Сооружение земляного полотна в сложных условиях (стр. 18 )

Несмотря на определенные затраты на ремонт и усиление земляного полотна, состояние его практически не улучшается, а протяженность деформирующегося земляного полотна имеет тенденцию к увеличению. Так, если на начало 2000 г. на участке северного хода ДВЖД от Тынды до Хальгасо (включая линию Известковая–Ургал) действовало 48 постоянных и длительных ограничений скорости (25 и 40 км/ч) по дефектам земляного полотна, то на начало 2001 г. наблюдается рост в среднем на 22 %. И это при размерах движения в 2000 г. (7+1) пп/сут и средневзвешенной приведенной грузонапряженности 7,82 млн ткм/км (по данным отчетности Службы пути ДВЖД).

В перспективе на Восточном БАМе ожидается увеличение перевозок в 2,5–3 раза за счет угля Эльгинского месторождения, транспортировки грузов из стран Азиатско-тихоокеанского региона. При этом переход на осевую нагрузку 30 тс вызовет резкий рост деформаций земляного по­лотна. Без реконструктивных мер железной дороге не освоить растущие объемы перевозок. Большинство устройств железнодорожного пути
БАМа построено по нормам 1-й категории, поэтому основные объемы
реконструктивных мероприятий необходимо выполнить преиму­ществен­но по ликвидации дефектов земляного полотна.

Основная причина непрекращающихся осадок – это обводнение земляного полотна из-за отсутствия малых водопропускных сооружений и деформирования водоотводных сооружений. Большинство таких мест совпадает с пониженными участками рельефа: межгорными впадинами, котловинами и т. д. Практически 90 % деформаций земляного полотна в той или иной мере связано с переувлажнением его тела или основания, на котором оно расположено. Если в обычных условиях основание, сложенное из заторфованных суглинков или супесей твердой консистенции, выдерживает нормативные нагрузки, то в мягкопластичном или текучем состоянии при переувлажнении оно теряет прочность. Деформации при этом происходят за счет пластического течения (выдавливания) грунтов под нагрузками от собственного веса насыпи и динамического воздействия поездов. При росте грузонапряженности железных дорог эти деформации соответственно увеличиваются.

На слабых при протаивании вечномерзлых грунтах переувлажнение способствует нарушению термовлажностного режима, возникновению и увеличению глубины «чаши» протаивания и соответственно интенсивному росту деформаций в виде просадок и осадок насыпей. При наличии в основаниях насыпей грунтов 3-й и 4-й категорий просадочности осадки земляного полотна длятся десятилетиями и при этом полной стабильности не наступает.

Обеспечить стабильность земляного полотна можно за счет отвода воды от тела земляного полотна. Но в условиях слабого стока крайне сложно осуществить поперечный перепуск воды из-за малого уклона местности. Водопропускная труба в этих условиях будет работать только на ливневый сток и аккумулировать воду на дне, тем самым способствовуя увлажнению основания и его самодеформации в результате морозного пучения и осадки.

В этих условиях целесообразно устройство эстакадного моста. Но такие мосты – дорогостоящие сооружения и часто экономически их применение не будет оправдано на участке с малым расходом воды с бассейна. Но, самое главное, сооружение такого моста в условиях эксплуатации практически невозможно на существующем земляном полотне без устройства временного и постоянного обхода участка железной дороги.

Как показала практика эксплуатации и результаты обследовательских работ прошлых лет, наиболее эффективной конструкцией земляного полотна в условиях вечной мерзлоты на участках плохо обеспеченного стока и малого расхода является дренирующая насыпь из сортированного скального грунта, а на участках сосредоточенного стока – фильтрующая или (при большем расходе) комбинированная с трубами фильтрующая насыпь.

Фильтрующие насыпи (рис. 6.1) допускается при­менять в качестве водопропускных сооружений при пересече­нии логов, местных понижений, а также постоян­ных водотоков с расчетным расходом: не более 10 м3/с при залегании в основании земляного полотна прочных скальных, крупнообломочных грунтов, крупных и средней крупности песков, плотных глин и суглинков; не более 3 м3/с – на торфяных и заторфованных грунтах. При необходимости пропуска расхода воды более 10 м3/с следует применять комбинирован­ные фильтрующие насыпи с водопропускными трубами (рис. 6.2).

Рис. 6.1. Фильтрующая насыпь при рабочих отметках более 4 м: 1 – железнодорожная насыпь; 2 – фильтрующая часть водопропускного сооружения; 3 – изоляция верха фильтрующей насыпи из синтетического нетканого материала; 4 – песчаная или песчано-гравийная подушка; 5 – контрбанкет; 6 – оголовок фильтрующей части; 7 – изоляция откосов и низа фильтрующей насыпи из синтетического нетканого материала; 8 – кривая депрессии водного потока в пределах сооружения; 9 – откосы котлована до возведения фильтрующей насыпи

В условиях дальневосточного Севера фильтрующая насыпь повышает устойчивость сооружения в результате уменьшения знакопеременных деформаций: осадки и пучения. Это связано с тем, что такая конструкция способствует удалению влаги и уменьшению величины пучения за счет постоянного проветривания грунтов основания. Проветривание осуществляется путем конвективного теплообмена в поровом пространстве скальной призмы между основанием и воздухом.

Рис. 6.2. Поперечный разрез комбинированной фильтрующей насыпи (при высоте насыпи до 4 м): 1 – железнодорожная насыпь; 2 – фильтрующая часть водопропускного сооружения; 3 – изоляция верха фильтрующей насыпи из синтетического нетканого материала; 4 – песчаная или песчано-гравийная подушка; 5 – откосы котлована до возведения фильтрующей насыпи; 6 – изоляция откосов и низа фильтрующей насыпи из синтетического нетканого материала

В результате происходит температурная сдвижка и соответственно уменьшается период протаивания основания и последующей осадки. Вечная мерзлота превращается в средство повышения устойчивости. Верхняя ее граница в процессе эксплуатации железной дороги поднимается. Это способствует стабилизации основания.

Возможность и целесообразность применения фильтрующих насыпей устанавливается в зависимости от местных условий на основе сравнения вариантов с учетом эксплуатационных расходов, срока службы сооружений и условий их текущего содержания.

Применение фильтрующих насыпей наиболее целесообразно:

1) на новостройках (в районах с наличием местных скальных слабовыветривающихся грунтов в качестве матери­ала насыпи; в случаях необходимости выполнения строи­тельных работ в зимнее время; на участках, где в последующем потребуется смягчение продольных уклонов дороги или введение более мощных подвижных единиц, требующих перестройки мостов и труб; в сейсмических районах);

2) действующих линиях (в дополнение к указанному в п. 1 также для поперечного перепуска воды через тело насыпи на обводненных участках в депрессионных формах рельефа; на участках высокотемпературной вечной мерзлоты; в составе комплексов противодеформационных мероприятий).

Одним из важных условий применения фильтрующих насыпей является отсутствие илистых стоков. Фильтрующие насыпи можно применять напорные и безнапорные. Напорные фильтрующие насыпи, имеющие большую водопропускную способность и требующие меньшего расхода камня по сравнению с безнапорными, целесообразно применять в местах пересечения логов.

На равнинных участках трассы в местах залегания торфяных грунтов более целесообразны безнапорные фильтрующие насыпи. Для фильтрующих насыпей в условиях Дальневосточного региона рекомендуется пре­дусматривать использование скальных обломков прочных пород размером 0,20…0,50 м, морозостойких и неразмягчаемых.

Фильтрующие насыпи в зависимости от очертания лога и принятой технологии производства работ назначают прямоугольного, параболического, треугольного или трапецеидального поперечного сечения. При отметках более 4 м для экономии объемов земляных работ следует принимать форму поперечного сечения в виде обратной трапеции. Фильтрующая часть (см. рис. 6.1) выполняется в виде призмы 2 из сортированного скального грунта (фракция от 20 до 50 см), размещенной в теле железнодорожной насыпи.

Изоляция 3 и 7 ее поверхностей по внешнему контуру осуществляется синтетическим нетканым материалом (СНМ). Тело фильтрующей части насыпи выступает с обеих сторон земляного полотна в виде берм на 0,5...1,0 м, эти выступы являются оголовками фильтрующей насыпи. По контуру входного оголовка устраивается противофильтрационный экран (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Фасад фильтрующей насыпи: 1 – железнодорожная насыпь; 2 – оголовок фильтрующей насыпи; 3 – изоляция оголовка фильтрующей насыпи из синтетического нетканого материала;
4 – тело фильтрующей насыпи (см. на рис. 6.1); 5 – контрбанкет;
6 – противофильтрационный экран; 7 – водоотжимная берма

Основание фильтрующей насыпи и русло водотока должны быть укреплены на 3 м в верхнем и нижнем бьефах от размыва в соответствии с расчетной скоростью движения воды через насыпь. При этом растительный слой на участках с сильно размываемыми грунтами удалять не допускается. Для предохранения входного оголовка от засорения в подходном русле устраивается противоиловый вал. При стабилизации деформирующихся насыпей фильтрующие насыпи применяются в составе комплексов противодеформационных мероприятий.

Комплекс противодеформационных мероприятий (ПДМ ЗП) – это система инженерных сооружений, реализующая проектные решения по предотвращению деформаций земляного полотна в определенных условиях. Комплекс ПДМ ЗП состоит из водопропускного сооружения (филь­трую­щая насыпь (ФН), комбинированная фильтрующая насыпь (КФН), прорезь, мост или труба), которое работает в едином режиме с прочими конструктивными элементами, такими как нагорные и водоотводные канавы, водоотжимные бермы, контрбанкеты и др. Комплекс необходимо выполнять как единый строительный объект. Для наиболее часто встречающихся условий деформаций земляного полотна Восточного участка БАМ в ДВГУПС запроектированы типовые комплексы противодеформационных мероприятий с применением фильтрующих насыпей (рис. 6.4).