ГЛАВА III
ДЕФОРМАЦИИ И БОЛЕЗНИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
§ 12. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Земляное полотно по своим размерам, ширине основной площадки, крутизне откосов и наличию водоотводных устройств должно соответствовать утвержденным проектам и Правилам технической эксплуатации железных дорог Союза ССР. Оно должно быть надежной опорой для верхнего строения пути, обеспечивать непрерывную его работу. Для этого необходимо, чтобы само земляное полотно было устойчивым при любых геологических, гидрогеологических и метеорологических условиях.
Рис. 42. Подпорная стена
В связи с необходимостью строительства железных дорог в разных районах с различным строением земной поверхности и режимом наземных и подземных вод, иногда приходится строить железную дорогу в неблагоприятных геологических условиях, Но и в таких случаях устойчивость земляного полотна должна быть обеспечена специальными мерами, принятыми против разрушающего действия воды, ветра и других факторов. Например, если земляное полотно построено вблизи морского берега, который непрерывно разрушается морскими волнами, то вдоль берега устраивают волноотбойные стены, которые могут быть дополнены волноломами. В горных условиях часто устраивают подпорные стены (рис. 42), которые также имеют назначение обеспечить устойчивость земляного полотна.
Рис. 43. Путь в галерее: 1— подготовка из тощего бетона; 2 — бутовая кладка; 3 — сухая кладка; 4 — бетон; 5 — глина; 6 — изоляция; 7 — тощий бетон; 8 — засыпка местным грунтом; 9 — окна
На устойчивость основания железнодорожного пути вредное влияние оказывает вода. Поэтому еще при строительстве принимают меры против увлажнения грунтов земляного полотна. Его основной площадке придают покатую поверхность, чтобы вода быстро стекала на откосы насыпи или в кюветы выемки. Все водоотводные сооружения делают таких размеров и с такими продольными уклонами, которые обеспечивают полный отвод воды от земляного полотна. Если увлажнение может произойти от грунтовых вод, то принимают меры к понижению их уровня или к отводу потока грунтовой воды в сторону.
В процессе эксплуатации необходимо систематически устранять появляющиеся неисправности укрепительных и водоотводных устройств, чтобы не было нарушения их работы.
Большое значение для стабильности земляного полотна имеет плотность грунтов. Поэтому при возведении насыпи грунт послойно уплотняется специальными катками или трамбовками.
Удовлетворяя первому основному требованию быть всегда устойчивым, земляное полотно должно быть и удобным в эксплуатации. Например, в горных условиях иногда наблюдаются осыпи, каменные и снежные обвалы, которые, загромождая путь, вызывают перерывы в движении поездов. В некоторых случаях бывает целесообразно проложить путь в галерее (рис. 43), которая, предохраняя его от таких загромождений, улучшает условия эксплуатации.
Наконец, устройство земляного полотна должно удовлетворять и третьему требованию, которое предъявляется к каждому строительству: иметь минимальную строительную стоимость и минимальные эксплуатационные затраты.
В процессе эксплуатации, в результате воздействия атмосферных осадков и иных природных факторов, а также в результате многократного динамического воздействия проходящих поездов в земляном полотне могут происходить такие процессы, которые ведут к понижению прочности его, к потере им устойчивости. Поэтому во время эксплуатации необходимо наблюдать за состоянием земляного полотна, производить профилактические обследования высоких насыпей, глубоких выемок, косогорных и других сложных участков.
При наличии признаков заболевания земляного полотна следует произвести детальное обследование его и принять меры против возможных деформаций.
§ 13. ДЕФОРМАЦИИ И БОЛЕЗНИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
Деформациями земляного полотна называются всякие изменения той формы, которая была ему придана при строительстве или ремонте.
Болезни земляного полотна — это происходящие в нем процессы, которые, если их не приостановить, приводят к деформациям.
Рис. 44. Оседание насыпи с выпиранием грунта за откосами
Каждому заболеванию земляного полотна присущи те или иные последствия. Так, процесс постоянного вдавливания балласта под шпалами в основную площадку земляного полотна приводит к образованию балластных корыт. Если не начать лечения, то болезнь, развиваясь, может привести к новым деформациям: к образованию балластных лож, балластных мешков и т. д. Осадки (оседания) земляного полотна часто наблюдаются вскоре после постройки железной дороги, а иногда даже во время возведения земляного полотна. Они имеют место преимущественно в насыпях, при отсыпке которых не применялось искусственное уплотнение грунтов, а также могут быть и следствием оседания основания насыпи.
Уплотнение грунтов насыпи по ее длине может оказаться неравномерным, вследствие чего профиль пути претерпевает те или иные искажения, иногда весьма значительные. Поэтому первое время за насыпью ведут тщательнее наблюдение, чтобы своевременно исправить все искажения профиля. Оседание основания насыпи иногда сопровождается выпиранием грунта за ее откосами (рис. 44).
Осадка пути может иметь место и в выемке. Это бывает тогда, когда ниже основной площадки выемки находятся слабые грунты. В этом случае осадка основной площадки обыкновенно сопровождается выжиманием грунта в стороны и вверх. Такое выжимание грунта чаще всего наблюдается после продолжительных дождей, а также весной при оттаивании основания.
Сплывы и оползания откосов насыпей и выемок обыкновенно бывают следствием повышенной влажности грунтов. Иногда они бывают следствием нарушения крутизны откосов, установленной строительными нормами и правилами. Сплывы откосов более вероятны при глинистых и суглинистых грунтах.
Увлажнение насыпи возможно как в результате впитывания грунтом, из которого она отсыпана, атмосферных осадков, так и в результате подхода к насыпи грунтовой воды, например со стороны ближайшей выемки. Увлажнение грунтов выемки чаще всего происходит грунтовой водой, находящейся близко от ее основания или выходящей на ее откос.
При устройстве выемки могут быть вскрыты слабые грунты. Тогда под тяжестью плотных верхних слоев нижний слой слабого грунта может быть выжат в сторону пути. Такое выжимание грунта часто сопровождается сплывом откоса (рис. 45).
Рис. 45. Сплыв откоса выемки
Расползание насыпей — редко встречающаяся деформация; оно наблюдается у свежеотсыпанных насыпей и является следствием большой влажности грунта. Неправильная отсыпка насыпей ускоряет расползание. Если насыпь возведена зимой и вместе с грунтом в тело насыпи попали снег и лед, то с наступлением теплой погоды такая насыпь может расползтись.
Балластные корыта и балластные ложа являются наиболее распространенными деформациями основной площадки земляного полотна.
Рис. 46. Балластные корыта
Балластные корыта представляют собой углубления в основной площадке земляного полотна под шпалами (рис. 46). Они образуются в результате вдавливания балласта в основную площадку. Это явление наблюдается при недостаточной толщине балластного слоя и при недостаточном уплотнении грунта под балластной призмой по следующим причинам. Каждый квадратный сантиметр основной площадки может воспринять определенное давление, величина которого зависит от плотности грунта, его влажности и других физико-механических свойств. Если это давление будет превышено, то у грунта появится остаточная деформация. Нагрузка от проходящих поездов через рельсы, шпалы и балластный слой передается на основную площадку земляного полотна. Давление от нагрузки на каждую единицу ее площади будет тем больше, чем меньше толщина балластного слоя под шпалой. Поэтому при недостаточной его толщине давление может оказаться больше допустимого. Тогда балласт под шпалами будет вдавливаться в земляное полотно, образуя балластные корыта. Такое явление происходит вследствие слабости грунтов основной площадки, чрезмерной их влажности или недостаточной уплотненности.
Намоканию грунтов земляного полотна и их ослаблению способствует большая загрязненность балластного слоя, задерживающего воду.
К образованию балластных корыт приводят также наслоения грязного балласта на обочинах.
Балластные корыта вначале имеют небольшие размеры. По мере их развития вдоль пути и в глубину границы между ними исчезают, образуется сплошное балластное ложе (продольное корыто), которое наибольшую глубину, как правило, имеет под осью пути (рис. 47).
Рис. 47. Балластное ложе
Если балластные корыта и ложа не ликвидировать или не принять мер к их осушению, то собирающаяся в наиболее глубоких местах вода разжижает грунт, который под воздействием нагрузки будет выжиматься.
Рис. 48. Балластный мешок
Такой процесс, многократно повторенный, приводит к образованию балластных и грязевых мешков (рис. 48) и гнезд (рис. 49). В отдельных случаях балластные мешки достигают весьма больших размеров, что может вызвать серьезные деформации земляного полотна и пути в целом: сплыв откоса насыпи, резкую просадку, грубый перекос пути.
Заболевание основной площадки земляного полотна часто приводит к образованию пучин в зимнее время.
Пучины представляют собой весьма распространенное явление в северной и средней полосе нашей страны. Это такая деформация земляного полотна, при которой основная площадка вспучивается вследствие замерзания в грунте воды. Пучины образуются зимой. Они взбугривают путь и искажают его профиль. Исправление пути на пучинах отнимает много времени у путевых бригад. Поэтому в летнее время надо осуществлять мероприятия, предупреждающие образование пучин. Различают пучины поверхностные (верховые) и коренные (грунтовые). Поверхностные пучины образуются при замерзании воды в балластном слое. Вода замерзает в балласте вследствие его загрязненности и наличия углублений в основной площадке земляного полотна. При застое воды в кюветах грунты основной площадки увлажняются, что также приводит к образованию пучин. Поверхностные пучины появляются в начале зимы с замерзанием балластного слоя и исчезают весной, когда балластный слой оттает. Высота поверхностных пучин иногда достигает 50 мм.
Рис. 49. Балластные гнезда
Коренные пучины образуются при замерзании грунтовой воды под основной площадкой земляного полотна. Они являются следствием большого насыщения грунта водой. При замерзании вода расширяется в объеме, раздвигает частицы грунта и он вспучивается. Высота коренных пучин иногда превышает 100 мм.
Оползни земляных массивов обычно наблюдаются на крутых косогорах. Поверхность, по которой сползает грунт, называется поверхностью скольжения. Эта поверхность часто совпадает с границей между слоями разнородного грунта. При смачивании нижнего слоя водой верхний слой теряет с ним связь и сползает. Однако оползни могут иметь место и при однородных грунтах вследствие чрезмерного их увлажнения.
Захватывая большие земляные массы, оползни могут причинить большие разрушения. Если железная дорога находится в зоне действия оползня, то земляное полотно может быть разорвано и его оторванная часть сдвинута в сторону.
Признаками подвижек земляных масс, которые предшествуют оползню, являются: трещины на поверхности земли, наклон столбов телефонно-телеграфных линий и растущих в зоне оползня деревьев, взбугривание поверхности земли.
Провалы могут быть на болотах из-за разрыва сплавины (болотной корки), на которой была отсыпана насыпь, в местах образования карстовых пустот, вследствие обвала их сводов, и в местах горных выработок, где провалы могут быть следствием плохого их закрепления.
Карстовые пустоты образуются в грунтах, содержащих каменную соль, гипс и другие растворимые вещества. Вода растворяет и уносит с собой частицы этих веществ, образуя в грунте каналы и пещеры.