дренирующим грунтом. Принимаемое расстояние при выполнении дренирующих прорезей составляет от 1,5 до 3,0 метров. Ширина прорезей принимается в соответствии с параметрами рабочего органа оборудования: обычно её величина составляет от 0,06 до 0,1 метра.

Для того чтобы повысить устойчивость и снизить осадку слабого основания железнодорожной насыпи, выполняют устройство грунтовых свай. Грунтовыми сваями воспринимается часть нормативных напряжений, возникающих от веса насыпи, воздействующего с разгрузкой и боковым обжатием слабого грунта в пространстве между сваями. Когда сваи заполняет дренирующий грунт, на них возлагается и функция вертикальных дрен. Применение свай подобного рода будет особенно эффективно в грунтах, имеющих структурную прочность (иольдевые глины).

Боковые пригрузочные призмы (бермы) — представляют собой один из известных способов по обеспечению устойчивости слабого основания, который можно реализовать только если для этого имеется достаточная по величине полоса отвода, а перевозка грунта выполняется на небольшие расстояния. Для отсыпки таких призм (берм) пригодными можно считать, как правило, любые грунты, кроме переувлажнённых. Для того чтобы обеспечить удобство планировочных работ, минимальную ширину таких призм принимают равной 4,0 метра. Поперечный уклон поверхности такой призмы должен составлять 20–30‰.

Такие параметры пригрузочных призм, как ширина и высота, определяются в ходе расчёта.

Устройство армирующих прослоек с целью обеспечить устойчивость железнодорожной насыпи выполняются при условии, если согласно действующей нормативной документации устойчивость не была обеспечена[4]. Армирующие прослойки являют собой в таком случае компенсаторами дефицита удерживающих сил, а на эффективность их применения влияют механические свойства: расчётные значения длительной прочности, которые определяют, опираясь на срок службы геосинтетических материалов.

Чтобы повысить устойчивость насыпи на слабом основании, учитывая вовлечение сил трения на контакте «армоэлемент-грунт насыпи и грунт основания» выполнять укладку геосинтетических материалов необходимо на заранее подготовленное основание поперёк оси насыпи, а засыпать грунт — до проектной плоскости, выполнять надвижку от себя и не допускать заезда на георешётку строительной техники.

В настоящее время с целью повысить устойчивость откосов железнодорожных насыпей используются не только вышеуказанные методы, но и физико-механические, применяя которые, можно добиться повышения прочностных характеристик грунтов. Сравнительно недавно для повышения показателей устойчивости длительно эксплуатируемых железнодорожных насыпей стал применяться метод, суть которого заключается в упрочнении грунтов земляного полотна железных дорог посредством введения инъекций грунтоцементного раствора, в составе которого имеются такие компоненты, как цемент, глинистый грунт, песок и вода.

Как показал ряд исследований и расчётов, особенно губительным оказывается для железнодорожных насыпей и откосов насыпей не сколько статическое, сколько динамическое воздействие подвижного состава.

Как итог, была разработана методика расчёта устойчивости земляного полотна железнодорожной насыпи, посредством которой можно учитывать степень изменений прочностных характеристик грунтов в результате их упрочнения и динамического воздействия на них, а также учитывать силы инерции, которые возникают в момент прохождения подвижных составов по железнодорожной насыпи.

Как следствие из вышеуказанной разработанной методики, грунт железнодорожной насыпи может быть упрочнён путём ввода инъекций грунтоцементного раствора, вводимого преимущественно по технологии гидроразрыва. После того, как инъектируемый раствор наберёт прочность, грунтовый массив можно представить в виде «техногенного геокомпозита», для которого характерным будет интегральное распределение прочности и деформативности. Важно отметить, что процентный состав цементно-песчано-глинистого раствора надлежит подбирать для данных конкретных ситуаций, то есть метод имеет особое, частное воздействие.

Расчётным путём установлены границы массы упрочняющего раствора, который внедряется в грунт насыпи (составляет доли от единичного объёма плотности грунта в сухом состоянии).

Применять тот или иной метод необходимо только в том случае, если есть на это экономическое обоснование, которое покажет его преимущества по сравнению с наиболее популярным и опытным способом — удалить слабый грунт и отсыпать насыпь на нижележащий плотный грунт. Если насыпь, устроенная на слабом основании обладает устойчивостью против выпирания, необходимо рассчитать её осадку для того чтобы оценить дополнительные объёмы земляных работ, которые необходимы для компенсации.

Список литературы Технические и технологические решения по повышению устойчивости насыпи железных дорог

  • Востриков, К.В. Исследование прочности откосов железнодорожных насыпей, закрепленных напорной инъекцией, при воздействии поездной нагрузки / К.В. Востриков, Ю.П. Смолин // Научно-технический журнал «Известия Транссиба». - Омск: ОмГУПС. - 2012.
  • ВСН 49-86. Указания по повышению несущей способности земляного полотна и дорожных одежд с применением синтетических материалов. - М.: Транспорт, 1988.
  • Крейнис З.Л., Федоров И.В. Железнодорожный путь. - М.: ИГ «Вариант», 2015.
  • Смолин, Ю.П. Учет динамической нагрузки при проектировании усиления деформирующегося железнодорожного земляного полотна методом напорной инъекции / Ю.П. Смолин, К.В. Востриков // Научный журнал «Современные технологии. Системный анализ. Моделирование». - Иркутск: ИрГУПС. - 2013. - № 1 (37).
  • Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь. М.: Транспорт, 2017.
Статья научная