Содержание.

Общие сведения о земляном полотне………………………………………1-3

Защита земляного полотна от разрушения……………………………..4-5

Грунты для земляного полотна……………………………………………..6-8

Специальные способы укрепления грунтов…………………………………9

Деформации земляного полотна…………………………………………..10-16

Полоса отвода железной дороги…………………………………………….17

 

                                                                            1

 

                              Общие сведения о земляном полотне.

Земляное полотно – это комплекс грунтовых сооружений, являющихся основанием для верхнего строения пути. Назначение земляного полотна – воспринимать давление от подвижного состава, передаваемое через элементы верхнего строения пути, защищать от разрушения и обеспечивать стабильность, как самого земляного полотна, так и железнодорожного пути в целом.

Верхнее строение пути непосредственно на земную поверхность не укладывают. Нужно предварительно убрать растительный слой, обладающий очень низкой несущей способностью, и произвести выравнивание земной поверхности по всей трассе срезками грунтов в одних местах и подсыпками в других. При этом устраивают различные водоотводные, противоразмывные и другие укрепительные сооружения, придают верху и откосам земляного полотна соответствующие уклоны, чтобы на них не задерживалась вода и не происходило осыпание грунта.

В горных местностях, где требуются очень глубокие срезки грунта, вместо них часто прокладывают тоннели, а там, где необходимы очень высокие досыпки грунтов, устраивают высокие мосты – виадуки. В местах пересечений железных дорог с трамвайными путями или автомобильными дорогами сооружают путепроводы

Земляное полотно работает в сложных условиях, находясь с одной стороны, под воздействием динамических нагрузок, и, с другой, под постоянным воздействием агентов природы – влаги, температуры, ветра и других. Поэтому при сооружении и эксплуатации земляного полотна приобретает особое значение регулирование человеком сил природы в нужном направлении.

Важнейшим условием прочности и устойчивости земляного полотна является наличие постоянно исправно действующих водоотводных сооружений, являющихся составной частью земляного полотна, обеспечивающих беспрепятственный и быстрейший сток к ним воды, как с прилегающей территории, так и выпавшей на поверхность земляного полотна.

                                                                2

Главный враг земляного полотна – вода. Устойчивость увлажненного грунта понижается, поэтому в зависимости от местных условий требуется выполнить мероприятия по обеспечению стабильности земляного полотна. К их числу относятся:

• регулирование поверхностного стока;
• защита земляного полотна от влияния атмосферных факторов;
• понижение уровня или перехват грунтовых вод;
• устройство поддерживающих сооружений;
• укрепление грунтов.

Регулирование поверхностного стока требуется для того, чтобы не происходили размывы земляного полотна и инфильтрация поверхностных вод в грунт. Для этого планируют территорию, прилегающую к земляному полотну, чем обеспечивают сток воды; создают сеть водосборно-водоотводных устройств; принимают специальные меры против инфильтрации в грунт воды с поверхности и через дно и стенки водоотводных устройств.        

                                                             3                                                                            

                        Защита земляного полотна от разрушения.

Для защиты земляного полотна от размывного действия воды, прибоя волн, выдувания грунтов ветром и вредного влияния других атмосферных факторов применяют засев травой, одерновку, мощение камнем, каменные отсыпи, бетонные, железобетонные и асфальтовые покрытия, древесно-кустарниковые насаждения. Окончательное решение в каждом конкретном случае принимается на основе сравнения вариантов.

Засев травой – основной вид защиты откосов, выемок и незатопляемых насыпей. Для засева применяют смеси местных многолетних трав рыхлокустовых (тимофеевка), корневищных (костер безостый) и стержнекорневых или бобовых.

Одерновка откосов земляного полотна также обеспечивает достаточное сопротивление размыву. Она может быть осуществлена в клетку и сплошь (плашмя). При одерновке в клетку дерновые ленты укладывают под углом 45° к образующей откоса (рис. 1). Клетки засыпают растительной землей и засеивают травой.

При сплошной одерновке дерновые ленты или штучные дернины укладывают горизонтальными рядами, перевязывая швы. Одерновка откосов применяется в комбинации с посевом трав при укреплении высоких откосов и как самостоятельная мера в условиях, неблагоприятных для произрастания трав. Откосы мокрых выемок рекомендуется укреплять сплошной одерновкой.

Мощение камнем (крупностью 0,15–0,3 м) бывает одиночное и двойное. Камень укладывают на подстилающий слой из мха, уплотненного волокнистого торфа толщиной 5–10 см, щебня или гравия толщиной 10–20 см. Мощением укрепляют омываемые откосы при скоростях течения воды 2–6 м/с в зависимости от глубины воды.

Каменные отсыпи применяют для укрепления (в местностях, богатых камнем) подводных частей подтопляемых откосов насыпей. Для укрепления затопляемых откосов насыпей и берегов горных рек применяют также габионы, представляющие собой ящики из оцинкованной проволочной сетки, заполненные камнем. Для создания каменных отсыпей используют самосвалы, бульдозеры и другие машины.

Железобетонные покрытия устраивают при скоростях течения воды более 3,0–3,5 м/с, а также при сильном волновом воздействии. Сборные плиты имеют размеры от 1×1 до 3×3 м, а монолитные, сооружаемые на месте, от 5×5 до 10×10 метров толщиной 0,15–0,45 м. Для укрепления откосов начинают применять бетонные и железобетонные плитки размерами в плане 0,3×0,3 м, 0,5×0,5 м и более, толщиной 0,08–0,2 м.

                                                                       4

Древесно-кустарниковые насаждения являются хорошим и недорогим видом защиты откосов земляного полотна на поймах рек при скоростях течения воды до 1,5 м/с Скорость течения воды снижается благодаря большому сопротивлению, оказываемому кроной, а корни связывают частицы грунта, повышая устойчивость откоса; стволы деревьев защищают откосы от ударов крупных льдин. Для посадок используются преимущественно ивовые породы с густой сильно развитой кроной и стелящейся корневой системой.

Повышают устойчивость насыпей на крутых косогорах и откосов подпорные стены, пригружающие контрбанкеты и контрфорсы, сооружаемые по индивидуальным проектам в зависимости от гидрологических особенностей каждого объекта. Контрбанкеты желательно отсыпать из камня, щебня, галечника, гравия, песка.

                                                                      5

                                      Грунты для земляного полотна.

Земляное полотно обычно сооружают из местных грунтов, обладающих различными физико-техническими характеристиками (плотностью, пористостью, влажностью и другими), от которых зависят стабильность и долговечность сооружений земляного полотна.

Грунты, используемые для земляного полотна, подразделяются на:

• скальные – залегающие в виде монолитного или трещиноватого массива;
• рыхлые – крупнообломочные, песчаные и глинистые.

Для насыпей и оснований земляного полотна наиболее желательны крупнозернистые грунты (щебеночные, галечные, гравийные, крупно- и среднезернистые песчаные), которые обладают высокой несущей способностью, хорошо пропускают воду, не изменяют своих свойств при насыщении водой и ее замерзании. Однако грунты земной поверхности чаще представлены глиной и смесью ее с песком – супесью и суглинками. Соответственно и земляное полотно в большинстве случаев приходится сооружать именно из этих грунтов.

Глинистые грунты – пластичная осадочная горная порода. Имеют очень малые размеры частиц (менее 0,005 мм) чешуйчатой формы. Толщина частиц в десятки раз меньше их других размеров, вследствие чего они обладают большой суммарной поверхностью в единице объема, достигающей нескольких квадратных метров на 1 см³ грунта. Этим определяется большая влагоемкость грунта. Глинистые частицы соединены между собой преимущественно коллоидными связями.

В сухом состоянии такие грунты обладают высокой несущей способностью, но при увлажнении сцепление частиц постепенно утрачивается и грунт становится пластичным, деформирующимся при незначительном силовом воздействии. Глинистые грунты плохо пропускают воду, а при замерзании подвергаются неравномерному вспучиванию.

Содержание глинистых частиц в глинистых грунтах от 30 до 60% и более, в суглинке от 10 до 30% и в супесях от 3 до 10%. Остальное представлено пылеватыми и песчаными частицами. Чем больше в глине содержится песка, тем лучше физико-технические свойства грунтов.

                                                                 7

Меловые грунты быстро насыщаются водой и в таком состоянии становятся неустойчивыми. Тальковые и трепельные грунты подвергаются растворению,

 вымыванию грунтовой водой и слабо пропускают воду. Возведение земляного полотна из таких грунтов, как правило, не допускается. В гипсовых грунтах в результате растворения и вымывания водой часто образуются карсты – подземные пустоты (пещеры, полости, ходы), которые могут обрушиться и образовать поверхностные провалы (воронки). Использование таких грунтов в качестве основания земляного полотна также не допускается

Нельзя использовать для насыпей засоленные грунты, содержащие более 8% легкорастворимых солей, а такжеторф, ил, песок с примесью ила и илистые суглинки. Содержащиеся в грунтах соли растворяются в воде, в результате теряется несущая способность грунта, и сооружение быстро разрушается; неустойчивость насыпей из торфа и илистых грунтов объясняется разложением органических веществ.

Лёссы и лёссовидные суглинки обладают большой пористостью (до 46–55%), а частицы их связаны друг с другом водорастворимыми солями. В сухом состоянии эти грунты обладают высокой несущей способностью, но при насыщении водой соли растворяются, и грунт теряет связность и способность сопротивляться внешним нагрузкам. Возведение земляного полотна из этих грунтов требует соблюдения ряда ограничений и дополнительных требований.

Песчаные грунты – это скопление мелких твердых частиц, представляющих собой продукт выветривания горных пород. Они обладают хорошей способностью пропускать влагу и являются отличным материалом для основания и массива земляного полотна.

Скальные грунты – это изверженные или осадочные породы (граниты, базальты, диориты и другие), обладающие прочностью в водонасыщенном состоянии не менее 5 МПа (50 кгс/см²). Если породы имеют предел прочности в водонасыщенном состоянии менее 50 кгс/см² (например, мергели, доломиты) или не менее 50 кгс/см², но поддаются в воде растворению или размягчению (например, гипс), то такие грунты относят к полускальным грунтам. Для отсыпки насыпей обычно используют грунт, разрабатываемый при устройстве выемок. Чтобы избежать ссыхания в комья или переувлажнения, его надо разравнивать и уплотнять до окончания каждой смены. Отсыпку грунта обычно ведут от краев насыпи к середине. На переувлажненных и слабых основаниях насыпь на высоту до 3 м отсыпают от середины к краям, чем достигается отжатие из-под насыпи слабых и разжиженных грунтов основания; за пределами этой высоты отсыпку насыпи ведут в обычном порядке – от краев к середине. По мере возведения насыпь подвергают уплотнению перемещающими грунт транспортными средствами и специальными уплотнительными машинами.

Наибольший эффект уплотнения проявляется при оптимальной влажности, которая достигается увлажнением сухих или осушением излишне увлажненных грунтов.

                                                                    8

Специальные способы укрепления грунтов.

К основным специальным способам укрепления грунтов земляного полотна относят:

• цементацию;
• силикатизацию;
• клинкеризацию;
• электрохимическое закрепление.

Цементация грунтов – это нагнетание в грунт под давлением жидкого цементного раствора. Затвердевая в порах и трещинах грунта, цемент укрепляет его. Наиболее целесообразно укрепление цементацией трещиноватых скальных пород.

Силикатизация грунтов основана на химическом взаимодействии жидкого стекла и раствора хлористого кальция, нагнетаемых в грунт поочередно. Искусственное окаменение грунта, достигаемое этим способом, обеспечивает его водонепроницаемость и повышение несущей способности.

Клинкеризация – термическая обработка укрепляемого грунта, заключающаяся в обжиге глин и тяжелых суглинков. При обжиге грунт обезвоживается, теряет способность впитывать воду, и приобретает повышенные прочностные характеристики.

Электрохимический способ укрепления грунтов заключается в пропуске через грунт постоянного электрического тока через забитые в грунт электроды. Сущность этого процесса заключается в следующем: частицы воды перемещаются от анода к катоду и в зоне, расположенной у анода, влажность уменьшается. При этом, помимо осушения грунтов, происходит изменение их физических свойств – повышение коэффициента трения, увеличение удельного сцепления и сопротивления размокаемости.

Этот способ применим для связных глинистых грунтов и мелких песков с содержанием пылеватых и глинистых частиц более 12–15% по весу.

Расход тока для интенсивного осушения грунта этим способом составляет 60–80 кВт·ч на 1 м³ грунта.

 

9

Деформации 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.

                                                    10

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. 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.

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. Значительное местное углубление ложа называется балластным мешком. Глубина балластных лож обычно не более 1 м; гнезда и мешки развиваются в глубину до 3 м и более.

                                                                11

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 + h₀ – К,

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.

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.

                                                              12

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. 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: 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, а также из-за разрыва кровли над горными выработками. При восстановлении разрушенной

                                                                  13

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

При обвалах происходит падение с опрокидыванием грунтовых масс. 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: 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 и если недостаточна прочность и устойчивость ниже лежащих наклонно расположенных слоев.

                                                                     14

   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: 1 – первоначальное положение откоса; 2 – сползший массив грунта; 3 – плоскость скольжения

Для предотвращения сдвигов и сплывов откосы насыпей и выемок 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.

                                                               15

Бывают случаи размыва насыпей вследствие засорения водопропускных труб, подмывы их откосов реками, озерами, водохранилищами, 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.

 

 

 

 

 

                                                    16

Полоса отвода железной дороги.

Для размещения железнодорожных сооружений, станций, защитных устройств и лесонасаждений, служебных и технических зданий отводят полосу земли, называемую полосой отвода железной дороги.

Ширину полосы отвода определяют на основании проекта постройки и размещения всех сооружений и устройств железной дороги. На станциях, разъездах и обгонных пунктах ширину полосы отвода назначают в соответствии с проектом их развития на пятый год эксплуатации. Во всех случаях расстояние от оси крайнего пути раздельного пункта до границы полосы отвода принимают не менее 10 м.

На участках дорог, подверженных снежным заносам, создают снегозащитные лесонасаждения, а где это невозможно, строят постоянные снегозащитные заборы. Для этих целей отводят полосу земли шириной не менее 50 м от оси крайнего пути.

Для закрепления движущихся песков, которые могут создавать песчаные заносы, отводят полосу земли с каждой стороны земляного полотна шириной не менее 100 м, на которой высеиваются травы или высаживается кустарник или деревья.

Дополнительные участки земли выделяют также для карьеров, щебеночных и шпалопропиточных заводов, питомников, защитных лесонасаждений, звеносборочных баз, жилых поселков и так далее.

Границы полосы отвода железной дороги обозначают специальными указателями (межевыми знаками), которые устанавливают на расстоянии друг от друга не более 250 м и на каждом изгибе границы. Указатель полосы отвода обсыпают землей и окапывают по кругу. Образовавшийся курган покрывают дерном.

                                                          17