Поперечные профили земляного полотна

 

Земляное полотно представляет собой линейное (вытянутое в длину) сооружение, основной частью которого является поперечный профиль – (инженерно-геологический разрез, перпендикулярный продольной оси). Поперечные профили земляного полотна разрабатываются отдельно как для основных его объектов, так и для всего комплекса в целом. Поперечный профиль комплекса объектов земляного полотна называется групповым поперечным профилем.

Поперечные профили земляного полотна в зависимости от региональных условий природно-климатической среды (рис. 4.) могут проектироваться по типовым и индивидуальным проектам.

 

 

Рис. 4. Структурные схемы земляного полотна в региональных условиях

Типовые проекты применяют, в основном, без обоснования (инженерных расчетов), но с привязкой к местным условиям. Эти проекты выполняются при укладке железнодорожного полотна в простых природных и эксплуатационных условиях, таких как возведение земляного полотна из обычных (дренирующих и глинистых твердой и полутвердой консистенции) грунтов; сооружение земляного полотна на прочном основании с косогорностью не круче 1,5 ‰, а при скальных грунтах и не круче 1,3 ‰; при нескальных грунтах и рабочих отметках обычно до 12 м. А так же, в некоторых сложных инженерно-геологических региональных условиях, но с ограничениями по определенным параметрам, например, в случае насыпи на болотах глубиной до 3–4 м.

Индивидуальные проекты разрабатываются для земляного полотна, сооружаемого в сложных физико-географических, климатических, инженерно-геологических и эксплуатационных условиях. Для их разработки производят детальные инженерно-геологические изыскания, определяют физико-механические и прочностные свойства грунтов и все проектные решения принимают на основе инженерных расчетов.

 

Групповые поперечные профили насыпей

 

Основными элементами поперечного профиля насыпей являются: основная площадка, откосы иоснование. Основание для земляного полотна может быть ровное или в виде косореза (при большом уклоне местности, чтоб насыпь не соскальзывала) При возведении насыпи на косогоре в зависимости от его поперечного уклона рекомендуют различные по сложности меры для придания ей устойчивости. Если уклон находится в пределах 1:10–1:5, то ограничиваются перед отсыпкой насыпи снятием с основания дерна и вспашкой грунта. При уклоне 1:5–1:3 основание насыпи устраивают в виде уступов. При уклоне круче 1:3, помимо уступов, сооружают подпорные стены, контрбанкеты, контрфорсы. Для устройства подпорной стены, которая может иметь различную форму, используют местные грунтовые материалы. Контрбанкет отсыпают из камня, щебня, гравия, песка, а при затруднениях с этими материалами возможно использование местного грунта. Контрфорсы – это отдельные массивы из бетона или камня, врезанные в откос, поддерживают не только тот грунт, который расположен над ними, но и грунт, находящийся между ними, за счет трения грунта о стенки контрфорсов.

Площадка, на которой размещено верхнее строение пути, называется основной площадкой (рис. 2, 3, 5). Она всегда делается выпуклой либо в виде трапеции, либо в виде треугольника. Такие ее очертания способствуют быстрому стеканию воды, просочившейся через балластный слой, и поэтому, ее называют сливной или водосливной призмой. Только на земляном полотне из крупнозернистых песков и скалы, а также на насыпях из камня эту площадку делают горизонтальной. Все параметры основной площадки на отечественных железных дорогах и на дорогах развитых зарубежных стран регламентируются нормативными документами. На отечественных железных дорогах для скоростных и особогрузонапряженных линий, а также линий I категории с двумя главными путями ширина площадки земляного полотна составляет 11,7–12,1 м на прямых участках пути с нормальным междупутьем 4,1 м и больше при междупутье 4,5 м (на глинистых, крупнообломочных с глинистым заполнителем, скальных легковыветривающихся грунтах, недренирующих мелких и пылеватых песках); на линиях I и II категорий, III иIV с одним главным путем на тех же грунтах – соответственно 7,6; 7,3; 7,1 м. На скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем и дренирующих грунтах эти размеры несколько меньше: 10,6–11,1; 6,6; 6,4; 6,2.

Рис. 5. Насыпь (структурные элементы): 1 – основная площадка;

2 – сливная призма; 3 – бровка; 4 – откос; 5 – основание насыпи;

6 – основание откоса; 7 – берма; 8 – водоотводная канава; 9 – резерв

С развитием железнодорожного транспорта, по мере увеличения мощности верхнего строения пути, размеры основной площадки постепенно увеличивали (в 1917 г. ее величина составляла 5,5 м, в современных условиях – 7,6 м). Уширение основной площадки связано с увеличением размеров балластной призмы, а также с уширением обочин. Обочина предназначена для обеспечения большей устойчивости откосов, а также для удобства выполнения путевых работ. На ней размещают путевой инструмент, необходимые детали ВСП, расставляют путевые знаки и сигналы. Она нужна для безопасного прохода путейцев, для складирования материалов и размещения инструмента или небольших механизмов, а также для размещения сооружений и устройств СЦБ, связи и энергоснабжения. С уширением обочин увеличивается устойчивость откосов земляного полотна. По этим причинам рекомендуется при строительстве новых железных дорог величину ширины обочины назначать в приделах 0,6–0,7 м, но не менее 0,5 м.

На насыпи слева и справа от основной площадки в направлении основания насыпи расположеныоткосы, которые обеспечивают стабильность грунтов и из которых сложено земляное полотно. Откосы – искусственные, а склоны – естественные наклонные поверхности. Все типы земляного полотна, кроме «нулевых мест», имеют такие поверхности. Нарушение устойчивости откосов или склонов, на которых размещено земляное полотно, является, как правило, аварийной деформацией. Для того чтобы они были устойчивы, выбирают (или рассчитывают) в зависимости от вида земляного сооружения, его высоты (глубины) и характеристик грунта, из которых это сооружение возводится или разрабатывается необходимую их крутизну. Для повышения устойчивости откосов высоких насыпей им придают ломаное очертание. После каждого перелома устраивают все более пологий откос. Например, если верхняя часть насыпи имеет откос крутизной 1:1,5, то ниже принимают крутизну 1:1,75, а иногда 1:2. При таких пологих откосах получается очень широкое основание насыпи. Нередко бывает выгоднее сделать у насыпиберменную присыпку из грунта или возвести подпорную стену для поддержания более крутого откоса. Главное же назначение бермы – отдалить от тела насыпи воду, текущую в канаве или резерве. Она располагается у подошвы откосов, с обеих сторон или с одной (нагорной) стороны насыпи и отделяет канавы или резервы от тела насыпи. Ее ширина, как правило, 3 м с уклоном 0,02–0,04 ‰ от тела насыпи. Нередко берму используют как дорогу для автомобильного транспорта при подвозке людей и материалов к месту работ. В этих случаях тщательно отслеживается недопущение на ней углублений, в которых может скапливаться вода. В зависимости от условий возведения насыпей, поперечного уклона местности, количества воды, стекающей после ливней или таяния снега (чаще говорят расхода воды, который измеряется в кубических метрах за 1 с), за бермами закладывают либо резервы, либо продольныеводоотводные канавы (см. рис. 3, 5). Их назначение перехватывать воду, текущую к насыпи и выпускать ее в ручей, овраг или пониженные места, подальше от насыпи. В местностях с жарким климатом, где вода быстро испаряется, и там, где почва быстро впитывает воду, допускаются глухие резервы, без выхода для воды.

Для того чтобы уменьшить волну воды, в них делают земляные перемычки через каждые 100 м. На поймах рек резервы не рекомендуется устраивать из-за больших скоплений воды, если же обстоятельства принуждают это делать, то в этих случаях увеличивают берму до 4 м. Кроме того, внутри резервов целесообразно иметь полуперемычки (траверсы), которые надежно защищают основание насыпи от подмыва.

На расстоянии 1–2 м от резервов или канав назначается граница полосы отвода под железную дорогу. Границу полосы отвода в ряде случаев приходится отодвигать дальше от пути. Это делают для размещения переездов, путепроводов, путевых построек, при необходимости установки снегозащитных заборов и щитов, создания лесозащитных насаждений, устройства защитных сооружений в поймах рек, пескозащиты. На станциях граница полосу отвода назначается по отдельным проектам.

На местности через каждые 250 м вдоль границы полосы отвода и в углах ее поворота устанавливают межевые знаки.

В случае, когда при возведении насыпи, требуется очень большой объем грунта, его доставляют из грунтовых карьеров располагаемых за пределами полосы отвода железной дороги.

Структура и конструкция земляного полотна должна быть гибкой, адаптивной к местным природным условиям. На рис. 6, 7 отображены структура насыпи, и соответственно выемки, с полным комплексом инженерных сооружений, устройств и мероприятий, обеспечивающих надежную работу земляного полотна в различных региональных природно-климатических условиях.

Рис. Структура насыпи

 

Рис.   Структура выемки