Для хорошего содержания пути нет ничего более важного, чем устройство хорошего отвода воды от земляного полотна. С насыщением влагой устойчивость грунтов снижается и они приобретают пластичную консистенцию. Отсюда ясно, что отвод воды от железнодорожного пути имеет первостепенное значение.
Отвод воды от земляного полотна включает также осушение прилегающей к линии местности с тем, чтобы предупредить размывы или снижение несущей способности грунта. Под стабилизацией земляного полотна подразумеваются необходимые мероприятия для укрепления земляного полотна и грунтов его основания и повышение несущей способности земляного полотна увеличением сцепления в грунтах.
Нередко необходимость в принятии мер по стабилизации земляного полотна является следствием недооценки значения хорошего отвода воды.
ЭКОНОМИЯ, ПОЛУЧАЕМАЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ХОРОШЕГО ОТВОДА ВОДЫ
Для содержания пути в исправности весьма важным является хороший отвод воды от земляного полотна, что может дать существенную экономию. Эта экономия является в данном случае следствием не только улучшения условий движения поездов и снижения расходов на содержание пути, но также следствием продления срока службы шпал, рельсов и скреплений и уменьшения расхода рабочей силы на их замену. Однако наибольшая экономия может быть получена только после тщательного обследования неустойчивых участков пути и изучения причин образования деформаций земляного полотна в каждом отдельном случае.
Осушение земляного полотна осуществляется посредством устройства поверхностного или подземного водоотвода или при совместном их применении. Некоторые железные дороги подсчитали экономию, полученную в результате улучшения условий водоотвода; при этом оказалось, что в результате сооружения нагорных канав снижение расходов на рабочую силу по содержанию пути в выемках составило около 44%, сооружение водоотводных канав на полосе отчуждения вдоль насыпей снизило расходы на содержание пути на 15,6%, а устройство подземного дренажа из гончарных и гофрированных металлических труб или сооружение каменных откосных дренажей снизило эти расходы на 6,5—20%.
Факторами, в большинстве случаев определяющими эффективность применяемых методов осушения грунта, являются: количество атмосферных осадков; площадь и уклон водосборного бассейна; впитываемость почвы, определяемая, с одной стороны, ее составом, а с другой, наличием или отсутствием растительности или наличием укрепления откосов и т. д.; возможность устройства хороших выпусков от водоотводов; уровень грунтовых вод; наличие водоносных слоев и родников; возможность поверхностной эрозии грунта и даже солевой состав грунтовых вод. Наличие множества факторов, влияющих на условия осушения земляного полотна, требует, чтобы вопросы водоотвода решались только опытным специалистом, хорошо знакомым с новейшими методами дренирования и с оборудованием, применяемым для рытья канав и траншей.
Поверхностный водоотвод.
Одной из основных проблем отвода воды от железнодорожного земляного полотна является отвод поверхностных вод, который осуществляется устройством кюветов, продольных и нагорных канав.
Кюветы являются важным элементом при сооружении земляного полотна в выемках и имеют двойное назначение: с одной стороны, осушение подрельсовой части земляного полотна, а с другой, — отвод поверхностных вод, стекающих после дождей с откосов выемок, и подземных вод, вскрываемых выемкой. Кюветы должны иметь достаточную глубину ниже уровня основной площадки земляного полотна, иметь достаточное сечение, определяемое гидравлическим расчетом по наиболее сильному ливню, и форму, допускающую свободную их очистку.
Наименьшая ширина кюветов по дну 0,30 м, наименьшая глубина ниже уровня основной площадки также 0,30 м; крутизна откосов кюветов определяется свойствами грунта, вскрываемого выемкой. Наименьший допустимый продольный уклон кюветов 0,003 должен выдерживаться как при строительстве, так и при эксплуатации линии; на выпуске кюветы должны уширяться, а самый выпуск осуществляться с отводом в сторону от пути, чтобы не допустить размыв или насыщение водой земляного полотна. При наличии оползаний откосов, скальных обвалов и песчаных заносов следует применять уширенные кюветы как для получения дополнительного пространства для накопления смещающегося грунта, так и для возможности очистки кюветов машинами, работающими без занятия пути.
При равнинном рельефе местности, где после дождей или таяния снега возможен длительный застой воды на поверхности земли, устройство углубленных кюветов оказалось весьма эффективным для повышения устойчивости грунтов основной площадки земляного полотна, так как при этом выемка разделывается под насыпь и происходит понижение уровня грунтовых вод.
Нагорные канавы.
На местности с поперечным уклоном в сторону выемки для перехвата поверхностных вод и отвода их от выемки сооружают нагорные канавы. Эти канавы должны иметь достаточное поперечное сечение, рассчитанное по наибольшему ливню. Чтобы предупредить фильтрацию воды в выемку, их сооружают не ближе 4,5 м от бровки выемки. Грунт, вынутый при сооружении нагорной канавы, обычно складывают между канавой и выемкой. Глубина нагорных канав должна быть не менее 0,30 м, а наименьший продольный уклон — не менее 0,003.
Рис. 1. Очистка кювета у полунасыпи на крутом косогоре грейферным краном с разравниванием на откосе насыпи вынутого грунта бульдозером
Насыпи, особенно отсыпанные из неустойчивых грунтов, также принято ограждать канавами со стороны нагорного склона. Заполненные водой резервы подлежат осушению, при этом отводящие от них воду канавы должны иметь достаточную глубину, чтобы предупредить возможность застоя воды в резервах. Водоотводные канавы должны удаляться от подошвы насыпей также не менее чем на 1 м, а поверхность грунта между подошвой насыпи и канавой должна планироваться с уклоном в сторону канавы.
Перепады и перемычки
Высокие скорости течения воды, возникающие в случае применения крутых продольных уклонов вызывают размыв дна и откосов канавы. Происходящие при этом обвалы грунта откосов препятствуют течению воды и, вызывая водовороты и поперечное направление струй, приводят к усилению размыва. Для уменьшения скорости течения воды в этих случаях применяют перепады, которые состоят из ряда вертикальных уступов, разделенных слегка наклонными площадками, в конце которых устроены водосливные пороги.
Перепады сооружаются из новых или старогодных шпал, бревен, бетона, бутовой кладки, плетней и каменной наброски. В местностях, богатых камнем, устраивают каменные перемычки. При устройстве перемычек необходимо увеличить живое сечение канавы, чтобы компенсировать возникающее снижение скорости течения.
Содержание водоотводов. Исправная работа водоотводов должна обеспечиваться своевременной очисткой их от ила и растительности (рис. 1). Это в особенности относится к кюветам в длинных выемках, расположенных на пологих уклонах, где смываемый дождем с откосов грунт заполняет кюветы, вызывая застой воды. Такие кюветы необходимо чистить не менее 1 раза в год, хотя некоторые требуют более частой очистки. Некоторые дороги производят очистку кюветов с восстановлением их рабочего сечения ранней весной и поздней осенью.
Вынутый из кюветов грунт ни в коем случае не следует складывать на откосах выемки, так как дожди могут смыть его обратно в кювет; этот грунт должен вывозиться за пределы выемки с разгрузкой на откосах соседней насыпи, не засоряя при этом балластную призму.
Нагорные канавы, имеющие более крутые продольные уклоны, обычно засоряются медленнее, чем кюветы. Однако нагорные канавы требуют тщательного надзора, так как они легко зарастают кустарниками, и в этих случаях необходимо принимать меры для их очистки.