Глава III

ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО И ИСКУССТВЕННЫЕ СООРУЖЕНИЯ

1. Назначение земляного полотна. Грунты

Земляное полотно – это основание из грунта, на котором располагают верхнее строение пути. Прежде чем уложить его, необходимо убрать растительный слой, обладающий низкой несущей способностью, выровнять земную поверхность на трассе пути срезками грунтов в одних местах и поделками в других. При этом устраивают различные водоотводные и укрепительные сооружения, а верху и откосам земляного полотна придают соответствующие уклоны, чтобы на них не задерживалась вода и не происходило осыпание грунта. В горных местностях, где иногда требуются очень глубокие срезки грунта, путь прокладывает в тоннелях, а там, где необходимы очень высокие досыпки грунтов, устраивают высокие мосты – виадуки. В местах пересечений железных дорог с трамвайными путями или автомобильными дорогами сооружают путепроводы.

Земляное полотно работает в сложных условиях, так как подвергается значительным воздействиям поездной нагрузки и разрушительному влиянию природных факторов. Чтобы противостоять этим воздействиям, земляное полотно должно:

• обладать высокой прочностью, надежностью и долговечностью, т. е. способностью выдерживать поездную нагрузку без каких-либо разрушений Остаточные изменения должны быть столь ничтожными, чтобы поддержание земляного полотна в постоянной исправности не требовало трудовых затрат и длительных перерывов в движении поездов;

• иметь надежную защиту от разрушающего воздействия воды, ветра и других природных факторов, не допускать неравномерных вспучиваний при промерзании грунтов и неравномерного оседания при оттаивании;

• допускать, как правило, использование для сооружения местных грунтов;

• иметь конструкцию, позволяющую широко применять средства механизации как при сооружении, так и при эксплуатации.

Все защитные, укрепительные и водоотводные устройства земляного полотна должны обладать продолжительным сроком службы и не требовать больших затрат на сооружение и содержание их в процессе эксплуатации.

Грунты, используемые для земляного полотна, подразделяют на скальные_. залегающие в виде монолитного или трещиноватого массива, и рыхлые — крупнообломочные, песчаные и глинистые. Для насыпей и оснований земляного полотна наиболее желательны крупнозернистые грунты (щебеночные, галечные, гравийные, крупно- и среднезернистые песчаные), которые обладают высокой несущей способностью, хорошо пропускают воду не изменяют своих свойств при насыщении водой и ее замерзании. Однако грунты земной поверхности чаще представлены глиной и смесью ее с песком — супесью и суглинками. Соответственно и земляное полотно в большинстве случаев приходится сооружать именно из них.

Глинистые грунты—пластичная осадочная горная порода. Размер частиц ее очень малы (менее 0,005 мм), форма их чешуйчатая. Толщина частиц в десятки раз меньше их других размеров, вследствие чего обладают в единице объема большой суммарной поверхностью, достигающей нескольких квадратных метров на 1 см³ грунта. Этим определяется большая влагоемкость грунта. В сухом состояние он обладает высокой несущей способностью, но при увлажнении сцепление частиц утрачивается и грунт становится пластичным, деформирующимся при незначительном силовом воздействии. Глинистые грунты плохо пропускают воду, а при замерзании подвергаются неравномерному вспучиванию. Глинистых частиц в глинистых грунтах содержится от 30 до 60% и более, в суглинке 10 до 30% и в супесях от 3 до 10%. Остальное представлено пылеватыми и песчаными частицами. Чем больше в глине содержится песка, тем лучше физико-технические свойства грунта.

Меловые грунты быстро насыщаются водой и в таком состоянии становятся неустойчивыми; тальковые и трепельные подвергаются растворению вымыванию грунтовой водой и слабо пропускают воду. Возводить земляное полотно из таких грунтов, как правило, не допускается. В гипсовых грунтах в результате растворения и вымывания водой часто образуются карсты подземные пустоты (пещеры, полости, ходы), которые могут обрушаться и образовывать поверхностные провалы (воронки). Использовать такие гpyнты в качестве основания земляного полотна также не допускается. Нельзя использовать для насыпей засоленные грунты, содержащие 0олее 8% легко растворимых солей, а также торф, ил, песок с примесью ила и илистые суглинки. Соли растворяются в воде, отчего теряется несущая способность грунта и сооружение быстро разрушается; неустойчивость насыпей из торфа и илистых грунтов объясняется разложением органических веществ.

Лёссы и лёссовидные суглинки очень пористы, а частицы их связаны друг с другом водо-растворимыми солями. В сухом состоянии эти грунты обладают высокой несущей способностью, но при насыщении водой грунт меряет связность и способность сопротивляться внешним нагрузкам. При возведении земляного полотна из этих грунтов требуется соблюдать ряд ограничений и дополнительных требований.

Песчаные грунты — это скопление мелких твердых частиц, представляющих собой продукт выветривания горных пород. Они обладают хорошей способностью пропускать влагу и служат отличным материалом для осно­вания и массива земляного полотна. Скальные грунты — изверженные или осадочные породы (граниты, базальты, диориты и др.) — обладают проч­ностью не менее 5 МПа (50 кгс/см²). Если предел прочности породы в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (например, мергели, доломиты) или она поддается в воде растворению или размягчению (например, гипс), то такой грунт относят к полускальным.