Откос земляного полотна что это
Виды земляного полотна
Выемка – инженерное сооружение, основная площадка которого расположена ниже поверхности земли. Выемка имеет два откоса (рис. 65, 66).
Насыпь – сооружение из насыпного грунта. Основная площадка насыпи расположена выше поверхности земли. Насыпь имеет два откоса (рис. 67, 68).
Основная площадка – это поверхность ЗП, на которую укладывается верхнее строение пути (ВСП).
На однопутных линиях основная площадка имеет форму трапеции, на двухпутных – треугольной формы (для связных грунтов).
Поперечным профилем земляного полотна называется поперечный разрез его вертикальной плоскостью, перпендикулярный оси пути.
На рис. 66, 67 представлены соответственно поперечные профили выемки и насыпи.
Рис. 66. Типовой поперечный профиль однопутной выемки
Основные элементы выемки (рис. 66):
1) кюветы – продольные канавы для отвода воды с каждой стороны основной площадки;
2) основная площадка выемки – поверхность выемки, на которую укладывается ВСП;
3) кавальер – вспомогательная насыпь из удаленного при сооружении выемки грунта;
4) нагорные канавы – сооружаются на склонах выше выемки для перехвата и отвода воды выемки;
5) банкет сооружается на полосе между кавальером и бровкой откоса выемки, с поперечным уклоном в сторону от откоса для отвода воды в забанкетную канаву;
6) откос выемки – боковая наклонная часть выемки.
Рис. 67. Типовой поперечный профиль насыпи
Основные элементы насыпи (рис. 67):
1) основание – полоса земли, на которую опирается насыпь;
2) берма – полоса между подошвой насыпи и ближайшим водоотводом;
3) основная площадка – поверхность насыпи, на которую укладывается ВСП;
4) бровка – линия сопряжения основной площадки с откосом;
5) подошва – линия сопряжения откоса с основанием;
6) резерв – вспомогательная выемка, из которой брался грунт для отсыпки насыпи из местного грунта;
7) откос насыпи – боковая наклонная часть насыпи.
Полунасыпь– инженерное сооружение основная площадка которого находится выше уровня земли, но откос насыпи – один (рис. 69, 70).
Рис. 69. Полунасыпь (схема)
Рис. 70. Полунасыпь на железной дороге
Полувыемка–инженерное сооружение основная площадка которого расположена ниже уровня земли, но откос у выемки – один (рис. 71, 72).
Рис. 71. Полувыемка (схема)
Полунасыпь–полувыемка–основная площадка частично находится выше уровня земли и в этой части земляного полотна закладывается откос насыпи; другая часть основной площадки находится ниже уровня земли с откосом выемки (рис. 73, 74).
Рис. 73.Полунасыпь-полувыемка (схема)
Нулевое место –место перехода от насыпи к выемке
Содержание и ремонт земляного полотна
Прочность и устойчивость земляного полотна зависят от исправного действия водоотводных устройств и сооружений.
При недостаточном количестве водоотводных устройств или их малой пропускной способности устраивают дополнительные канавы и трубы или увеличивают пропускную способность. Все водоотводные сооружения должны быть способны в любой момент отвести поверхностные воды. Наличие застаивающейся воды в кюветах и резервах свидетельствует о неудовлетворительном содержании дороги и приводит к постепенному насыщению водой земляного полотна и потере им несущей способности.
Прежде всего нельзя допускать захламления кюветов и поперечных водоотводных канав упавшими бревнами и стволами деревьев. Необходимо систематически убирать весь хлам с дорожной полосы и особенно с обочин, откосов, из кюветов и резервов; по мере надобности очищать кюветы и нагорные канавы от всех препятствий и наносов, мешающих течению воды. После сильных ливней с нагорной стороны вместе с большими массами мутной воды в канавы поступает значительное количество взвешенного грунта, который, отлагаясь на дне и стенках, иногда очень быстро заполняет их целиком. При последующих ливнях канавы не вмещают всю воду, и она, переливаясь через края, заливает нижележащую выемку; если канава проходит вдоль насыпи, то ливневая вода подмывает откос насыпи с нагорной стороны. При заиливании нагорных и продольных водоотводных канав больше чем на 1/3 их следует прочищать.
В зависимости от формы канавы прочистку можно производить автогрейдером, канавокопателем или экскаватором. Отдельные заиленные места очищают вручную.
При капитальном и среднем ремонте дороги поперечный профиль водоотводных канав полностью восстанавливают. При восстановлении профиля и прочистке канав срезать следует их внешний откос, чтобы не уменьшить земляное полотно дороги. На участках продольных водоотводных канав с большими уклонами откосы часто размываются и превращаются в небольшие овраги, поэтому вместе с прочисткой канав следует восстанавливать и укреплять их откосы, одерновку, мощение и водобойные колодцы. Ни в коем случае нельзя упускать начало размыва канавы, так как в последующем усложняется и удорожается ремонт.
Канавы следует прочищать от выходного русла вверх навстречу течению воды. Вынутый при прочистке кюветов грунт нельзя использовать для ремонта земляного полотна, в частности обочин, его следует выбрасывать на внешнюю от дороги сторону и разравнивать.
Ремонт и содержание дорожных обочин заключается в их систематическом планировании для обеспечения стекания воды с проезжей части и земляного полотна. Уклон обочин должен быть 40—60‰ (4—6 см на 1 м ширины), что легко проверить с помощью ватерпаса. Планирование можно осуществлять автогрейдером, но после дождя по влажному грунту можно использовать дорожные утюги, находящиеся на буксире у автомашины повышенной проходимости. Образующиеся на обочине колеи и ямки следует заделывать только тем же самым грунтом. Образовавшиеся на обочине земляного полотна из глинистого грунта ямки или колеи нельзя заделывать песком, так как он в результате насыщения водой находится в жидком состоянии и при проходе колеса будет выдавливаться в сторону. Часто встречаются наросшие обочины, препятствующие стоку воды с проезжей части; их периодически надо срезать проходом грейдера. Срезаемый грунт нельзя передвигать к середине дороги, его следует сбрасывать на откос и далее к подножию земляного полотна. Эту работу необходимо выполнять до очистки водоотводных канав, так как при срезке обочин часть грунта может попасть в кювет или в продольную водоотводную канаву. Срезку обочин обычно выполняют осенью и не ежегодно, а через 2—3 года. Если обочины наросли только в отдельных местах и в ближайший период нет возможности произвести их сплошную срезку, дорожные рабочие должны устроить в них через 5—7 м стоки воды.
При занижениях обочин необходима сплошная подсыпка. До подсыпки целесообразно поверхности заниженных обочин придать необходимый уклон от проезжей части и выровнять ее. В этом случае для подсыпки можно использовать грунт, из которого состоит земляное полотно, а также дренирующий — песок или гравий. Сплошное покрытие обочин песком, щебнем или гравием способствует уменьшению пылеобразования, скользкости и лучшему сохранению поверхности при заезде машин.
Если на обочинах имеются ямы значительных размеров, заполненные водой и жидкой грязью, то надо сначала спустить воду, просушить их и только потом заполнять грунтом с обязательным послойным трамбованием и укаткой (можно колесами медленно движущихся груженых машин).
В ряде случаев на земляном полотне наблюдаются сплывы и обрушения откосов. На насыпях это обычно происходит из-за излишней крутизны откосов или наличия в теле насыпи грязевых мешков. В 1-м случае необходимо подсыпать грунт для устройства более пологого откоса и укрепить посевом трав или даже одерновкой, во 2-м — прежде всего просушить тело насыпи; для этого устраивают поперек насыпи глубокую прорезь для просушки района грязевого мешка, в тело насыпи закладывают пучок хвороста (фашину), по которому вытекают остатки влаги, затем прорезь заделывают грунтом с послойным трамбованием.
Оплывы и обрушения откосов выемок происходят вследствие их недостаточного осушения или выхода грунтовых вод. Иногда обрушение происходит из-за того, что вынутый при разработке грунт уложен рядом с бровкой выемки, в то время как расстояние до вала с грунтом (кавальера) должно быть не менее 5 м. При сплывах из-за выходов грунтовых вод устанавливают каптаж ключа или перехватывающий дренаж, что представляет уже сложное инженерное сооружение. Во всех случаях устройство более пологого откоса с хорошим укреплением поверхности предупреждает возможность сплыва.
При длительном отсутствии дождей в летний пожароопасный период на обочинах и откосах земляного полотна необходимо скашивать сухую траву, а по дну резервов проходом бульдозера устраивать минерализованную полосу.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Земляное полотно
Земляное полотно новых железных дорог, назначение земляного полотна и требования к нему. Земляное полотно — это один из основных элементов конструкции железнодорожного пути, представляет собой инженерное сооружение из грунта.
На земляном полотне размещается верхнее строение железнодорожного пути, и оно также обеспечивает придание железнодорожному пути необходимых параметров плана и профиля линии, выравнивая в пределах трассы земную поверхность.
Земляное полотно является несущей конструкций железнодорожного пути, воспринимая статические нагрузки от верхнего строения пути и динамические от подвижного состава, должно упруго передавать их на основание.
Поэтому от его надежности зависят основные эксплуатационные параметры: техническая скорость движения поездов и максимально разрешаемая статическая нагрузка подвижного состава, которые определяют провозную и пропускную способность линии.
Особенностью земляного полотна является то, что оно сооружается из грунта, свойства которого неоднородны в пространстве и изменяются во времени, существенно завися от природных условий.
Основной нормативно-технической литературой в части земляного полотна железных дорог является:
— при проектировании и строительстве нового земляного полотна — СНиП 32-01-95 «Железные дороги колеи 1520 мм и СП 32- 104-98 «Проектирование земляного полотна железных дороги колеи 1520 мм: свод правил по проектированию»;
— при проектировании новых железнодорожных линий и усилении (реконструкции) земляного полотна — СТН Ц-01-95 «Железные дороги колеи 1520 мм» — строительно-технические нормы Министерства путей сообщения Российской Федерации;
— при содержании земляного полотна — «Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути» ЦП-544, утверждена МПС России в 1998 г.
К земляному полотну предъявляются следующие основные требования:
— оно должно быть прочным, устойчивым, надежным и долговечным при пропуске современных и перспективных типов подвижного состава с максимальными скоростями, расчетными весом, длиной и интенсивностью движения;
— все поверхности земляного полотна, его устройств и полосы отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась и был обеспечен ее сток в стороны или водоотводные сооружения, а текущая вода не размывала бы откосы и основание;
— конструкции земляного полотна должны обеспечивать минимальные расходы на их сооружение, ремонт и содержание с применением максимальной механизации и автоматизации работ.
При этом принимается ряд понятий, характеризующих земляное полотно:
— под прочностью понимается прочность грунтов его слагающих, т.е. способность их воспринимать действующие нагрузки без разрушения;
— под устойчивостью конструкции понимается его способность сохранять равновесие грунтовых масс при воздействии внешних нагрузок и гравитационных сил;
— под надежностью понимается его способность работать без отказов в течение заданного срока эксплуатации;
— под долговечностью понимается его способность сохранять свои эксплуатационные качества в течение как можно большего времени.
Как видно из приведенных формулировок, свойство прочности относится к материалу — грунту, а остальные свойства определяют требования к конструкции земляного полотна.
Кроме того, нормами предусматривается при строительстве новых и реконструкции существующих железнодорожных линий обеспечивать ограничение до допустимых значений величин равномерного морозного пучения и упругих осадок основания на болотах, определяемых в зависимости от категории линии (смотри таблицу).
Состав и типы земляного полотна
Земляное полотно должно рассматриваться как комплекс инженерных сооружений, в состав которых входит:
— собственно земляное полотно (насыпи, выемки, нулевые места и т.д.);
— устройства для отведения поверхностных и грунтовых вод (канавы, лотки, дренажи и т.д.);
— защитные сооружения для сохранения земляного полотна от повреждений или разрушений при неблагоприятных природных воздействиях и явлениях (подпорные и волноотбойные стены, траверсы и струенаправляющие дамбы, противолавинные и противоселевые сооружения и т.д.);
— укрепительные сооружения откосов (плитные покрытия, каменные наброски, сетчатые конструкции и т.д.).
Земляное полотно является линейным сооружением, поэтому основную часть его проекта составляет поперечный профиль — инженерно-геологический разрез, перпендикулярный продольной оси линии.
К собственно земляному полотну относят насыпные грунты, формирующие его профиль.
Верхняя поверхность земляного полотна, на которой располагается верхнее строение пути и через которую передаются воздействия подвижного состава, называется основной площадкой, является главным элементом земляного полотна. Откосами называются искусственно созданные наклонные поверхности грунта (откосы насыпей, откосы выемок), ограничивающие естественный грунтовой массив. Линия сопряжения основной площадки с откосом называется бровкой пути.
Применяются следующие типы поперечных профилей земляного полотна (рис. 10.1): насыпи, выемки и нулевые места (условно принято при рабочих отметках от —1 до +1 м), а для участков на косогорах могут быть еще: полунасыпи, полувыемки и полунасы пиполувыемки.
Полунасыпью называется насыпное земляное полотно, у которого одна бровка основной площадки лежит на поверхности земли.
Полувыемкой называется земляное полотно, имеющее с одной стороны откос выемки, а с другой бровку основной площадки, лежащую на поверхности земли.
В полунасыпях-полувыемках основная площадка образована частично подсыпкой, а частично срезкой грунта земной поверхности.
Различают типовые, групповые и индивидуальные конструкции земляного полотна.
Типовые конструктивные решения представляют собой типовые поперечные профили земляного полотна, регламентируемые нормативными документами. Они созданы в результате обобщения многолетнего опыта проектирования и эксплуатации. Эти решения принимаются без обоснования их инженерными расчетами, но с при вязкой к местным условиям, иногда специфическим, но уже хорошо изученным.
Такие решения применяют при выполнении следующих требований:
— простые инженерно-геологические и гидрогеологические условия;
— возведение полотна из обычных грунтов (дренирующие, глинистые твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции — показатель текучести J ≤ 0,50);
— прочное основание с косогорностью не круче 1:5 при скальных грунтах и 1:3 — при нескальных;
— рабочие отметки земляного полотна до 12 м (до 6 м при глинистых грунтах с 0,25 ≤ J ≤ 0,50 и до 20 м в скальных слабовыветривающихся грунтах);
— некоторые сложные инженерно-геологические условия, но с ограничением состояния грунтов и геометрических размеров (например, насыпи на болотах глубиной до 3—4 м).
Групповые конструкции разрабатываются для применения на ряде участков со сложными и многократно повторяющимися на рассматриваемой линии инженерно-геологическими условиями. При этом параметры земляного полотна, уточненные расчетами в сравнении с типовыми конструкциями, не требуют индивидуального обоснования для каждого объекта.
Индивидуальные проектные решения разрабатывают для сложных объектов, сооружаемых в сложных инженерно-геологических и топографических условиях. Для составления этих проектов производят детальные инженерно-геологические изыскания, определяют физико-механические и прочностные характеристики грунтов и принимаемые решения обосновывают инженерными расчетами.
Возможные деформации земляного полотна
Земляное полотно будет обеспечивать свое назначение, как основания для верхнего строения пути и подвижного состава, долговременную стабильность (недеформируемость) и надежность (безотказность), если объекты земляного полотна (ОЗП) всегда будут сохранять свою форму и размеры в пределах нормативных значений. Это особенно важно для основной площадки, на которой размещается верхнее строение пути и реализуется движение поездов, к подбалластной и другим зонам, сложенным неоднородными грунтами. Изменения состояний грунтов (по влажности и плотности, зерновому составу и др.) под воздействием поездной нагрузки и природно-климатической среды могут нарушить условия стабильности, привести к деформациям, влияющим на безопасность движения поездов. Поэтому необходим постоянный надзор за состоянием ОЗП и профилактические меры, предупреждающие возможные деформации ОЗП.
Природная среда определяется условиями рельефа, климата, грунтов, гидрогеологии, криологии, сейсмичности и другими факторами и характеризуется температурным режимом воздуха, водным, ветровым, уровенным режимом в реках.
Температурный режим характеризуется величинами абсолютных значений температур (максимальных, минимальных) и колебаний их посезонно в годовом цикле. Температурный режим влияет на изменчивость температуры грунтов, их состояние (талое, мерзлое), на образование деформаций (пучин, осадок, смещений, наледей, термокарста и др.).
Ветровой режим характеризуется скоростями, продолжительностью, направлением, повторяемостью в суточном, годовом циклах. Активные ветры (со скоростями 4,0 м/с и более) приводят к ветровой эрозии земляного полотна, сильные ветры образуют большие волны в водоемах, размывы земляного полотна.
Режим дождевых осадков характеризуется их количеством (суточным, месячным, годовым), продолжительностью и интенсивностью отдельных дождей. Дождевой режим формирует поверхностный сток воды, подземный (грунтовых вод), водноэрозионные, размывные деформации объектов земляного полотна. Впитывающаяся в грунт вода при снеготаянии и дождях избыточно увлажняет глинистые грунты, что приводит к смещениям (сплы-вам, оползням откосов, склонов).
При подъеме уровня воды в реках возможны размывы берегов, подтопление и размывы насыпей. Следует учитывать, что для равнинных рек характерен один паводочный уровень в весенний период года, на горных реках возможны высокие уровни в разные периоды года, что связано с интенсивными атмосферными (ливневыми) осадками, таянием ледников (при активной солнечной радиации).
Под влиянием внешних воздействий проявляется деформатив-ность земляного полотна, это свойство грунтовой конструкции изменять свои геометрические размеры и форму при изменении (нарушении) состояния грунтов под влиянием природной среды и силового воздействия поездов.
Деформации характеризуются таким состоянием объектов земляного полотна, при котором величины изменения их размеров и формы недопустимы по нормативным и проектным значениям. Деформации могут привести к состоянию ограниченной работоспособности железнодорожного пути с предупреждениями о снижении скоростей движения поездов, к аварийным ситуациям с перерывами в движении поездов.
Следует различать дефекты, как нарушения размеров и форм (в пределах допустимых значений), при которых насыпи и выемки могут эксплуатироваться длительный период; деформации упругие и начальные, в пределах допусков, не влияющих на безопасность движения поездов; деформации остаточные избыточные, за пределами допустимых значений, которые приводят к снижению скоростей и перерывам в движении поездов.
Соответственно под деформациями (избыточными) следует понимать изменения размеров и форм основной площадки и других элементов насыпей и выемок, которые недопустимы по нормам содержания земляного полотна, приводят к нарушениям движения поездов и возникают под влиянием природно-климатической среды, изменяющей состояние грунтов, и динамических поездных нагрузок.
Деформации классифицируются обычно по месту их проявления и внешним признакам, более полная — комплексная (системная) классификация с учетом причин и процессов развития деформаций, с выделением классов деформаций: пучины, оседания, смещения, а также загромождения основной площадки, кюветов, выемок, верхнего строения пути.
Пучины — местные неровности (искажения) пути (по рельсовым нитям) в продольном и поперечном профилях, которые больше допустимых по нормам текущего содержания и возникают при морозном пучении.
Морозное пучение проявляется при наличии в подбалластной зоне пучинистых (пылеватых, глинистых) грунтов, избыточном увлажнении пучинистых грунтов, промерзании избыточно увлажненных пучинистых грунтов.
Пучины могут быть в форме пучинных горбов (рис. 4.16), впадин, перепадов, в виде прямых, косых, перекосных, односторонних. Пучины могут быть верховыми, полной зоны промерзания, низовыми при расположении пучинистого грунта в верхней, всей зоне, нижней части зоны промерзания, а также коренными, при увлажнении грунтовыми водами; наледными буграми в условиях вечномерзлых грунтов.
Оседания — понижения уровня основной площадки (насыпей, выемок) с верхним строением пути, основания насыпей. Могут быть под основной площадкой в виде балластных корыт (отдельных углублений под каждой шпалой), балластных лож (продольных для ряда нескольких шпал углублений), в форме мешков, гнезд, заполненных загрязненным балластом (рис. 4.17) и просадок (в том числе с верхним строением пути).
Балластные углубления развиваются при уплотнении глинистого грунта в подшпальном основании, увлажнении его в углублении, разжижении, выдавливании (с образованием выплесков) при движении поездов, выпиранием грунта основной площадки в выемках.
Оседания (осадки) основания (рис. 4.18) и насыпи возможны при слабом заторфованном основании насыпи, при оттаивании деятельного слоя вечномерзлых грунтов (с марями, погребенными льдами). Оседания насыпи могут быть с выпиранием грунтов основания из-под насыпи.
Смещения — деформации изменения положения масс грунта насыпей и выемок под действием силы тяжести при изменении состояния (увлажнении) грунтов.
Смещения могут быть в виде оплывин разжиженного грунта в поверхностных слоях; сплывов откосов (рис. 4.19) при избыточном увлажнении грунтов; в виде солифлюкции — плоских оплывин, языков при оттаивании вечномерзлых грунтов в откосах; в виде оползания откосов насыпей, особенно пойменных насыпей при подтоплении паводковыми водами.
Кроме того, возможны сдвиги насыпей по наклонному основанию и сдвиги насыпей совместно со слабым основанием, поверхностными слоями наклонного склона и выпором основания. Возможны смещения в виде сдвигов насыпей на курумниках (каменных россыпях на склонах). Такие деформации могут создавать угрозу безопасности движения поездов.
Разрушения земляного полотна могут проявиться в выдувании грунта из насыпи (ветровая эрозия), в размывании и вымывании грунта (водная эрозия) с образованием на откосах стройчатых промоин (рис. 4.20); в заоткосных зонах возможно оврагообразова-ние (рис. 4.21) с глубокими размоинами, возможным разрушением насыпей, заиливанием водоотводов и водопропускных труб.
Возможны подмывы, переливы воды (рис. 4.22), разрушения балластной призмы, насыпей в поймах рек паводковыми водами, волновой абразией.
Кроме того, разрушения насыпей возможны в виде расползания на слабых основаниях; на карстовых участках, где грунтовыми водами растворяются горные породы (гипсы, известняки и др.) и вымываются с образованием пустот, на горных (шахтных) выработках. В выемках могут быть провалы грунтов под балластной зоны на карстах, горных выработках, при вытаивании погребенных льдов в вечномерзлых грунтах.
Загромождения пути создают безопасность движению поездам при практически исправном верхнем строении пути, нормативном содержании рельсовой колеи.
Эти процессы могут проявляться в заносах песком, пылью обочин, балластной призмы, наносах в рельсовой колее (рис. 4.23) при ветропесчаных, пыльных бурях; в заиливании водоотводов, в наледеобразованиях на откосах, в кюветах, на балластной призме (с покрытием льдом рельсов, рис. 4.24) при замерзании грунтовых вод (выходящих на поверхность), ключевых, речных.
Рис. 4.24. Образование откосной наледи при выходе грунтовой воды в откосе и льдообразований в кюветах, на обочине, рельсошпальной решетке
Рис. 4.25. Вывалы и камнепады на скальном откосе полувыемки
В откосных зонах скальных выемок возможны вывалы и камнепады (рис. 4.25), осыпи, осовы, обрушения крупнообломочных горных пород с завалами пути (рис. 4.26). Этому способствует интенсивное выветривание горных пород. Возможны оползни глинистых откосов с загромождением грунтовой массой основной площадки выемки.
В нагорных зонах возможны обвалы накопленных выветрелых горных пород в логах, на склонах, лавины каменные, лавины снежные (при метелях и оттепелях).
Возможны оползни склонов, сложенных глинистыми грунтами (рис. 4.27) со смещением больших объемов грунтовых масс и загромождениям пути.
При ливневом увлажнении накопившихся пород выветривания в логах возможны селевые потоки — горные паводки с большим количеством включений валунов, карчей (грязевые, грязекаменные, водокаменные сели).
Проявлению таких процессов способствуют накопление в высокогорных бассейнах логов и на склонах больших масс раздробленных продуктов горного выветривания, крутые склоны, ливневые дожди, смерчи, сейсмичность района.
