m0944

rd – плотность сухого грунта,

rs – плотность частиц грунта.

Расчет выполняется в следующей последовательности. Определяется показатель текучести грунта по формуле

Интенсивность пучения грунта f , доли, определяется по данным инженерно-геологического обследования (см. табл. 3.1).

Коэффициент пористости грунта с учетом интенсивности пучения вычисляют как

Нормативные значения прочностных характеристик грунта в талом состоянии cТ и jТ принимаются в соответствии с показате -

где Kс – коэффициент снижения сцепления грунта при динамическом воздействии после оттаивания, принимаемый для суглинков равным 1,7; 1,5; 1,3; 1,1 при плотности сухого грунта rd , равной соответственно 1,65; 1,60; 1,55; 1,50; для супесей Kc равняется 2,0 и 1,5 при rd , равной соответственно1,87 и 1,75; В – коэффициент, учитывающий снижение прочности грунта при морозном пучении (равен 0,007); f – интенсивность пучения, %.

Кроме этого, определяют расчетное сцепление, кгс/см2, по эмпирической зависимости

61

В эту формулу Wp подставляется в долях.

Из двух значений сцепления, полученных по выражениям (3.10) и (3.11), для дальнейшего расчета принимают наименьшее.

Расчетное значение угла внутреннего тренияjр принимают на 2° меньше нормативных величин jт , которые определяются по прил. 3, а также по формуле

Pкр , кПа, при этом толщина слоя балластных и дренирующих материалов h , м, задается с соблюдением условия ( h < 2):

где cр – удельное сцепление, кгс/см2; jр – угол внутреннего тре-

ния, рад, r – плотность грунта, г/см3.

В эту формулу We подставляется в долях.

Расчет Pкр выполняют для двух любых значенийh . Далее строят зависимость Pкр = f (h) и сопоставляют с расчетным напря-

женным состоянием этих грунтов (см. рис. 3.4). До глубины Hр , на которой обеспечивается равенствоPкр = s, глинистые грунты

должны быть заменены на более прочные дренирующие грунты . Результаты расчета для всех пикетов сводятся в табл. 3.5.

62

Также по результатам расчета заполняется табл . 3.6, в которой приводятся сведения по каждому сечению пути(пикету) о толщине слоя дренирующих материалов после ремонтаHпр о минимальной толщине Hmin по [4] для рассматриваемых климатических условий (см. табл. 3.4) и о расчетной толщине Hр по условию обеспечения несущей способности глинистых грунтов.

Таблица 3.6

Результаты расчета толщины слоя балластных и дренирующих материалов

1

2

3

4

5

При недостаточности толщины слоя дренирующих материалов ( Hпр < H min , Hпр < H р ) применимы следующие противодеформа-

ционные мероприятия: дополнительная подъемка пути на балласт, дополнительное армирование подшпального основания геотекстилем с укладкой гидроизоляционного слоя, устройство дренажей.

3.4.Проектирование противопучинных устойств

сиспользованием тепловой изоляции из пенополистирола

Причинами пучения являются значительное увлажнение грун - тов и их промерзание. Исключение одной из них(а тем более обеих) предотвращает само пучение.

Наиболее потенциально пучиноопасными участками пути в Сибири являются выемки, нулевые места и низкие насыпи высотой до

63

2 м. Влажность земляного полотна высоких насыпей, как правило, не превышает порог пучения. Поэтому при наличии слоя асбоотходов и песчано-гравийного слоя из старых балластных материалов толщиной до 1 м под шпалами морозного пучения не наблюдается.

Вырезка асбоотходов, понижение отметок продольного профиля при капитальных работах вызывают увеличение глубины промерзания, поэтому деформации морозного пучения активизируются.

Сезонные деформации могут проявляться в полной мере не ежегодно. Степень их развития зависит от количества выпадающих осенью осадков и суммы градусосуток отрицательных температур воздуха (иначе говоря, насколько холодной является текущая зима).

Применение пенополистирола для ликвидации пучин регламентируется Техническими указаниями [4] и Техническими условиями [3]. Укладка теплозащитного слоя из пенополистирола назначается на всех участках, где пучинистые грунты входят в зону возможного промерзания с вероятностью повторения до одного раза в десять лет.

При укладке бесстыкового пути необходимо учитывать требо - вания Инструкции [2], а также недопустимость появления при экс - плуатации этой сложной инженерной конструкции сезонных деформаций пути, особенно в условиях больших суточных и годовых колебаний температур [5, 7].

Толщина покрытия П для ликвидации морозного пучения при укладке бесстыкового пути определяется расчетом из условия пол - ного выведения границы промерзания из пучинистых грунтов с ис - пользованием данных инженерно-геологического обследования и ранее выполненных расчетов (см. пп. 3.2, 3.3).

Расчетную толщину Пр увеличивают на 1 см с учетом возможного уменьшения защитных свойств покрытия при вдавливании в него отдельных частиц щебня. Минимальная толщина покрытия Пmin принимается равной 4 см.

На рис. 3.5 приведена расчетная схема противопучинного устройства. Задача состоит в том, чтобы при известных значениях дренирующей подушки под покрытием d (слой старых балластных материалов) определить толщину слоя тепловой изоляции из

64

пенополистирола Пр. Согласно ЦПИ-24 [4] расчетная толщина Пр определяется по формуле

где hТ – нормативная толщина пенополистирола, м; lТ – коэффициент теплопроводности пенополистирола, можно принять lТ = 0,04 Вт/(м·ºС); gн – коэффициент надежности ( gн = 1,2 ); Wоб – нормативное водопоглощение по объему, % (Wоб = 0,5 ).

Рис. 3.5. Расчетная схема противопучинного устройства:

1 – шпала; 2 – щебень; 3 – пенополистирол; 4 – дренирующий слой; 5 – граница промерзания; 6 – грунт пучинистый;

Zпр – расчетная глубина промерзания

В общем случае нормативная толщина пенополистиролаhТ определяется в соответствии с [4] по номограмме (рис. 3.6) в зависимости от толщины дренирующей подушки d под пенополистиролом при известной (для данного климатического района) сумме градусосуток отрицательных температур воздуха W .

65

Рис. 3.6. Номограмма для определения нормативной толщины теплоизоляционного слоя hТ

Величину W определяют по данным геофизических станций железных дорог для опорных пунктов рассматриваемого участка. При этом в качестве расчетной принимают максимальную в десятилетнем периоде (при средней величине

Wср < 2500 °С·сут).

Значение толщины дренирующей подушки d, см, вычисляется с использованием расчетных величин (см. пп. 3.2, 3.3) по формуле

Толщина покрытия Пр определяется для каждого пикета ремонтируемого участка. Для решения данной задачи рекомендуется построить зависимость Пр от толщины d для заданной Wmax (согласно техническим указаниям[4]). Пример такой зависимости приведен на рис. 3.7.

Теперь становится возможным (согласно данным продольного профиля) попикетно запроектировать толщину покрытия Пр ³ Пmin

в зависимости от толщины d слоя старых балластных материалов, учитывая при этом планируемую подъемку пути(либо понижение отметок продольного профиля) и величину запаса:

66

Рис. 3.7. Зависимость толщины покрытия из пенополистирола Пр от толщины слоя дренирующих материалов под покрытием d

Результаты расчетов необходимо представить в виде табл. 3.7 с указанием попикетно-проектных значений Hпр , места укладки

геотекстиля и пенополистирола и толщины покрытия Ппр .

Таблица 3.7

Результаты расчета противодеформационных конструкций

В дальнейшем на основании табл. 3.7 заполняется итоговая ведомость (табл. 3.8) по характеристикам мест укладки пенополистирола с расчетом протяженности участков укладки и потребности пенополистирола на весь ремонтируемый перегон, м3.

67

Таблица 3.8

Ведомость характеристик мест укладки и рекомендуемых параметров противодеформационных конструкций

Всего

При окончательном назначении размеров противодеформационных конструкций и заполнении табл. 3.8 необходимо дополнительно руководствоваться положениями Технических указаний [4].

Ширина покрытия B0 назначается в зависимости от величины

Wср :

при Wср £ 2 000 °С·сут – B0 = 4,5 м;

при 2 000 < Wср £ 2 500 °С·сут – B0 = 5,0 м;

при 2 500 < Wср £ 3 000 °С·сут. – B0 = 5,5 м; при Wср > 3 000 °С·сут – B0 = 6,0 м.

Слой пенополистирола укладывают на глубине не менее 0,4 м ниже подошвы шпал на слой старых балластных материалов с уклоном 0,04 в полевую сторону.

При ликвидации пучин на эксплуатируемом пути протяженность участка проведения противодеформационных мероприятий складывается из длины основного участка l0 , на котором обеспе-

чивается полное выведение границы промерзания из пучинистых грунтов, и длин отводов рельсовых нитей в продольном направлении на прилегающие участки равномерного пучения lсопр .

Длина l0 , на которой производится полное выведение границы промерзания из пучинистых грунтов , находится как длина пучины (пучинного участка) с учетом запасов на неточное определение границ пучины. Величину запаса рекомендуется принять равной 5 м при скоростях движения до 100 км/ч и 10 м при скоростях движения более 100 км/ч.

Минимальное значение l0 равно 25 м.

68

Для плавного перехода по теплофизическим свойствам вдоль оси пути по концам теплоизоляционного покрытия проектируют сопряжения (рис. 3.8, 3.9).

Рис. 3.8. Продольный профиль сопряжения покрытия из пенополистирола: 1 – щебень; 2 – пенополистирол; 3 – дренирующий слой; 4 – граница промерзания; 5 – грунт пучинистый

Рис. 3.9. Конструкция сопряжения покрытия из плит пенополистирола созданием зазоров между плитами в продольном направлении

69

Длина lсопр отводов рельсовых нитей в продольном направле-

нии принимается в зависимости от величины равномерного пучения pрп на прилегающих участках и допускаемого отвода i0 рель-

совых нитей. Значение уклона i0 при скоростях движения поездов до 100 км/ч принимается равным 1 ‰ и при скоростях движения поездов более 100 км/ч – 0,5 ‰. Величину равномерного пучения pрп

при укладке бесстыкового пути рекомендуется принимать 10 мм. Таким образом, длину участка сопряжения, м, можно опреде-

лить по формуле

Постепенное уменьшение толщины покрытия до4 см (минимальная толщина покрытия) планируют ступенчато, с шагом 1 см, при этом длина каждого участка с неизменной толщиной плит принимается равной 5–6 м. Сопряжение для плит толщиной 4 см выполняется за счет создания зазоров между плитами (от 5 до 50 см) в продольном направлении.

Вид и размеры противопучинной конструкции следует проектировать одинаковыми на всем протяжении ремонтируемого участка (с целью обеспечить равную надежность подшпального основания в продольном профиле).

Недопустимо назначать изменение толщины покрытия в местах укладки уравнительных пролетов бесстыкового пути.

70