§ 7. Деформации, повреждения и разрушения земляного полотна. Меры их предотвращения и ликвидации
Классификация повреждений и разрушений земляного полотна.
Деформации, повреждения и разрушения земляного полотна делятся на следующие виды:
деформации и повреждения основной площадки земляного полотна;
повреждения откосов;
повреждения и разрушения тела земляного полотна;
повреждения и разрушения основания земляного полотна;
повреждения и разрушения земляного полотна, подверженного неблагоприятным воздействиям природных факторов.
Деформации и повреждения основной площадки земляного полотна.
К ним относятся балластные корыта, балластные ложа, балластные мешки и гнезда с развитыми в них отдельными карманами, пучины.
Углубления в основной площадке под отдельными шпалами, заполненные балластом, называются балластными корытами (рис. 22, а). Причинами образования этих деформаций могут быть: недостаточная толщина балластного слоя, слабое уплотнение грунтов основной площадки, нарушение выпуклой формы верхней части основной площадки при строительстве насыпи, переувлажнение грунтов основной площадки из-за засорения водоотводов, загрязненность балласта, накопление на обочинах изъятого из пути загрязненного балласта, препятствующего выходу воды из балластной призмы.
Попадая на основную площадку, вода застаивается в балластных корытах и переувлажняет грунты земляного полотна. Размокшие грунты под тяжестью поездов выдавливаются в стороны, размеры балластных корыт увеличиваются, отдельные углубления сливаются, образуя балластные ложа (рис. 22,б); этому способствует еще и смещение шпал вдоль пути в процессе эксплуатации.
При строительстве в местах отсыпки неоднородных грунтов или различной степени их уплотнения образуются балластные мешки, гнезда и карманы (рис. 22, в, г).
Рис. 22. Повреждения основной площадки земляного полотна:
а — балластные корыта; б — балластное ложе; в, г — балластные мешки, гнезда и карманы
К внешним признакам указанных повреждений относятся: просадки основной площадки земляного полотна, вызывающие частые подъемки пути на балласт; выплески разжиженного грунта;
выпучивание верхней части откосов земляного полотна или междупутья;
выпирание грунта в кюветы;
появление пучин в начале зимы;
грязевые свищи на откосах при глубоких мешках и гнездах, которые являются признаком приближающегося сплыва откосов.
Балластные мешки в отдельных случаях достигают больших размеров, что может привести к сплыву откоса насыпи или просадкам.
При наступлении заморозков вода, содержащаяся в балластных корытах, ложах и мешках, замерзает, расширяясь в объеме, и грунт основной площадки земляного полотна вспучивается, создавая угрозу безопасному движению поездов.
Чтобы предупредить появление балластных корыт, необходимо в процессе строительства хорошо уплотнять грунт основной площадки, правильно ее планировать, укладывать в путь достаточное количество балласта и не оставлять грязный балласт на обочинах земляного полотна.
Для ликвидации балластных корыт и лож срезают их борта. Борта балластных корыт и лож срезают как с одной, так и с обеих сторон основной площадки земляного полотна. При этом грунт вырезают на глубину 0,15—0,20 м ниже дна балластного корыта или ложа (рис. 23), чтобы был обеспечен полный выпуск воды из них. Вырезанный грунт заменяют дренирующим грунтом.
Балластные ложа и отдельные углубления основной площадки осушают устройством поперечных прорезей с заполнением их дренирующим грунтом (рис. 24). В качестве заполнителя прорези применяют крупнозернистый песок. Поперечные дренажные прорези закладывают на глубину не менее чем на 0,2 м ниже дна ложа, мешка или гнезда. Ширину поперечных дренажных прорезей при ручной разработке принимают 0,6—0,7 м при глубине до 1 м и 1—1,2 м — при глубине более 1—3 м; при работе прорезекопателем — 0,6 м. Прорези располагают одну от другой на расстоянии от 6,5 до 12 м.
Для осушения больших глубоких балластных гнезд и мешков воду из них отводят горизонтальными перфорированными трубами, которые забивают или заводят сбоку насыпи при помощи машин для горизонтального бурения скважин.
Пучинами называют общие или местные поднятия поверхности рельсового пути при промерзании грунтов земляного полотна или балластного слоя. Весной при оттаивании грунтов происходит осадка пути. Если в результате пучения положение рельсовых нитей искажается настолько, что нарушаются установленные допуски содержания пути, то в период замерзания пути на полную глубину и весеннего оттаивания его делают временные отводы пути, уполаживая поднятие рельсовых нитей. Такие отводы делают по нескольку раз в сезон на одном и том же месте. Поэтому предупреждение появления пучин при строительстве, а также в процессе эксплуатации пути — очень важные мероприятия.
При балластных пучинах зона пучинообразования находится в пределах балластного слоя, а при грунтовых — в земляном полотне.
Борьба с балластными пучинами сводится к очистке щебеночного и замене песчано-гравийного загрязненного балласта, срезке обочин, осушению балластных корыт и лож, подъемке пути на балласт при достаточной его толщине, устранению неровностей основной площадки, сложенной глинистыми грунтами.
Рис. 23. Срезка бортов балластного корыта или ложа
Рис. 24. Односторонняя дренажная прорезь
Рис. 25. Способы ликвидации пучин:
а — подъемка пути на балласт; б — накладная подушка из асбестовых отходов; в — врезная шлаковая подушка с устройством углубленных кюветов (или лотков) со срезкой части откоса; г — устройство отепляющих покрытий из пенопласта под балластным слоем; 1 — новый щебеночный балласт; 2 — слой из песчано-гравийного или асбестового балласта; 3 — уплотненный местный глинистый грунт; 4 — существующая балластная призма; 5 — слой местного грунта; 6 — шлаковая подушка; 7 — углубленный кювет; 8 — пенопластовое покрытие
Для ликвидации грунтовых пучин применяют следующие мероприятия (рис. 25):
подъемку на балласт;
устройство накладных подушек из теплоизолирующих материалов для выведения зоны промерзания из слоя пучинистых грунтов;
устройство врезных теплоизолирующих или комбинированных подушек с заменой ими грунта, рассчитанных таким образом, чтобы грунты, лежащие под подушкой, не промерзали;
замену пучинистого грунта дренирующим;
устройство отепляющих покрытий под балластным слоем из пенопласта.
В качестве теплоизолирующего материала применяют отсеянный угольный котельный шлак, с зернами крупностью 2—30 мм, асбестовый балласт, плиты из пенопласта.
Повреждения откосов.
При повреждении укреплений откосов могут произойти поверхностные местные смывы грунта атмосферными водами. В таких случаях откосы планируют и дополнительно укрепляют посевом трав или одерновкой.
Рис. 26. Пригружающий контрбанкет:
1 — просевшая часть основания насыпи; 2 — пригружающий контрбанкет из дренирующего грунта; 3 — выпирание грунта основания
Иногда откосы земляного полотна подвергаются оплывам, т. е. местным смещениям некоторой толщи грунта откоса при сохранении его общей устойчивости. Ликвидируют сплывы уборкой сплывшего грунта, восстановлением, планировкой и укреплением откосов.
Оползание откосов насыпи, т. е. отслоение откосной части насыпи с захватом основной площадки (чаще всего до концов шпал) со смещением ее к подошве откоса, является результатом завышенной крутизны откосов, недостаточной плотности грунтов насыпи, наличия балластных лож. Для предотвращения оползаний откосы уполаживают; при необходимости устраивают контрбанкеты или контрфорсы.
В скальных выемках в результате неравномерности выветривания отдельных частей откосов происходят вывалы камней. Мерами борьбы с вывалами являются: заделка трещин цементным раствором, защита откосов одевающими стенами или торкретированием по металлической сетке, обрушение нависших массивов.
Повреждения и разрушения тела земляного полотна.
Рас ползание насыпи может произойти по причинам нарушения технических требований по устройству: отсыпка насыпи из недоброкачественных и мелкозернистых пылеватых грунтов, обладающих большой влагоемкостью; отсыпка насыпи из мокрого мерзлого грунта с попаданием в ее тело снега и льда; неправильная отсыпка из разнородных грунтов, вследствие чего в теле насыпи образуются водоносные линзы. Чтобы приостановить расползание, осушают насыпи, в необходимых случаях уполаживают откосы, а также устраивают бермы и контрбанкеты.
Оседание насыпи на величину сверх установленного запаса на осадку чаще всего происходит по причинам нарушения технических условий ее сооружения: недостаточное уплотнение грунтов, попадание снега и льда в тело насыпи. Мерами укрепления оседающих насыпей являются отвод воды с основной площадки и увеличение толщины слоя песчаных материалов под балластным слоем.
Повреждения и разрушения основания земляного полотна.
Оседание целой насыпи происходит вследствие значительного уплотнения грунтов основания после отсыпки на них насыпи. Обычно в таких случаях по мере уплотнения этих грунтов оседание насыпи прекращается.
Бывают и более сложные случаи, когда оседание целой насыпи сопровождается выпиранием грунта ее основания.
Для ликвидации такой деформации отсыпают контрбанкеты, противодействующие дальнейшему выпиранию грунта (рис. 26). Контрбанкеты отсыпают из дренирующих грунтов.
Выпирание грунта основной площадки в выемках происходит в результате выдавливания слабого грунта под тяжестью откосов. Меры борьбы с такой деформацией — срезка части откосов выемки с уплотнением их или устройством берм, укрепление слабого грунта в выемке методом цементации или силикатизации.
Провалы в земляном полотне обычно являются результатом продолжающихся карстовых процессов в основании, т. е. образования пустот в виде подземных каналов, полостей, пещер в результате растворения подземными водами каменной соли, гипса, мела или известняков, содержащихся в таких грунтах. Борьба с подобного рода деформациями заключается в заделке пустот нерастворимым водой грунтом, регулировании стока воды так, чтобы не допустить инфильтрацию поверхностной воды в грунт, планировке прилежащих склонов для беспрепятственного стока атмосферной воды.
Повреждения и разрушения земляного полотна, подверженного неблагоприятным природным воздействиям.
К таким повреждениям относятся размывы течением воды, повреждения волнами и льдинами, а также подмывы основания или откосов земляного полотна. Это происходит в тех случаях, когда защитные укрепления недостаточны или сделаны неправильно, а также в случаях неисправного их содержания. Для предупреждения размывов укрепляют непосредственно земляное полотно или берега рек и водоемов и обеспечивают исправность соответствующих водоотводов и укрепительных устройств.
В горных районах земляное полотно может подвергаться затоплению селевыми потоками, т. е. потоками грязекаменной массы.
Мерами борьбы с селевыми потоками являются устройство преградительных стен на пути потока, а иногда устройство селе- пропускных сооружений для пропуска потока над выемкой.