Материал: Обеспечение несущей способности земляного полотна из лёссовидных грунтов при высокоскоростном движении поездов

Включение геосинтетического армирующего слоя в состав защитного слоя может значительно улучшить общую прочность и срок службы конструкции.

Использование геосинтетического материала в защитном слое земляного полотна позволяет:

-       уменьшить необходимую толщину защитного слоя;

-       увеличить расчетный срок эксплуатации (т. е. количество проходов поездов);

-       снизить при определенных условиях качество защитного слоя (следовательно, и его стоимость).

Для уменьшения толщины защитного слоя, усилим защитный слой одним слоем георешетки. По нормативным данным [49] минимальная толщина защитного слоя для лёссовидной супеси составляет 0,5 м, исходя из этого толщину защитного слоя примем 0,5 м. При толщине защитного слоя 0,5 м дефицит несущей способности составляет 1,6 т/м2. Дефицит несущей способности является основным показателем для подбора георешетки, исходя из «Рекомендаций по применению полимерных материалов (пеноплатов, геотекстилей, георешеток, полимерных дренажных труб) для усиления земляного полотна при ремонтах пути» [46]. Очевидно, что расчетная прочность георешетки на разрыв, Rp, при постоянно действующей нагрузке должна быть не менее дефицита несущей способности, т. е. Rp ³ 1,6 т/м, а краткосрочное сопротивление георешетки разрыву Rо (характеристика марки георешетки приводится в паспорте фирмы изготовителя) будет связано с Rp следующей формулой [29]:

где, γо - коэффициент, учитывающий неоднородность материала георешетки и погрешность, возникающую при ее эксплуатации, γо = 1,05;

γ1 - коэффициент, учитывающий повреждаемость материала георешетки при укладке и в процессе эксплуатации в слое щебня. По опытным данным ПГУПСа и МИИТа и других исследовательских организаций γ1 = 1,03;

γрн - коэффициент, учитывающий снижение прочности георешетки под воздейтвием агрессивной грунтовой среды, зависящей от кислотности почвы. Георешетка с прочностью на разрыв не менее 10 т/м настолько устойчивые к агрессивным воздействиям, что в течение длительного срока эксплуатации их расчетная прочность не снижается, тогда γрн = 1,0;

Кτ - коэффициент, учитывающий снижение краткосрочной прочности на разрыв при действии нагрузки в течение расчетного срока службы сооружения, аналог коэффициент ползучести материала. Для георешеток с прочностью на разрыв не менее 10 т/м, Кτ = 0,6 с учетом действия временной периодически повторяющейся нагрузки от подвижного состава.

Тогда:  т/м.

Таким образом, по величине Rо подбирается такой тип геосинтетического материала, у которого прочность на разрыв не менее 10 т/м.

Следовательно,  т/м.

С учетом армирования защитного слоя георешеткой несущая способность на основной площадке земляного полотна в сечении по оси рельса составляет 14,8 т/м2 и обеспечивается требуемая прочность земляного полотна. Поперечный профиль насыпи из лёссовидной супеси с показателем консистенции 0,21 < JL ≤ 0,3, с устройством армированного защитного слоя представлен в приложение 5. Поперечный профиль насыпы можно рекомендовать к применению.

4.6 Выводы по главе IV

Теоретические исследования несущей способности земляного полотна из лёссовидной супеси, воспринимающего вибродинамическое воздействие от проходящих поездов, возникающего при скорости 200 - 250 км/ч, дают основание для следующей выводов.

. При действии вибродинамической нагрузки происходит снижение несущей способности основной площадки земляного полотна, отсыпанного из лёссовидной супеси. Так при скорости поезда 250 км/ч несущая способность снизилась на 1,5 раза в вертикальной плоскости и на 1,3 раза горизонтальной плоскости по сравнению со статической нагрузкой. Данное обстоятельство указывает на необходимость учета действия вибродинамической нагрузки в расчетах прочности насыпей, сооружаемых из лёссовидных супесей.

. Лёссовидные супеси в твёрдом состоянии (JL ≤ 0) обладают высокой несущей способностью обеспечивающие надёжную работу земляного полотна. С увеличением показателя консистенции несущая способность снижается. Лёссовидные супеси при показателе консистенции до 0,21 обеспечивают требуемую прочность основной площадки для эксплуатации земляного полотна, при движении поездов со скоростями до 250 км/ч. При показателе консистенции от 0,21 до 0,29 земляной полотно работает в условиях отсутствия требуемого запаса прочности.

. На основе расчета прочности земляного полотна, представлены варианты конструкции земляного полотна, обеспечивающие требуемую прочность земляного полотна из лёссовидной супеси с показателем консистенции 0,21 < JL ≤ 0,3, при высокоскоростном движении поездов. Представленные поперечные профили насыпи можно рекомендовать к применению.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

На основе анализа работ других авторов, результаты лабораторных и теоретических исследований, позволяет сделать следующие выводы:

. С увеличением скорости движения поездов значительно возрастают напряжения по подошве шпал, но одновременно повышается интенсивность затухания напряжений в балластной призмы.

. В рамках теоретических исследований определена величина максимальных результирующих амплитуд колебаний на основной площадке земляного полотна, отсыпанных из лёссовидных супесей, при высокоскоростном движении поездов и это величина составляют 276 мкм при скорости 250 км/ч.

. При действии вибродинамической нагрузки, возникающей при высокоскоростном движении поездов, снижается прочностные характеристики лёссовидной супеси. Максимальное снижение сцепления и угла внутреннего трения достигается при показателе консистенции от 0,28 до 0,37 и составляет 35% для сцепления и 20% для угла внутреннего трения.

. На базе лабораторных и теоретических исследований решена задача по определению несущую способностью основной площадки земляного полотна, отсыпанного из лёссовидного супеси с учетом действия вибродинамических нагрузок и снижения прочностных свойств грунтов под её влиянием.

. На основе решения теории предельного равновесия можно определить дефицит несущей способности, величина которого является основным показателем для обоснованного выбора конструкции усиления основной площадки земляного полотна с целью повышения его прочности.

. На основе расчета прочности земляного полотна, представлены варианты конструкции земляного полотна, обеспечивающие требуемую прочность земляного полотна из лёссовидной супеси с показателем консистенции 0,21 < JL ≤ 0,3, при высокоскоростном движении поездов. Представленные поперечные профили можно рекомендовать к применению.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      Абдукаримов А.М. Несущая способность земляного полотна, отсыпанного лёссовыми грунтами, воспринимающими вибродинамическую нагрузку. //канд. дисс., -ПГУПС. -СПБ., 2011.

.        Абелев М.Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах. М.: Стройиздат, 1979. - 271 с.

.        Аверочкина М.В., Бабицкая С.С., Большаков С.М. и др. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. Под ред. А.Ф. Подпалого, М.А. Чернышева, В.П. Титова. - М.: Транспорт, 1978. - 766 с.

.        Ананьев. В.П. Техническая мелиорация лёссовых грунтов. Ростов.: Изд-во Ростовского университета, 1976. - 120 с.

.        Березанцев В.Г. Осесимметричная задача теории предельного равновесия. -М, 1953. - 67 с.

.        Виноградов В.В. Экспериментальное исследование распространения колебаний в грунтах насыпей. - Труды МИИТа, вып. 452, 1976. С. 80-107.

7.                Голованчиков А.М. Вертикальные нормальные напряжения в балластной призме железнодорожного пути. Труды ЦНИИ МПС, вып. 387, Транспорт, 1970, С. 81 - 112.

8.      Голушкевич С.С. Плоская задача теории предельного равновесия сыпучей среды. -М.: Гостехиздат, 1948. -148.с.

.        Голушкевич С.С. Статика предельных состояний грунтовых масс. -М.: ГИТТЛ, 1957. -288 с.

.        ГОСТ 22733 - 2002 Грунты. Методы лабораторного определения максимальной плотности.// -М. 2002.

.        ГОСТ 12071-2000 - Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов.// - М. 2000.

.        ГОСТ 12248-96 - Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.// - М. 1996.

.        ГОСТ 5180-84 методы лабораторного определения физических характеристик.// - М. 1984.

.        Грунтоведение. /Под ред. Е.М. Сергеева. - М.: МГУ, 1983. - 389 с.

.        Далматов Б.И., Бронин В.Н., Карлов В.Д. и др. Механика грунтов. Ч. 1. Основы геотехники в строительстве. / Под ред. Б.И. Далматова. - М.: Изд-во АСБ; СПб.: СПбГА-СУ, 2000. - 204 с.

.        Двайт Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы. Наука , 1978. - 224 с.

.        Денисов Н.Я. Строительные свойства лёсса и лёссовидных суглинков. М., 1951. 135 с.

.        Денисов Н.Я. О природе просадочных явлений в лёссовидных суглинках. М., 1946. 176 с.

.        Ермолаев Н.Н. и Сенин Н.В. Влияние вибродинамических воздействий на физико-механические характеристики грунтов и методика учета их в проектировании оснований и сооружений.// Сб. докладов научно-технической конференции. Изд. ЛВИКА им. Можайского, -Л., -1967.

20.              Ершов В.А. Динамическая устойчивость плотин, сооружаемых из засоленных песков, в процессе их рассоления. Труды ЛИСИ, вып. 37, 1962, С. 62 - 75.

21.    Жинкин Г.Н., Зарубина Л.П., Кейзик Л.М. Исследование колебаний грунтов железнодорожного земляного полотна, вызываемых движущимися поездами.// Волны в грунтах и вопросы виброметрии: Сб. научный тр. / ТашИИТ - Ташкент, 1975. - С. 137-142.

.        Жинкин Г.Н. Результаты лабораторных исследований прочностных характеристик глинистых грунтов при динамических нагрузках / Г.Н. Жинкин, И.В. Прокудин // Сб. научн. тр./ ЛИИЖТ-Л., 1975.-вып. 387.-С.З-51.

.        Зарубина А.П. Исследование влияния динамических нагрузок на прочностные свойстве глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна. // канд. дисс. - ЛИИЖТ. - 1969.

.        Инструкция по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. / МПС России. - М.: Транспорт, 1998. - 189 с.

.        Кистанов А.И. Исследования вибродинамического воздействия поездов на глинистые грунты земляного полотна.// канд. дисс. - ЛИИЖТ. - 1969. -170 с.

.        Козлов И.С. Влияние конструкции промежуточных рельсовых скреплений на несущую способность земляного полотна скоростных железнодорожных линий. // канд. дисс., - ПГУПС. - СПб., 2009. - 166 с.

.        Колос А.Ф. Противодинамическая стабилизация железнодорожного земляного полотна путем цементации грунтов основной площадки: дисс. ... канд. техн. наук / А.Ф. Колос; ПГУПС. - СПб., 2000. - 163 с.

.        Колос А.Ф., Мирсалихов З.Э. Исследование деформативных свойств лессовидных супесей при воздействии вибродинамической нагрузки от скоростного подвижного состава // Инженерный вестник Дона, 2012. - №3.

.        Колос И.В. Несущая способность основания земляного полотна, сложенного йольдиевыми глинами. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. - СПб., 2004. -170 с.

30.              Коншин Г.Г. Напряжения и упругие деформации в земляном полотне под воздействием поездов. Труды ЦНИИ МПС, вып. 460. М., «Транспорт», 1972. - 125 с.

31.    Коншин Г.Г. Работа земляного полотна под поездами: учеб. Пособие. - М.: ФГБОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2012. - 208 с.

32.              Коншин Г.Г. Экспериментальное исследование распределения динамических напряжений в теле земляного полотна. - Тр. МИИТ, 1965., вып. 210, С. 42-59.

33.    Лагойский А.И. Исследование тиксотропных изменений глинистых грунтов в железнодорожном земляном полотне. // канд. дисс. - ЛИИЖТ. - 1962.

.        Лапидус Л.С. Несущая способность основной площадки железнодорожного земляного полотна. - М.: Транспорт, 1978. - 125 с.

.        Ларионов А.К. Лёссовые породы СССР и их строительные свойства. М., Госгеолтехиздат, 1959.

36.              Лысюк В.С. Методика расчета давления шпалы на балласт. Труды ЦНИИ МПС, вып. 466, М., “Транспорт”, 1972, С. 68 - 82.

37.    Марготьев А.Н. О расчетных значениях динамического коэффициента при определении устойчивости земляного полотна. Труды ЦНИИ МПС, вып. 326. Транспорт, 1967, С. 34 - 40.

.        Методике по оценки воздействия подвижного состава на путь по условиям обеспечения надежности № ЦПТ-52/14 2000 г.

.        Попов С.Н. Балластной слой железнодорожного пути. Транспорт, 1965. - 183 с.

.        Прокудин И.В. Исследования изменения прочностных характеристик пластично-мерзлых глинистых грунтов железнодорожного земляного полотна при действии вибродинамической нагрузки. // канд. дисс., -ЛИИЖТ, 1970.

.        Прокудин И.В. Прочность и деформативность железнодорожного зелмяного полотна из глинистых грунтов, воспинирмающих вибродинамическую нагрузку. // док. дисс. - ЛИИЖТ. - 1982. - 455 с.

.        Прокудин И.В. Колебания глинистых грунтов земляного полотна при высокоскоростном движении поездов. // Вопросы земляного полотна и геотехники на железнодорожном транспорте: Сб. научн. тр. / ДИИТ-Днепропетровск, 1979.- вып. 203/28. - С. 43-51.

.        Прокудин И.В. Колебание материалов балластного слоя и земляного полотна под стрелочными переводами / И.В. Прокудин, И.С. Козлов // Труды V науч.-техн. конф. с международным участием «Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути». Москва, МИИТ. - 19-20 ноября 2008. - С.90-93.

44.              Прокудин И.В., Николайтис Д.С. Исследование напряженного состояния балластной призмы при высокоскоростном движении поездов на перегоне Колпино - Поповка Октябрьской железной дороги. // Отчет о НИР. Окончательный. СПб., ПГУПС, 2010 г.

45.    Резников В.П. Напряженно - деформированное состояние грунтового основания, рассматриваемого как двухслойная среда, под ленточными фундаментами. Афтореферат диссертации. МИСИ, 1978. - 22 с.

.        Рекомендаций по применению полимерных материалов (пенопластов, геотекстилей, георешеток, полимерных дренажных труб) для усиления земляного полотна при ремонтах пути // МПС Росси. - М.: ИКЦ «Академ. книга» 2002. - 110 с.

.        Собботка З. Осесимметричные и трехмерные задачи предельного равновесия неоднородных сред // Механика, сб. пер., №5, 69, 1961.

.        Соколовский В.В. Статика сыпучей среды // М., - 1960. - 243 с.

.        СТН Ц-01-95. Строительно-технические нормы министерства путей сообщения Российской Федерации. Железные дороги колеи 1520 мм. Система нормативных документов МПС РФ. - М.: Транспорт, 1995. - 87 с.

.        Стоянович Г.М. Исследование несущей способности глинистых грунтов железнодорожных выемок при вибродинамическом воздействии поездов.// канд. дисс. - Л.,1985 - 218 с.

.        Стоянович Г.М. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна при повышенной вибродинамической нагрузке в упругопластической стадии работы грунтов. // док. дисс. - Хабаровск., 2002. - 360 с.

.        Указания по расчету несущей способности земляного полотна, сложенного глинистыми грунтами, воспринимающими повышенную вибродинамическую нагрузку.: Отчет о НИР / ЛИИЖТ; руководитель Прокудин И.В. -Л., 1982. - 61 с.

.        Флорин В.А. Основы механики грунтов // т. 1, Госстройиздат, 1959. - 357 с.

.        Флорин В.А. Основы механики грунтов // т. 2, Госстройиздат, 1959. - 543 с.

.        Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс). 2-е изд., доп. Учебн. Для вузов. М., «Высш. школа», 1973. - 280 с.

.        Цытович Н.А. Механика грунтов. Высшая школа, 1976. - 280 с.

.        Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс). Учебник для строит. ВУЗов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1983. - 288 с.

.        Черников А.К. Решение жесткопластических задач геомеханики методом характеристик . -СПб, ПГУПС, 1997. -191 с.