УКРЕПЛЕНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Земляное полотно предохраняют от разрушительного воздейст­вия воды, ветра, льда и других природных факторов, а также от механического повреждения. Конструкции укреплений выбирают в соответствии с их назначением, природно-климатическими факторами, наличием местных материалов, возможности механи­зации работ и ведения их индустриальными способами, с учетом стоимости сооружения и эксплуатации укреплений (табл. 1).

Таблица 1

Конструкции укреплений, сооружаемых индустриально-механизированными способами.Покрытие из сборных железобетонных плит, омоноличенных по контуру(рис. 5.20)имеет упор, устраиваемый в основании ук­репления для обеспечения его устойчивости, и фильтр из дрени­рующего материала, укладываемый под плитами.

При динамическом воздействии пойменных вод на откосные покрытия через температурные швы возможен вынос фильтраци­онным потоком частиц грунта из откоса или дренирующей подго­товки. Для предотвращения этого под температурными швами плит укладывают ленточный обратный фильтр из одного — трех слоев щебня, гравия и песка. Число слоев обратного фильтра при­нимают в Зависимости от вида грунта, которым сложен укрепля­емый откос, мощности укрепления и других конкретных условий. Если откос сложен из глинистых и суглинистых грунтов, то на глубину промерзания под дренирующим основанием должен быть уложен слой песчаного грунта, уплотненного до объемного веса скелета: 1,55 т/м³.

Сборные железобетонные плиты предназначены для защиты откосов, работающих в условиях постоянного или временного подтопления и сильного воздействия волн высотой до 3 м, как правило, при условии полной стабилизации земляного полотна.

Размеры плит 2,5x3 м, полуплит 2,5x1,5 м, толщина их 0,15 и 0,2 м. Для армирования плит используют сварные сетки.

Рис. 5.20. Покрытие из сборных железобетонных плит, омоноличенных по контуру: 1 – гравий или щебень толщиной слоя 15 см; 2 – крупнозернистый песок тлщиной слоя 10 см; 3 – каменная упорная призма; 4 – упорный зуб из бетона; 5 – железобетонные подкладки для омоноличивания плит сечением 30х10 см; 6 – подготовка из разнозернистого гравия или щебня толщиной слоя 10 см; 7 – омоноличенные железобетонные плиты; 8 – температурно-осадочный шов; 9 – закладные части для омоноличивания; 10 – конструктивные омоноличенные швы; Нкр – критическая глубина; Нкр ≈1,5 hр, где – hр высота расчетной волны

Уложенные плиты объединяют (омоноличивают) в карты. Длина карт вдоль откоса не превышает 40 м, размер карты в поперечном направлении не более 20…22 м при высоте волны до 1,5 м и не более 15 м при больших высотах волн. Омоноличива­ют плиты по контуру при помощи закладных частей с армиро­ванием и заполнением швов бетоном или цементным раст­вором.

Указанные типоразмеры плит позволяют применять эти кон­струкции при различных сочетаниях значений высоты и крутизны откосов, а также высоты волны.

Сборные разрезные железобетонныеплитыразмером 3X2,5 м, толщиной 0,15 и 0,2 м из бетона, армированные сварными сетка­ми, используют для защиты откосов крутизной 1 : 2 и положе от постоянного или временного воздействия текущих вод, а также от ударов волн высотой до 1…1,5 м. Плиты укладывают на сплош­ной трехслойный фильтр: 0,1 м крупнозернистого песка, 0,1 м мелкого щебня или гравия и 0,15 м крупного гравия или щебня. В сплошной ковер плиты соединяет металлическими хомутами.

В нижней части укрепления при производстве работ в период отсутствия подтопления устраивают упорную рисберму на глуби­ну 1 м; при подтопленном откосе вместо рисбермы отсыпают банкет из камня такой высоты, чтобы уровень воды в период строительства оставался ниже основания плитного покрытия.

Монолитные железобетонные плиты размера­ми в плане от 5x5 до 10x10 м при толщине от 0,15 до 0,3 м яв­ляются мощным средством укрепления откосов в условиях посто­янного и временного подтопления при действии ветровой волны высотой до 3 м.

Эти плиты укладывают на слой из щебня или гравия толщиной. 0,15 м. Под швами размещают железобетонные доски толщиной 7…15 см (в зависимости от толщины плит) и шириной 0,3 м, по­крытые битумными матами. Вместо досок под швы иногда укла­дывают ленточный трехслойный фильтр (рис. 5.21).

Рис. 5.21. Конструкция температурного осадочного шва и ленточного трехслойного фильтра: а – деталь конструктивного шва; б – конструкция ленточного трехслойного фильтра; 1 – деревянная доска толщиной 2 см, пропитанная креозотом; 2 – битумный мат толщиной 1 см; 3 – железобетонная доска толщиной 7…15 см; 4 – гравий или щебень слоем 15 см; 5 – крупнозернистый песок толщиной слоя 10 см; 6 – железобетонная плита; 7 – крупный гравий или щебень толщиной слоя 20 см; 8 – мелкий гравий или щебень толщиной слоя 15 см

Рис. 5.22. Железобетонное гибкое покрытие конструкции ЦНИИС Минтрансстроя: 1 – упорная каменная призма; 2 – конструктивные омоноличенные швы; 3 – гибкое железобетонное покрытие

Железобетонное гибкое покрытиеконструкции ЦНИИС Минтрансстроя (рис. 5.22) используют для защиты постоянно или периодически подтопляемых откосов насыпей и берегов при ско­ростях течения до 3 м/с и высоте волн до 1,5 м. Крепление, со­стоящее, из блоков 2,25x4,5 м, укладывают на спланированные откосы, как правило, без обратного фильтра или дренирующей подготовки.

При укреплении откосов, сложенных глинами или тяжелыми суглинками устраивают подготовку толщиной 15…20 см из песка, уплотненного до = 1,55 т/м³.

Каждый блок состоит из 10 полных бетонных плит размером в плане 0,75x0,75 м, 15 боковых «половинных» плит размером 0,75x0,375 м и четырех угловых «четвертушек» размером 0,375x0,375 м, соединенных общей плоской арматурной сеткой. Толщина плит в зависимости от скорости течения, высоты волн и других факторов может быть 10, 12 или 15 см и задается в про­екте. Швы между плитами в блоке и стержни арматурной сетки на открытом участке шва изолированы гидрорезиновыми проклад­ками.

Блоки крепления, уложенные на откосе, соединяют в общий тюфяк со сваркой закладных деталей каждого блока и омоноличиванием шва цементным раствором. При этом боковые «половин­ки» и угловые «четвертушки» блока объединяют в полные, и крепление состоит из одинаковых плит. Для омоноличивания применяют портландцемент на одну ступень выше марки, применяе­мой для изготовления блоков.

Для предупреждения сползания крепления на откосах круче 1:2,5 м при песчаных грунтах и круче 1:3 при суглинистых по­крытие заанкеривают с помощью специальных сваек и металли­ческих тяжей.

Сборные бетонные плитыизготовляют из бетона М200 разме­рами 1х1 м и толщиной 0,16…0,2 м. Их используют при скоро­стях течения воды не более 3 м/с, слабом ледоходе и высоте волн не более 0,7 м.

Плиты укладывают на дренирующую подготовку, толщину и состав которой определяют согласно расчету в зависимости от ви­да грунта укрепляемого откоса. У основания откоса устраивают бетонный упор из элементов длиной 1 м и сечением 0,4x0,5 м или каменную упорную призму. Плитами укрывают смачиваемую часть откоса; выше применяют укрепления облегченной конст­рукции.

Сборные плиты из асфальтобетона размером 1x1x0,06 м; 3,9х2, 9х0,1 и 3,9х 1,4х0,1 м применяют пока в опытном порядке для укрепления периодически или постоянно подтопляемых отко­сов насыпей и берегов при скоростях течения до 2,5 м/с, малой (до 0,4 м) толщине льда, высоте волн до 0,7 ми при отсутствии в водном потоке крупнообломочного материала.

В качестве арматуры используют проволочные сетки. На отко­сах плиты размерами 3,9х2, 9х0,1 и 3,9х1,4х0,1 м объединяют в ковры со сваркой арматурных стержней и заполнением швов холодной асфальтовой мастикой.

Асфальтобетонные плиты успешно работают без температур­ных и осадочных швов, выдерживая значительные неравномерные осадки.

Каменная наброска (рис. 5.23) предназначается для защиты откосов насыпи от размыва, подмыва и волнового воздействия.

Это покрытие может быть устроено различной конструкции в за­висимости от качества грунта основания и других местных усло­вий. Ценное качество набросок – приспосабливаемость к нерав­номерной осадке поверхности укрепляемого откоса земляного по­лотна. Наброски сооружают полностью механизированными способами с применением бульдозеров, самосвалов и других машин.

Крупность камней и толщину слоя наброски устанавливают расчетом. В наброске следует применять несортированный камень (горную массу). Применение сортированного камня допускается в случаях, когда это обосновано технико-экономическими расче­тами. Для каменной наброски применяют горную массу, содер­жащую более 50% камней, расчетного размера и более крупных, при этом отношение размеров камней в наброске, составляющих 60 и 10% по массе, должно быть от 3 до 15.

Каменную наброску укладывают по слою подготовки, устра­иваемой по принципу обратного фильтра. Количество слоев под­готовки и их толщину

устанавливают расчетом.

Благодаря простоте устройства, возможности механизации, надежности защиты и долговременной службе каменная наброска имеет широкое распространение в районах, где камень является недорогим материалом.

Рис. 5.23. Укрепление откосов каменной наброской при неразмываемых (а) и подверженных размыву (б) грунтах основания насыпи

В суровых климатических условиях успешно применяется укрепление от­косов выемок в вечномерзлых грунтах покрытием слоем скального или гравийно-галечного грунта. Такое укрепление будет спо­собствовать сохранению мерзлого состояния грунта и препятство­вать разрушительному воздействию атмосферных осадков.

Укрепление откосов посевом трав по растительному грунту. К числу наиболее распространенных (до 90% объема всех укрепительных работ) укреплений земляного полотна следует отнести искусственно создаваемый дерновый покров. Многолетние травы высевают по слою растительного грунта толщиной 10…15 см, предварительно уложенного на поверхности откосов, или без не­го методом гидропосева.

Укрепляемые откосы планируют обычными способами и средствами, но поверхность их должна быть шероховатой. Для выполнения последнего требования при планировании откосов из плотных связных грунтов откосниками, создающими глад­кую поверхность, рекомендуется закрепить на ноже откосника через каждые 10 см пикообразные выступы высотой до 10 см. Поверхность откосов земляного полотна из устойчивых глинистых грунтов может быть спланирована с оставлением беспорядочно расположенных на откосе неровностей размерами не более 10…15 см. Общая крутизна откоса при этом должна быть равна проектной.

Посевом многолетних трав укрепляют откосы неподтопляемого земляного полотна, сложенного из нескальных грунтов, находя­щихся в талом состоянии.

В технологический комплекс работ входят заготовка расти­тельного грунта, доставка его к месту укладки, нанесение расти­тельного грунта на откосы, разравнивание до слоя требуемой толщины и посев трав с внесением удобрений.

Растительный грунт пригоден для укрепления, если в нем содержится не менее 2% гумуса. Он должен быть заготовлен до на­чала укрепительных работ. Для его заготовки бульдозером пред­варительно срезают и удаляют верхний дерновый покров, а за­тем срезают и собирают в бунты растительный грунт, который эк­скаватором грузят в автосамосвалы и транспортируют к месту укладки, разгружая в заранее намеченных местах на основной площадке насыпи или берме выемки. При рабочих отметках до 3,5 м растительный грунт разгружают так, чтобы основная его часть попадала сразу на откос; дальнейшее распределение расти­тельного грунта производят бульдозером или автогрейдером, обо­рудованным откосниками.

На откосах земляного полотна с рабочими отметками до 8 м растительный грунт разравнивают драглайном, оборудованным специальной планировочной рамой, или универсальным экскавато­ром-планировщиком как с верхней, так и с нижней стоянки. В соответствии с этим намечаются места выгрузки грунта. Если ра­бочие отметки превышают 8 м, то для нанесения и разравнива­ния грунта на откосах используют комплект машин, состоящий из экскаватора-драглайна типа Э-652 и универсального экскава­тора типа Э-4010.

В насыпях и выемках, имеющих полки, последние использу­ются для производства укрепительных работ. В районах с благо­приятными климатическими и инженерно-геологическими услови­ями насыпи могут возводиться с полками шириной 1 м, которые предусматриваются для возможности уплотнения откосной части насыпи и для предохранения от засыпания грунтом и поврежде­ния укрепляемого откоса нижележащего яруса рабочим органом экскаватора при планировочных и укрепительных работах на вы­шележащем ярусе. При этом откосы каждого яруса насыпи укреп­ляются сразу после возведения насыпи на высоту этого яруса (нижний ярус насыпи не должен превышать 14…16 м, а все по­следующие не должны быть более 8 м).

В выемках после разработки первого яруса планируют откосы и наносят на них растительный грунт, после, чего разрабатывают следующий ярус. Травы высевают сразу на всем откосе, причем верхняя часть глубиной до 20 м обсевается агрегатом ЦНИИС, а нижняя – гидропосевом.

Посев многолетних трав и внесение удобрений по растительно­му грунту производят с верхней стоянки экскаватора агрегатом ЦНИИС (рис. 5.24), который предварительно тарируют, а затем заправляют семенами и удобрениями. Агрегат подвешивается на стреле экскаватора типа Э-652, установленного на расстоянии 2,5…3 м от бровки перпендикулярно оси полотна. Первый проход агрегат делает вниз под действием собственной массы и разрых­ляет грунт на поверхности откоса. Затем агрегат поднимают тя­говым тросом вверх по откосу, при этом происходит высевание семян и удобрений, заделка их в грунт и прикатывание катком. После посева на первой полосе экскаватор перемещается по фрон­ту работ на 1,7 м и процесс повторяется с перекрытием преды­дущего следа на 10 см. В связи с большой длиной базы агрега­та посев трав на откосах земляного полотна с рабочими отметка­ми до 3 м невозможен.

Недостатками способа посева трав агрегатом ЦНИИС явля­ются необходимость отвлечения землеройно-транспортной техники в период наиболее интенсивного ведения земляных работ и, кро­ме того, потребность в растительном грунте. Во многих районах страны, особенно северных, растительный грунт в необходимых количествах практически отсутствует, а там где он имеется, пло­щади заняты сельским хозяйством. Потребности же в раститель­ном грунте только для транспортного строительства таковы, что для удовлетворения их необходимо снять в год растительный грунт с площади до 2 тыс. га плодородной земли и тем самым сделать ее на десятилетия непригодной для сельского хо­зяйства.

В 1969 г. ЦНИИСом разработана технология укрепления земляного полотна гидропосевом многолетних трав без примене­ния растительного грунта.

Гидропосев заключается в составлении и нанесении на откос рабочей смеси из семян, минеральных удобрений, воды, мульчи­рующего и пленкообразующего материалов. Пленкообразующий материал предохраняет семена и мульчирующие материалы от смыва дождями и развеивания ветром и вместе с мульчирующими материалами образует покрытие, способствующее сохранению влаги и тепла, необходимых для роста и развития трав.

В качестве мульчирующих материалов применяют опилки и солому, а пленкообразующих – латексы или битумную эмуль­сию. Латексы, представляющие промежуточный продукт при по­лучении синтетического каучука, выпускаются заводами в виде водной эмульсии различной концентрации и в применении более технологичны, чем битумные эмульсии. Латексы рекомендуется применять дивинилстирольные и дивинилнитрильные. Из дорож­ных битумных эмульсий наиболее удобны для использования эмульсии прямого типа, приготовленные на эмульгаторе, «ССБ» (сульфатно-спиртовая барда), которые можно разбавлять водой любой жесткости. Недостатками битумных эмульсий является их неустойчивость во времени (выпадает битум).

Древесные опилки предварительно просеивают через сито с ячейками 10х10 см, солому рубят до размеров 3…4 см.

Комплект машин и оборудования для гидропосева состоит из гидросеялки, вибросита или соломорезки, автосамосвала грузо­подъемностью 5…7 т.

Промышленностью выпускается гидросеялка ДЭ-16 (рис. 5.25) на базе автомобиля ЗИЛ-130. Основной частью машины является смесительный бак, в котором установлена лопастная мешалка. Рабочая смесь после перемешивания в течение 4…5 мин заби­рается насосом и через гидрометатель подается на откос. Насос и мешалка приводятся в действие мотором автомобиля.

Помимо гидросеялки ДЭ-16 в практике нашли широкое приме­нение гидросеялки, созданные на базе поливомоечных машин.

Имеется опыт треста «Печорстрой» по созданию гидросеялки с большой емкостью смесительного бака (23,5 м³), установленного на железнодорожной платформе.

Технологический, процесс укрепления откосов гидропосевом трав включает две операции: заправку машины и соб­ственно гидропосев. Гидросеялку ДЭ-16 обслуживает оператор и шофер, на подготовке материалов для рабочей смеси и их загруз­ке дополнительно заняты 3 человека. Для заправки машины орга­низуют специальную базу, которая должна иметь вибросито или соломорезку, помещения и емкости для хранения материалов, по­грузочные средства, весы для развески семян и удобрений. Эмуль­сии хранят в чистых баках, не допуская в них воду. Битумную эмульсию можно хранить при температуре- от +40 до -2°С не более трех месяцев, а латексную – при температуре не ниже + 5°С в течение шести месяцев.

Для упрощения и ускорения заправки гидросеялки на базе ну­жно иметь мерные емкости.

Впроцессе работы гидросеялка движется по берме или основ­ной площадке земляного полотна, укрепляя откосы насыпей и выемок с рабочими отметками до 12 м. С двух стоянок (верхней и нижней, рис. 5.26) возможно укрепление при рабочих отметках до 24 м. Кроме того, можно использовать дополнительный шланг с гидрометателем, который позволяет приблизиться оператору к месту полива на откосах большей длины. Для присоединения шланга в гидросеялке имеется специальное приспособление. Кю­веты засеваются одновременно с откосами выемок, а другие во­доотводные канавы засевают при движении машины вдоль кана­вы и возможно ближе к ней.

Рис. 5.26. Технологическая схема укрепления откосов гидропосевом: 1 – работа с верхней стоянки; 2 – работа с нижней стоянки

Перед началом работ откосы по длине разбивают на захватки, площадь которых соответствует количеству рабочей смеси в баке и расходу ее, равному 5 л на 1 м² поверхности. Рабочую смесь оператор разливает при включенной системе перемешивания рав­номерно по всей площади захватки, не допуская ее стекания или размыва грунта, для чего поливку производят за несколько про­ходок на захватке. После полива откосов в пределах досягаемо­сти струи машина передвигается на следующую стоянку, но мо­жно вести работу и при движении гидросеялки.

При организации гидропосева с использованием латекса пред­варительно проверяют его на коагуляцию, для чего в 1 л воды разводят 4 г калийных, 12 г азотных, 6 г фосфорных удобрений и 8 г латекса (сухого вещества). Если латекс скоагулирует (вы­падут хлопья), то гидропосев проводят в два приема. Вначале от­косы покрывают рабочей смесью, но без добавления в нее латек­са, а затем наносят приготовленный в гидросеялке раствор ла­текса из расчета 1 л на 1 м².

Производительность гидросеялки зависит в основном от числа заправок машины в смену, которое в свою очередь определяется главным образом временем на заправку рабочей смесью и расстоянием L от базы до объекта укрепления.

Укреплять откосы земля­ного полотна нужно вслед за его устройством, не допуская разрыва по времени. Однако в тех случаях, когда земляные работы и укладку пути про­изводят в зимний период или насыпь отсыпана поездной воз­кой, откосы укрепляют после укладки пути. В этом случае укрепительные работы можно организовать, создав специ­альный рабочий поезд, состоящий из четырех­осной платформы, железнодорожной цистерны с водой и тепловоза (или двух мотово­зов). На платформе размещают гидросеялку, односменный запас материалов, мотопомпу для заправки водой гидросеялки и пленкообразующей эмульсией.

Гидропосев производят при движении поезда со скоростью 5…7 км/ч, делая два- три прохода по захватке. Для повышения темпа укрепительных работ целесообразно организовать поезда с двумя гидросеялками, кото­рые включаются в работу попеременно: одна работает, другая в это время загружается.

Производительность гидросеялки, работающей с пути, повы­шается за счет исключения потерь времени на перемещение к ба­зе заправки и обратно и достигает в смену 6 тыс. м² против 4 тыс. м² в смену в обычных условиях.

Метод гидропосева по сравнению с посевом по растительному грунту позволяет значительно сократить стоимость и трудоем­кость работ.

Укрепление земляного полотна посевом трав при обоих рас­смотренных способах требует строгого выполнения агротехниче­ских требований.

Травосмесь должна быть составлена из трех биологических групп: рыхлокустовых злаковых, корневищевых злаковых, бобо­вых (стержнекорневых). Виды и расходы трав подбирают с учетом рекомендаций местных сельскохозяй­ственных организаций. К примеру, для районов Дальнего Востока рекомендуются злаковые рыхлокустовые: тимофеевка луговая, овсяница луговая, волоснец сибирский; злаковые корневищевые: костер безостый, овсяница красная, пырей ползучий; бобовые – клевер белый и красный.

При гидропосеве нормы высева семян, указанные в ВСН, сле­дует увеличивать для рабочих отметок до 3 м в 1,5…2 раза, а при больших отметках – в 2…3 раза. До начала посева необхо­димо проверить всхожесть семян и внести соответствующие кор­рективы, так как в нормах предусмотрены семена со всхожестью 80%.

Укреплять откосы посевом трав можно с ранней весны до осе­ни, но не позднее лучших сроков посева озимых зерновых куль­тур в данном районе. Бобовые травы следует высевать весной или в первой половине лета. При длительной засушливой погоде требуется ис­кусственный полив, а в случае плохого развития травостоя — под­кормка смесью минеральных удобрений. В первый год жизни травы скашивают при достижении ими высоты 25…30 см до их цветения, через каждые 3…5 лет травы оставляют нескошенными до созревания и осыпания семян в целях их семенного восстанов­ления. В процессе работ ведется журнал контроля за качеством укрепления по форме.

Хороший дерновый покров в нормальных погодных условиях на глинистых грунтах образуется через 2…3 месяца, а на песча­ных через 3…4 месяца после посева.

В засушливых районах страны, а также и в других районах, где встречаются мелкие подвижные пески, откосы земляного по­лотна укрепляют покрытием их неразвеваемым грунтом слоем, толщиной не менее 16 см. Технология производства работ анало­гична той, которая принята при нанесении на откосы раститель­ного грунта. Работу выполняют последовательно на трех захва­тках. На первой захватке разгружают грунт, который затем буль­дозером перемещают на откосы земляного полотна, а часть раз­равнивают слоем толщиной 15 см на основной площадке насыпи и на полосах вдоль верхних бровок выемки; последнее является особенностью технологии и необходимо для проезда в дальней­шем транспортных средств и автогрейдера, так как движение по мелким сыпучим пескам машин практически невозможно. На второй захватке неразвеваемый грунт планируют на откосе слоем толщиной 15 см. На третьей захватке вырезают неразвеваемый грунт на основной площадке примерно на ширину 5 м из-под ос­нования будущего балластного слоя.

21. Особенности технологии сооружения ж.д. земляного полотна в сложных условиях. Применяемые машины.