Щербак П.Н. Реконструкция и усиление ж.д. инфраструктуры. Учеб. пособ. 2017

осей под фундаментные блоки; подготовка арматурных сеток, покрытие их битумной мастикой, доставка и складирование на объекте железобетонных блоков. Основные работы по устройству ленточного фундамента отрывка траншеи под ленточный фундамент на необходимую глубину; подготовка основания под фундаментные блоки; установка фундаментных блоков автокраном.

Рис. 15. Комплекс работ по возведению армогрунтовых стенок

Основные работы по возведению надземной части армогрунтовой стенки: срезка существующего откоса в пределах стены засыпка дренирующим грунтом свободного пространства между подошвой откоса и фундаментом; укладка первого ряда арматурных сеток таким образом, чтобы они находились между фундаментом и облицовочным блоком; укладка первого ряда облицовочных блоков автокраном; устройство дренажных отверстий для выпуска воды из застенного пространства; сварка стенок с металлическими закладными деталями железобетонных блоков; послойная укладка (с уплотнением вибротрамбовками и прицепным катком до получения коэффициента уплотнения Ку = 0,95) дренирующего грунта, завозимого автосамосвалами, до верха установленного ряда; укладка второго ряда армированных стенок; сварка сеток с закладными деталями железобетонных блоков; укладка второго ряда облицовочных блоков автокраном; послойная укладка дренирующего грунта (с уплотнением) до верха отдельно установленного ряда блоков. Аналогично укладывают следующий ряд сеток и устанавливают ряд блоков на цементный раствор в шахматном порядке. Отделочные работы – заделка швов цементным раствором.

2.1.5 Усиление насыпей путем армирования их тела

В скважины вводят арматуру 4 с последующим ее натяжением специаль-

29

ными устройствами 5 и закреплением на железобетонных плитах 6, которые располагают на откосах насыпи Использование стягивающих элементов для усиления земляного полотна в местах расположения водопропускных труб является альтернативным решением по отношению к отсыпке контрбанкетов и удлинению существующих труб (особенно каменных больших отверстий овоидального очертания, монолитных). В теле насыпи (рис.16) 1 пробуривают ряд горизонтальных и наклонных скважин 2. В случае необходимости эту операцию проводят под защитой обсадных полимерных труб 3. В скважины вводят арматуру 4 с последующим ее натяжением специальными устройствами 5 и закреплением на железобетонных плитах 6, которые располагают на откосах насыпи.

Рис. 16. Схема устройства стягивающего элемента:

1 – насыпь; 2 – скважина, заполненная цементным раствором; 3 – защитная полимерная труба; 4 – высокопрочная проволока; 5 – натяжные устройства; 6 – железобетонная плита

Во избежание осадок земляного полотна и для защиты арматуры от коррозии скважины заполняют песчано-цементным раствором. В результате исключается возможность поверхностного смещения откосов насыпи, а при оползании одного откоса другой начинает играть роль удерживающего массива. Стягивающий элемент в этом случае является своего рода грунтовым анкером.

Расстояние между стягивающими элементами в насыпи вдоль пути определяют с помощью расчета (оно составляет примерно 2–3 м). Расположение элемента по высоте насыпи устанавливают на основе расчета поверхности смещения с тем, чтобы она перекрывалась лежащими на откосе насыпи железобетонными плитами размером 100x100 см и толщиной 10 см.

Комплекс работ по армированию насыпи

Подготовительные работы: подготовка автомобильных подъездных дорог; очистка насыпей от кустарника; геодезические работы (разбивка осей стягивающих элементов, закрепление мест входных и выходных отверстий скважин); оборудование мест складирования материалов, стоянки и путей движения машин и механизмов.

Основные работы: бурение горизонтальных или наклонных сквозных скважин в теле насыпи; введение в скважины сразу после их проходки защит-

30

ных труб; пропуск в скважины арматуры стягивающих элементов; планирование откосов в местах расположения плит; раскладка на откосах насыпи железобетонных плит, закрепление их на откосах до соединения с арматурой; заполнение скважины песчано-цементным раствором; натяжение арматуры специальными резьбовыми устройствами; закрепление натянутой арматуры на железобетонных плитах анкерными пробками; омоноличивание стыков натяжных устройств песчано-цементным раствором. Скважины устраивают с уклоном 1–3 % для облегчения заполнения их песчано-цементным раствором.

Вкачестве арматуры используют высокопрочную проволоку марок B-II

иВр-11. Арматуру закрепляют в пучки. Длина пучков должна на 2 м превышать длину скважины, чтобы можно было их пропустить через железобетонные плиты и ввести в натяжные устройства.

Для раскладки плит используют автомобильные краны. При больших высотах насыпей и невозможности устройства подъездов могут быть применены для выполнения этой операции в «окно» железнодорожные краны.

Песчано-цементный раствор в скважины нагнетают под избыточным давлением или заливают под действием собственного веса.

Отделочные работы: демонтаж оборудования; планировка откосов насыпей с досыпкой их дренирующим грунтом; маркировка плит.

Последовательность работ по усилению насыпи может быть следующей: все основные работы выполняют сначала на одном стягивающем элементе, а после этого переходят к следующему; все операции на элементах выполняют отдельно.

Впервом случае уменьшается риск обрушения стенок скважин в течение неизбежных организационных интервалов между отдельными операциями (если не используются обсадные трубы). При выполнении работ по второму варианту более эффективно используются машины и механизмы. Однако скважины обязательно должны быть защищены от обрушения полимерными трубами.

Усиление насыпей анкерными конструкциями

Анкерными конструкциями целесообразно усиливать насыпи, имеющие устойчивое ядро из глинистых грунтов. Их применяют для высоких насыпей с развитыми балластными шлейфами. Область их использования: усиление насыпей над трубами, исключающее их удлинение; замена срезки шлейфов; исключение боковой присыпки насыпи и устройства контрбанкетов.

Инъекционные анкеры 1 закрепляют в устойчивом ядре насыпи 2. На поверхность балластных шлейфов 4 требуемое усиление натяжения передается через установленные на ней железобетонные плиты 3. Происходит обжатие шлейфов, возрастают силы сопротивления, действующие на контакте шлейфа с устойчивым ядром насыпи, в результате чего предотвращается смещение шлейфов (см. рис. 17).

Комплекс работ по усилению насыпи анкерными конструкциями

Подготовительные работы: очистка откосов насыпи от кустарника, планировка откосов; устройство подъездов к местам производства работ; геоде-

31

зическая разбивка (выбор и закрепление мест устройства скважин на откосах насыпи); устройство площадки для размещения оборудования; доставка материалов и оборудования к месту производства работ.

Рис. 17. Размещение анкерных конструкций в теле насыпи: а – поперечное сечение; б – фрагмент плана с одно- и двухрядным размещением конструкций; 1 – анкеры; 2 – грунт насыпи; 3 – железобетонные плиты; 4 – балластный шлейф;′ , 0 ,l0 – расстояния между бровкой насыпи и верхним рядом анкеров, между их рядами и отдельными анкерами в ряду соответственно; з и — величины погруженного анкера в тело земляного полотна без учета и с учетом толщины шлейфа соответственно

Основные работы: установка на откосах инвентарных секционных подмостей (в ходе работ секции их последовательно перемещают вдоль насыпи); бурение скважин в теле насыпи с подмостей установкой газодинамического бурения (устройство «Удар-2»); разборка газодинамического агрегата (снятие системы зажигания, в пробуренной скважине оставляют разгонную трубу); введение через разгонную трубу пучка арматуры анкера и инвентарной инъекционной трубки для нагнетания цементного раствора; извлечение разгонной трубы газодинамического агрегата из скважины (анкерный пучок в скважине остается); приготовление цементного раствора на месте производства работ; нагнетание в скважину цементного раствора под давлением 500–600 кПа через инвентарную инъекционную трубку и ее извлечение из скважины после окончания нагнетания; раскладка в местах скважин железобетонных плит (с помощью автокрана) с временным их закреплением на откосах; сборка и уста-

32

новка натяжных устройств; натяжение арматурных пучков и закрепление их на плитах через 3–5 суток после нагнетания раствора в скважину (после набора цементным камнем прочности не менее 20 МПа); омоноличивание стыков натяжных устройств.

Вместо инъекционных анкеров могут быть использованы металлические винтовые сваи, сваи, изготовленные по разрядно-импульсной технологии (РИТ), металлические сваи с расширяющимися наконечниками и другие конструкции, позволяющие предотвратить смещение шлейфов.

Усиление насыпей буроинъекционными сваями

Рис. 18. Поперечное сечение насыпи, усиленной буроинъекционными сваями

Буроинъекционные сваи целесообразно применять для усиления частей насыпей, расположенных под водопропускными трубами, и высоких насыпей с развитыми балластными шлейфами. Такие сваи позволяют отказаться от устройства контрбанкетов и удлинения водопропускных труб. Одним из усло-

33

вий применения свай является наличие в насыпи из глинистых грунтов устойчивого ядра.

Буроинъекционные сваи препятствуют продавливанию материала шлейфа между ними под воздействием оползневого давления, увеличивают сопротивление сдвигу шлейфа в месте контакта с ядром насыпи. Поперечное сечение насыпи, усиленной буроинъекционными сваями, представлено на рис. 18, а, а размещение свай на откосах насыпи в плане — на рис. 18, б. На откосах насыпи размещают ряды свай, заделанных в ее устойчивое ядро.

Могут быть использованы различные схемы размещения буро инъекционных свай в теле насыпи. Если шлейф расположен в верхней части насыпи, а поверхность смещения немного заглубляется в ее ядро, то ряды свай располагают вдоль пути и шахматном порядке.

Сваи должны пересекать поверхность смешения и внедряться ниже ее на глубину . При таком расположении свай балласт заклинивается между ними, вся конструкция работает как единое целое, не препятствуя фильтрации воды из балластного слоя. Расстояние между сваями в ряду а и между рядами в в среднем составляет при щебеночном материале шлейфа 100—160 см, а при гравийном или песчаном – 100–140 см.

На высоких насыпях и шлейфе, растянутом на откосе, сваи располагают в поперечном по отношению к оси направлении. Группы свай образуют своего рода отдельные контрфорсы. Контрфорсы расчленяют массив балластного шлейфа на части, препятствуя его сдвигу по откосу. Расстояние между контрфорсами (Б) определяют расчетом, согласно условию заклинивания балласта за счет бокового трения.

2.2 Усиление земляного полотна, расположенного на слабом основании

Значительная часть железных дорог в нашей стране (в том числе и перспективных с точки зрения увеличения их грузонапряженности и повышения скоростей движения пассажирских поездов) расположена в таежной болотистой местности. Они пересекают участки со слабыми связными грунтами – торфами, заторфованными грунтами, илами, иольдиевыми глинами, мокрыми солончаками, болотными мергелями, переувлажненными глинистыми грунтами (с показателем консистенции IL более 0,5). Они имеют прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее 0,075 МПа или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более 50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа).

Наиболее целесообразным решением является перенос трассы на новое земляное полотно, находящееся в непосредственной близости от существующего и сооруженное в соответствии с новыми техническими условиями (приспособленное к движению скоростных пассажирских поездов). Однако это не всегда бывает возможно по местным условиям: может, например, привести к переносу станционных площадок, не соответствовать требованиям охраны окружающей среды и т.д. В этих случаях единственным решением является усиление слабого основания существующего земляного полотна.

Усиление слабого основания может вестись, как это показано на рис. 19, как с разборкой существующей насыпи, так и с ее сохранением.

34

При выполнении работ по первому методу движение полностью прекращается (временно переводится на другие направления) или сохраняется по одному из путей. В последнем случае работы выполняют последовательно – сначала по одной стороне насыпи (под одним путем), а по их завершении – под вторым. Разборку насыпи под одним из путей ведут после устройства в междупутье шпунтового ограждения (для защиты второго пути).

Для усиления основания могут быть использованы следующие способы: удаление слабого грунта (выторфовка) на расчетную глубину и замена его на дренирующий (если это не было сделано при первоначальном строительстве); устройство в основании вертикальных дрен, продольных дренажных прорезей, грунтовых свай; устройство свайного основания; усиление основания насыпи путем впрессовывания (вдавливания) в него крупнообломочного скального грунта и др.

При необходимости сохранения существующего земляного полотна для его усиления могут быть использованы следующие способы: уширение земляного полотна, уположение его откосов присыпками и контрбанкетами; устройство с одной или с двух сторон насыпи подпорного контрбанкета, препятствующего выдавливанию торфа (или другого слабого грунта) из-под существующей насыпи; закрепление слабых грунтов в основании насыпи инъекцией растворов химических веществ (жидкого стекла, смол и других материалов); погружение в основание (через тело существующей насыпи или откосные ее части) свай – железобетонных, буроинъекционных, изготовленных по разрядно-импульсной технологии, и т.д.

Отдельно может быть рассмотрена технология усиления непосредственно тела земляного полотна на стабилизированном слабом основании.

Технология усиления слабого основания земляного полот на погружением различного рода свай через тело существующей насыпи, не нарушая его сплошности, мало отличается от ранее изложенной применительно к повышению устойчивости земляного полотна и в настоящем пособии не рассматривается. Химические и электрохимические методы в основном используют для предотвращения морозного пучения грунтов железнодорожного земляного полотна. Производственные работы по реализации этих методов для закрепления слабых оснований насыпи до настоящего времени не проводились. Ограничением является недостаточная проницаемость грунтов слабой толщи, препятствующая использованию способов, создающих достаточно прочное основание, – смолизации, цементации и др.

2.2.1 Усиление слабых оснований после полной разборки существующей насыпи Сооружение нового земляного полотна взамен или рядом с существующей насыпью

Такого рода решение является наиболее радикальным, позволяющим полностью гарантировать прекращение осадок земляного полотна (разумеет-

35

ся, при соблюдении правил отсыпки и уплотнения грунта). Однако движение поездов по реконструируемого участку должно быть полностью или частично прекращено. Желательно полное одновременное прекращение движения поездов и по первому и по второму пути.

Сохранение движения поездов по одному из путей (с ограниченными скоростями) и ведение земляных работ под другим возможно, как уже говорилось, под защитой шпунтового ограждения, погружаемого в междупутье и заглубляемого в минеральный грунт, подстилающий слабую толщу. Толщина слабой толщи не должна превышать 2–3 м, высота насыпи – 3 м, а глубина забивки шпунта в минеральное дно быть не менее 1 м. Эти цифры необходимо уточнять расчетом. Кроме того, устойчивость шпунтовой стенки следует повышать стягивающими элементами, выведенными на откосы временно сохраняемой части насыпи. Это в значительной степени усложняет и удорожает работы.

На рис. 19 представлено, на наш взгляд, наиболее приемлемое конструктивное решение данной проблемы – сооружение нового земляного полотна в непосредственной близости от существующей насыпи.

Рис. 19. Сооружение нового земляного полотна в непосредственной близости от существующей насыпи

Комплекс работ по сооружению насыпи

Подготовительные работы: геодезическая разбивка, расчистка полосы вдоль существующей насыпи.

Основные работы: разработка траншеи в основании насыпи экскаваторами с удалением торфа в кавальер или с погрузкой в автосамосвалы с отвозкой в отвал; отсыпка нижней части насыпи дренирующим грунтом; укладка временного инвентарного пути по нижней части насыпи; послойная (с уплотнением) отсыпка верхней части насыпи поездной возкой думпкарными вертушками с последовательной перекладкой временного пути; балластировка пути (с завозом щебня по временному пути); разборка инвентарного пути; укладка звеньев пути на железобетонных шпалах, переключение движения поездов на In и 11п пути; устройство водоотводной канавы экскаватором с профилирующим ковшом.

Отделочные работы: разборка существующих 1с и 11с путей; сдвижка бульдозером грунта существующей насыпи в кавальер; устройство второй водоотводной канавы; планировка и укрепление травосеянием откосов новой насыпи.

36

Для завоза и выгрузки дренирующего грунта может быть использована схема отсыпки насыпи на болоте с использованием автосамосвалов, перевозящих грунт из перегрузочных карьеров (так же делается и при новом железнодорожном строительстве).

Технологический процесс

Разработку траншеи в основании насыпи ведут с частичным или полным (до минерального дна) выторфовыванием при движении экскаватора вдоль бровок траншеи, с укладкой торфа в кавальеры или, при недостаточной несущей способности основания, экскаваторами с «головы» отсыпаемой нижней части насыпи с погрузкой торфа в автосамосвалы. Работы производят одним или двумя экскаваторами одновременно. Уложенный в кавальер торф планируют бульдозером на болотных гусеницах, автосамосвалы транспортируют торф в специальный отвал.

Разработку траншеи целесообразно вести в зимнее время. Это позволяет отказаться от использования щитов для размещения экскаватора и сланей для передвижения автосамосвалов (если они применяются). Для предотвращения сползания существующей насыпи в траншею между подошвой насыпи и бровкой траншеи оставляют полку, ширину которой (см. рис. 19) определяют расчетом. Следом за разработкой траншеи ведут ее засыпку дренирующим грунтом, подаваемым автовозкой от перегрузочного карьера. Нижнюю часть насыпи отсыпают с «головы». Разрыв по времени между подготовкой траншеи и отсыпкой насыпи не должен превышать 1–2 смены, а по протяженности – 10–15 м. Для поездов, следующих по соседнему пути над участком разработки траншеи, выдается предупреждение об ограничении скоростей движения до

20 км/ч.

Отсыпку части насыпи, находящейся выше уровня поверхности болота, ведут горизонтальными слоями с тщательным уплотнением и автоматическим контролем качества. Для завоза грунта в верхнюю часть насыпи может быть использован временный инвентарный путь, по которому подают думпкарные вертушки (рис. 20).

Выгруженный из них на одну сторону непосредственно в тело земляного полотна грунт разравнивают бульдозерами слоями толщиной 0,3 м и уплотняют виброкатками. После отсыпки на высоту 0,6 м (два слоя) части насыпи, свободной от инвентарного пути, выполняют перекладку пути на ось второго пути. Подобная последовательность повторяется до отсыпки на проектную высоту. Количество перекладок зависит от высоты насыпи. Таким же образом поездной возкой завозят и уплотняют балласт для сооружения верхнего строения пути. После разборки инвентарного пути на уплотненную виброкатками балластную призму укладывают звеньевой путь на железобетонных шпалах. После выправки пути и заполнения хоппер-дозаторами шпальных ящиков щебнем на него переключают движение поездов с существующего пути.

Существующие пути 1с и 2с разбирают, насыпь демонтируют. Если есть возможность остановить движение поездов на несколько дней, то грунт существующей насыпи может быть использован для отсыпки нового земляного полотна (если по своим характеристикам он соответствует

37

предъявляемым требованиям).

Рис. 20. Отсыпка насыпи выше уровня поверхности болота

Впротивном случае существующую насыпь бульдозерами перемещают

вкавальер. На освободившемся месте и с другой стороны насыпи устраивают водоотводные канавы, разрабатываемые сразу на полный профиль движением экскаватора вдоль канавы. Экскаваторы – гидравлические, на уширенном гусеничном ходу с оборудованием «обратная лопата» и профилирующим ковшом. Разработанный грунт перемещают в кавальер.

2.2.2 Усиление слабых оснований земляного полотна вертикальным дренированием

Вертикальное дренирование грунтов основания существующего земля-

38