Под лечением земляного полотна надо понимать не только устранение последствий болезни, ликвидации деформаций, но и предупреждение появления их вновь. Лечение будет успешным, если происхождение болезни известно, т. е. известны причины, которыми вызвано заболевание. Поэтому, прежде чем начать лечение, необходимо больной участок земляного полотна детально обследовать и, лишь установив причины заболевания, наметить оздоровительные мероприятия.
Осадки насыпей, которые происходят вследствие недостаточного уплотнения свежеотсыпанного грунта, могут быть исключены. Для этого надо грунт, укладываемый в насыпь, послойно трамбовать. Однако оседание насыпи может происходить и вследствие уплотнения или податливости основания насыпи.
Рис. 50. Контрбанкеты у оседающей насыпи
При оседании насыпи вследствие увлажнения ее основания грунтовыми водами требуется осушить основание, а грунтовые воды отвести в сторону от земляного полотна. Если оседание основания насыпи происходит вследствие выжимания грунта за ее откосами, то для его прекращения иногда бывает достаточно присыпать к откосам насыпи контрбанкеты (рис. 50), которые будут препятствовать дальнейшему выжиманию грунта.
Осадка насыпи всегда сопровождается просадками пути и искажением его профиля. Поэтому по мере осадки насыпи путь поднимают на балласт и выправляют.
Для прекращения просадок пути в выемке, являющихся следствием слабости грунтов основной площадки, часто бывает достаточно увеличить толщину балластного слоя под шпалами. Если деформации основной площадки в выемке являются следствием смачивания ее грунтовыми водами, то для их прекращения уровень грунтовой воды следует понизить посредством устройства подкюветных или закюветных дренажей.
Сплывы откосов, происходящие вследствие чрезмерного их увлажнения, могут быть предупреждены, если откосы хорошо защитить от проникания в них поверхностной воды.
Этому в значительной мере удовлетворяет травяной покров. Он предохраняет грунт от растрескивания и размыва. Поэтому одерновка откосов всегда является хорошим средством для повышения их устойчивости. Устойчивость откоса насыпи повышается в значительной степени при отсыпке в нижней его части контрбанкета. Это мероприятие обычно сопровождается устройством дренажных сооружений, препятствующих прониканию грунтовой воды в тело насыпи.
Если причиной сплыва откоса выемки является выход на его поверхность грунтовой воды, то устройство заоткосного дренажа, перехватывающего грунтовую воду, представляет меру, достаточную для прекращения деформации откоса. Если же сплыв откоса является следствием выдавливания слабого грунта вышележащими слоями, то в этом случае целесообразно откос выемки уположить, одерновать, а сплывший грунт убрать.
Рис. 51. Боковая срезка основной площадки
Заболевание основной площадки земляного полотна часто начинается с образования балластных корыт.
Мерами, предупреждающими появление балластных корыт, являются: хорошее уплотнение грунтов основной площадки, правильная ее планировка со скатами к бровкам перед балластировкой пути, укладка в путь достаточного количества балласта в соответствии с утвержденными поперечными профилями, своевременная его замена. Несущая способность грунтов падает по мере насыщения их водой. Поэтому всякая мера, направленная против увлажнения грунтов основной площадки, одновременно является и мерой против образования балластных корыт.
Если балластные корыта уже образовались, то верхнюю часть земляного полотна по всей ширине срезают на 15—25 см ниже дна балластных корыт, грунт основной площадки уплотняют и планируют с наклоном в полевую сторону, вместо срезанной части укладывают песок, гравий или шлак.
Иногда для устранения вредного влияния балластных корыт на путь ограничиваются их осушением посредством боковой срезки основной площадки с одной или двух сторон. Боковая срезка делается ниже дна балластных корыт на величину возможного их роста в глубину, увеличенную на 15—25 см. Земляное полотно после срезки планируют с уклоном в 0,1 в полевую сторону (рис. 51).
Устройство поперечных дренажных прорезей при наличии балластных корыт не только не дает пользы, но даже приносит вред, так как в зимнее время при таких условиях возможно неравномерное вспучивание пути.
Поперечные дренажные прорези устраивают лишь при наличии балластных лож, т. е. когда перемычки между балластными корытами ликвидированы. Однако в выемках, если грунтовые воды находятся на такой высоте, что зимой возникают пучины, устройство поперечных прорезей и при наличии балластных лож не рекомендуется, так как путь будет вспучиваться между прорезями, а над прорезями окажутся впадины.
Рис. 52. Двусторонняя дренажная прорезь
Прорези из балластных лож могут быть двусторонними (рис. 52) и односторонними (рис. 53). Глубина их во всех случаях должна быть на 20 см больше глубины балластного ложа, а уклон дна не менее 0,1. В выемках, где выпуск воды из поперечных прорезей часто бывает затруднен, можно допустить и меньший уклон дна прорези, но его не следует делать меньше 0,05. Ширина прорези назначается в зависимости от ее глубины. В качестве заполнителя применяют крупнозернистый песок. При глубине прорези более 3 м в нижней части ее можно укладывать шлак. Поперечные прорези располагают в наиболее пониженных местах балластного ложа, но не реже чем через 12,5 м. Для выпуска воды из поперечных прорезей в выемках часто делают продольные подкюветные дренажи.
Рис. 53. Односторонняя дренажная прорезь
Более радикальным способом лечения балластных лож по сравнению с устройством поперечных дренажных прорезей является срезка верхней части земляного полотна, как и при балластных корытах, с полной ликвидацией балластных лож. Однако эта мера трудно осуществима, связана с большой затратой денежных средств и поэтому применяется редко. При наличии в основной площадке балластных гнезд такая срезка верхней части земляного полотна необходима.
Поперечные дренажные прорези устраивают также для осушения балластных мешков. Углубляться в тело насыпи в этом случае надо постепенно, срезая грунт горизонтальными слоями.
Такое производство работ позволит выпустить воду из балластного мешка без резкой просадки пути.
Заболевание основной площадки земляного полотна может быть установлено по следующим признакам:
- частые просадки пути;
- выплески грунта основной площадки на поверхность балластной призмы;
- выжимание грунта на обочины и в кюветы;
- образование в зимнее время пучин.
Более яркая растительность в одном месте откоса насыпи или выход на поверхность откоса воды являются признаками близкого расположения к поверхности откоса влажного грунта, наличия в теле насыпи глубокого грязевого мешка или сильно развитого балластного ложа. О том же говорит и выпучивание откоса с одновременными просадками пути. Если при этом на откосе насыпи, на обочине или на балластной призме образуется трещина, то в скором времени можно ожидать обрушения откоса насыпи и резкой просадки пути.
Пучины, как уже известно, возникают по разным причинам, но их возникновение всегда связано с замерзанием воды в балластном слое или в грунтах земляного полотна. Меры по предупреждению пучин также различны, но все они бывают направлены к тому, чтобы не допустить замерзания воды в грунте или в балласте. Прежде чем осуществить то или иное мероприятие, необходимо установить, какие же причины имеют место в данном случае, и принять решение, соответствующее фактическому положению.
Если причиной верховых пучин явилась загрязненность балласта, вследствие которой он потерял свои дренажные свойства и стал задерживать воду, то для предупреждения повторения пучин загрязненный балласт необходимо вырезать и вместо него уложить в путь свежий, чистый. Одна подъемка пути на новый балласт без вырезки старого, загрязненного от пучин не избавляет.
Если причиной верховых пучин являются балластные корыта и ложа в основной площадке земляного полотна, то осушение или полная ликвидация их будет мерой, достаточной для предупреждения пучин. Конечно, если одновременно действуют и другие причины, например застой в кювете воды, увлажняющей грунты основной площадки, то, кроме осушения или ликвидации балластных лож и корыт, необходимо упорядочить и работу кюветов. Все наслоения на обочине должны быть срезаны и удалены за пределы выемки.
Таким образом, для ликвидации верховых пучин необходимо: заменить загрязненный балласт, ликвидировать балластные корыта и ложа или обезвредить их осушением, упорядочить отвод воды, привести в порядок обочины. В отдельных случаях бывает достаточно осуществить только часть этих мероприятий.
Для предупреждения появления коренных пучин есть две возможности: одна из них заключается в понижении уровня грунтовой воды и тогда вспучивание вышележащего грунта будет исключено; другая — в укладке теплоизоляционного слоя, который не допускал бы замерзания водонасыщенного грунта.
Понижение уровня грунтовой воды достигается посредством устройства продольных дренажей. Дренажи можно устраивать как с одной стороны основной площадки, так и по обе стороны от нее. При устройстве дренажей с двух сторон понижение уровня грунтовой воды достигается быстрее. Кроме того, глубина дренажей в этом случае требуется меньшая, чем при устройстве дренажа только с одной стороны. Что является более рациональным — устройство одного или двух дренажей — решается в каждом отдельном случае расчетом.
Когда основная площадка в выемке имеет грунты с плохой отдачей воды, устройство дренажей становится мероприятием малоэффективным. При таких условиях для полной ликвидации пучин, кроме устройства дренажей, необходимо заменять плохо отдающий воду грунт на песок, гравий и тому подобный материал на глубину не меньше глубины промерзания. Надо иметь в виду, что мелкозернистый песок для этой цели не пригоден. Устройство дренажей с заменой грунта — мероприятие и дорогостоящее, и трудно осуществимое. Поэтому при связных грунтах применяется второй способ ликвидации коренных пучин. Он заключается в укладке теплоизоляционной подушки, исключающей замерзание нижележащего насыщенного водой пучащего грунта.
Для изоляционного слоя обычно применяют отсортированный паровозный шлак с крупностью зерен от 2 до 30 мм. Толщина шлаковой теплоизоляционной подушки зависит от глубины промерзания. Во всяком случае ее толщина не должна быть меньше указанной в табл. 8. Изоляционный слой устраивают на всем протяжении пучинистого места, а за его пределами делают пологие в 1/30 отводы (рис. 54). Длина таких отводов приведена в той же табл. 8. Отводы от теплоизоляционной подушки необходимы для предупреждения образования пучин за границами подушки.
Таблица 8
Толщина шлаковой подушки в зависимости от глубины промерзания
Толщина Длина отвода Глубина промерзания в см шлаковой подушки в см в м | ||
100—115 | 40 | 13,5 |
116—150 | 50 | 16,5 |
151—175 | 55 | 18,5 |
Более 175 | 60 | 20,0 |
При производстве работ шлак укладывают слоями в 15—20 мм и трамбуют. Для предохранения шлаковой подушки от засорения песчаным балластом между ними укладывают изоляционный слой из материалов с переменной крупностью зерен. Щебеночный балласт может быть уложен непосредственно на шлаковую подушку.
Рис. 54. Отводы шлаковой подушки (вдоль пути)
В связи с этим профессором Г. М. Шахунянцем предложено на участках с щебеночным балластом в местах укладки шлаковой подушки песчаную подушку заменять шлаком (рис. 55). Тогда необходимость устройства изоляции между шлаком и песком отпадает, глубина укладки шлаковой подушки уменьшается и отвод воды из нее в ряде случаев удается осуществить в кювет. Все это упрощает производство работ и снижает их стоимость.
Рис. 55. Шлаковая подушка при щебеночном балластном слое:
1 — щебень; 2 — шлако-грунто-бетон; 3 — шлак; 4 — глубина кювета от шлаковой подушки не менее 0,15 м
Основание шлаковой подушки планируют с односторонним или двусторонним уклоном в 0,05—0,1. В продольном направлении ему придают уклон, равный уклону пути. Из шлаковой подушки делают выпуски в углубленные кюветы или продольные дренажи (рис. 56) по всей длине подушки и отводов.
Рис. 56. Шлаковая подушка с продольными дренажами: 1 — гидроизоляция; 2 — изоляция от взаимопроникновения песка и шлака
Стабилизация оползней представляет собой сложную задачу, решить которую можно лишь после детального обследования района оползня и изучения процессов, происходящих в сползающем массиве. Во всяком случае в первую очередь принимают меры по упорядочению стока воды и осушению оползневого косогора. Дополнительными мероприятиями могут быть: насаждение кустарников и деревьев, устройство подпорных стен и других удерживающих сооружений.
Меры против провала земляного полотна намечают в зависимости от той причины, которая может его вызвать. Расположенные вблизи земляного полотна неукрепленные или плохо укрепленные горные выработки засыпают, или закрепляют иным способом. Карстовые пустоты закладывают камнем или забивают грунтом. Для предупреждения образования новых пустот поток грунтовой воды при помощи дренажей отводят в безопасную для земляного полотна зону. Если провал образовался на болоте вследствие разрыва сплавины, то основание насыпи опускают на минеральное дно болота.
Вынос трассы на новое место представляет собой наиболее радикальное средство во всех случаях неустойчивого основания земляного полотна.
Вопросы для повторения
- Какие основные требования предъявляются к устройству земляного полотна?
- Какое различие в понятиях «деформация земляного полотна» и «болезнь земляного полотна»?
- Какие бывают виды деформаций земляного полотна?
- Чем вызывается заболевание основной площадки?
- Какие меры надо принимать для предупреждения пучин