Залавский Н.И. Железнодорожный путь. Учеб. пособ. 2017

полотна. При этом образуются углубления в основной площадке, заполненные балластом и водой. Вода, попав в замкнутые углубления, постепенно из пор балласта попадает в окружающие глинистые грунты и разжижает их. Разжиженный грунт при проходе поездов может вместе с водой выплескиваться из-под шпал на поверхность сливной призмы, выдавливаться из-под балластной призмы на обочины, способствуя тем самым сплывам грунта откосов насыпей.

Балластные корыта образуются при недостаточной толщине балластного слоя под шпалами и недостаточной несущей способности грунта основной площадки. Они представляют собой замкнутые углубления, расположенные под каждой шпалой, глубиной 0,1–0,2 м (рис. 2.10)

Развитие балластных корыт в глубину и вдоль пути усиливается при застое в них воды, а также при увеличении осевых нагрузок и частоты динамического воздействия на грунт. В процессе эксплуатации балластные корыта могут появиться из-за неудовлетворительного водоотвода из выемки или нулевого места и, следовательно, происходит переувлажнение грунта с потерей несущей способности основной площадки.

Рисунок 2.10 – Балластное корыто:

1 – балластное корыто; 2 – балластный слой; 3 – глинистые грунты; 4 – граница переувлажненного грунта

Балластные ложа могут образовываться из балластных корыт при их развитии, а также самостоятельно – при недостаточной плотности грунтов основной площадки и на участках с весенними пучинными просадками.

Длина балластных лож вдоль пути может составлять от нескольких до 100 и более метров, глубина их достигает от 0,5 до 1 м, в зависимости от возраста насыпи и состояния ее грунтов.

В длительно эксплуатируемых насыпях, особенно с неоднородным геологическим сложением, балластные ложа могут иметь вытянутые углубления, называемые карманами (рис. 2.11), или отдельными балластными гнездами. Карманы обычно развиваются в глубину и в сторону откосов. Последнее объясняется тем, что грунты в зоне откосов подвергаются промерзанию и поэтому они более влажные и имеют меньшую плотность, чем грунты ядра насыпи.

31

Внешние признаки повреждения земляного полотна балластными ложами и мешками: просадки пути и перекосы, требующие частого исправления; пучины в зимнее время; трещины на поверхности балластной призмы, обочинах и откосах, хорошо наблюдаемые весной после схода снега; выплески на поверхности балласта; выпирание грунта, разжиженного на междупутье и обочинах; выпучивание откосов; образование на откосах потеков песка, смешанного с глинистым грунтом; наличие на откосах в летнее время ярко-зеленой влаголюбивой растительности.

Пучины – неравномерные поднятия поверхности земли (железнодорожного пути) в продольном и поперечном направлении, вызванные морозным пучением грунтов.

Морозное пучение грунта – это увеличение его объема вследствие образования избыточного количества льда в порах грунта по сравнению с тем количеством воды, которое было в его порах до замерзания.

Пучинистыми грунтами являются глинистые грунты (глина, суглинок, супесь), а также к ним относятся мелкие пылеватые пески.

3.5 Оползни и сплывы откосов

Оползневые деформации характеризуются смещением части грунтового массива относительно всего массива. Оползневым деформациям могут подвергаться грунты естественного залегания на склонах (оползни) и грунты откосов земляного полотна (оплывины, сплывы)

Оползни – это перемещения, как правило, значительных масс грунта без общего падения и опрокидывания их (рис. 2.13). Различают следующие виды оползней: скольжения, вязкопластические и вызванные деформациями в основании склона или в отдельных слоях грунта склона.

Рисунок 2.13 – Оползень:

1 – поверхность откоса до сползания грунта;

2 – положение грунта после деформации

Оползни скольжения – это такие смещения грунтовых массивов, которые происходят по определенной поверхности либо как одной целое, либо отдельными блоками.

Появление и активизация оползней обусловлены целым комплексом причин, вызывающих изменение физико-механических свойств грунтов: 1)

33

проникновение поверхностных и грунтовых вод в оползневой массив; 2) неправильное использование земель в охранных зонах, связанное с вырубкой леса и кустарника, нарушением травяного покрова, распашкой земель; 3) неблагоприятное изменение сил гравитации – подрезка основания неустойчивого косогора при производстве земляных работ и их неорганизованное ведение на самом косогоре; 4) расположение земляного полотна и других сооружений на оползневом массиве, особенно в верхней части.

Сплывы и оплывины – малые и поверхностные оползни, характерные для откосов насыпей и выемок, они могут встречаться и на естественных склонах.

Причинами сплывов и оплывин могут быть: 1) завышенная крутизна откосов насыпей; 2) недостаточная плотность грунта в зоне откосов; 3) сооружение насыпи из слабых грунтов, непригодных для использования в насыпях; 4) наличие балластных лож, мешков и, особенно, балластных карманов и гнезд, развитых в сторону откосов; 5) накопление над основной площадкой и на откосах большого слоя старого, сильно загрязненного балласта (рис. 2.14), который длительное время удерживает атмосферные осадки и способствует переувлажнению глинистых грунтов тела насыпи.

Рисунок 2.14 – Длительно эксплуатируемая насыпь:

1 – старый, сильно загрязненный балласт; 2 – слой переувлажненного грунта; 3 – возможная поверхность сплыва

Оседание насыпей может происходить вследствие уплотнения грунта самой насыпи без значительных боковых смещений грунта или из-за податливости слабых грунтов в основании, в том числе и оттаявших вечномерзлых.

Провалы – резкие проседания поверхности земли вместе с земляным полотном, отличающиеся быстротой протекания и приводящие к полному или частичному разрушению земляного полотна.

3.6 Расползание насыпей

Эта деформация характеризуется оседанием основной площадки с изменением проектного очертания поперечного профиля насыпи (рис. 2.15). Процесс расползания насыпи может протекать медленно и длительно, а в некоторых случаях достаточно быстро.

34

Причины расползания насыпей связаны с двумя факторами:

1Недостаточный учет важных местных особенностей участка строящейся дороги.

2Нарушение правил производства строительных работ (сооружение насыпи из переувлажненных глинистых грунтов; попадание в тело насыпи при производстве работ в зимнее время грунтов с повышенным содержанием мерзлых комьев, снега и льда; подтопление поводковыми водами насыпей, сооруженных из мелких пылеватых песков и из пересушенных неуплотненных глинистых грунтов).

Рисунок 2.15 – Расползание насыпи:

1 – поперечный профиль насыпи до деформации; 2 – расползшаяся насыпь

Сдвиг насыпи – смещение насыпи или ее части по наклонному основанию на косогоре. При этом наблюдаются: смещение рельсовой колеи в направлении падения косогора; просадки пути; появление продольных трещин в насыпи; бугры выпирания грунта с низовой стороны.

Причины сдвига: неправильная подготовка основания насыпи на косогоре, сложенном глинистыми грунтами, во время ее строительства; неудовлетворительное состояние водоотводных устройств с нагорной стороны.

Глава 4. ОСОБЕННОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ОСНОВНЫЕ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НЕМУ ТРЕБОВАНИЯ

4.1 Особенности земляного полотна и основные требования к нему

Особенность ЗП заключается в том, что оно сооружается из грунта, свойства которого:

1)неоднородны в пространстве;

2)изменяется во времени;

3)существенно зависят от природных условий.

Земляное полотно должно отвечать заявленным требованиям и быть:

прочным;

устойчивым;

надежным;

долговечным.

Прочность – способность грунтов воспринимать нагрузки без разрушений.

35

Устойчивость – способность сохранять равновесие грунтовых масс при воздействии внешних нагрузок и гравитационных сил.

Надежность – способность работать без отказов в течение заданного срока эксплуатации.

Долговечность – способность сохранить свои качества как можно более длительное время.

4.2 Грунты для земляного полотна

Все грунты подразделяются на:

1)скальные (монолитные, трещиноватые);

2)дисперсные (глинистые, песчаные);

3)мёрзлые.

Скальные грунты характеризуются и классифицируются по:

прочности;

плотности;

выветрелости;

размягчаемости;

растворяемости.

Характеризуются скальные грунты их способностью к выветрива-

нию и определяются коэффициентом выветрелости (выв):

выв = удельный вес невыветренного грунта.

Дисперсные грунты подразделяются на связные и несвязные. Связные грунты включают все осадочные образования из глинистых,

минеральных, органоминеральных, органических частиц.

Несвязные грунты включают образования из крупнообломочных, мелкообломочных и песчаных частиц.

Дисперсные грунты классифицируются и характеризуются по их:

пластичности;

консистенции;

засоленности;

набухаемости;

просадочности;

пучинности.

Дисперсные связные грунты (в основном глинистые) характеризуются числом пластичности ( ) и показателем текучести ( ).

Число пластичности:

= − ,

где – влажность грунта на границе текучести,– влажность грунта на границе раскатывания. Показатель текучести:

= ( − )/ ,

где W – естественная влажность грунта.

36

По консистенции дисперсные связные глинистые грунты бывают:

твёрдые;

полутвёрдые;

пластичные;

мягкопластичные;

тугопластичные;

текучепластичные;

текучие.

Дисперсные несвязные грунты характеризуются по:

гранулометрическому составу;

однородности;

степени дренирования.

Гранулометрический состав – содержание частиц степень неоднородности:

60 С = 10,

где 60 – линейный размер частиц, которых меньше по массе 60 %;10 – линейный размер частиц, которых меньше по массе 10 %.

Коэффициент фильтрации – ф (м⁄сут).

Коэффициент водонасыщения – .

Для сооружения земляного полотна разрешается использовать практически большинство местных грунтов, в том числе и техногенные грунты.

Грунты, свойства которых существенно изменяются под действием природных факторов, также разрешается применить при сооружении земляного полотна только с учетом ограничений.

Запрещается применять для отсыпки земляного полотна следующие грунты:

глинистые с влажностью выше допустимой;

глинистые избыточно засоленные, сильно набухающие, жирные;

торф, ил, мел с содержанием органических веществ >15 %. Естественные основания насыпей земляного полотна классифици-

руются по:

типам увлажнения (сухое, сырое, мокрое);

типам прочности (прочное, недостаточно прочное, слабое);

по просадочности (прочное, недостаточно прочное, слабое, просадочное).

4.3 Геосинтетические материалы, применяемые при сооружении земляного полотна

Применение геосинтетических материалов (ГСМ) улучшает в заданном направлении свойства грунтов земляного полотна и повышает его надежность и стабильность.

37

ГСМ разработаны на основе полимерных материалов и имеют широкий спектр применения во всех конструкциях земляного полотна в виде плит, плёнок, мембран, геотекстилей, георешёток, геосеток, матов, труб и т. д.

Полимерные материалы, на основе которых разработаны ГСМ:

а) полимер (полиэтилен, полипропилен, полиэфир, полиамид); б) пенопласт (пенополистирол, пенополиуретан, пенополивинил);

в) композиты.

Применение ГСМ в конструкции земляного полотна позволяет обеспечить:

армирование;

разделение слоёв;

теплоизоляцию;

фильтрацию и отвод воды;

гидроизоляцию грунтов;

виброзащитный эффект;

противоэрозийную защиту.

4.4Влияние нагрузки, действующей на основную площадку

земляного полотна

При проектировании и расчетах земляного полотна (ЗП) учитывается воздействие внешней нагрузки, гравитации, природных явлений.

Внешние нагрузки:

1)вес верхнего строения пути (ВСП) – является статической, постоянной нагрузкой (РВС);

2)воздействие подвижного состава – является динамической и вре-

менной нагрузкой (РП).

В схемах расчетов ЗП все внешние нагрузки принимаются в виде вертикальных распределительных нагрузок, действующих на основную площадку.

По данным нагрузок РП, РВС проводятся расчеты:

 напряжений в грунтах основной площадки ЗП, оснований ЗП;  устойчивости откосов насыпей и ЗП на естественных откосах;  защитных укрепительных сооружений;  водопропускных труб и других устройств в теле ЗП.

Нагрузка от ВСП (рис. 2.16) определяется типом рельсов и материалом балластной призмы.

Рисунок 2.16 – Схема передачи нагрузки от ВСП на основную площадку: bВС – ширина балластной призмы по её средней линии

38

Врасчетной модели определения напряжений нагрузку (вес) ВСП принято заменять равномерно распределенной нагрузкой в виде прямо-

угольной полосы интенсивностью (РВС) и шириной (bВС).

Нагрузка от подвижного состава определяется его технической характеристикой (осевые нагрузки, скорость движения, жесткой базой тележки).

Всоответствии со схемой (рис. 2.17) находим ab и aн при β = 60o.

,н = ш ± 2 ∙ ctgβ;,н = ш ± 1,115 .

Рисунок 2.17 – Эпюра передачи нагрузки от подвижного состава на основную площадку ЗП при трапецеидальной форме нагрузок:

I, II, III, IV – точки передачи давления на основную площадку; h – толщина балластного слоя; 1 – фактическая эпюра нагрузки; 2 – условная эпюра;

3 – конус распространения давления; lш – длина шпалы

Рисунок 2.18 – Эпюра внешних нагрузок на основную площадку ЗП при прямоугольной форме нагрузок:

P – нагрузка; lш – ширина эпюры; bвс – ширина эпюры

39

Напряжение в ЗП и его основании. Расчеты напряжений произво-

дятся для:

определения плотности грунта;

определение осадок насыпей и оснований;

определения стабильности грунтов в основной площадке, оснований насыпей;

определения устойчивости откосов и склонов;

выбора защитных сооружений ЗП.

Расчеты напряжений в ЗП основаны на решении простых задач линейной теории упругости.

На практике чаще всего применяется прямоугольная (рис. 2.19) и треугольная (рис. 2.20) полосовая нагрузка, приложенная к полупространству.

Рисунок 2.19 – Прямоугольная полосовая нагрузка

Рисунок 2.20 – Треугольная полосовая нагрузка

σ = − π [ ( in2 1 − sin2β2) − (β1 + 12 sin2β1 − β2 − 12 sin2β2)].

В практических расчетах напряжений пользуются уравнениями:

40