РАЗДЕЛ 3.
Балласт.
По техническим условиям Федеральных железных дорог США балластный слой должен удовлетворять таким требованиям:
передавать и распределять нагрузку от рельсошпальной решетки и подвижного состава на основную площадку земляного полотна;
обеспечивать устойчивость рельсошпальной решетки в поперечной, продольной и вертикальной плоскостях под воздействием динамических нагрузок от подвижного состава и температурных напряжений в рельсах;
обладать необходимыми дренирующими свойствами;
обеспечивать правильное положение пути по уровню и в плане.
Факторы, влияющие на выбор балластных материалов.
Выбор вида балластных материалов зависит от ряда факторов, главнейшие из которых — осевые нагрузки, грузонапряженность и скорости движения. Материал балласта должен быть прочным, не дробиться и не крошиться при уплотнении, быть атмосфероустойчивым — это один из важных факторов, в большей мере экономический, так как стоимость балластных материалов обычно меньше затрат на их содержание. Увеличение стоимости рабочей силы делает этот фактор еще более существенным, так как он влияет на расходы по текущему содержанию пути.
Другой фактор — применение железобетонных шпал. При железобетонных шпалах балласт больше изнашивается (крошевание, дробление), чем при деревянных, поэтому такие шпалы нужно укладывать на балласт твердых пород.
Специальные поезда, состоящие из вагонов, предназначенных для перевозки балласта, большой грузоподъемности (100 т) и хопперов, позволяют эффективно и экономично транспортировать и выгружать материалы. Наиболее широко в качестве материалов для балласта применяются дробленые скальные породы, доменный шлак, известняки, сортированный гравий; стали меньше применять карьерный гравий, паровозный шлак, ракушечник. Существуют различные типы известняков, свойства многих из них ухудшаются в процессе эксплуатации.
Требования, предъявляемые к балласту, включают совокупность свойств: твердость и прочность; износостойкость и атмосферостойкость; балласт не должен задерживать воду, быть транспортабельным; частицы не должны иметь округлую гладкую форму для увеличения их сопротивления перемещениям; не содержать грязи, пыли, глины и других инородных частиц. В натуральном виде балласт не всегда встречается в природе с такими свойствами, поэтому его изготовляют из твердых горных пород, шлака и гравия, удовлетворяющих требованиям технических условий.
В технических условиях указываются начальная допустимая загрязненность балласта, требования к гранулометрическому составу балласта, сопротивление к истиранию, прочность. Приняты пять градаций по гранулометрическому составу для щебня и доменного шлака и три — для сортированного гравия. Размеры частиц щебня и шлака, дюймы: 3/4—21/2; 1-2; 3/4—1 1/2; 3/8-1; 1—11/2.
Многие путейцы предпочитают щебень размером 11/2 дюйма, несмотря на то, что такой щебень труднее изготовить, так как нужно отсеять мелкие частицы.
Щебень.
Горные породы для изготовления щебня добывают в карьерах, дробят, просеивают в соответствии с требуемым гранулометрическим составом. В ряде случаев щебень промывается водой для очистки от мелких засорителей.
Преимущества щебеночного балласта — он не задерживает в себе воду и быстро отводит ее от пути; благодаря рваным и острым поверхностям частиц обеспечивается устойчивость положения пути в плане и профиле. Это особенно важно на грузонапряженных линиях, где основание должно быть стабильным.
Щебень обладает многими преимуществами по сравнению с другими видами балласта, но для его изготовления нужны карьеры и оборудование для дробления, просеивания и погрузки. В ряде случаев приходится транспортировать щебень на большие расстояния. Все это увеличивает его стоимость. В прошлом, при отсутствии механизации, расходы на текущее содержание пути на щебеночном балласте были значительными.
Щебеночный балласт отсыпается на песчаную подушку для предохранения основной площадки земляного полотна от деформаций, которые могли бы возникнуть при вдавливании.
Металлургические шлаки.
Доменный шлак, получаемый при изготовлении стали, состоит преимущественно из кремния, алюмокремния и других частиц. Существуют три типа шлака: воздушно охлажденный, расширенный, гранулированный. Они получаются в процессе перехода шлака из расплавленного в твердое состояние. Путейцы отдают предпочтение балласту из воздушно охлажденного шлака. Его часто называют дробленый шлак.
Расплавленный шлак осаждается в печах, медленно остывает и твердеет. Затвердевший шлак дробят и просеивают. Гранулированный шлак получается при охлаждении расплавленного шлака водой. Аналогично получаются пористый или ячеистый шлаки, но вода добавляется в ограниченном количестве: меньшем, чем это нужно для образования гранул. Последние два типа шлаков нежелательны для применения в качестве балласта, так как быстро измельчаются под поездами и разрушаются при отрицательных температурах.
Воздушно охлажденный доменный шлак легче, чем щебень, состоит из острых, рваных частиц, обладает высокой прочностью, что обеспечивает стабильное положение пути в процессе эксплуатации.
Гравий.
Исторически так сложилось, что гравий получил наиболее широкое применение в качестве балласта: во многих районах встречается большое количество залежей гравия, возникших во время ледниковых отложений и в руслах рек, потоков. Для его добычи не нужно сравнительно дорогостоящих карьерных операций. Во многих случаях для изготовления балласта из гравия необходимо дробление, сортировка и промывка породы. Иногда встречаются залежи гравия без примесей глины и суглинков.
Опыт показывает, что при гравийном балласте снижается трудоемкость производства путевых работ с применением ручного инструмента.
В ряде случаев к округлому гладкому природному гравию добавляются дробленые частицы острой, грубой формы. Это делается для увеличения поперечного и продольного сопротивления рельсошпальной решетки.
Гравийный балласт широко применяется на малодеятельных линиях и станционных путях. На линиях с высокой грузонапряженностью и осевыми нагрузками, на участках, где укладывается бесстыковой путь, нужно применять щебеночный балласт.
Паровозные шлаки.
Паровозные шлаки используются на малодеятельных линиях, станционных и подъездных путях, в основном вблизи мест их производства. Такие шлаки обладают хорошими дренирующими свойствами, слабо засоряются, не разрушаются при отрицательных температурах. Но содержащиеся в них серные примеси вызывают коррозию металла.
Песчаный балласт.
Песчаный балласт из крупнозернистого и сред незернистого песка применяется на малодеятельных линиях. По своим качествам песчаный балласт хуже, чем другие материалы: более подвижен, трудно поддается уплотнению в сухом виде, быстро загрязняется, требуются большие расходы труда на содержание пути.
Суббалласт.
При сооружении новых линий между основной площадкой земляного полотна и балластным слоем, как правило, устраивают подушку из песка, сортированного гравия, паровозного шлака, гранулированного шлака. Назначение подушки — предотвратить взаимопроникновение частиц щебня и грунта основной площадки и отводить от нее воду.
По техническим условиям Американской инженерной железнодорожной ассоциации (AREA) толщина слоя суббалласта может быть различной, но рациональная толщина слоя находится в пределах 12 дюймов; для обеспечения стабильного основания этот слой должен быть тщательно уплотнен.
Существующее земляное полотно линий, где в свое время не уложили слой суббалласта, не обеспечивает достаточную стабильность пути в процессе эксплуатации.
Укладка слоя суббалласта на существующих линиях — трудная операция. На европейских железных дорогах укладывают песчаную подушку при вырезке или очистке старого балласта.
На железных дорогах Северной Америки в ряде случаев старый балластный слой оставляют в качестве суббалласта; при вырезке старого балласта на основную площадку земляного полотна укладывают искусственные материалы для обеспечения необходимой стабильности основания.
Стабильность балластного слоя.
Ряд искусственных материалов, укладываемых на основную площадку земляного полотна и предназначенных для повышения стабильности пути на слабом основании, были разработаны и испытаны в зоне путепроводов, станционных путей, изолирующих стыков.