Усиление земляного полотна
При длительной эксплуатации земляное полотно подвергается неблагоприятным природным воздействиям (воды, температуры, гравитационных процессов), а также ударно-динамическому воздействию подвижного состава. В результате с течением времени в грунтах земляного полотна происходят необратимые процессы – изменяются физико-механические характеристики, влажностный режим, плотность, а следовательно, и напряженно-деформированное состояние земляного полотна в целом. Это нередко приводит к деформациям полотна и невозможности обеспечения требуемых скоростей движения поездов. К основным мероприятиям по усилению земляного полотна и обеспечению его эксплуатационной надежности относятся: регулирование поверхностного стока, подземного стока, тепловых и гравитационных процессов; мелиорация грунтов.
Регулирование поверхностного стока осуществляется путем планировки поверхности, а также применением защит от размывов и инфильтрации воды в грунт (в т. ч. водосборно-водоотводных сооружений). Применяются следующие основные типы защитных и укрепительных устройств, отвечающие современным требованиям.
Искусственный дерновой покров образуется посевом семян многолетних злаковых и бобовых трав (травосеяние). Он способен предохранять поверхность земляного полотна от размыва при скорости течения поверхностной воды до 1,5 м/с и даже защитить от небольшого волнового воздействия при высоте волны до 20 см. Если откосы земляного полотна сложены переувлажненными пылеватыми грунтами, в которых способны развиваться поверхностные сплывы, то для их предотвращения и удержания семян на откосе до образования корневой системы посев трав производится в железобетонных обрешетках (рис. 3.21). Там, где посев трав невозможен по грунтовым, климатическим, техническим условиям или экономически неоправдан, применяют покрытие откосов крупнообломочными грунтами.
Каменные наброски из скальных крупнообломочных грунтов представляют собой присыпные к защищаемому откосу или склону сооружения различной формы (как правило, однослойные) из камней разного размера (рис. 3.22). При этом расчетный размер горной массы должен обеспечивать целостность наброски и быть таким, чтобы обеспечить устойчивость камня на откосе данной крутизны при наличии вдольберегового течения воды. Для предотвращения механической суффозии мелких частиц грунта откоса в поры наброски ее укладывают на слой геотекстиля в гравийно-галечниковой смеси (т.н. подушку).
Габионы, конструктивно представляющие собой проволочный остов, заполненный камнем, применяются как для защиты от размывов откосов подтопленных и подтопляемых насыпей, берегов, конусов и опор мостов, так и для создания различных поддерживающих сооружений (рис. 3.23). Наиболее распространены коробчатые габионы – ящики прямоугольной формы с откидными крышками, изготовленные из металлической оцинкованной сетки, имеющей шестигранные звенья с двойным кручением (рис. 3.24). Ящики заполняются камнем, крышка закрывается и прикрепляется к стенкам габиона проволокой. В зависимости от высоты ящика коробчатые габионы подразделяются на высокие (высота от 0,5 до 1,0 м) и низкие (высота от 0,17 до 0,30 м – матрасы Рено). Габионы могут быть разделены на ячейки путем введения диафрагм, которые упрочняют конструкцию и облегчают работы по устройству и эксплуатации таких сооружений. Проволока для изготовления габионов имеет цинковое покрытие плотностью 0,240-0,290 кг/м2, предел прочности 380-500 МПа; ее относительное удлинение составляет менее 12%. При устройстве габионных сооружений в особо коррозионной среде используются габионы с поливинил-хлоридным покрытием.
Бетонные н железобетонные укрепления применяются для защиты от волнового воздействия. Наиболее распространены укрепления индустриального типа – бетонные плиты (сборные и свободно лежащие), железобетонные разрезные плиты и монолитные железобетонные покрытия (рис. 3.25-3.27). Тип укрепления и его размеры (в м) определяются параметрами волнового воздействия (скоростью продольного течения и высотой расчетной волны). Поверхностные водосборно-водоотливные устройства служат для сбора и отвода атмосферных вод В качестве таких устройств применяются различные канавы, лотки, быстротоки и перепады, водоотводные валики.
Для регулирования подземного стока обычно применяют дренажи – устройства, предназначенные для снижения влажности грунтов и понижения уровня или перехвата подземных вод Наибольшее распространение получили гравитационные дренажи Пример трубчатого траншейного дренажа приведен на рис 3 28.
Теплоизолирующие устройства и покрытия используются для предотвращения морозного пучения при сезонных изменениях температуры и предотвращения оттаивания вечномерзлых грунтов К ним относятся различные подушки из теплоизолирующих материалов, укладываемые в верхней части земляного полотна Теплоизолирующие подушки (рис 3. 29.) устраивают, как правило, в переувлажненных слабых грунтах с плохой водоотдачей в случае неравномерного пучения земляного полотна Толщина подушки обычно составляет 0,1 и более ее ширины Покрытиями называют тонкие подушки или плиты с соотношением толщины к ширине не более 0,02, они служат главным образом для ликвидации сплывов откосов выемки, сложенных из глинистых грунтов В районах вечной мерзлоты на откосах выемки устраивают термотраншеи. В качестве теплоизолирующих материалов применяют шлак, отходы асбестового производства, мох, опилки, пенопласт Регулирование гравитационных процессов предназначено для обеспечения устойчивости нестабильных откосов и склонов и осуществляется путем устройства различных поддерживающих и удерживающих сооружений, а в отдельных случаях – мелиорацией грунтов
Контрбанкет – насыпной массив из камня, гравия, песка или местного грунта в виде призмы у основания откоса насыпи; наиболее распространенное поддерживающее сооружение. Контрбанкеты устраивают для увеличения устойчивости откоса насыпи или оползневого косогора, как правило, при крутом поперечном уклоне основания насыпи (более 1:3) с низовой ее стороны. Размеры и конфигурация контрбанкетов определяются расчетами устойчивости откоса (склона). Контрбанкеты надежны, имеют значительный срок службы. Для уменьшения размеров контрбанкета и увеличения сил сопротивления сдвигу по его контакту с основанием насыпи применяют армированные контрбанкеты, представляющие собой массивы дренирующего грунта, армированного в основании различными конструкциями или материалами (сваями, старогодными железобетонными шпалами и др.), а внутри массива – арматурой в виде металлических сеток, геотекстиля, полимерных нитей и т.д. (рис. 3.30).
Контрфорсы – небольшие массивы прямоугольного или трапецеидального сечения, как правило, встроенные в насыпь (рис. 3.31) или откос выемки или прислоненные к крутому откосу скальных полувыемок. Материалами служат камень, бетон, обожженный грунт.
Подпорные стены (рис 3 32) применяются при устройстве насыпей на крутых косогорах, для поддержания трещиноватых крутых откосов скальных выемок, полувыемок и в других аналогичных случаях. Выполняются бутовой кладкой насухо, на цементном растворе, из бетона, железобетона, а также из габионов. Фундамент подпорных стен в зависимости от характеристик грунтов сооружается на естественном либо на свайном основании.
Армогрунтовая стена представляет собой массив дренирующего грунта, армированный снаружи облицовочной стеной из железобетонных блоков, а внутри арматурой (металлические сетки, геотекстиль, геосетки). По поддерживающему воздействию такая стена заменяет собой контрбанкет из дренирующего грунта (рис 3. 33.). Фундамент выполняется монолитным или из железобетонных блоков. Глубина его заложения определяется глубиной промерзания основания насыпи. Облицовочная стена состоит из железобетонных блоков, уложенных друг на друга и объединенных песчано-цементным раствором. Металлические армирующие элементы располагаются дискретно по высоте, нетканый синтетический материал укладывается сплошными полосами шириной, необходимой для обеспечения внутренней и внешней устойчивости стены. Для отвода атмосферной воды, попадающей в массив стены, за облицовочной стеной устраивают застенныи дренаж и дренажные отверстия в швах между блоками. Стена системы Террамеш обычно армирована снаружи габионами, а внутри – металлическими сетками, при этом габион и сетка составляют единый элемент системы (рис 3 34).
Для обеспечения устойчивости откосов насыпей и выемок, а также оползневых склонов применяют удерживающие устройства, такие, как прошивающие сваи и шпоны, стягивающие элементы и анкерные конструкции.
Противообвальные защитные сооружения делятся на улавливающие (рис. 3.35), ограждающие ж.-д. путь от падения на него камней и скальных глыб со стороны нагорного склона, и противообвальные галереи, перекрывающие путь и защищающие его от обвалов. Улавливающие сооружения размещаются у бровки земляного полотна или на склоне, их размеры устанавливаются в зависимости от размеров и расчетной скорости падения камней.
