Химический способ недопущения разрушения насыпи

Деформации, повреждения и разрушения

Земляное полотно (ЗП) — инженерное сооружение, рассчитанное на длительный срок службы. В нем могут возникать и накапливаться дефекты и деформации.

Дефекты являются следствием недоработок при проектировании ЗП, его защитных и укрепительных сооружений, нарушении технологии строительного процесса и временной эксплуатации железнодорожных линий, неудовлетворительного текущего содержания и ремонтов железнодорожного пути.

Деформации ЗП возникают в следующих случаях: при недостаточной несущей способности грунтов, из которых оно сооружено, несоответствии мощности верхнего строения пути (ВСП) нагрузкам от подвижного состава, при недостаточной защите грунтов ЗП от неблагоприятных воздействий климатических и инженерно-геологических факторов.

Классификация наиболее распространенных дефектов и деформаций земляного полотна

Основная площадка ЗП

· Термокарстовые понижения и провалы на мари и земляном полотне

· Весенние пучинные просадки

· Пучинные горбы над «холодным трубопроводом»

· Обрушения крутых откосов выемок в лессовых грунтах

· Размывы откосов контрбанкетов и берм

· Сплывы откосов выемок

· Сплывы откосов насыпей

· Ополpание откосов насыпей

· Сплывы откосных частей насыпей над пересекающими их термотрассами

· Оползание рыхлых отложений по контакту со скальными породами

Тело и основание ЗП

· Оседание насыпи вследствие уплотнения слагающих ее грунтов

· Осадка и расползание насыпей на оттаивающих вечномерзлых грунтах

· Сдвиг (сползание) насыпи или ее низовой части по наклонному основанию

· Смещение насыпи, расположенной на куруме

· Суффиозное разрушение откосных частей ЗП

· Оседание насыпи вследствие уплотнения грунтов основания

· Оседание насыпи вследствие выпирания грунтов основания

· Выпирание грунтов в выемке

· Провалы насыпей на торфяных болотах

· Провалы ЗП на закарстованных территориях

Повреждения ЗП в местах его взаимодействия с инородными конструкциями

· Осадки ОПЗП над трубопроводными пересечениями

· Нарушение отвода поверхностных вод у пассажирских платформ и погрузочно-выгрузочных площадок

· Повреждения приоткосных частей ЗП в местах прокладки кабелей

· Оседание ЗП над шахтными разработками

· Длительное оседание насыпей на подходах к мостам и водопропускным трубам

Повреждения и разрушения ЗП, подверженных неблагоприятным природным воздействиям

Песчаные заносы
Развеивание песчаных откосов в пустынях и полупустынях

Размывы подтопляемых откосов ЗП
Размывы открытых водоотводов
Понижения и эаплывания водоотводов ЗП на вечномерpлых грунтах
Заиливание кюветов и канав
Подмыв берега моря вблизи ЗП, защитных и укрепительных сооружений
Подмыв основания ЗП водными потоками
Оврагообраэования
Завалы пути селевыми отложениями
Загромождения пути и подмостовых отверстий наледями
Повреждения ЗП при наводнениях
Повреждения ЗП при землетрясениях

Дефекты ЗП при строительстве дополнительных путей

Пучение на одном из путей на двухпутном участке
Оседание насыпи дополнительного (нового) пути, построенной на слабом основании
Переувлажнение грунта в откосах старой и вновь построенной насыпей вследствие неорганизованного водоотвода из уширенного междупутья
Деформации насыпи второго пути в результате увлажнения грунта из балластного шлейфа, защемленного при строительстве второго пути

Балластное корыто (БК) — отдельно возникающее под шпалами углубление в глинистых грунтах, слагающих ОПЗП, заполненное балластными материалами .

Основные признаки БК:

Причины возникновения БК:

просадки пути,
толчки,
перекосы,
разжижение и выплески балласта,
трещины на поверхности балластного слоя.

понижение несущей способности грунтов вследствие их переувлажнения,
неудовлетворительное состояние балластной призмы ЗП и водоотводных устройств,
наличие слабых или недостаточно уплотненных грунтов ОПЗП,
наличие пучин и пучинных просадок.

Мероприятия по устранению БК:

осушение разжиженной зоны балластной призмы,
устранение неисправностей верхнего строения пути,
восстановление водоотведения по кюветам, лоткам, канавам, дренажам.

Балластное ложе — общие под несколькими шпалами углубления в глинистых грунтах, слагающих ОПЗП, заполненные балластными материалами и вытянутые вдоль пути.

Основные признаки балластного ложе:

Причины возникновения балластного ложе:

просадка пути,
толчки,
перекосы,
выпирание грунтов на междупутье,
разжижение и выплески балласта,
трещины на поверхности балластного слоя,
трещины на откосах и обочинах.

понижение несущей способности грунтов вследствие их переувлажнения при неудовлетворительном состоянии балластной призмы, ЗП и водоотводных устройств,
поступление воды в насыпь или нулевое место со стороны выемки,
наличие слабых или недостаточно уплотненных грунтов в зоне ОПЗП,
недостаточная толщина балластного слоя,
применение непригодных грунтов,
неправильное расположение грунтовых слоев при возведении насыпи или оставление слабых грунтов под балластной призмой в выемках и нулевых местах,
наличие пучин и пучинных просадок.

Контакт балластных материалов и глинистых грунтов

Мероприятия по ликвидации балластного ложе

устранение неисправностей верхнего строения пути,
отвод воды от балластной призмы, при наличии грунтовых вод, поступления воды из выемки по балластному ложу-каптаж ключей, устройство прорезей, преградителей, восстановление дренажей, лотков, канав, осушение грунтов ОПЗП односторонними или двусторонними прорезями со срезкой глинистых бортов при капитальном и среднем ремонте пути,
полная вырезка поврежденной части ОПЗП.

Балластный мешок (БМ) — изолированные значительные углубления в глинистых грунтах, слагающих ОПЗП, заполненных балластными материалами.

Основные признаки БМ:

частое возникновение коротких просадок пути на одном и том же коротком участке (зимой — пучинная впадина, весной — выплески и разжижения),
трещины на откосах ЗП и на водоотводах,
различная растительность на участке БМ и на прилегающих к нему устойчивых участках.

Причины возникновения БМ:

неправильное расположение разнородных грунтов при сооружении ЗП или устранении
возникавших повреждений и разрушений,
нарушение технических требований проектов при заполнении траншей и котлованов при прокладке трубопроводов, линий связи, водопропускных сооружений в теле ЗП,
многократные исправления резких коротких просадок пути посредством подъемок на балласт
при устранении деформаций ЗП на слабых основаниях интенсивного пучения и весенних
пучинных просадок.

Мероприятия по ликвидации БМ:

незамедлительное устранение неисправностей пути,
отведение пути от места неисправности пути с устранением застоев в канавах,
заделка трещин на поверхности откосов, в канавах и кюветах .

Построечный поперечный профиль

Выпирание грунта из-за образования балластного мешка

Контакт балластных материалов и глинистых грунтов

Балластные гнезда — балластные ложа или мешки, имеющие один или несколько отростков, заполненные балластными материалами.

Основные признаки БГ:

Причины возникновения БГ:

просадки пути,
толчки,
перекосы,
разжижение и выплески балласта,
трещины на откосах и обочинах,
трещины на поверхности балластного слоя,
выпирание грунтов на междупутья, в кюветы,
образование на откосах потеков грунта, смешанного с песком,
выпучивание откосов насыпей.

неправильное расположение грунтов различной водопроницаемости при строительстве дороги,
при постройке вторых путей,
укладка глинистых грунтов поверх песчаных,
оставление непереустроенных канав, заполненных балластными материалами при развитии
станций, уширении междупутий, укладке стрелочных съездов,
неправильное восстановление ЗП после разрушений с использованием непригодных грунтов,
неудовлетворительное текущее содержание пути в течение длительного времени на участках с пучинами, весенними пучинными просадками, сезонными разжижениями грунтов.

Контакт балластных материалов и глинистых грунтов

Мероприятия по ликвидации балластного гнезда

Устранение разжижения балластного слоя, выправка пути
Устранение застоев воды на поверхности ОПЗП, в балластных мешках и гнездах
Выпуск воды из мест наружного и внутреннего застоя
Приведение верхнего строения пути к типу, соответствующему условиям эксплуатации линии
Подъемка пути на балласт или замена слабых грунтов ОПЗП
БГ осушают устройством поперечных прорезей с заполнением их дренирующим грунтом (крупнозернистый песок)

Отмостка откоса для выпуска воды из прорези

Расстояние от верха балластной призмы до дна

Поперечные дренажные прорези закладывают на глубину не менее чем на 0,2 м ниже дна балластного ложа, балластного мешка, балластного гнезда.

По дну прорезей придают уклон в насыпях не менее 0,1 м, а в выемках 0,05 для отвода воды.

Термокарстовые понижения и провалы на мари и земляном полотне

Термокарстовые понижения и провалы на мари и ЗП — искажения очертания поверхности за счет вытаивания ледяных включений при оттаивании вечномерэлых грунтов.

понижения и провалы на мари и различных элементах ЗП — обочинах, откосах, кюветах, нагорных и водоотводных канавах в пределах насыпей, нулевых мест и выемок,
застои воды в водоотводах, у подошвы откосов насыпей, в подмостовом пространстве, перед трубами.

оттаивание вечной мерзлоты и осадка грунта вследствие вытаивания ледяных включений как следствие возведения ЗП,
нарушение естественного растительного покрова и его засыпка минеральным грунтом, изменения сложившегося стока воды на местности.

Мероприятия по ликвидации:

рекультивация мари путем заполнения термокарстовых понижений и провалов торфом,
заторфованным суглинком или древесными отходами, использование минерального грунта для заполнения запрещается,
отвод воды путем укладки дрен на глубине 0,2 м из свернутого в рулон нетканого материала шириной полосы 1 м вдоль подошвы откоса насыпи, поперек пути в подмостовом пространстве и с низовой стороны моста на протяжении 2 м,
устройство из камня фильтрующих прорезей, обернутых нетканым материалом,
заполнение понижений и провалов в теле ЗП торфогрунтовой смесью.

Термокарстовое понижение у подошвы откоса насыпи

Верхняя граница вечной мерзлоты

Определение пучин и их разновидность

Пучины — искажения положения рельсовых нитей в продольном и поперечном профилях в виде:

По характеру искажения положения рельсовых нитей пучины делят на:

прямые — искажения в одном месте на обеих рельсовых нитях;
косые — искажение на одной нити несколько сдвинуто от искажения на другой рельсовой нити;
односторонние — искажение только на одной рельсовой нити.

Пучины в зависимости от местоположения пучинообразующего слоя делятся на балластные и грунтовые.

Зимнее положение пути

Летнее положение пути

Грунтовые пучины делятся на 3 вида:

1. Пучины, возникающие при промерзании грунтов верхней части земляного полотна после промерзания балластного слоя и растущие в течение первой половины зимы. Пучины этого вида характерны для участков, где грунты основной площадки переувлажняются из-за наличия балластных корыт, лож и т.д.

2. Пучины, образующиеся при промерзании грунтов всей замерзающей зоны и растущие до конца зимы.

3. Пучины, появляющиеся при промерзании грунтов нижней части замерзающие зоны и растущие в течение второй половины зимы. Эти пучины характерны для участков, где слой старых балластных материалов под балластной призмой имеет большую толщину.

Причины грунтовых пучин

Причиной грунтовых пучин является замерзание воды в грунтах и увеличения объема в дренирующих грунтах на 9 %. В пучащих грунтах (супеси, суглинки, глины) объем вспучивания грунта увеличивается в 2 раза по сравнению с дренирующими грунтами. Это связано с тем, что в процессе замерзания влажность пучащих грунтов увеличивается в 2 раза за счет подсасывания воды из нижних слоев. Таким образом, чем толще слой пучащего грунта, тем больше высота пучинного горба в данном месте.

Грунтовые пучины появляются преимущественно в выемках и нулевых местах, когда балластный слой уже замерз и начинает замерзать земляное полотно. Они продолжают увеличиваться до тех пор, пока возрастает глубина промерзания грунта, так как процесс постепенного поступления воды в промерзающий слой из нижних, еще не замерзших слоев и последующего превращения её в лед продолжается в течение всего периода промерзания. Грунтовые пучины достигают высоты 10 — 15 см, а в отдельных случаях 20 см и более. Высота грунтовых пучин тем больше, чем медленнее происходит процесс промерзания грунта на полную глубину. В конце весны или начале лета грунтовые пучины быстро спадают.

Способы ликвидации грунтовых пучин

Первая группа способов ликвидации грунтовых пучин

Первая группа этих способов состоит в том, чтобы пучащий грунт, расположенный под основную площадку земляного полотна вывести из зоны промерзания. Для этого осуществляют подъемку пути либо на балласт, либо на противопучинную подушку, а затем на балласт. В этом случае имеется возможность сохранить существующий балластный слой, механизировать работы по ликвидации пучин.

Вторая группа способов ликвидации грунтовых пучин

Вторая группа способов ликвидации грунтовых пучин связана с осушением пучащих грунтов. Осушение грунтов на пучинистых участках должен обеспечить перехват дренажными сооружениями водоносного горизонта, питающего грунты, или понизить уровень грунтовых вод, выводя капиллярную зону из зоны промерзания. В основном используют подкюветные или закюветные дренажи.

Третья группа способов ликвидации грунтовых пучин

К третьей группе способов ликвидации пучин относят замену пучащего грунта дренирующим.

Четвертая группа способов ликвидации грунтовых пучин

Четвертая группа способов ликвидации грунтовых пучин — с использованием пенопласта, пенополистирола и геотекстиля как теплоизолятора. Пенопласты -материалы с системой не сообщающихся друг с другом ячеек, содержащих газ. Жесткие пенопласты в форме плит, изготовленные по прессовому методу, можно укладывать в любых гидрогеологических и климатических условиях. Пенопласты, изготовленные по беспрессовому методу, обычно применяют в районах сезонного промерзания при залегании грунтовых вод на глубине в 1,5 раза больше глубины промерзания.

Балластные пучины образуются при наличии углублений в основной площадке ЗП, загрязненного балластного слоя, запущенности кюветов, лотков и водоотводных канав. Они появляются сразу с наступлением морозов и достигают высоты 20-40 мм. В начале весны балластные пучины быстро спадают.

Борьба с балластными пучинами сводится к очистке щебеночного и замене песчано-гравийного загрязненного балласта, срезке обочин, осушению балластных корыт и лож, подъемке пути на балласт при достаточной его толщине, устранению неровностей основной площадки, сложенной глинистыми грунтами.

Какие бывают деформации земляного полотна?
Какие способы лечения применяют при деформациях основной площадки?
Каковы причины возникновения пучин? Способы ликвидации.

Источник