6. Укрепление и защита земляного полотна

Бермы и откосы земляного полотна, кюветов, продольных водоотводных и нагорных канав требуют защиты от размыва ливневыми, паводковыми и текущими водами, а также от выдувания пылеватых мелкозернистых грунтов ветрами. Наиболее простой способ их укрепления — посев много­летних трав с предварительным покрытием откосов насыпей и выемок, сос­тоящих из глин, суглинков, песков и супесков, растительным слоем грунта. Сеют травы и вносят удобрения специальным агрегатом.

Другой способ – одерновка откосов в клетку и плашмя (рис. 46). Сплошная одерновка плашмя предотвращает размыв дождями и талыми водами и допускает периодическое подтопление и небольшое волновое воз­действие. Для срезки дерна применяется дернорез-дерноукладчик. Куски дерна закрепляют на откосах деревянными спицами размером 2x2x25 см.

В благоприятных климатических условиях периодически подтапливае­мые откосы защищают древесно-кустарниковые насаждения, которые хоро­шо противостоят воздействию текущей воды и волнобоя и предупреждают поверхностные сплывы откосов.

Каменная наброска в плетневых клетках и мощение камнем (рис. 47) надежно защищают подтопляемые откосы от размыва, но требуют больших затрат ручного труда и их почти не применяют. Для создания каменных от­сыпей (рис. 48) используют самосвалы, бульдозеры и другие машины. Отсыпи

способны приспосабливаться к неравномерной осадке откосов и этот спо­соб защиты широко применяют в районах, где камень не дорог.

Прочным и надежным укреплением, позволяющим полностью меха­низировать изготовление и укладку, служат сборные железобетонные плиты размерами в плане 2,5x2,5; 2,5x3 и 2,5x3,5 м, толщиной не менее 12 см. При укладке швы между плитами заливают бетоном или цементным раст­вором. Этот способ укрепления применяют, как правило, при полной стаби­лизации земляного полотна.

Различные конструкции укрепления выдерживают примерно следую­щую скорость течения воды: одерновка — 0,9—1,4, наброска из камней — 3,0—4,9, одиночное каменное мощение — 2,5—5,0, бетонные откосные пли­ты — 5,0—12,0 м/с. В зависимости от местных условий выбирают тот или другой способ укрепления.

Повышают устойчивость насыпей на крутых косогорах и откосов под­порные стены (рис. 49), пригружающие контрбанкеты (рис. 50) и контрфор­сы (рис. 51), сооружаемые по индивидуальным проектам в зависимости от гидрологических особенностей каждого объекта. Контрбанкеты желательно отсыпать из камня, щебня, галечника, гравия, песка.

7. Деформации и разрушения земляного полотна

Прочность грунтов земляного полотна резко меняется под воздействием физико-химических процессов. Увлажнение глинистых грунтов, например, может стать причиной перехода их из твердого состояния в пластичное и даже текучее. Под воздействием динамических нагрузок (вибрации, уда­ры) грунты, взаимодействуя с содержащейся в них водой, становятся не­устойчивыми. Промерзание и оттаивание их сопровождаются объемными и прочностными изменениями. Эти изменения в сочетании с ошибками и не­удачными решениями при проектировании, сооружении и эксплуатации иног­да приводят к катастрофическим последствиям. Медленно протекающие деформации земляного полотна, постепенно накапливаясь, становятся опас­ными и могут вызвать его разрушения (оползни, провалы, обвалы и др.). Ос­новные виды деформаций основной площадки земляного полотна — бал­ластные корыта (рис. 52), ложи (рис. 53), мешки и гнезда (рис. 54 и 55).

Развитию этих деформаций способствуют переувлажнение грунтов при оттаивании или скопление воды, выпадающей в виде атмосферных осадков, во впадинах под шпалами, на основной площадке из-за неудовлетворитель­ного содержания или недостаточной толщины балластного слоя, неисправ­ности водоотводных устройств (кюветов, лотков и др.), использования не­пригодных грунтов или недостаточного их уплотнения при сооружении зем­ляного полотна. Меры борьбы с углублениями: замена глинистых грунтов дренирующими, срезка бортов (рис. 56) балластных корыт, лож и мешков с заменой вырезанного грунта, устройство продольных дренажей и попереч­ных прорезей для отвода воды (рис. 57 и 58). Эти работы очень трудоемки и требуют перерыва в движении поездов, поэтому когда балластные мешки и гнезда глубокие, вместо срезки бортов с помощью пневмопробойника в них пробивают отверстия, выпускают воду и укрепляют грунт, инъекцируя в него вяжущие растворы.

Зимой в глинистых грунтах часто наблюдаются неравномерные вспу­чивания земляного полотна, так называемые пучины. Выравнивание иска­женного пучинами профиля пути — очень трудоемкая работа. Различают балластные и грунтовые пучины. Балластные пучины появляются в начале зимы при замерзании воды в загрязненном балласте и в углублениях основ­ной площадки земляного полотна. Высота этих пучин 2—4 см. Весной обычно

появляются весенние пучинные просадки вследствие переувлажнения и резкого понижения несущей способности оттаивающих грунтов. Меры борьбы с балластными пучинами и весенними пучинными просадками: выравнивание основной площадки земляного полотна, замена или очистка загрязненного балласта, устранение застоя воды на земляном полотне (прочистка кюветов, срезка наслоения грунта и грязного балласта на обочинах, устранение различных впадин на основной площадке); увеличение толщины балластного слоя.

Грунтовые пучины образуются при замерзании воды под основной площадкой земляного полотна в течение всего периода промерзания. Высота таких пучин достигает 10—20 см. Причины их появления: неоднородные грунты в промерзаемой части земляного полотна, различно увлажняемые, с неодинаковой интенсивностью пучения; бессточные неровности в глинис­том грунте из-за местного недобора или перебора его при строительстве, а также из-за балластных лож, мешков и гнезд. Осадка грунтовых пучин продолжается до полного оттаивания грунта. Для их устранения необходимо заменять пучащие грунты хорошо дренирующими, а также дополнительно поднимать путь на балласт или устраивать теплоизоляционные подушки (рис. 59) из асбестового балласта. Для борьбы с пучинами в последние годы применяют также теплоизолирующий слой из пенопласта. Нередко достаточно эффективным, наиболее простым и дешевым средством борьбы служит увеличение толщины балластного слоя, особенно асбестового, под шпалами с помощью электробалластеров.

Основные виды разрушений земляного полотна следующие.

Оползни (рис. 60) —крупные смещения земляных масс в основании земляного полотна. Оползневые процессы иногда распространяются на об­ширные районы. Причины оползней, как правило: изменение физико-механи­ческих свойств грунтов под воздействием поверхностных и грунтовых вод; подрезка основания неустойчивого косогора при земляных работах; реч­ные или морские подмывы и др. Мероприятия по стабилизации оползневых участков проектируют на основе инженерно-геологических обследований индивидуально для каждого косогора. В комплекс противооползневых ме­роприятий обычно включают: уменьшение влажности грунтов оползневого склона, планировку территорий и заделку трещин, регулирование поверх­ностного и подземного стока воды, укрепление грунтов растительным по­кровом или другими способами, сооружение устройств, поддерживающих и разгружающих оползневой массив, берегоукрепительные мероприятия.

Для предотвращения сдвигов и сплывов откосы насыпей и выемок (рис. 61 и 62) делают более пологими, укрепляют неустойчивые откосы дре­весной, кустарниковой, травяной растительностью, осушают грунт насыпей, отсыпают контрфорсы и контрбанкеты. Чтобы повысить сопротивление сдви­гу, перехватывают поступающую к откосам воду и отводят ее за пределы на­сыпи, осушают и укрепляют вяжущими растворами балластные ложа, меш­ки, гнезда. Чтобы избежать провалов земляного полотна, пустоты от шахт­ных выработок или карстовые воронки (рис. 63) закладывают породой или

дренирующим грунтом. Расползаются, как правило, насыпи из мелкозер­нистых пылеватых, влагоемких или мерзлых и мокрых грунтов со снегом и льдом. Поэтому необходимо строго выполнять технические требования при их сооружении.

Просадки (рис. 64) могут происходить из-за недостаточного уплотнения грунта в теле насыпи или из-за переувлажнения ее основания, что приводит к выпиранию слабых грунтов. Для предотвращения таких де­формаций отсыпают пригрузочные бермы или контрбанкеты. Иногда прихо­дится частично или полностью удалять слабый грунт и сажать насыпь на устойчивое грунтовое основание.

Устойчивость недостаточно уплотненных грунтов тела насыпи прежде всего повышают отводом воды от основной площадки земляного полотна, увеличением толщины балластного слоя, а в некоторых случаях — отсыпкой поддерживающих массивов — пригрузочных присыпок.

Бывают случаи размыва насыпей вследствие засорения водопропуск­ных труб (рис. 65), подмывы их откосов реками, озерами, водохранилищами (рис. 66), осыпи выветривающихся горных пород из откосов выемок, обвалы скальной породы (рис. 67), внезапные разрушения и загромождения при землетрясениях, селевых потоках и др. Поэтому необходимо систематически контролировать состояние всех сооружений и обустройств земляного полотна, своевременно предупреждать и устранять возможные повреждения, не допуская их накопления и развития до катастрофических разрушений.