m0944

Рис. 3.1. Продольный профиль

51

Продольный профиль относится к разновидности сокращенного (утрированного) профиля. Здесь условными обозначениями показывают километровые знаки, остановочные пункты, водоотводные и искусственные сооружения с указанием рода сооружения, материала. На профиль наносят элементы плана, натурных и спрямленных уклонов, оси остановочных пунктов и станций, постоянные сигналы, стрелочные переводы, уровень земли без указания отметок, искусственные сооружения, переезды, на нем отражают геологическое строение земляного полотна и гидрогеологические условия.

Отметки пути указывают по данным нивелировки головки рельса (правого по счету километров) относительно неподвижного репера, месторасположение которого выносится на профиль.

Кроме этого, составляется технический отчет об инженерногеологическом обследовании объекта следующего содержания:

–физико-географические условия;

–характеристика верхнего строения пути;

–характеристика грунтов земляного полотна;

–характеристика грунтов основания насыпи;

–гидрологические условия;

–пучинистость грунтов и деформации земляного полотна;

–заключение.

В заключении указываются причины пучения, эффективность ранее осуществленных противодеформационных мероприятий, предложения о возможных вариантах ликвидации пучин и весенних просадок.

При этом для усиления подшпального основания целесообразно в первую очередь предусматривать мероприятия, хорошо вписывающиеся в технологию реконструкции или капитального ремонта пути:

–очистка щебня на глубину не менее 40 см под шпалой;

–подъемка пути на балласт;

–замена пучинистых грунтов непучинистыми материалами;

–укладка защитного слоя из гравийно-песчаной смеси на основную площадку земляного полотна;

–укладка геотекстиля в основание балластной призмы для по - вышения несущей способности;

–укладка теплозащитного слоя из пенополистирола (назначается на всех участках, где пучинистые грунты входят в зону возможного промерзания);

52

–устройство гидроизоляционного покрытия из полимерных пленок для уменьшения влажности основания;

–устройство новых и ремонт или замена существующих водоотводов.

Для курсового проектирования исходные данные могут быть заданы преподавателем.

Дипломную работу целесообразно выполнять по данным инже- нерно-геологических обследований участков пути, которые произведены проектно-изыскательскими институтами железных дорог.

3.2. Проектирование балластной призмы

Согласно ЦПИ-24 [4] толщина теплоизолирующего слоя и обеспечение несущей способности глинистых грунтов земляного полотна существенно зависит от толщины дренирующих материалов, слагающих верхнюю часть земляного полотна, а также конструкции и размеров балластной призмы.

Требования к укладываемой при реконструкции и капитальном ремонте конструкции верхнего строения пути и ее элементам устанавливаются Техническими условиями [3] в зависимости от класса ремонтируемого пути. При проектировании необходимо руководствоваться также требованиями СТН Ц-01-95 [5].

После выполнения ремонта размеры балластной призмы должны соответствовать значениям, приведенным в соответствии с [3] в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Основные размеры типовых профилей балластной призмы, см

Примечания: 1. В числителе приведены значения для звеньевого пути при деревянных шпалах, в знаменателе – для бесстыкового пути на железобетонных шпалах.

53

2. В скобках приведена ширина обочины на участках , где ее увеличение связано с работами по переустройству земляного полотна или изменением отметок пути более чем на 15 см.

Для обеспечения стабильной работы бесстыкового пути рекомендуется проектировать сплошную укладку геотекстиля в основание балластной призмы. В этом случае геотекстиль служит не только разделительным слоем, но и снижает неравномерное накопление остаточных деформаций[9]. При этом для отвода воды из щебеночной балластной призмы необходимо обеспечить планировку основания балластной призмы и срезку обочин земля - ного полотна до уровня геотекстиля(или пенополистирола) с уклоном 0,04 в полевую сторону [3, 4].

Для снижения влажности подшпального основания рекомендуется использовать геотекстиль с гидроизоляционными свойствами типа «Спандбонд».

Учитывая активизацию пучинных деформаций при вырезке асбестового балласта с постановкой пути на щебень, целесообразно оставлять старый асбестовый балласт в качестве противопу - чинной подушки. Использование асбестовой противопучинной подушки уменьшает глубину промерзания на 5 %, а укладка щебеночного балласта с железобетонными шпалами увеличивает глубину промерзания в 1,5 раза [9, 16].

При укладке щебеночного балласта на подушку из асбоотходов необходимо учитывать специфические особенности обоих балластов. В зависимости от крупности щебень подразделяется на фракции. В качестве стандарта для любой грузонапряженности рекомендуется принять щебень фракции 25–60 мм. При этом количество зерен размером 60–70 мм не должно превышать5 % общей массы щебня, а количество зерен размером менее 25 мм – не более 5 % общей массы щебня [17].

В отличие от щебня балласт из отходов асбестового производства представляет собой мелкие фракции дробленых пород (серпентиниты) с небольшим содержанием свободных волокон несортового хризотил-асбеста. Требования к асбестовому балласту по зерновому составу следующие: зерен размером более 25 мм должно быть не более 20 %, а размером 0,14 мм и менее – 80–100 %, иначе по зерновому составу асбоотходы будут близки к гравелистому песку.

54

К вещественному составу(содержанию свободных волокон асбеста) требований не предъявляется. Однако в технических указаниях по применению асбестового балласта сказано, что после выдувания волокон асбеста оставшаяся галь не обладает необходимой несущей способностью.

Таким образом, для того чтобы обеспечивалась несущая способность щебеночной балластной призмы, необходимо иметь крупные зерна щебня и не допускать мелкие примеси. А для асбестового балласта очень важно наличие не только мелких фракций, но и свободных волокон асбеста.

Отсюдаследует, чтонесущаяспособность щебеночного балласта формируется за счет сцепления между частицами, а асбестового – за счет так называемого эффекта естественного армирования(мелкие частицы асбоотходов в уплотненном состоянии , защемляя свободные волокна, образуют армированную структуру). Для образования такой структуры необходимо, чтобы размеры зерен асбоотходов не превышали размеров свободных волокон, имеющих обычно длину 0,25–1 мм и более. Поэтому асбоотходы перестают быть пригодными для укладки в качестве балласта не только когда отсутствуют свобод - ные волокна асбеста, но и когда объем крупных зерен значительно превышает установленные нормы. В этом случае свободные волокна не могут связать между собой зерновой состав в единую конструкцию с образованием уникальной естественно-армированной структуры, поэтому смешивать щебеночный балласт с асбестовым при ремонте пути недопустимо (смешение двух балластов может происходить в процессе ремонта пути при работе машин).

В отличие от щебня асбоотходы обладают также специфическими водными свойствами, а именно: они впитывают воду, имеют относительно высокую влагоемкость, но при этом и значительную водоудерживающую и слабую фильтрационную способности в уплотненном состоянии (2 м/сут, что соответствует недренирующим грунтам). Следовательно, асбестовый балласт насыщается водой, а ее излишки сбрасывает по поверхности призмы на откосы, не допуская переувлажнения основной площадки земляного полотна [16].

Поэтому при постановке щебеночного слоя на подушку из асбоотходов в конструкции подшпального основания необходимо обязательно предусмотреть следующие мероприятия:

55

–планировку поверхности асбоотходов с уклоном 0,04 в сторону откосов для обеспечения отвода воды;

–укладку геотекстиля как разделительного слоя между щебнем и асбестом;

–одновременную укладку щебеночного балласта на обоих пу - тях, так как эксплуатация двухпутных участков с разными балластами приводит к накоплению воды в междупутье, неравномерному промерзанию подшпального основания и, как следствие, к неравномерному пучению.

Расчетная схема для определения толщины слоев из дренирующих (непучащих) материалов, слагающих подшпальное основание, приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Расчетная схема к определению толщины подушки из асбоотходов (подъемка пути на балласт):

а – путь до ремонта; б – путь после ремонта; 1 – шпала; 2 – щебеночный балласт; 3 – подушка из асбоотходов;

4 – дренирующий слой (старые балластные материалы: гравий, песок); 5 – глинистый грунт; 6 – асбестовый балласт

Величина подъемки пути на щебеночный балласт в результате ремонта hпод , м, вычисляется как

56

где Гпр и Гф – проектные и фактические отметки пути по головке

рельсов (принимаются по заданию), м.

Тогда толщина слоя вырезаемого старого балласта под шпалой hвб , см, составит

где hщ – толщина слоя щебеночного балласта под шпалой, см

(принимается по табл. 3.2).

После ремонта часть асбоотходов остается в качестве противопучинной подушки. Толщину подушки hпа , см, можно определить по формуле

где Hа – толщина асбестового балласта под шпалой на участке

планируемого ремонта, см.

Если в задании до ремонта балластная призма состоит из щебня, то в качестве Hа берется его толщина, если до ремонта балластная призма трехслойная (асбест, щебень, песчано-гравийная смесь), то в качестве Hа берется сумма толщин асбеста и щебня до ремонта.

Общая толщина слоя балластных и дренирующих материалов Hпр , см, после ремонта пути составит(для расчетной схемы на

рис. 3.2)

где 15 – толщинаслоящебеночного балластавшпальныхящиках , см; hпг – толщина дренирующего слоя из старых балластных материалов (песок, гравий), см, принимается по данным инженерно-гео- логического обследования (см. задание).

В случае выполнения капитальных работ с понижением отметок продольного профиля необходимо построить соответствующую расчетную схему (рис. 3.3) и сделать следующие вычисления для определения толщины слоев из дренирующих и непучащих материалов, слагающих подшпальное основание.

57

Рис. 3.3. Расчетная схема к определению толщины подушки из асбоотходов (понижение отметок продольного профиля):

а – путь до ремонта; б – путь после ремонта; 1 – шпала; 2 – щебеночный балласт; 3 – подушка из асбоотходов;

4 – дренирующий слой (старые балластные материалы: гравий, песок); 5 – глинистый грунт; 6 – асбестовый балласт

Величина понижения отметки продольного профиля пути в результате ремонта hпон , м, вычисляется как

В этом случае толщина слоя под шпалой вырезаемого старого балласта hвб , см, составит

Толщину противопучинной подушки из асбоотходов hпа , см,

можно определить по формуле (3.3).

Общая толщина слоя балластных и дренирующих материалов после ремонта пути Hпр , см, вычисляется по формуле (3.4).

Результаты расчета по каждому сечению пути (пикету) оформляются в виде табл. 3.3 и выносятся на продольный профиль (см. рис. 3.1) для проведения дальнейших расчетов противодеформационных конструкций.

58

Таблица 3.3

Результаты расчета общей толщины балластных и дренирующих материалов после ремонта, см

1

2

3

4

5

3.3. Расчет противодеформационных конструкций по условию обеспечения несущей способности

глинистых грунтов земляного полотна

Согласно техническим указаниям[4] минимальная толщина слоя балластных и дренирующих материалов над глинистыми грунтами H min может быть установлена по данным табл. 3.4.

Для глинистых грунтов, характеризующихся влажностью на границе текучести WL > 0,35, выполняется расчет по условию обеспечения их несущей способности. Расчетное состояние грунтов принимают на период его оттаивания.

Примечание. Величина Ω и глубина промерзанияZпр соответствуют многолетним средним данным; величина Hmin определяется от верха балластного слоя.

59

Для предотвращения пластических сдвигов в верхней части толщи глинистых грунтов должно быть выполнено условие равен - ства несущей способности Pкр и суммарного напряжения от по-

ездной нагрузки и веса грунта s:

Напряжения в земляном полотне s определяются от расчетной нагрузки четырехосного грузового вагона294 кН. Согласно указаниям [4] зависимость напряжений от глубины залегания расчетного уровня принимается по рис. 3.4 (кривая 1).

Рис. 3.4. Распределение напряжений в балластном слое

иземляном полотне:

1– зависимость s от h; 2 – зависимость Pкр от h

Вобщем случае исходными данными для расчета являются следующие характеристики грунтов (см. табл. 3.1):

WL – влажность на границе текучести,

Wp – влажность на границе раскатывания,

I p – число пластичности,

We – природная (естественная) влажность грунта, f – интенсивность пучения,

e – коэффициент пористости,

60