Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Железнодорожный путь и путевое хозяйство Минимаркер Балластный слой

Балластный слой

Страница 6 из 10

Балластный слой – это слой сыпучих материалов (щебня, отходов асбестового производства, гравия, крупно- и среднезернистого песка, ракушки) в виде трапеции на основной площадке земляного полотна. На балластный слой укладывают рельсовые опоры (шпалы, брусья, иногда – железобетонные рамы) и балласт под ними уплотняют подбивочными машинами или электрическими шпалоподбойками.

Назначение балластного слоя:

  • оказывать необходимое сопротивление вертикальным, боковым и продольным смещениям рельсошпальной решетки;
  • равномерно распределять воспринимаемое от рельсовых опор давление на большую поверхность земляного полотна, амортизируя при этом ударные и вибрационные воздействия проходящего подвижного состава;
  • отводить от пути поверхностную воду и не допускать увлажнения подшпального основания капиллярной влагой из грунтов земляного полотна;
  • допускать выправку положения рельсошпальной решетки в плане и профиле.

Материал балластного слоя и требования к нему

Соответственно назначению материалы для балластного слоя должны быть высокопрочными, хорошо противостоять механическому разрушению и износу; обладать большим внутренним трением и сцеплением частиц, чтобы обеспечивать высокую стабильность пути; хорошо пропускать воду, обладать амортизационными свойствами, быть морозостойкими; в возможно меньшей мере подвергаться дроблению при подбивочных работах, не выветриваться, не размываться дождями и не быть слишком крупными, чтобы рельсовые опоры равномерно опирались на балластную призму.

Этим требованиям в разной степени удовлетворяют щебень, отходы асбестовой промышленности (асбестовый балласт), гравий, песок, ракушка и шлаки.

Щебень изготовляют из твердых каменных пород: гранита, кварцита, порфира, диорита, базальта, известняка и других. Частицы путевого щебня должны иметь размеры 25–50 и 25–60 мм. Допускается в составе этого балласта и некоторое количество частиц крупнее и мельче.

Так как щебень получают дроблением, то он отличается от других балластных материалов, например гравия и песка, острыми гранями, что придает ему высокое сопротивление сдвигу и обеспечивает прочное механическое сцепление с деревянными шпалами. Особенно высокими эксплуатационными свойствами обладает щебень, приготовленный из высокопрочных скальных горных пород (гранита, базальта, диорита).

Щебень – наилучший балласт. Он в наибольшей степени (особенно по упругости и обеспечению устойчивости рельсошпальной решетки) удовлетворяет предъявляемым к балластному слою требованиям.

Асбестовый балласт применяется в нашей стране с 1938 г. на дорогах Урала и Сибири. Это песчано-гравийная масса разработанных горных пород, содержащая до 5 % асбеста в виде мелких волокон. Опыт Свердловской и Западно-Сибирской дорог показывает, что асбестовый балласт не пучится и лучше других препятствует проникновению внутрь слоя засорителей. Ремонт пути на нем дешевле, чем на щебеночном. Однако асбестовый балласт несколько хуже щебеночного выдерживает большие нагрузки (особенно в стыках) и малоустойчив против ливневых дождей.

Гравий – продукт разрушения твердых невыветривающихся пород. Его зерна округлые, поэтому менее устойчивы, чем частицы щебня. Гравий – достаточно хороший материал для балласта.

Песок (песчаные балласты) для балласта применяют крупнозернистый или среднезернистый. Оба они – наихудшие из балластов, так как меньше, чем другие материалы, удовлетворяют требованиям, предъявляемым к балластному слою. Особенно плохо, что при замерзании резко уменьшается его упругость.

Ракушечный материал, применяемый на дорогах Юга, получается в результате разработки ракушечных морских отложений. Свежий ракушечный балласт вначале работает лучше песчаного, но со временем частицы измельчаются, образуют пыль, которая цементирует балластный слой, и тогда он теряет водопроницаемость и упругость.

Шлаки для балласта употребляют доменные, из мартеновских печей и из печей для плавки цветных металлов. Металлургические шлаки – хороший материал для балластного слоя. Они должны быть кислыми.

На дорогах Европы и США в качестве балластного материала применяют преимущественно щебень, а в некоторых странах – шлаки.

Поперечные профили балластной призмы

Чтобы балластный слой наилучшим образом отвечал своему назначению, ему придают определенные размеры и форму, которые в совокупности образуют так называемую балластную призму. Для различных балластных материалов и конструкций пути типовые поперечные профили балластной призмы различны.

Размеры балластной призмы должны обеспечивать устойчивость рельсошпальной решетки и напряжения на поверхности земляного полотна не выше допускаемых.

Давление от шпалы распространяется в балластном слое неравномерно. По исследованиям Г. М. Шахунянца, кривые распространения давлений представляют собой гиперболы (рис. 1), в частности с углом асимптот 60°. Согласно экспериментальным и теоретическим исследованиям, давление выравнивается на глубине около 75 см (рис. 1), однако такая толщина балластного слоя под шпалой экономически невыгодна.

Распределение давления в балластном слое

Рис. 1 – Распределение давления в балластном слое

С 1964 г. используются типовые поперечные профили балластной призмы для магистральных дорог (рис. 2, 3, 4, табл. 1.6).

При недостаточной толщине балластного слоя возникают и развиваются до опасных размеров деформации основной площадки земляного полотна. Если же верх балластной призмы чрезмерно узок (имеет малые плечи), снижается устойчивость рельсошпальной решетки.

Поперечные профили балластного слоя для пути легкого типа

Рис. 2 – Поперечные профили балластного слоя для пути легкого типа с железобетонными шпалами однопутных линий: а – прямой участок; б – кривая

Поперечные профили балластного слоя для пути тяжелого типа

Рис. 3 – Поперечные профили балластного слоя для пути тяжелого типа при деревянных шпалах двухпутных линий: а – прямой участок; б – кривая

Поперечные профили балластного слоя

Рис. 4 – Поперечные профили балластного слоя для пути тяжелого типа при железобетонных шпалах: а – прямой участок; б – кривая

Таблица 1.6

Грузонапряженность линии, млн. т·км/км брутто в год Шпалы Толщина балластного слоя под шпалой, см Ширина плеча балластной призмы, см Крутизна откоса
щебня песчаной подушки
Более 50 Деревянные 35 20 45 1:1,5
Железобетонные 40 20 45 1:1,5
25 – 50 Деревянные 30 20 35 1:1,5
Железобетонные 35 20
Менее 25 Деревянные 25 20 25 1:1,5
Железобетонные 30 20

Изыскиваются способы повышения несущей способности балластной призмы. В частности, испытывается щебеночный балласт, превращенный в монолит с помощью вяжущих полимерных материалов. Рассчитывают, что это позволит в несколько раз снизить интенсивность остаточных деформаций балластного слоя, но осуществление данного мероприятия встречает большие затруднения технологического характера.

Срок службы балластного слоя

Срок службы, то есть время между очистками или заменой балласта, зависит от: интенсивности загрязнения и засорения балласта частицами, попадающими извне и образующимися в результате измельчения балласта под воздействием поездных нагрузок, а также при подбивке; убыли балласта из-за выдувания и вымывания его частиц.

Общий тоннаж (млн. т брутто), который может быть пропущен по пути до предельного засорения и загрязнения балласта, приближенно определяется выражением

Tб = (Dd) / K,

где D – допускаемое максимальное загрязнение балласта по массе перед его очисткой или полной заменой (для щебня 35–40 %, для карьерного гравия и песка 15 %, для ракушки 20 %);

d – допускаемое загрязнение балласта при укладке в путь (для щебня до 5 % , для карьерного гравия до 6 %, для ракушки и песка до 10 %);

K – интенсивность засорения и загрязнения балласта, в % к массе, от прохода 1 млн. т брутто в зависимости от расстояния зарождения грузопотоков, загрязняющих балластный слой. К определяется эмпирически по наблюдениям за засорением балластной призмы; ее значения в % для щебня и гравия приведены в (табл. 1.7).

Таблица 1.7

Род балласта Тип рельса Расстояние от места погрузки сыпучих грузов, км
> 200 100–200 < 100
Щебень Р50 0,23 0,28 0,43
Р65 0,18 0,23 0,38
Р75 0,15 0,18 0,35
Карьерный гравий Р50 - 0,18 0,17
Р43 - 0,11–0,14 0,19–0,22

Срок службы балласта (в годах) при постоянном годовом тоннаже Тг и известном значении Tб

tб = Tб / Tг,

а при изменяющемся годовом тоннаже определится как число слагаемых правой части выражения:

tб = ∑Ti,

где Тi – тоннаж в i-м году.

Продлению срока службы балластного слоя способствуют:

  • укладка в путь мощных рельсов и наибольшего числа шпал на 1 км;
  • использование балласта из высококачественного материала;
  • соблюдение расчетных размеров балластной призмы;
  • укладка защитных покрытий;
  • тщательное текущее содержание пути;
  • предупреждение засорения балластного слоя.

Использование щебня – это не только мера усиления пути, но и весьма эффективное средство снижения эксплуатационных расходов, зависящих от балласта. Экономическая эффективность применения щебеночного балласта по сравнению с песчаным выражается в следующем: снижаются расходы на текущее содержание пути (на 20–25 %) и амортизационные отчисления (на 20–22 %) за счет увеличения сроков службы рельсов и шпал; в 2–3 раза сокращаются затраты на средний и подъемочный ремонты пути; снижаются расходы на тягу поездов и ремонт подвижного состава благодаря уменьшению сопротивления движению поездов; наконец, экономятся средства на перевозку балластных материалов.

Кроме стоимостных показателей, имеются преимущества применения щебня и по натуральным показателям по отношению к песчаному балласту. Трудоемкость текущего содержания пути на щебеночном балласте снижается на 32–52 %, а производительность труда повышается на 12–20 %. Увеличение срока службы рельсов, лежащих в пути на щебне, снижает расход металла на 20 %. Сокращение перевозок балласта при переходе на щебень позволяет экономить вагоны и уменьшать капитальные затраты на увеличение вагонного парка. Ввиду указанных преимуществ протяженность путей на щебне в РФ непрерывно растет и сейчас составляет более 80 % общей длины главных путей.

Большой ущерб щебеночному балласту наносит засорение его высыпающимися из вагонов грузами (уголь, руда, торф), в некоторых случаях щебень требует сплошной очистки через каждые один-два года. Чтобы уменьшить засорение щебня и потери грузов, следует не допускать их погрузки в полувагоны с неисправным полом и дверями, а после нее надо обязательно обметать уголь с рам и тормозных устройств вагонов.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика