Применение в пути.
Путь опускают таким образом, что шпалы опираются непосредственно на нетканый материал, и производится выгрузка балласта
Слой балласта под шпалами имеет достаточную толщину, что позволяет уплотнять его, не повреждая нетканый материал. Путь поднимается до проектной отметки и уплотняется. Нетканый материал, укладываемый под путей для изоляции основной площадки земляного полот на или загрязненного балласта от чистого, должен обладать достаточной прочностью, чтобы не произошло разрыва ткани и перемещения частиц балласта под действием тяжелых повторяющихся поездных нагрузок. В таких случаях нетканый материал, очевидно, должен располагаться ниже слоя балласта, подвергающегося уплотнению, и быть защищен, если это возможно, уложенным сверху слоем песка или гравия.
Целесообразная область применения нетканых материалов: участки грязного балласта в мокрых выемках и тоннелях, места пересечения дорог в одном уровне и остроугольных пересечений, под вагонными замедлителями и стрелочными улицами на сортировочных станциях.
Экономический эффект от применения такого способа изоляции еще не установлен. Возможно, что тонкая материя способна перемещать воду из основной площадки земляного полотна по капиллярам к своему открытому концу, где вода будет испаряться. Но в сырую погоду направление течения может измениться.
Такое использование нетканого материала требует опытной проверки.
Применение за пределами пути.
Нетканые материалы за пределами пути используются в качестве прокладок; в траншеях закрытых дренажей для изоляции водопроницаемого дренирующего заполнителя от окружающего природного грунта; при строительстве дорог на мягких грунтах — для предотвращения перемешивания мягкого материала с грунтом вновь отсыпанной насыпи; для быстрого рассеивания поверхностной воды, насыщающей мягкий материал; для распределения поездных нагрузок. В перечисленных случаях фильтрующая способность и высокая прочность на растяжение без значительных остаточных деформаций — важные свойства нетканого материала. Их целесообразно также использовать в основании насыпей на мягких грунтах, для стабилизации откосов против внутренней (образование пустот) и внешней эрозии (воздействие волн и потоков). В обоих случаях фильтрующая способность нетканого материала позволяет удалять фильтрующуюся воду без выноса частиц грунта. Для защиты против водной эрозии материю укладывают до отсыпки каменной наброски, поэтому она должна быть максимально прочной, чтобы противостоять ударам острых камней без разрывов. Применение нетканых материалов в гражданском строительстве быстро увеличивается. При использовании специфических материалов нужно строго соблюдать рекомендации изготовителя.
Лечение пути с морозными пучинами.
Нетканый материал BIDIM размещен на земляном полотне в месте примыкания к новому автодорожному переезду.
Морозное пучение пути и его последствия на северных дорогах обходится в миллионы долларов каждую зиму. Эта сумма включает в себя регулировку положения рельсов по уровню при помощи прокладок, добивки костылей в деревянные шпалы, предупреждения о снижении скорости движения поездов, замену изношенных и изломанных рельсов из-за неровностей на пути, а также случайные сходы поездов с рельсов. Воздействия пучения могут быть уменьшены при соответствующем лечении и текущем содержании. С увеличением использования железобетонных шпал, которые допускают регулировку положения рельсов по уровню на ограниченный размер, устранение морозного пучения пути приобретает особо важное значение.
Рулон нетканого материала раскатывается под балластоочистительной машиной при ее работе на слабом земляном полотне.
Причины и процесс образования пучения пути.
Любая содержащаяся в грунте вода замерзает и превращается в лед. Но при промерзании грунта зимой к границе промерзания поднимается дополнительная влага и образует слои чистого льда. Это явление известно как выделение льда. Пучение поверхности грунта вызывается расширением воды, превратившейся в лед, и отделением льда в грунте и может достигать нескольких дюймов. При таянии весной дополнительная влага остается в грунте, в результате чего происходит размягчение и уменьшение несущей способности основной площадки земляного полотна.
Условия, необходимые для образования морозного пучения, включают в себя медленное понижение границы промерзания в грунте, наличие воды в нижележащих слоях и грунтов, содержащих от 3 до 10% глинистых частиц. При отсутствии какого- либо из этих условий морозное пучение происходить не будет.
В то время как почти все грунты склонны к пучению в холодных районах, состав и содержание воды в отдельных грунтах изменяются от места к месту, что приводит к различиям в пучении на небольших расстояниях. Именно такое дифференцированное пучение является причиной неровного пути, например, могут образоваться впадины, горбы и перепады на поверхности пути.
Перед выбором способа лечения, которое должно быть выполнено в определенном месте, нужно путем визирования вдоль пути установить, какая из этих трех неровностей возникла. Статистические обзоры показывают, что наиболее распространенным видом неровностей являются впадины, часто образуются горбы, перекосы встречаются относительно редко.
Впадины или неровности равномерного пучения обычно возникают под трубами и в местах пересечений дорог, где применялась соль. Горбы обычно образуются на пересечении участков с повышенной влажностью, а перекосы — на подходах к мостам.
На насыпях, в выемках и на косогорах встречаются различные виды пучения, возможно, из- за способности воды подниматься из балластных карманов на основную площадку земляного полотна. Над трубами чаще исправляется путь с пучинами при помощи регулировочных прокладок при плохом водоотводе, чем там, где устроен хороший дренаж.
Исправление пути регулировочными прокладками.
Там, где пучение грунта чрезмерно, возникает вопрос, укладывать прокладки под рельс, чтобы поднять пониженные места, или уменьшить вспучивание, чтобы понизить повышенные участки.
Регулировка пути прокладками — основной способ исправления, рекомендуемый и детально разработанный Американской инженерной железнодорожной ассоциацией. Но регулировка пути прокладками — трудоемкий процесс, требующий затрат сил околотка в течение зимы, особенно начале сезонов замерзания и таяния, когда пучение или спад могут происходить относительно быстро. Методы уменьшения пучения должны рассматриваться исходя из того, насколько они мог быть постоянны и, следовательно, более экономны, чем регулировка пути прокладками, за коре кий или длительный срок.
Уменьшение глубины промерзания.
Метод уменьшения глубины промерзания грутов основания включает в себя изоляцию или подъемку основной площадки земляного полотна. Каждая из указанных операций может выполнять самостоятельно или быть совмещена с операцией, имеющей принципиально другие цели. Укладка изолирующих материалов на основную площадку земляного полотна — хотя обычный и надежный метод уменьшения морозного пучения при качественном проектировании, но дорогостоящий и поэтому не всегда оправдан. Опыты по укладке изоляции включают в себя укладку плит изолирующего материала под путем в процессе очистки балласта. Установлена целесообразность покрытия плит нетканым материалом, чтобы предотврати повреждение их балластом под воздействием поездных нагрузок. Представляет интерес использование серной пены, которая обладает хорошими изолирующими и прочностными свойствами.
В мокрых выемках с многочисленными местами пучения может быть целесообразным поднятие пути на дренирующий материал, если позволяет уклон пути. В случае если загрязненный балла срезается, непучинистый дренирующий материал можно отсыпать под путь рабочим поездом перед выгрузкой нового балласта.
Уширение насыпи, очистка балласта, увеличение толщины балластного слоя — операции, входящие в состав содержания пути, которые, помимо всего, уменьшают пучение пути. Эти операции отдаляют морозочувствительные материалы от фронта промерзания. В совокупности выполнение вес этих операций позволяет уменьшить в определенных условиях процесс регулировки пути прокладками на 50%. Однако количественное улучшение не может быть правильно оценено и выгода будет постепенно уменьшаться из-за эрозии обочин и загрязнения балластного слоя.
Поперечные прорези, заполненные сортировочным материалом до уровня балласта,— основная причина образования впадин на пути из-за различного пучения. Необходимость исправления пути при помощи регулировочных прокладок может быть радикально уменьшена в местах основной площадки земляного полотна на максимальную глубину промерзания у прорези, планировкой вынутого грунта с каждой стороны с уклоном 1:4 вплоть до основания балласта и засыпке грунтом, однородным с грунтом насыпи, с послойным его уплотнением.
Уменьшение количества воды.
Чаще всего подвергаются пучению мелкозернистые грунты, которые плохо поддаются осушению при помощи гравитационных дренажей из-за своей мелкозернистости. Но все же некоторое количество воды в основной площадке земляного полотна можно уменьшить, если углубить канавы и устроить закрытые дренажи. Выполнение одновременно этих мероприятий позволяет значительно уменьшить пучение пути.
Эффективность от введения таких мероприятий предсказать заранее нельзя, так как вода в мелкозернистых грунтах иногда выносится в тонкие слои водопроницаемого грунта, которые трудно обнаружить. Однако статистические данные показывают, что в случае, если дно кюветов или закрытых дренажей расположено на 4 фута и более ниже верха под балласта, морозного пучения может не быть.
Перехват грунтовых вод водонепроницаемыми экранами или капиллярными прерывателями из зернистого материала — эффективная мера, дающая возможность уменьшить пучение пути только в определенных условиях. Устройство таких экранов часто бывает малоэффективным средством, так как это дорогие сооружения и, кроме того, все равно может потребоваться регулировка положения пути прокладками по концам защищаемого участка.
Уменьшение чувствительности грунтов к промерзанию.
В течение многих лет в пути испытывались химикалии, способные сделать грунты менее чувствительными к морозному пучению. Особый интерес представляли те из них, которые имеют низкую стоимость и эффективны в малых количествах. Было установлено, что соль является наиболее подходящим из всех рассмотренных химикалиев. Соль внедрялась в путь различными способами. Толщина слоя соли доводилась до 3 дюймов. Но результаты были в основном неустойчивыми и часто под действием соли получали размягченный путь из- за дополнительной воды, адсорбированной химикалием.
Недавно было показано, что применение тонкого слоя соли эффективно с точки зрения уменьшения работ, но только по выправке пути регулировочными прокладками до тех пор, пока путь остается в твердом состоянии*. Этот вид обработки может быть рекомендован, так как позволяет уменьшить объем выправочных работ при помощи регулировочных прокладок в течение двух зим приблизительно на 70%; экономия составляет примерно 70% общих прямых расходов на выправку пути при помощи регулировочных прокладок.
* Подробно способ описан в Американской инженерной железнодорожной ассоциации: Бюллетень 666, Пекковер Ф. А. «Морозное пучение пути — причины и способы устранения», январь-февраль 1978, с. 143—173.