Содержание материала

Элементы верхнего строения пути, воспринимающие нагрузку от рельсов через систему промежуточных скреплений и передающие ее на основную площадку земляного полотна, объединяются понятием подрельсовое основание.
Основания должны быть достаточно жесткими, чтобы не допускать избыточных деформаций путевой решетки и дорожного покрытия, и вместе с тем достаточно упругими, чтобы снизить ударные нагрузки, шум, замедлить износ рельсов; основание должно либо хорошо дренировать воду, либо быть практически водонепроницаемым.
В зависимости от степени жесткости основания делятся на упругие (шпалы, укладываемые на балластный слой), полужесткие (сборные или монолитные железобетонные и бетонные конструкции над балластным слоем), жесткие (безбалластные бетонные). По конструктивным признакам выделяются шпальные и бесшпальные основания. Шпальные основания могут разделяться еще и материалом применяемых шпал (деревянные, железобетонные, металлические), а также материалом балластного слоя (шпальнопесчаные, шпально-гравийные, шпально-щебеночные и т. д.).
На некоторых внутризаводских путях, которые подвергаются частым передвижкам (например, отвальные пути металлургических производств, пути открытых горных разработок и т. п.), разрешается применение шпальных оснований без балластного слоя.

Точно так же временные трамвайные пути три устройстве объездов могут укладываться непосредственно нв дорожное покрытие проезжей части улицы. К бесшпальным основаниям относятся различные монолитные сборные, сборно-совмещенные и другие варианты конструкций.
Таким образом, подрельсовые основания включают в себя шпалы, балласт и бесшпальные опорные конструкции.
Наибольшее распространение на железных дорогах и в трамвайных хозяйствах получили более простые, доступные для ремонта и содержания, надежные в работе шпальные основания. Они находят применение в самых различных эксплуатационных условиях. На путях трамвая шпальные основания применяются как на обособленном (с дорожным покрытием и без него), так и на совмещенном полотне. На самостоятельном полотне шпально-балластные конструкции устраиваются по типовым поперечным профилям железнодорожного пути.
Шпально-песчаные основания (рис. 46, а) наиболее дешевы и доступны. Однако повышенная загрязняемость песка, быстрая потеря несущей способности при его увлажнении, значительная интенсивность накопления остаточных деформаций пути на песчаном балласте ограничивают его применение. Кроме того, запрещается укладка на песок железобетонных шпал.
При укладке песка в балластный слой следует иметь в виду, что его недостаточная мощность может стать причиной перемешивания песка с грунтом, развития под шпалами воздушных зазоров и других неисправностей. Поэтому толщина слоя песчаного балласта должна составлять в обычных условиях не менее 25 см и лишь на песчаном земляном полотне может быть снижена до 15 см.

Рис. 46. Шпальные основания трамвайного пути:
а — шпально-песчаное на самостоятельном полотне; б — шпально-щебеночное на обособленном полотне

Более устойчива шпально-щебеночная конструкция. Она обеспечивает лучшую фильтрацию воды, в меньшей степени теряет несущую способность при увлажнении, реже требует производства ремонтных работ, что особенно важно при наличии дорожного покрытия. Конструкция щебеночного балластного слоя более сложна. Она состоит из трех слоев. Непосредственно на основную площадку земляного полотна укладывается подстилающий слой — песчаная подушка толщиной 50 мм. Ее назначение — предохранить щебень от вдавливания в грунт, а земляное полотно от деформирования щебнем. Далее следуют несущий слой щебня (частицы размером от 25 до 60 мм) и подбивочный слой щебня (частицы размером от 15 до 40 мм), обеспечивающий плотность опирания шпалы на балласт. Общая толщина щебеночной балластной призмы под шпалой должна составлять не менее 20 см на водонепроницаемых и не менее 15 см на водопроницаемых грунтах. При этом подбивочный слой составляет примерно половину или несколько меньше половины этой величины. Конструкция пути на шпально-щебеночном основании показана на рис. 46, б.
Шпальные основания, выполненные с применением других балластных материалов (гравия, гравийной смеси, ракушечника, шлака и т. д.), не имеют существенных отличий от описанных.
Для повышения несущей способности пути предусмотрены в необходимых случаях полужесткие конструкции основания. В недалеком прошлом с этой целью щебень укладывался на так называемый пакеляж-постель из перевернутых булыжных камней на подстилающем песчаном слое. Позднее была предложена конструкция типа В — шпально-бетонное основание. Его отличительной особенностью явилась укладка между основной площадкой земляного полотна и щебеночным балластным слоем монолитной бетонной плиты или сборных железобетонных плит на песчаной подушке. Наличие таких плит, изготовленных из бетона марки 200 при толщине 150 мм и ширине, превышающей длину шпалы, обеспечивает высокую устойчивость пути и хороший водоотвод. Достаточную упругость и возможность качественной подбивки определяет слой щебня (около 120 мм) из частиц размером от 15 до 40 мм. Тем не менее, широкого применения шпально-бетонные основания в трамвайных путях не нашли. Основная причина этого — высокая трудоемкость и стоимость работ по их укладке и ремонту.
Помимо описанных выше вариантов, которые можно считать типовыми, на трамвайных путях применялись и другие разновидности шпальных оснований. К их числу можно отнести шпально-брусковые конструкции: между шпалами и подошвой рельса укладывались продольные брусья толщиной 80—110 мм, которые закреплялись удлиненными костылями. Такое решение позволяло увеличить слой песка под замощением и за счет этого обеспечить большую устойчивость дорожного покрытия. Применялись также укороченные шпалы (полушпалы или коротыши), рамные железобетонные шпалы и рамно-панельные блоки. Длительная эксплуатация таких опор показала, что, несмотря на сложность изготовления, они также имеют существенные недостатки.

Следует отметить, что на путях, имеющих самостоятельное полотно, возможно применение всех типовых вариантов шпального основания.
Наиболее простым вариантом бесшпального основания пути является бесшпально-щебеночное основание. Рельсы в этом случае укладываются непосредственно на слой щебеночного балласта, выполненного либо по всему поперечнику под обе рельсовые нитки, либо в отдельных канавках под каждый рельс. Стабильность колеи при этом поддерживается только путевыми тягами и замощением междурельсового пространства. Очевидна недостаточная устойчивость такой конструкции, поэтому допустить ее применение можно только на временных путях с незначительными интенсивностью и скоростью движения.
До сих пор в Москве и Ленинграде имеются участки трамвайных путей на монолитном бесшпально-бетонном основании. Известны три основных варианта таких конструкций. Конструкция типа А представляет собой монолитную бетонную плиту, в которой забетонированы рельсы, установленные на специальные монтажные брусья (иногда монтажные кубики). Конструкция типа Б отличается от описанной прежде всего двухслойностью бетонной плиты и наличием анкерного закрепления рельсов. Предварительно укладывается нижний слой бетона (марки 300), в который заделываются анкерные болты. Для снижения жесткости рельсы располагаются не прямо на бетоне, а на асфальтовой (асфальтобетонной) прослойке. Затем конструкция также бетонируется и покрывается асфальтом. В конструкции типа Г рельсы укладываются на продольные лежни, которые представляют собой сдвоенные брусья (0,15X0,17 мм), соединенные удлиненными болтами. Выпущенные концы этих болтов выполняют функцию арматуры и связывают лежни с бетоном (марки 200), заполняющим все междурельсовое и междупутное пространство. Рельсы к брусьям прикрепляются при помощи шурупов.
Опыт эксплуатации монолитных бетонных оснований также выявил их недостатки: высокую жесткость и, как следствие, быстрый износ рельсов, в том числе волнообразный, повышенное шумообразование. Кроме того, бесшпально-бетонные основания имеют значительную электропроводимость, большую трудоемкость сооружения, ремонта и текущего содержания.


Рис. 47. Совмещенное плитно-лежневое основание пути

Более перспективными оказались сборные бесшпальные основания. Академией коммунального хозяйства предложены два варианта таких конструкций: плитно-лежневое и блочное совмещенные основания. В первом варианте основание и дорожное покрытие соединены шарнирно, во втором — жестко. Плитно-лежневое основание (рис. 47) представляет собой четыре лежня трапецеидального сечения, которые укладываются под каждую рельсовую нитку. На эти лежни опираются железобетонные плиты дорожного покрытия: путевые и междупутные. Рельс крепится к лежням раздельными скреплениями анкерного типа с прижимной клеммой. В закладные детали лежней вставляются болты, с помощью которых крепятся плиты.
Блочное совмещенное основание (рис. 48) выполняется в виде железобетонного блока размером 2040X2150 мм. Средняя часть этого блока выполняет функции дорожного покрытия. В продольные желоба боковых частей на сплошные упругие подкладки укладываются рельсы. Крепление рельсов осуществляется с помощью закладных деталей и клемм с болтовыми прижимами. Пространства между головкой и подошвой рельс, а также между рельсом и стенками желоба заполняются продольными железобетонными брусками.
Высокий уровень индустриализации строительства обеспечивает совмещенная плитная конструкция пути, разработанная в ГДР (рис. 49). Железобетонная плита, по краям ограниченная связанными с ней рельсами, служит одновременно и дорожным покрытием, и основной конструкцией пути. Плиты выпускаются в двух прямолинейных вариантах длиной 12500 и 6250 мм. Ширина таких плит 1650 мм, толщина 180 мм, масса 9,3 т. Кроме того, выпускаются плиты для кривых с минимальным радиусом 100 м.

Рис. 48. Совмещенное блочное основание пути

Рис. 49. Совмещенная плитная конструкция пути (ГДР)
Рис. 50. Сборно-совмещенная конструкция пути (ВНР)

В Венгерской Народной Республике применяется сборно-совмещенное основание, в котором также отлиты из предварительно напряженного железобетона одновременно служат и путевой и дорожной конструкцией. Плиты имеют стандартную длину 6000 мм, а по ширине различаются. Путевые плиты выпускаются шириной 2180 мм, а набор плит междупутья шириной 800, 1000, 1200 мм позволяет приспосабливаться к разным стандартам его ширины. Высота плиты 180 мм. Рельсы укладываются на резиновые прокладки в металлические желоба трапецеидального сечения, которые забетонированы в плиты. Закрепление рельсов выполняется машинной запрессовкой между рельсом и стенкой желоба специальной резиновой ленты (рис. 50). В этой конструкции использованы бесшеечные рельсы, которые в нашей стране не нашли применения.
Следует отметить, что применение сборных железобетонных и монолитных бетонных оснований ограничивается величиной продольного уклона трамвайных путей. Так, они не допускаются при уклонах более 60% при щебеночном и более 40% при гравийном и песчаном балластах.
На внутризаводских железнодорожных путях также применимы различные варианты железобетонных блочных подрельсовых оснований. Испытываются основания в виде плитно-лежневых блоков, раздельных для каждой рельсовой нити; рамно-лежневых секций, состоящих из двух продольных и двух соединительных элементов; железобетонных плит с прерывистым и сплошным опиранием рельсов. В последнем случае под подошву рельсов укладывается сплошная резиновая полоса. Доказано, что в этом случае напряжения в рельсах в 1,5—2 раза меньше. Уменьшаются также средние значения прогибов рельсов под нагрузкой. Такие основания из железобетонных плит рекомендуются к укладке на постоянных путях для перевозки горячих грузов с нагрузкой от колесной отары на рельсы более 250 кН.
Работа подстилающего слоя при сборном или монолитном основании из железобетонных -плит отличается от работы балласта. Водяные пары при обычном шпальном основании, поднимаясь из более теплых слоев, могут свободно уходить в атмосферу. Охлажденная поверхность практически водонепроницаемой плиты конденсирует эти пары и таким образом собирает дополнительную влагу. Должен быть обеспечен ее быстрый и свободный сток.