Вода оказывает существенное влияние на стабильность грунта основной площадки и откосов земляного полотна, поэтому наблюдение за поверхностными и грунтовыми водами — одно из важных мероприятий, которые должны предусматриваться при сооружении и эксплуатации земляного полотна. Затраты на это окупаются благодаря сохранению более ровного и наиболее экономичного пути. Практика сооружения водоотвода требует изучения местных условий, полевого обследования неблагоприятных мест, тщательного сооружения конструкций и регулярного текущего содержания законченных конструкций. Водоотвод достигается устройством открытых или закрытых систем или их сочетанием. К числу факторов, которые нужно учесть при выборе лучшего способа водоотвода в отдельных случаях, относятся: количество атмосферных осадков, число и стоимость сходов поездов с рельсов, размываемость грунтовых материалов, наличие естественных водоотводных канав, поперечный и продольный уклоны железнодорожного пути, уровень грунтовых вод и наличие родников, дренирующих слоев в основании и, иногда, содержание кислоты в воде. Из-за многочисленности этих факторов, а также в связи с тем, что не все они могут быть известны, способы улучшения водоотвода земляного полотна должны выбирать специалисты.
Поверхностный водоотвод.
Решение большинства водоотводных проблем связано с устройством кюветов и отводящих канав, дополненных, если необходимо, перехватывающими канавами. Поперечное сечение земляного полотна, откосы выемок и насыпей, канавы, водосборные резервуары и дренажные трубы — все это вместе должно представлять собой сбалансированную систему, способную удалять воду, не давая ей накапливаться или повреждать непосредственно систему. Нельзя изменять какие-либо части такой системы без учета их последствий.
Кюветы.
Кюветы составляют неотъемлемую часть сечения земляного полотна на протяжении всех выемок. Назначение их — осушать и ограждать земляное полотно от поверхностных, дождевых и фильтрующихся из откосов выемок вод. Устройство глубоких кюветов часто эффективно для предотвращения повышения уровня грунтовых вод в равнинных или слабо пересеченных районах, где вода от выпадающих дождей или тающего снега застаивается в течение длительного времени.
При понижении таким образом уровня воды путь фактически становится размещенным как бы на насыпи. Там, где это возможно, дно кюветов должно располагаться не менее чем на 4 фута ниже бровки земляного полотна, чтобы воспрепятствовать капиллярному подъему воды и морозному пучению основной площадки земляного полотна. Кюветы должны обладать достаточной пропускной способностью, чтобы отводить воду при самом сильном ливне. Заключение о достаточности или необходимости увеличения пропускной способности кювета может быть сделано на основании наблюдений в период интенсивного ливня или по прошествии короткого промежутка времени после него.
Уклон кювета обычно должен соответствовать уклону пути, особенно в длинных выемках. Американская инженерная железнодорожная ассоциация рекомендует устраивать минимальный уклон кювета 0,25%, чтобы предотвратить осаждение осадка, и уклон не более, чем тот, который будет вызывать скорость течения, указанную в табл. 1 для приведенных облицовочных материалов кювета.
Таблица 1. Максимальные неразмывающие скорости течения воды.
Материал | Скорость течения, футов/с |
Песок | До 2 |
Жирная глина | 2—3 |
Трава | 2—3 |
Глина | 3—5 |
Глина с гравием | 4—5 |
Хороший дерн, щебень, мягкая сланцевая глина | 4—6 |
Сечение кюветов должно быть трапецеидальным, так как треугольное сечение легко забивается обломками пород, быстрее размывается и поэтому не рекомендуется. Минимальная ширина дна кювета 3 фута. Кюветы располагаются таким образом, чтобы обеспечить стабильность смежных выемок и насыпей. Крутизна откосов кюветов принимается с учетом их устойчивости. Низовая часть кювета отводится в сторону от пути для того, чтобы вода не подмывала и не ослабляла земляное полотно. Кюветы целесообразно устраивать в нижней части откосов выемок, где обычно осаждается осыпающийся материал, но нужно проверить, можно ли безопасно подрезать нижнюю часть откоса. Помимо того что в кюветах размещаются обломки пород и снег, должна быть предусмотрена возможность для размещения рабочего оборудования.
Перехватывающие канавы.
Канавы, устроенные за пределами откосов выемок для перехвата дождевой воды с нагорной стороны, часто являются эффективным средством уменьшения эрозии или предотвращения повреждений откосов, которые возникают в результате образования в трещинах льда. Перехватывающие канавы проектируют с такой же тщательностью, как и кюветы, для того чтобы не создать серьезных проблем, связанных с эрозией.
Глубина канав принимается не менее 1 фута, они должны отводить воду при самом сильном ливне. Целесообразно перехватывающие канавы располагать на расстоянии не менее 15 футов от бровки выемки — это позволит предотвратить фильтрацию воды через грунт на откосы выемки. Грунт при разработке канавы обычно отсыпают со стороны канавы, обращенной к выемке.
Воду, просачивающуюся на поверхность откоса, можно перехватить и отвести в сторону по канаве, устроенной на уступе. Уступы, используемые для такого водоотвода, должны иметь односторонний уклон в сторону от откоса; для предотвращения инфильтрации их укрепляют или засеивают травой.
Обычно невозможно устроить перехватывающую канаву на всю длину выемки: для этого нужно было бы спустить поток воды вниз по откосу и затем отвести его в пониженное место. Такой водоотвод лучше всего выполнять регулируемым способом. На низких откосах для этих целей можно использовать водосток, засеянный травой или укрепленный каменной наброской, а на более высоких — трубу или полукруглый желоб достаточного размера. Их закрепляют в откосе и снабжают входными устройствами для предотвращения перелива. Целесообразно изготавливать трубы из гибкого гофрированного металла, который менее подвержен повреждениям, вызванным подвижками грунта откоса. Выпуск вод потока можно устроить под прямым углом к потоку в кювете или через трубу под основной площадкой в пониженное место с другой стороны пути.
Отводящие канавы.
На пониженных или ровных местах могут потребоваться отводящие канавы для удаления воды от пути на достаточное расстояние, чтобы добиться спуска ее с возвышенности. Это обеспечит осушение земляного полотна.
Содержание канав.
Все типы канав нуждаются в периодическом уходе; излишки растительности и отложения удаляют. Эти работы выполняют в кюветах, сооруженных на местности с малым уклоном, и в длинных выемках, где поверхность откоса подвергается эрозии. Отложение продуктов эрозии постепенно приводит к уменьшению площади поперечного сечения кювета.
Отводящие канавы часто заиливаются и зарастают. У нагорных канав уклоны бывают обычно круче, поэтому они так быстро не заиливаются, но могут переполняться водой из-за зарастания. Для эффективной работы водоотвода, кроме работ по прочистке, выполняемых через определенные интервалы, целесообразно ежегодно проверять состояние всех канав. Всякого рода засорители, вынутые при очистке канав в выемках, нужно вывозить за предел выемки. Нельзя размещать засорители на откосе выемки, так как оттуда они будут опять смыты в канаву. Их можно разместить вдоль откоса смежной насыпи ниже бровки земляного полотна.
Оборудование для рытья канав.
Рытье канав в значительной мере механизировано. Ручные лопаты ограниченно используются для очистки канав в местах, недоступных для машин.
Современное оборудование для рытья канав, рассчитанное на экономичное перемещение больших объемов материала в относительно короткое время,— громоздкое и дорогостоящее. Поэтому для того, чтобы работы были экономичными, их планируют таким образом, чтобы сократить расходы и время на перевозку оборудования; при этом обязательно учитывают погодные условия.
Несмотря на то, что оборудование для рытья канав часто выбирается на основе принципа соответствия и возможности, нужно учитывать, насколько правильно применение того или иного оборудования при использовании его в специфических целях для получения максимальной эффективности и наименьшей стоимости работ.
Струг.
Одна из наиболее широко распространенных машин для рытья и очистки канав — струг. Эта машина на железнодорожном ходу оборудована крыльями для нарезания бермы и кювета параллельно пути при тяге локомотивом; их форма соответствует очертанию обочины земляного полотна. Подкрылки машины планируют откосы выемок, образуют карманы, в которые перемещают лишний грунт, у концов выемок. Крылья при помощи гидравлической системы можно поднять и опустить, вытянуть в рабочее положение или сложить вдоль бортов машины. Стругами нарезают новые канавы, очищают существующие в мелких выемках и в глубоких, где объем перемещаемого материала относительно небольшой.
Автогрейдер.
На равнинных местах часто желательно удалить канаву подальше от пути. Но в этом случае их нельзя отрыть при помощи стругов. Если позволяют грунтовые условия и растительность, для этой цели можно использовать автогрейдеры. Этой машиной можно сооружать однородные по сечению канавы и откосы. Она также широко используется для отделки откосов после того, как скреперами или какими- либо другими машинами для перемещения грунта были расширены или углублены канавы в глубоких выемках. Автогрейдером управляет один человек.
Бульдозеры и фронтальные погрузчики.
На многих железных дорогах используются погрузчики для очистки выемок. Эти машины могут разрабатывать и вывозить за день большое количество земли из выемки, и при этом не требуют много места для разворота. Погрузчики, используемые на работах по восстановлению канав, часто оборудуются бульдозерным отвалом для перемещения грунта.
Драглайны.
Канавы в глубоких выемках можно очистить при помощи крана, оборудованного ковшом драглайна и установленного за пределами бровки выемки. Эта машина не только отрывает канаву, но и планирует откос выемки. Грязь грузится на платформы и вывозится или выгружается за пределами откоса выемки. Драглайны выгодно использовать также в горной местности, когда железная дорога проходит параллельно реке. В этом случае машина, работая «с пути», разрабатывает канаву и выгружает выбранный материал на сторону, обращенную к реке.
Скреперы.
Во многих длинных глубинных выемках откосы эродируют настолько интенсивно, что их основание осыпается и полностью засыпает кювет. В этом случае нужно нарезать новый откос, чтобы образовать более широкую канаву. Для этих целей можно использовать самоходный или прицепной скрепер и один или два трактора-бульдозера. Один бульдозер помогает при нагружении скрепера — выполняет роль толкача, а другой — при разравнивании грунта в месте разгрузки. Скреперы целесообразно применять при достаточной ширине выемки и больших объемах разработки.
Экскаваторы-планировщики.
Другой машиной, работающей «с поля», часто приспосабливаемой для сооружения и содержания канав, является смонтированная на тележке машина, оборудованная телескопической стрелой и которая может быть использована с дополнительными рабочими органами как скребковый канавокопатель, экскаватор, оборудование для рытья канав, трубоукладчик или приспособление для удаления снега. Эта машина обеспечивает чистоту нарезки канав и точность копания. Она хорошо приспособлена для рытья и очистки кюветов и перехватывающих канав.
Одноковшовые экскаваторы.
В узких выемках и при небольшом числе канав некоторые дороги для уширения выемок и улучшения водоотвода используют краны (на железнодорожном ходу или одноковшовые экскаваторы на гусеничном ходу с ковшами-грейферами), установленные на платформах и работающие совместно с думпкарами. Если разрабатываемый грунт пригоден, то его перевозят и используют для уширения или отсыпки насыпи.