Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Железнодорожный путь и путевое хозяйство Минимаркер Деформации земляного полотна

Деформации земляного полотна

Страница 10 из 11

Виды деформаций земляного полотна

Прочность грунтов земляного полотна резко меняется под воздействием физико-химических процессов. Увлажнение глинистых грунтов, например, может стать причиной перехода их из твердого состояния в пластичное и даже текучее. Под воздействием динамических нагрузок (вибрации, удары) грунты, взаимодействуя с содержащейся в них водой, становятся неустойчивыми. Промерзание и оттаивание их сопровождаются объемными и прочностными изменениями. Эти изменения в сочетании с ошибками и неудачными решениями при проектировании, сооружении и эксплуатации иногда приводят к катастрофическим последствиям.

В земляном полотне и его основании под действием поездной нагрузки, собственного веса и под влиянием атмосферных факторов возникают упругие и остаточные деформации. Накопление остаточных деформаций при определенных условиях эксплуатации может привести к нарушению целостности земляного полотна или отдельных его частей. Деформации могут быть постоянными и временными, развиваться медленно и равномерно или быстро и неравномерно. Бывают и внезапные деформации.

Основные виды деформаций земляного полотна:

  • деформации основной площадки;
  • пучины;
  • оседания и выпирания;
  • расползания;
  • провалы;
  • оползни и сдвиги;
  • обвалы;
  • осыпи;
  • лавины;
  • размывы и подмывы;
  • повреждения и загромождения.

Деформации основной площадки земляного полотна

Основные виды деформаций основной площадки земляного полотна:

  • балластные корыта;
  • ложи;
  • мешки;
  • гнезда.

Развитию этих деформаций способствуют переувлажнение грунтов при оттаивании или скопление воды, выпадающей в виде атмосферных осадков, во впадинах под шпалами, на основной площадке из-за неудовлетворительного содержания или недостаточной толщины балластного слоя, неисправности водоотводных устройств (кюветов, лотков), использования непригодных грунтов или недостаточного их уплотнения при сооружении земляного полотна.

Углубления в основной площадке земляного полотна, расположенные под шпалами, называют балластными корытами (рис. 1, а). Они образуются из-за неравномерной передачи давления от шпал на земляное полотно при недостаточной толщине балластного слоя и несущей способности грунта. По мере углубления и уширения корыта сливаются и образуют так называемые балластные ложа (рис. 1, в).

При неодинаковой плотности грунта основной площадки или из-за отсыпки земляного полотна различными грунтами балласт в менее плотных местах вдавливается, образуя так называемые балластные гнезда (рис. 1, г). Значительное местное углубление ложа называется балластным мешком (рис. 1, б). Глубина балластных лож обычно не более 1 м; гнезда и мешки развиваются в глубину до 3 м и более.

Балластное корыто

а) Балластное корыто: 1 – корыто; 2 – балластный слой; 3 – глинистый грунт; 4 – контакт балласта и глинистого грунта

Балластный мешок

б) Балластный мешок: 1 – балластный мешок; 2 – построечный профиль; 3 – выпирание грунта вследствие образования балластного мешка; 4 – глинистый грунт; 5 – контакт балласта с глинистым грунтом

Балластное ложе

в) Балластное ложе: 1 – ложе; 2 – балластный слой; 3 – глинистый грунт; 4 – контакт балласта и глинистого грунта

Балластное гнездо

г) Балластное гнездо: 1 – балластное гнездо; 2 – построечный профиль; 3 – выпирание грунта вследствие образования балластного гнезда; 4 – глинистый грунт; 5 – контакт балласта с глинистым грунтом

Рис. 1 – Деформации основной площадки земляного полотна

Наличие балластных корыт и лож весной и в периоды дождей приводит к просадкам пути, а зимой – к появлению пучин. На участках с глубокими балластными гнездами возможны сплывы и обвалы верхней части откосов.

Балластные корыта и неглубокие ложа можно ликвидировать срезкой всего верха полотна ниже дна корыт и лож на 20–25 см и засыпкой его крупно- и среднезернистым песком или шлаком. Этот способ радикальный, но дорогой и сопряжен с перерывами движения поездов. Широкое распространение получило более дешевое осушение корыт и неглубоких лож срезкой части земляного полотна с последующей засыпкой песком (рис. 2).

Более глубокие ложа, балластные мешки и гнезда иногда осушают поперечными прорезями, заполняемыми песком (смотрите рис. 2). При большой глубине прорези стоят дорого и поэтому целесообразно отводить воду из глубоких мешков и гнезд горизонтальной дренажной трубой, которую заводят сбоку специальной машиной горизонтального бурения. Лучшие результаты при осушении гнезда достигаются забивкой с откоса наклонных металлических труб (с отверстиями в стенках).

Частичная срезка для осушения земляного полотна

1) Частичная срезка для осушения земляного полотна

Срезка бортов балластных корыт

2) Срезка бортов балластных корыт: а – на насыпи; б – в выемке

Двусторонняя прорезь насыпи

3) Двусторонняя прорезь насыпи

Односторонняя прорезь

4) Односторонняя прорезь: а – в насыпи с выпуском воды на откос; б – в выемке с выпуском воды в углубленный кювет

Рис. 2 – Меры борьбы с углублениями

На станционных путях ввиду трудности осушения углублений основной площадки земляного полотна рекомендуется ликвидировать корыта и ложа вырезкой загрязненного грунта и трамбованием чистого (рис. 3).

Вырезка загрязненного балласта на станции

Рис. 3 – Вырезка загрязненного балласта на станции

Пучины

Пучением грунтов называют общее или местное поднятие земной поверхности в результате промерзания грунта и увеличения в объеме замерзающей в нем воды. При неоднородности грунта основной площадки и различных условиях попадания воды высота поднятия грунта по длине пути неодинакова, поэтому на поверхности земляного полотна образуются неровности (бугры, впадины и перепады), называемые пучинами (рис. 4). Соответственно этому искажается и рельсовая колея. Движение по искаженной так колее становится небезопасным. Выравнивание искаженного пучинами профиля пути – очень трудоемкая работа.

Виды пучин:

  • поверхностные (верховые, балластные);
  • грунтовые (коренные).

Пучина

Рис. 4 – Пучина

Поверхностные пучины (балластные) появляются в начале зимы при замерзании воды в загрязненном балласте и в углублениях основной площадки земляного полотна. Высота этих пучин 2–4 см. Весной обычно появляются весенние пучинные просадки вследствие переувлажнения и резкого понижения несущей способности оттаивающих грунтов.

Меры борьбы с балластными пучинами и весенними пучинными просадками:

  • выравнивание основной площадки земляного полотна;
  • замена или очистка загрязненного балласта;
  • устранение застоя воды на земляном полотне (прочистка кюветов, срезка наслоения грунта и грязного балласта на обочинах, устранение различных впадин на основной площадке);
  • увеличение толщины балластного слоя.

Грунтовые пучины образуются при замерзании в пучащих грунтах воды, не только имевшейся к началу зимы в зоне промерзания, но и воды, поступающей из ниже лежащих талых слоев грунта в течение всего периода промерзания. Они появляются после поверхностных пучин при более глубоком промерзании грунта и достигают высоты 100–200 мм.

Причины появления грунтовых пучин: неоднородные грунты в промерзаемой части земляного полотна, различно увлажняемые, с неодинаковой интенсивностью пучения; бессточные неровности в глинистом грунте из-за местного недобора или перебора его при строительстве, а также из-за балластных лож, мешков и гнезд. Осадка грунтовых пучин продолжается до полного оттаивания грунта.

Основные способы ликвидации грунтовых пучин:

  • осушение грунта с понижением уровня грунтовых вод ниже горизонта промерзания;
  • теплоизоляция грунта – устройство теплоизоляционной подушки из асбестового балласта;
  • укладка пенопластовых плит на основную площадку земляного полотна;
  • подъемка пути на песчаный балласт или шлак;
  • замена пучинистого грунта крупнозернистым и средней крупности чистым песком.

Далее более подробно рассмотрим каждый из этих способов.

Осушение грунта с понижением уровня грунтовых вод применяют, если уровень свободной грунтовой воды расположен выше горизонта промерзания в грунтах с небольшой молекулярной влагоемкостью. Для этого устраивают односторонние и двусторонние подкюветные или закюветные дренажи. Глубину заложения дренажа устанавливают так, чтобы из зоны промерзания была выведена не только свободная, но и связанная с ней капиллярная вода. Из расчетной схемы двустороннего дренажа (рис. 5) видно, что глубина его заложения, считая от дна кювета,

H = Р + е + d + f + h0К,

где Р – глубина промерзания;

е – запас, учитывающий возможные колебания глубины промерзания и принимаемый по местным условиям, но не менее 0,15 м;

d – высота капиллярного поднятия по данным лабораторного исследования (ориентировочно для песков d = 0,2 м, для супесей 0,30 м, для суглинков и глин 0,35–0,5 м);

f – стрела подъема кривой депрессии; величина ее может быть принята по среднему уклону I кривой депрессии: f = m·I;

I – для пылеватых песков равен около 0,02, супесей 0,02–0,05, суглинков 0,05–0,10, глин 0,10–0,15;

m – расстояние от оси пути до стенки дренажа;

h0 – толщина слоя воды, собранной дренажем (расстояние от дна дренажа до верха трубы);

К – расстояние от дна кювета до поверхности балластной призмы.

Данная формула справедлива и для одностороннего дренажа с учетом того, что стрела подъема кривой депрессии f определяется для сечения, отстоящего от внешнего торца дальней шпалы на расстояние 0,2–0,5 м в сторону поля.

Поперечное сечение двустороннего дренажа

Рис. 5 – Поперечное сечение двустороннего дренажа: 1 – горизонт воды до понижения; 2 – горизонт промерзания; 3 – водоупор

Теплоизоляция грунта заключается в укладке под балласт материала малой теплопроводности слоем такой толщины, чтобы грунт под ним не замерзал. На дорогах РФ для этой цели используют просеянный угольный котельный шлак крупностью 2–30 мм и асбестовые отходы. Толщина врезной шлаковой подушки Z определяется расчетом в зависимости от термических характеристик шлака и глубины промерзания, но ее принимают не менее 0,4 м:

230414_f0

где ∑t – средняя за много лет сумма абсолютных значений среднемесячных зимних отрицательных температур воздуха, 0 °С;

n – для глинистых и суглинистых грунтов n = 1, а для супесей, мелких и пылеватых песков n = 1,2.

При устройстве шлаковых подушек надо обязательно отводить от них воду в углубленные кюветы или дренажи траншейного типа (рис. 6, а), а также плавно сопрягать подушку с грунтом земляного полотна в продольном направлении (рис. 6, б) на длине l, равной

l = h / i,

где h – высота равномерного пучения;

i – уклон отвода от неликвидированного равномерного пучения к невспученному участку, принимаемый равным 0,001–0,0025.

Укладка шлаковой подушки

Рис. 6 – Укладка шлаковой подушки: а – поперечное сечение; б – продольное; 1 – углубленный кювет; 2 – засыпка местным грунтом, 3 – слой крупнозернистого песка или щебня толщиной 0,2 м; 4 – балластный слой; 5 – шлаковая подушка

Укладка пенопластовых плит на основную площадку земляного полотна влечет за собой выведение зоны промерзания из зоны пучения. Под руководством Г. М. Шахунянца покрытия из пенопластовых плит размером 2×2 м и толщиной 5–5,5 см с 1972 г. укладывали на дорогах, и получены положительные результаты.

Подъемка пути на балласт или шлак основана также на принципе удаления пучинистого грунта из зоны промерзания. Высоту подъемки устанавливают специальными расчетами. Производство работ в этом случае проще и дешевле, чем врезка шлаковой подушки.

Замена пучинистого грунта непучинистым на всю глубину промерзания целесообразна при постройке. В эксплуатационных условиях ввиду большой трудоемкости и необходимости в длительных «окнах» она применяется редко.

Другие виды деформаций земляного полотна

Оседания земляного полотна происходят или вследствие уплотнения грунта основания под нагрузкой от массы насыпи и проходящих поездов, или из-за выпирания грунта из-под основания насыпи (рис. 7). В первом случае просадки пути исправляют подъемкой на балласт в течение всего периода уплотнения. Во втором случае отсыпают пригрузочные бермы, препятствующие выпиранию грунта. Если недостаточная несущая способность основания вызвала высокой влажностью грунта, то принимаются меры к его осушению. Просадки могут возникать также над горными выработками из-за деформации крепления шахт и штолен.

Оседание насыпи

Рис. 7 – Оседание насыпи: 1 – выпирание слабых грунтов в основании; 2 – недостаточное уплотнение грунта (основание насыпи неизменно); 3 – пригружающие присыпки грунта или камня

Расползание насыпи возникает, главным образом, из-за грубых нарушений технических условий на сооружение земляного полотна, например, насыпь сооружена из мокрых грунтов или зимой из грунтов с комьями мерзлой глины. До восстановления нормального профиля расползшийся грунт осушают обычно поперечными дренажными прорезями.

Провалы насыпей случаются вследствие разрыва торфяной корки на болотах (рис. 8), а также из-за разрыва кровли над горными выработками. При восстановлении разрушенной насыпи принимаются меры для ее стабилизации или трасса переносится в обход провала.

Чтобы избежать провалов земляного полотна, пустоты от шахтных выработок или карстовые воронки закладывают породой или дренирующим грунтом.

Провал насыпи

Рис. 8 – Провал насыпи

При обвалах происходит падение с опрокидыванием грунтовых масс (рис. 9). Обвалы отдельных камней и глыб, а также снега, каменные и снежные лавины, осыпи продуктов разрушения в горных районах могут загромоздить путь. Для предупреждения и борьбы с этими явлениями создаются специальные проекты.

Обвал скальной породы

Рис. 9 – Обвал скальной породы: а – завал пути; б – улавливающая стена из каменной кладки; 1 – выветривающаяся скала; 2 – стена; 3 – окно для выпуска воды; 4 – фильтр; 5 – амортизирующая засыпка

Оползни – это перемещения грунта по грунту без падения или опрокидывания смещающихся масс. Оползневые процессы иногда распространяются на обширные районы. Оползни могут происходить в однородных грунтах при большой крутизне склонов и откосов и в результате чрезмерного увлажнения, а также в разнородных грунтах, когда поверхность скольжения предопределена геологической структурой склона (рис. 10) и если недостаточна прочность и устойчивость ниже лежащих наклонно расположенных слоев.

Мероприятия по стабилизации оползневых участков проектируют на основе инженерно-геологических обследований индивидуально для каждого косогора.

В комплекс противооползневых мероприятий обычно включают:

  • уменьшение влажности грунтов оползневого склона;
  • планировку территорий и заделку трещин;
  • регулирование поверхностного и подземного стока воды;
  • укрепление грунтов растительным покровом или другими способами;
  • сооружение устройств, поддерживающих и разгружающих оползневой массив;
  • берегоукрепительные мероприятия.

Оползень на косогоре

Рис. 10 – Оползень на косогоре: 1 – первоначальное положение откоса; 2 – сползший массив грунта; 3 – плоскость скольжения

Для предотвращения сдвигов и сплывов откосы насыпей и выемок (рис. 11 и 12) делают более пологими, укрепляют неустойчивые откосы древесной, кустарниковой, травяной растительностью, осушают грунт насыпей, отсыпают контрфорсы и контрбанкеты. Чтобы повысить сопротивление сдвигу, перехватывают поступающую к откосам воду и отводят ее за пределы насыпи, осушают и укрепляют вяжущими растворами балластные ложа, мешки, гнезда.

Сплыв откоса выемки

Рис. 11 – Сплыв откоса выемки

Сдвиг откоса насыпи

Рис. 12 – Сдвиг откоса насыпи: 1 – первоначальное положение; 2 – поверхность скольжения; 3 – сплывший грунт

Бывают случаи размыва насыпей вследствие засорения водопропускных труб (рис. 13), подмывы их откосов реками, озерами, водохранилищами (рис. 14), осыпи выветривающихся горных пород из откосов выемок, внезапные разрушения и загромождения при землетрясениях, селевых потоках. Поэтому необходимо систематически контролировать состояние всех сооружений и обустройств земляного полотна, своевременно предупреждать и устранять возможные повреждения, не допуская их накопления и развития до катастрофических разрушений.

Размыв пути при засорении водопропускной трубы

Рис. 13 – Размыв пути при засорении водопропускной трубы

Подмыв насыпи

Рис. 14 – Подмыв насыпи: 1 – промоина; 2 – земляная или каменная отсыпка


© 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