568 Новые способы оздоровления земляного полотна
При земляных работах в Германии в настоящее время используют множество современных высокопроизводительных машин — гидравлических экскаваторов, самосвалов, гусеничных тракторов, грейдеров и т.п. Наряду с ними при строительстве дорог .применяют и специальное оборудование, которое разрабатывают и изготавливают преимущественно собственными силами строители земляного полотна, в частности фирма J. Mobius Bau Gesellschaft & Co.
Так, для особых геотехнических условий создан трактор, оснащенный почвенными фрезами, работающими на глубине 0,6 м, с индивидуальным приводом мощностью 270 кВт. С помощью этой машины можно выполнять цементацию грунта гидравлическими связующими средствами и оздоравливать его, примешивая зернистые материалы.
Специальные машины для улучшения и укрепления грунта обеспечивают повторное использование материалов для защиты земляного полотна от промерзания и в балластной призме.
На строящихся или реконструируемых линиях грунтовые условия не всегда позволяют без проблем использовать тяжелые машины. В большинстве случаев необходимо предварительно устраивать, например, вертикальный или вакуумный дренаж. Так, при строительстве новой линии между Ганновером и Касселем в районе Нортхайма выемку предварительно стабилизировали ступенчатым вакуумным дренированием. После завершения работ эту дренажную систему подключили к открытому дренажу. По окончании строительства в выемке не наблюдалось оползней или каких-либо других смещений поверхностного грунта.
Как показал опыт фирмы Mobius, при сооружении откосов важное значение имеет не только их правильное профилирование, но и уплотнение грунта перпендикулярно поверхности. Фирма создала уплотнитель откосов, который навешивают на гидравлический экскаватор. Он передает энергию уплотнения на грунт всегда перпендикулярно его поверхности.
Требования к качеству земляных работ
При сооружении земляного полотна большой площади необходимо выполнять динамический контроль уплотнения отсыпаемых масс грунта. Несмотря на то что сейчас уплотнительные катки оснащены соответствующими измерительными устройствами, пользоваться последними могут только специалисты, так как градуировка на определенные виды грунта требует большого опыта и может проводиться только с помощью лабораторных испытаний в области механики грунтов.
Если градуировка выполнена корректно, то недостаточно уплотненная поверхность может быть с оптимизированными затратами доведена до нужного состояния при помощи методов, основанных на использовании динамического контроля. Современные землеройные машины позволяют выполнять большие объемы работ с соблюдением оптимальных параметров даже на значительных площадях. Это создает предпосылки для создания неоседающего и устойчивого к вибрациям земляного полотна. Вместе с тем следует отметить, что примерно из 40 тыс. км железнодорожных линий Германии после войны соорудили лишь около 2 тыс. км, а 30 тыс. км было построено в прошлом веке.
В тот период материал для земляного полотна с большими затратами ручного труда добывали в ближайших карьерах, доставляли преимущественно по железной дороге и выгружали в насыпь будущей линии без уплотнения. В связи с этим сегодня плотность грунта большинства насыпей такова, что позволяет без особых усилий полностью вдавливать в него зонд длиной 2 м. Тогда земляное полотно выдерживало эксплуатационные нагрузки, которые были значительно ниже современных.
Исследования показывают, что существенную роль в передаче поездных нагрузок играет распространение колебаний в земляном полотне, зависящих от частоты, амплитуды и характеристик грунта насыпей. При этом основание также реагирует на колебания и резонансные частоты, вследствие чего нарушается, а иногда может пропадать совсем связность его грунта. Это ведет к местным ослаблениям основания. Например, расположенные под насыпью слои торфа или иного слабого грунта различной мощности могут стать причиной ее разрушения.
На практике уплотнение грунта при использовании путевых машин на рельсовом ходу, как правило, не проводится. Часто не учитывают высокий уровень грунтовых вод, которые по капиллярам достигают основной площадки. Уложенный геотекстиль при этом не преграждает путь капиллярной воде. В результате грунт основной площадки размягчается, насыщается водой, теряет несущую способность.
Фирма Mobius в последние годы разработала и защитила патентами много новых методов производства работ. Ниже представлены важнейшие из них, созданные специально для железнодорожного строительства и ремонта пути.
Боковой щит — это комплекс механизмов для отсыпки земляного полотна с одновременным формированием бровки. Навешенный на рабочую машину, щит, опирающийся на земляное полотно или основание балластной призмы, может перемещаться по нему, не создавая помех движению поездов по соседнему пути, и обеспечивая планомерную укладку защитного и противоморозного слоев от бровки до оси пути. Остающийся после прохода зазор (менее 20 мм) полностью устраняет идущий вслед каток. Боковой щит может применяться для оздоровления земляного полотна на глубину до 1,5 м ниже УГР.
Для оздоровления полотна на большую глубину применяют специальный агрегат. При переменной ширине 4—6 м рабочая глубина достигает 5 м. В принципе агрегат представляет собой передвигаемую крепь с передней зоной выемки грунта и задней зоной укладки. Между ними обычно находятся привод и блок управления. В передней зоне с помощью традиционной техники вынимается грунт, имеющий недостаточную несущую способность, который улучшается на месте или удаляется транспортером. В результате этого меду опорными боковыми стенками образуется свободное пространство, обеспечивающее возможность периодических перемещений агрегата вперед. Укладываемый послойно в задней зоне грунт служит опорой для передвижной задней стенки, на которую агрегат опирается, срезая и, тем самым, выравнивая грунт при перемещении.
Приспособленный для работы на железных дорогах, агрегат обеспечивает полную замену грунта от оси пути до откоса или даже до фундаментов опор контактной сети. Соседний путь остается свободным, и снижения скорости поездов не требуется, так как агрегат работает в пределах габарита приближения строений.
Наиболее прост в использовании виброгрохот, с помощью которого можно оздоравливать земляное полотно на глубину до 7,5 м. Его применяют преимущественно в местах с очень высоким уровнем грунтовых вод, где замена грунта с помощью открытых траншей невозможна. Здесь его особенности проявляются особенно ярко, так как он обеспечивает полную замену грунта даже ниже уровня грунтовых вод. Благодаря особенностям конструкции виброгрохота в донной части выемки, образующейся при его работе, создается уплотненная пробка, которая надежно препятствует обрушению сыпучего грунта до повторного опускания и заполнения коробки виброгрохота.
Для оздоровления грунтов на глубине, где статические возможности виброгрохота ограничены, фирма усовершенствовала технологию, применив трубы. Этот способ успешно используется для рабочих глубин до 15 м, а также в местах с высоким уровнем грунтовых вод. Грунт стабилизируется за счет повышения прочности на срез, причем растр точек, в которых производится замена грунта, рассчитывается в зависимости от требуемой степени улучшения последнего.
Фирма Mobius предложила изготавливать и устанавливать в грунт сваи особой конструкции, которые воспринимают вертикальные нагрузки и передают их на нижележащие слои с высокой несущей способностью. Технология изготовления сваи заключается в том, что в стальную трубу, погруженную в грунт виброспособом, закладывают предварительно сформированный в виде рукава геотекстиль. Внутренний объем рукава заполняют грунтом. Следующая операция — извлечение трубы и уплотнение засыпанного грунта, в результате чего геотекстиль несколько растягивается по окружности. Можно применять и материалы с высокой прочностью на растяжение.
(По материалам зарубежной периодики)
• Одна британская компания внедряет и эксплуатирует специализированные машины для технического обслуживания пути. Машина стоимостью 1,6 млн. фунтов стерлингов оборудована системой для удаления с пути листвы водой под давлением; стальными щетками для очистки рельсов ото льда и устройством для удаления воды, образовавшейся от таяния льда и снега. Кроме того, для ликвидации возгораний на пути и в полосе отвода машина оснащена водометными устройствами и резервуаром с водой. Эта компания заказала фирме-изгото-вителю 25 таких машин, первая из которых поступит в эксплуатацию летом этого года. Поставка остальных намечена на конец будущего года.
• Ассоциация американских дорог и университет штата Орегон в результате длительных совместных исследований разработали высокопрочную бейнитную сталь для крестовин стрелочных переводов и глухих пересечений, предназначенных для укладки на линиях, где обращаются грузовые поезда с высокими осевыми нагрузками. Основные достоинства крестовин из такой стали — это повышенная сопротивляемость деформированию под воздействием колес подвижного состава, меньшие затраты на изготовление (литье), содержание и ремонт.
• Дороги Израиля к 2020 г. планируют увеличить протяженность своей сети до 900 км, на что предусматривается затратить до 5 млрд. нем. марок. На строительстве новых линий, а также при техническом обслуживании существующих, Израиль применяет рельсосварочные машины, которые производит Германия. Одна из немецких фирм в настоящее время выполняет заключенный с Израилем контракт на сварку 9000 стыков. Используется передвижная установка на комбинированном ходу для стыковой сварки рельсов оплавлением. Специальное поворотное подъемное устройство позволяет снимать машину с рельсов или ставить на сваренные плети. На сварку одного стыка с учетом настройки требуется не более 10 мин.
• В прошлом году на международной выставке в Берлине одна из фирм впервые представила гаситель шума для линий на жестком основании. Гасящие шум блоки изготавливают из специального материала (разновидность керамзита). Они имеют небольшую массу, удобны для укладки, экологичны и устойчивы к перепадам температур. Такие гасители шума могут устанавливаться не только на высокоскоростных линиях, но и в городских условиях.
Источник
Способы оздоровления земляного полотна жд
И. К. МОНАХОВ, А. П. ХАМОВ, Л. М. ШКЛЯРЕНКО
В 1993—1994 гг. произошли 56 крупных деформаций земляного полотна. Иногда они были результатом стихийных бедствий, но в большинстве своем стали следствием недоработок и упущений путейцев. Около половины перерывов в движении вызваны деформациями насыпей, остальные происходили из-за размывов, затоплений, селей и карстовых провалов. Общая продолжительность перерывов в движении поездов за эти годы составила почти 100 суток.
Для безаварийной работы земляного полотна необходимо: своевременно диагностировать его состояние; применять эффективные способы стабилизации; приводить в надлежащий порядок водоотводные сооружения. Порядок оздоровления земляного полотна в современных условиях представлен в третьем разделе Положения о системе ведения путевого хозяйства на железных дорогах Российской Федерации.
Новая система ведения путевого хозяйства основана на классификации путей в зависимости от грузонапряженности и скоростей движения поездов. Земляное полотно и его сооружения по прочности, устойчивости и надежности должны удовлетворять установленным скоростям движения поездов в зависимости от класса пути. Это обеспечивается за счет их периодических осмотров и проверок, диагностирования отдельных участков, текущего содержания и капитального ремонта.
Текущее содержание земляного полотна и его сооружений включает в себя систематический надзор за ними, анализ причин появления деформаций, а также поддержание их в исправном состоянии. Оно осуществляется непрерывно в течение всего года и на всем протяжении пути, включая участки, где выполняют различного рода ремонты. Перечень работ, их объемы и сроки устанавливаются с учетом сезонности и местных условий.
Капитальный ремонт предназначен для периодического восстановления прочности, стабильности и нормальной работоспособности земляного полотна, водоотводных и укрепительных сооружений.
При капитальном ремонте выполняют следующее:
ликвидируют балластные углубления и пучинистые места, если они не могут быть устранены при реконструкции балластной призмы, оползни, размывы, обвалы и другие деформации;
восстанавливают и ремонтируют все водоотводные и дренажные устройства (кюветы, канавы, лотки,, быстротоки, перепады, дренажи, прорези, штольни и др.), защитные, укрепительные сооружения (одевающие, улавливающие, подпорные стенки) и регуляционные сооружения;
уширяют земляное полотно, уполаживают откосы, укрепляют конусы мостов, ликвидируют или укрепляют балластные шлейфы.
К работам капитального ремонта также относятся восстановление или замена отделочных конструктивных элементов противодеформационных сооружений в объеме 25% и более при сохранении их конструкции, а также устройство дополнительных сооружений (водоотводных, дренажных, укрепительных, защитных, регуляционных и др.), обеспечивающих устойчивость и защиту земляного полотна в сложных условиях. Лечение земляного полотна на участках с коренными пучинами, оползнями и другими деформациями должно выполняться за год до обновления или капитального ремонта пути.
Нормативная годовая потребность в капитальном ремонте земляного полотна, его водоотводных, укрепительных и других сооружений при перспективном планировании с 1995 г. определяется по осредненным нормам, приведенным в табл. 1. Для сравнения в ней показаны нормы 1964 г., действовавшие в течение последних 30 лет.
Периодичность капитального ремонта земляного полотна и его сооружений определяется на основании детального обследования с учетом класса пути, перспективы развития линии, климатических условий и других местных особенностей.
Пообъектные объемы ремонта при текущем планировании устанавливаются по фактическому состоянию на основании осмотров или дополнительных обследований с обязательным учетом класса пути. В первую очередь работы должны предусматриваться на путях высших классов и увязываться со сроками обновления и капитального ремонта колеи.
Порядок работ на неустойчивых местах земляного полотна (балластные корыта, пучины, оползни, размывы, обвалы, карсты, термокарсты) устанавливают индивидуально на основании данных инструментальных и визуальных наблюдений, натуральных и инженерно-геологических (геофизических) обследований, расчетов прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности объектов.
Признаками деформаций основной площадки земляного полотна являются:
необходимость частых подъемок пути на балласт; появление в весенний период у шпал и на обочинах «глинистого молока»;
пучение грунта на обочинах, междупутьях и в кюветах; выдавливание разжиженного грунта в шпальных ящиках и местах приложения больших динамических сил из-за неисправностей колеи; пучины;
густая растительность на откосах.
Деформации развиваются при переувлажнении грунтов атмосферными осадками, накапливающимися в углублениях основной площадки. Наибольшие неприятности приносят следующие:
оседания, возникающие вследствие уплотнения или выпирания основания земляного полотна под постоянной и динамической нагрузками;
оползни (смещение грунтовых масс), происходящие из-за переувлажнения грунтов в отдельных частях массива и образования поверхностей скольжения;
провалы из-за горных выработок, карстовых процессов, разрыва торфяного слоя при сооружении насыпей на болотах без выторфовывания;
сплывы откосов — небольшие поверхностные оползни, происходящие, как правило, в период высокого уровня грунтовых вод или обильных дождей, сплывам обычно предшествуют трещины или выпирания грунта.
Проблема своевременного выявления нестабильности земляного полотна остается одной из наиболее острых в путевом хозяйстве. Особое значение имеет прогноз внезапных деформаций, угрожающих безопасности движения поездов и приводящих к длительным перерывам в движении.
При диагностировании могут использоваться как традиционные методы (эксплуатационных наблюдений, геодезические и инженерно-геологические), так и новые, основанные на различных физических принципах с использованием современной аппаратуры и измерительных комплексов.
К новым можно отнести геофизические методы и методы испытаний под поездной нагрузкой. При помощи геофизических — сейсмического, радиолокационного, электромеханического, электродинамического зондирования — изучают закономерности изменения различных физических полей в грунтах земляного полотна в зависимости от их сложения, свойств, состояния. Методы испытаний под поездной нагрузкой: вибрационный, эталонных нагрузочных устройств, упругих осадок слоев грунта.
В настоящее время основным является бурение скважин с последующим отбором и исследованием образцов. Этот способ трудоемок, малопроизводителен и дорог. Кроме того, существенно искажаются строительные свойства грунтов. В последние годы в России и за рубежом получили развитие полевые методы исследования грунтов, в частности, наиболее эффективные -и простые из них — статическое и динамическое зондирование. Специальная конструкция зонда разработана одним из авторов статьи*.
Статическое зондирование грунта представляет собой вдавливание штанги с конусом в грунт с одновременным измерением усилия вдавливания под конусом и по боковой поверхности штанги. Скорость вдавливания может достигать 3 м/мин.
Динамическое зондирование показывает надежные результаты только в песчаных грунтах. Это обусловлено тем, что глинистые грунты обладают значительным вязким сопротивлением, которое при больших скоростях перемещения зонда в грунте во время забивки значительно изменяет результаты зондирования. Метод основан на измерении динамического сопротивления грунта. При этом в грунт за-
бивают стержень с наконечником, диаметр которого больше диаметра штанги в 1,6 раза. По результатам погружения зонда вычисляют динамическое сопротивление.
По данным статического зондирования можно определить консистенцию глинистого грунта, угол внутреннего трения ф, сцепление С и модуль деформации Е. Значения угла внутреннего трения и сцепления могут быть определены по таблицам СНиП, а плотность песчаного грунта и угол внутреннего трения по данным динамического зондирования — по таблицам СН 448 — 72.
В МИИТе совместно с институтом ВСЕГИНГЕО разработана система контроля стабильности высоких насыпей на прочном основании. Эта система состоит из двух частей. Первая — информационная — включает анализ состояния всех насыпей в целом по дороге с выделением из них потенциально опасных. Имея количественные показатели надежности, можно объективно составлять планы обследования и усиления земляного полотна. При этом для каждого класса пути можно принимать свой уровень надежности, чтобы увязать очередность и объемы работ со значимостью линий.
Вторая часть системы предусматривает непосредственный контроль за стабильностью потенциально опасных насыпей. Для выделенной насыпи выполняют компьютерную обработку данных лент вагона-путеизмерителя по специальной методике. Находят статистические показатели ровности пути. По их изменению во времени делают вывод о степени стабильности земляного полотна.
В Ассоциации «Радиоавионика» разрабатывают метод и средства дистанционного зондирования грунта. В основу положен принцип электромагнитного зондирования сигналами специальной формы с последующей их цифровой обработкой. В результате получают данные о влажности грунта, границах слоев с различной влажностью, полостях естественного и искусственного происхождения, включениях инородных объектов.
Разработанный во ВНИИЖТе сейсмический метод применяют для решения следующих задач:
исследование внутреннего строения земляного полотна;
обнаружение и оконтуривание балластных лож, мешков, гнезд;
определение уровня грунтовых вод и водонасыщенных зон;
оценка свойств грунта и определение ослабленных зон;
диагностирование состояния земляного полотна в сложных инженерно-геологических условиях (карст, болота, оползни, вечно мерзлые грунты).
Лаборатория земляного полотна ВНИИЖТа совершенствует метод, внедряя аппаратуру нового поколения — компьютеризированную сейсмостанцию «Диоген-24/В» и автоматизированную систему обработки данных, чтобы получать на ПЭВМ поперечные и продольные разрезы земляного полотна на разных глубинах, обнаруживать аномальные зоны грунта.
Вибрационный метод диагностики насыпей, основанный на измерении колебаний грунта под воздействием поездов, может быть использован:
для предварительной оценки состояния земляного полотна и определения необходимости его детального обследования;
для прогнозирования его внезапных деформаций при проходе поездов по длительно эксплуатируемым насыпям из глинистых грунтов.
Перспективен радиолокационный метод диагностирования земляного полотна. Во ВНИИЖТе разрабатывают комплекс, предназначенный для оценки состояния земляного полотна на глубинах до 2 — 3 м, выявления балластных углублений в основной площадке и увлажненных зон грунта.
Основным методом усиления насыпей на дорогах, предотвращающим глубокий сдвиг, в настоящее время остается устройство контрбанкета. Однако он трудоемок, дорогостоящ, требует значительного объема дренирующего грунта, занятия полезной площади земли, малоэффективен на косогорах и в условиях подтопления. В ряде случаев технология устройства контрбанкетов провоцирует потерю устойчивости откосов. Конструкции с использованием забивных свай в несколько раз ускоряют работы и уменьшают их стоимость.
Способ укрепления оползающих откосов буровыми сваями не нашел широкого применения, 85 — 90% свай, изготавливаемых в России, забивные. По мнению ряда специалистов, применение забивных свай без предварительного бурения лидирующих скважин нецелесообразно из-за динамических сотрясений грунта и его расклинивания. В то же время бурение создает дополнительные трудности. Была предложена технология устройства укреплений из забивных свай, позволяющая обойтись без бурения лидирующих скважин. Сущность этой технологии заключается в том, что она учитывает влияние фактора времени на устойчивость откоса, укрепленного забивными сваями.
При забивке свай в глинистый грунт вследствие его тиксотропных свойств может уменьшаться прочность грунта, окружающего сваю. Однако спустя один-два дня его прочность восстанавливается, а через 7—10 дней может увеличиться в 2—3 раза по сравнению с первоначальным значением, что создает прочную свайно-грунтовую стену, препятствующую обрушению. При этом свая не создает нагрузки на откос, в отличие от поезда, а ее динамическое воздействие носит местный характер.
Конструкции из забивных свай впервые использовали для укрепления подтопленных откосов насыпи на 2114-м км перегона Чурилово — Потанино Южно-Уральской дороги, где контрбанкеты оказались неэффективными. Насыпь высотой 12 м состояла из суглинков тугопластичной консистенции. По результатам испытаний образцов нарушенной структуры С = 0,02 МПа, фи = 3 — 5 °.
Насыпь была возведена в 1896 г., оползни происходили каждые два — три года. К правому пути на насыпи высотой 8 м примыкает контрбанкет высотой 3 м. Левый путь расположен на 12-метровой насыпи. Она сползала по основанию контрбанкета, а просадка пути на отдельных участках достигала 15 см в год. Осенью 1982 г. начались подвижки правого откоса насыпи на участке длиной 180 м с образованием трещин в грунте междупутья и на откосах, а также подвижки пути в плане до 60 мм. Оползень закрепили двумя рядами забивных свай длиной 6 м, поперечным сечением 0,35×0,35 м, расположенных в шахматном порядке с расстоянием между осями свай 1,2 м, в 13,5 м от оси пути. Последующие инструментальные наблюдения показали, что деформации откоса прекратились.
На другом объекте (105-й км участка Серпухов —Тула) насыпь высотой до 18 м и длиной 1 км на подходе к мосту через Оку в 1986 г. укрепили двумя рядами забивных свай длиной 5—10 м поперечным сечением 0,3 х 0,3 и 0,35×0,35 м с шагом 1 —1,2 м на расстоянии 5 —10 м от оси пути. Насыпь сложена переслаивающимися песками и суглинками мягко- и тугопластичной консистенции. В основании — суглинки туго- и мягкопластичной консистенции. Движение поездов не прекращали и скорость не ограничивали. После забивки свай деформации угасли. Исследования показали, что сцепление глинистого грунта увеличилось в 1,7 раза на расстоянии 10 см от поверхности сваи.
Забивные сваи использовали также для укрепления насыпи на 621-м км линии Санкт-Петербург—Москва. Насыпь постройки 1848 г. высотой 30 м была сооружена из песка под два пути, для третьего пути ее уширили с правой стороны, досыпав суглинок полутвердой консистенции толщиной слоя 4 — 6 м. Под насыпью находилась труба диаметром 5 м. Оползень произошел весной 1990 г. над трубой на участке длиной 50 м в суглинке, который переувлажни лея и приобрел мягкопластичную консистенцию. Вывал имел длину 32 м от оси пути и объем 7500 м3. Контур насыпи восстановили, а на берме забили два ряда свай, что сократило перерыв в движении поездов на две недели и не потребовало удлинения трубы. Деформации насыпи прекратились.
Недостаток способа укрепления откосов забивными сваями заключается в необходимости .устройства бермы для забивки свай. Свайно-балочное укрепление позволяет выполнять работы с поля.
Оно состоит из свай, забиваемых в откос или у его подошвы, и балок, расположенных на определенном расстоянии друг от друга на откосе и жестко объединенных со сваями. Расстояние между балками определяют расчетом. Между балками возникает арочный эффект; давление грунта откоса, передаваясь на балки, перераспределяется между ними. В то же время грунт откоса между дневной поверхностью и кривой скольжения работает на изгиб, как грунтовая балка, опирающаяся на железобетонные, размещенные на откосе.
Свайно-балочное укрепление применено на насыпи высотой до 12 м, расположенной на оползающем косогоре 110-го км участка Серпухов—Тула. Осадка насыпи составляла до 10 см в год. У подошвы забили сваи длиной до 8 м поперечным сечением 0,35 х 0,35 м, а на откос уложили балки длиной до 8 м поперечным сечением 0,35×0,35 м, с расстоянием между ними 1—4 м. Сваи забивали через оползающий массив в стабильный слой грунта. В течение 2,5 лет наблюдали за насыпью, перемещений практически не было.
Подобную конструкцию использовали и для укрепления насыпи высотой 18 м на 303-м км участка Горбачево —Сухиничи. В теле насыпи расположена труба высотой 4,5 м, грунт над которой необходимо было укрепить без удлинения трубы. Для этого по бокам оголовка запроектировали свайные ростверки, к которым крепились балки, укладываемые на откос выше трубы.
Исследования на модели свайных и свайно-балочных конструкций, проведенные учеными ВЗИИТа, показали, что эпюра изгибающих моментов в свайном и свайно-балочном вариантах симметрична относительно поверхности скольжения. В свайно-балочной конструкции момент, возникающий от веса балки, практически компенсирует момент, вызываемый оползневым давлением грунта.
Армирование грунта — эффективный метод усиления, но забивка тонких длинных стержней (полос, уголков, труб) в грунт затруднена вследствие их высокой гибкости. Исследования, выполненные за рубежом в специальном сдвиговом приборе, выявили, что применение металлических стержней вдвое увеличивает сцепление глинистого грунта и существенно повышает сопротивление сдвигу песчаного. Эффективность армирования выше при более гибкой арматуре и при углах наклона 10 — 20° в направлении действия сдвигающей силы.
Для укрепления балластного шлейфа пучинистого грунта основной площадки стержни забивают ниже расчетной глубины промерзания в талый грунт. При промерзании грунта стержни, заанкеренные в талый грунт, препятствуют пучению мерзлого. При оттаивании стержни предотвращают выдавливание грунта и способствуют его уплотнению.
При стабилизации оползающего деятельного слоя грунта откоса стержни забивают ниже поверхности скольжения. При необходимости откос может быть дополнительно укреплен нетканым материалом, а стержни связаны между собой поверху проволокой. В этом случае они будут работать как анкеры. Аналогичная конструкция может быть использована и при глубоком сдвиге откосов. Оборудование для забивки стержней описано в № 3 журнала за 1995 г.
Карстами называют внезапные провалы с воронками от десятков сантиметров до десятков и более метров.
Наиболее часто они образуются вследствие растворения и уноса водой из грунта ряда солей; значительно реже — в результате выноса фунтовой водой мельчайших частиц (так называемая механическая суффозия). Кроме того, в районах вечной мерзлоты карст появляется иногда при вытаивании погребенного льда (термокарст).
Карсты обычно образуются в породах легко растворимых водой, к которым относятся каменная соль, гипсы, в несколько меньшей степени известняки и доломиты, а также грунты с включениями указанных пород в виде конкреций или в рассеянном виде. Механическая суффозия обычно происходит в глинистых породах, богатых растворимыми солями, т. е. протекает одновременно с карстообразованием из-за растворения и уноса солей. Нередко это называют глинистым карстом.
Карсты делятся на действующие и потухшие. У последних нет свежих провалов, воронки закругленные, залуженные и занесенные. Иногда на дне воронки остаются отверстия, идущие вглубь породы. Их называют понорами. Встречаются поноры сверху прикрытые наносами, что делает их мало заметными для глаз. Потухший карст не представляет угрозы для железной дороги.
В районах действующего карста проверяют, есть ли подземные пещеры, каналы и ходы. Все они должны быть вскрыты и плотно заложены или забиты грунтом либо засыпаны и тщательно уплотнены через шурфы или буровые скважины. Чтобы не допустить дальнейшего карстообразования или свести его к безвредным для земляного полотна проявлениям принимают следующие меры.
В пределах земляного полотна и прилегающих зон осушают грунт на всю глубину действия карста. Для перехвата и необходимого снижения уровня грунтовых вод устраивают дренажи. При глубоком заложении последних рациональнее устроить галереи, а не штольни, так как галереи на всю глубину имеют сплошную фильтрующую боковую поверхность. Количество дренажей, их взаимное расположение и глубину заложения устанавливают при проектировании. Если ниже лежат водоносные пласты, то целесообразно отвести грунтовую карстообразующую воду в эти пласты.
В случаях, когда порода, пораженная карстом, сильно трещиновата, и вода может фильтровать в более глубокие слои (например, при мергелистых грунтах), возможно в пределах, занимаемых земляным полотном, изолировать ее от грунтовых вод вертикальной водонепроницаемой диафрагмой, нагнетая в трещины под давлением битум или другой материал. При этом надо предварительно выяснить, не создаст ли эта диафрагма нежелательного повышения уровня грунтовых вод. Ее необходимо довести до водоупора. Грунтовая вода должна свободно обтекать защищенное диафрагмами пространство.
Для того чтобы на территории, в пределах которой перехватывают или понижают уровень грунтовой воды, инфильтрация с поверхности была сведена к минимуму, ее следует спланировать с уклоном в сторону водоотводов и прикрыть дерном или грунто-гудроном. Все воронки тщательно, с трамбовкой засыпают и планируют или из них делают выход воды. Поноры в воронках необходимо расчистить, вскрыть и затампонировать, утрамбовав водонепроницаемый грунт. Поверхностный водоотвод должен обеспечивать отвод всей воды с оздоравливаемой территории.
На практике карсты выявляют и тамч где земляное полотно эксплуатируется десятки лет. На Новозыбковской дистанции пути Московской дороги на 218-м км участка Новозыбков —Злынка 6 марта 1950 г. внезапно в 7 ч утра образовалась воронка глубиной 5,5 м и диаметром 8,5 м. Московская геологическая экспедиция, обследовавшая участок, пришла к следующим выводам. Территория района характеризуется развитой меловой системой. Более ранние отложения — девонские и юрские — уходят на значительную глубину и вскрываются буровыми скважинами за пределами района на
глубине 150 — 200 м. Водоносные горизонты подчинены меловым третичным и четвертичным отложениям. Из-за отсутствия в пределах участка водоупора воды горизонтов сообщаются между собой, переливаясь из одного в другой. Так как породы, вмещающие воды различных горизонтов, обладают различными фильтрационными способностями, то и водообильность этих горизонтов так же различна. Воды всех горизонтов используются, причем двух — для нужд местного населения с помощью шахтных колодцев. Воды в меловых отложениях добываются в Новозыбкове и Злынке из глубоких буровых скважин для нужд промышленности и транспорта.
Особенность участка заключается в том, что карст развивается в сравнительно мягкой влагоемкой породе. Образующиеся в мелу карстовые пустоты большей частью не имеют постоянной конфигурации и не достигают большого размера. Пустоты, разделенные тонкой перегородкой, обрушиваются, в результате нарушаются уже установившийся режим и пути движения воды. Изменяется скорость течения, сечение водопроводящих каналов. Такие частные обрушения зафиксированы скважинами в виде двух- и многоэтажных пустот.
Мелкие обвалы кровли внутри меловой толщи не приводят к образованию воронок на поверхности земли, но увеличивают общие размеры карстовой полости. При достижении критических размеров, происходит обрушение всей массы мела, залегающего над пустотой. Воронка на поверхности появляется после быстрого провала рыхлых, малосвязных песков, залегающих над мелом. И действительно, воронка 6 марта 1950 г., по словам очевидцев, образовалась почти мгновенно.
После обследования на 218-м км было установлено ограничение скорости до 25 км/ч, которое действует до настоящего времени. Для усиления оснований насыпей на илах и болотах, а также предотвращения обрушения насыпей в карстовых районах применяют инъектор, нагнетающий глиноцементный раствор с образованием шаровидного тела (шпоны). Вокруг шпоны создается уплотненная зона шириной (2 —2,5)d (d — диаметр шпоны), где сцепление грунта повышается в 2 — 3 раза. Песчаный грунт оказывается пронизан глиноцементным раствором, становится пластичным и водонепроницаемым. Этот способ применяют для земляного полотна, в основании которого залегает известняк или мел. Укрепление слоя песчаного грунта в основании насыпи глиноцементным раствором предотвратит фильтрацию воды в карстообразующие породы и усилит само основание, что исключит дальнейшее развитие карста и значительные деформации насыпи.
Порядок согласования проектов пересечений железной дороги. В соответствии с ПТЭ пересечения дорог нефтегазопродуктопроводами, водопроводами и другими наземными сооружениями могут быть допущены лишь с разрешения начальника дороги. В местах пересечений должны быть предусмотрены специальные предохранительные устройства или приняты меры, обеспечивающие безопасность и бесперебойность движения поездов. Проекты таких устройств должны быть согласованы с начальником дороги. Проекты переходов подлежат согласованию на местах с линейными предприятиями (дистанциями пути, СЦБ и связи, электроснабжения) и руководством отделения дороги.
Проекты пересечений должны отвечать требованиям безопасности движения, целостности земляного полотна и его обустройств за все время строительных работ. При пересечении железной дороги теплопроводами, водотоками и канализацией наиболее распространен бестраншейный способ. Проект такого пересечения должен включать в себя:
— топографический план участка перехода в зоне до 50 м в пределах полосы отвода в масштабе 1:500 с точной привязкой места пересечения к существующему железнодорожному пикетажу;
детальный геологический поперечный профиль земляного полотна по оси перехода с существующими водоотводными и противодеформационными сооружениями (кюветами, нагорными канавами, дренажными сооружениями) и запроектированными коммуникациями в горизонтальном и вертикальном масштабах 1:100;
заключение об инженерно-геологическом обследовании земляного полотна под железнодорожными путями по оси перехода, для чего должно быть заложено на одно- и двухпутном участках не менее двух буровых скважин по обочинам земляного полотна на глубину не менее 1,5 м ниже дна футляра, на многопутном — дополнительно скважина в широком междупутьи;
проект организации строительства, разработанный с учетом гидрогеологических условий, включающий расчет водопонижения в песчаных грунтах, водоотлив в суглинках со слабым притоком, установку рельсовых страховочных пакетов и др.;
тепловой расчет при пересечении путей тепло- и паропроводами в условиях неравномерного пучения грунтов в месте перехода с решением вопросов теплоизоляции, вентиляции, погашения температуры в кожухе, исключающей неравномерное пучение грунтов, как в месте перехода, так и на прилегающих участках. Глубина заложения теплопроводов в зависимости от температуры в кожухе представлена в табл. 2.
При пересечениях напорными трубопроводами должны быть предусмотрены отключающие устройства до и после перехода путей на границах полосы отвода, а в самотечных трубопроводах — только после перехода. Междутрубные пространства (футляр — рабочая труба) всех трубопроводов, кроме теплопроводов, необходимо заполнять песком или тощим бетоном во избежание просадок пути и провалов при эксплуатации коммуникаций. Зависимость диаметров кожухов от диаметра рабочей трубы представлена в табл. 3.
При пересечениях напорными трубопроводами должны быть предусмотрены отключающие устройства до и после перехода путей на границах полосы отвода, а в самотечных трубопроводах — только после перехода. Междутрубные пространства (футляр — рабочая труба) всех трубопроводов, кроме теплопроводов, необходимо заполнять песком или тощим бетоном во избежание просадок пути и провалов при эксплуатации коммуникаций. Зависимость диаметров кожухов от диаметра рабочей трубы представлена в табл. 3.
Запрещается располагать переходы: под стрелочными переводами и горловинами станций, в теле насыпей, по откосам насыпей и выемок; расстояние от начала или конца стрелочного перевода до оси пересечения должно быть не менее 20 м;
в существующих водоотводных, дренажных и водопропускных сооружениях;
ближе 30 м от искусственных сооружений; ближе 10 м от мест присоединения отсасывающих кабелей к рельсам на электрифицированных участках; ближе 3 мот опор контактной сети.
Котлованы переходов должны располагаться на расстоянии не менее 3 м от верхней бровки выемки, не менее 5 м от подошвы насыпи и не менее 3 м от водоотводных канав. Устраивать рабочие и приемные котлованы в теле и откосах насыпей, в откосах выемок, а также в водоотводных и водопропускных сооружениях запрещено. Глубина заложения трубопроводов от головки рельса до верха защитного кожуха должна быть на станционных площадках не менее 1,5 м, на насыпях не менее 1 м от основания насыпи и 0,8 м от дна водоотводных канав.
Способы устройства пересечений. Наиболее распространенными являются следующие способы:
щитовой, применяется при больших диаметрах переходов (от 2 до 4 м) при длине перехода под путями более 60 м, а также в сложных гидрогеологических условиях;
продавливания, применяется при переходах диаметром от 0,8 до 1,6 м и при длине под путями от 18 до 40 м;
горизонтального бурения, применяется при переходах диаметром от 0,5 м до 1 м только в плотных суглинках и глинах при длине до 60 м (непригоден в песчаных грунтах);
прокола, самый распространенный способ на переходах с диаметром кожуха до 0,4 м, не требует геологических обследований, применяется при длине перехода до 40 м.
Требования к строительным организациям. Работы в полосе отвода и под действующими путями могут начинаться только при наличии:
согласованного руководителем дороги проекта пересечения;
разработанных строительной организацией проекта и графика производства работ;
заключенного договора с дистанцией пути; технического надзора.
Для обеспечения безопасности движения поездов при выполнении работ в договоре должно быть предусмотрено обязательство строительной организации по соблюдению требований, изложенных при согласовании проекта, и требований технического надзора. Строители обязаны устранять своими силами, средствами и материалами возникшие при работе отступления в содержании пути и земляного полотна, возмещать эксплуатационные потери, оплачивать содержание технического надзора и штрафные санкции в случае нарушения отдельных пунктов договора.
Задачи технического надзора при производстве работ на пересечениях. В соответствии с Инструкцией по обеспечению безопасности движения поездов при производстве путевых работ (ЦП-4402) за строительными организациями распоряжением начальника дистанции пути на время работ закрепляется специалист дистанции пути по квалификации не ниже дорожного мастера. Лицо, выполняющее функции технадзора, должно иметь техническое образование, практический опыт работы, знать проект выполняемых работ, требования Управления дороги при согласовании пересечения. При нарушении требований во время производства работ строительными организациями начальник дистанции пути или назначенный им специалист обязан приостановить их и потребовать немедленного устранения нарушений и приведения пути в исправное состояние.
Путеец, осуществляющий технический надзор, дает ‘на месте разрешение выполнить:
щитовую проходку, продавливание, горизонтальное бурение только после осушения обводненных грунтов на 1 —1,5 м ниже дна футляра или после блочной обделки щита в соответствии с проектом водопонижения; установку рельсовых страховочных пакетов.
При щитовой проходке до начала работ требуется: установить необходимое количество осветительных точек;
организовать связь с производителем работ в забое; обеспечить присутствие аварийной бригады при круглосуточном ее дежурстве;
заблаговременно завести балластные материалы для возможной выправки пути;
за сутки до начала работ оформить совместно со строителями акт о готовности всех подготовительных работ.
При щитовой проходке необходимо: не допустить опережения в выборке грунта впереди режущей части щита;
тщательно крепить лоб забоя, не допускать остановки в продвижении щита и вести работу круглосуточно;
нагнетать цементный раствор за каждое третье кольцо, по мере продвижения щита и устройства блочной обделки выполнять контрольное нагнетание цементного раствора через каждые 5 м канала;
не нарушать положение пути на участках перехода,
для чего ежедневно контролировать нивелировкой по головке рельса положение колеи с записью и сверкой полученных данных с предыдущими.
При продавливании футляра не допускать разработки грунта впереди него, для чего выбирать грунт через окно в диафрагме размером 40 х 40 см либо оставлять грунтовую пробку размером 1 м, если это согласовано службой пути. Диафрагма должна быть вварена на расстоянии не менее1 м от торца трубы. Горизонтальное бурение с механической разработкой грунта в футляре применяется только в глинах и плотных суглинках, в сыпучих грунтах этот способ работы не допускается.
При проколе, осуществляемым трубой, заглушенной специальным наконечником, необходимо тщательно следить за состоянием пути на участке перехода, так как при небольшом загрублении кожуха может образоваться уплотненная грунтовая пробка, которая приводит к искажению пути в плане и профиле. Также следят за показаниями манометров на гидравлических домкратах; давление должно возрастать плавно, без рывков, не превышая допустимого значения. В случае отказа при продвижении трубы не допускается резко увеличивать давление. При согласовании и осуществлении проектов кроме изложенных ‘технических требований возможно их дополнение в зависимости от местных условий.
| Часовой пояс GMT +3, время: 01:37 . |
