Геоматериалы и усиление нижнего строения рельсового пути и его основания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Статья по теме:

Геоматериалы и усиление нижнего строения рельсового пути и его основания

Куандыкова Джанна Рискуловна - к.т.н., доцент, Казахская академия транспорта и коммуникаций (Казахстан, Алматы)

Закиров Равиль Сабирович - д.т.н., профессор, действительный член Международной академии транспорта (Россия, Санкт-Петербург)

Современные геоматериалы применяются на железных дорогах всех стран мира при строительстве и реконструкции пути, зданий и сооружений разного назначения с контактом или без контакта с другими строительными и конструкционными материалами. Они поставляются в виде рулонов, полос, прокладок, трехмерных изделий заданной формы и могут иметь различные модификации в виде тканого и нетканого геотекстиля, георешеток, геосеток, геоячеек, геоматов и т.п. В случае сочетания геосинтетики с другими веществами получаются материалы, называемые геокомпозитами. Для этого чаще всего применяются смолы на основе полипропилена, полиэстера, полиэтилена высокой плотности; реже - на основе полиамидов, арамидов и поливинил - спиртов [1-30].

Наибольшее распространение геоматериалы нашли в конструкциях нижнего строения пути, т.е. земляного полотна, при этом общая протяженность построенных путей составляет десятки тысяч километров по всему миру. Здесь задача геоматериалов заключается в стабилизации основания пути и пропуске (фильтрации) воды. В частности, нетканый геотекстиль, самый употребляемый среди геоматериалов, представляет основу дренирующего слоя, а в теле насыпей выполняет функции упрочняющей арматуры и элементов разделения и защиты разных слоев грунта при распределении и смягчении нагрузок от подвижного состава.

Геоматериалы предотвращают просадки, возникающие в результате динамических явлений в нижнем строении пути (особенно в насыпях), состоящем из грунтов разных фракций и качества, и смешивание этих грунтов. Действуя в качестве фильтра, они способствуют устранению эрозии, поскольку не допускают уноса грунта поверхностными и грунтовыми водами. Будучи гидрофобными, геоматериалы беспрепятственно пропускают воду в осушительные канавы. Особенно эффективно стабилизирующие и усиливающие свойства геоматериалы проявляются в слабых грунтах.

Основной проблемой содержания рельсового пути является отвод воды. Эта проблема возникает в силу топографических особенностей местности, в ряде случаев из-за ошибок в проектировании и упущений при строительстве и усугубляется в условиях тяжеловесного движения с высокими динамическими нагрузками, а также при повторяющихся циклах замерзания и оттаивании воды. Правильно подобранные и уложенные геоматериалы предотвращают повреждения нижнего строения пути вытекающими водами и связанные с этим деформации.

При реконструкции или оздоровлении рельсового пути укладку геоматериалов можно выполнять как со снятием, так и без снятия рельсо-шпальной решетки. Реконструкция со снятием путевой решетки имеет то преимущество, что при этом нижележащий грунт может быть уплотнен, улучшен или заменен; недостаток заключается в том, что глубокая выемка грунта на одном из путей двухпутной линии требует установки дополнительных креплений для обеспечения безопасности движения поездов по второму действующему пути.

При строительстве новых путей геоматериалы закладываются непосредственно на основание нижнее строение пути, в то время как при реабилитации пути они укладываются поверх старого балласта, который был очищен и выровнен или внедряются в исходное нижнее строение пути.

Геоматериалы выполняют, как отмечалось выше, различные функции, но первичные функции включают в себя динамическую фильтрацию и служат своего рода подушкой между балластом и постелью. Вторичные эффекты включают в себя дренажи, возможно, элемент усиления в зависимости от типа установленного геоматериалов.

Для ситуаций, когда грунт нижнего строения пути и его основания слаб или неоднороден и необходимо обеспечить постоянство несущей способности основания пути, например, английская фирма Terram создала композитный материал марки PW4. В его состав входят геотекстиль PW1 и жесткая геосинтетическая решетка, получившая название Tensar SS40. Результаты испытаний показали, что георешетка увеличивает жесткость подрельсового основания и снижает интенсивность осадки пути до уровня, соответствующего нижнему строению пути из стабильных грунтов. Кроме того, снижаются и упругие осадки, что способствует обеспечению равножесткости пути по его длине. Для того, чтобы восстановить удовлетворительную работоспособность пути, геоматериалы должны противостоять конструкционным повреждениям, перфорации и поверхностному истиранию, вызванному взаимодействием динамических нагрузок и частиц нижнего строения пути, размещенных в материале. Одним из тестов, имитирующих динамическую нагрузку, является пирамидный перфорационный тест. Этот тест отчетливо демонстрирует превосходство, например, геотекстилей ДРЕФОН (DRE-FON Geotextiles) производства австрийской фирмы SGS Geotechnik Ges.m.b.H. над другими материалами, применяемыми для данных целей. Геотекстили ДРЕФОН демонстрируют отличные эксплуатационные качества как разделители, по причине отсутствия перфорации и превосходным гидроизолирующим свойством. Превосходное качество продукции геотекстилей ДРЕФОН лучше всего можно описать, следуя рекомендациям SVG «Schweizerscher Verband der Geotextilfach-leute». Для применения в строительстве железных и автомобильных дорог SVG рекомендует использовать следующее уравнение при описании сопротивления геотекстилей большинству типов повреждений:

Сопротивление [кНм-1]·% = Сила [кНм-1]·Продолжительность [%].

Например:

Сопротивление: DREFON S 250 = 15 [кНм-1]·85 [%] = 1275 [кНм-1%];

против непрерывного заполнения: нетканый 250 г/м2 = 19 [кНм-1] 80 [%] = 1520 [кНм-1%].

Поперечное сечение: DREFON S 250 = 17 [кНм-1]·85[%] = 1445 [кНм-1%];

против непрерывного заполнения: нетканый 250 г/м2 = 19 [кНм-1] 35 [%] = 665 [Нм-1%].

Минимальное сопротивление DREFON S 250 = 1275 [кНм-1%].

Минимальное сопротивление при непрерывном заполнении PP 250 г/м2 = 665 [кНм-1%].

Недостатки чрезмерной анизотропии продукции описаны в результатах испытаний EN ISO 918 Cone Drop Test (капельный тест) при условии, что материал распыляют (накапывают) на геотекстиль. Чем меньше диаметр отверстия, тем лучше получаемая продукция как долговечный сепаратор.

Результаты испытаний EN ISO 918: DREFON S 250 = 11мм;

против непрерывного заполнения: 250 г/м2 = 20мм.

В зависимости от предполагаемого или измеренного значения Еv2 в основании нижнего строения пути и требуемой прочности подбалластного основания (80 МН/м2) Геотекстиль (Geotextile) или Геогрид (Geogrid) в комбинации с Геотекстилем могут обеспечить большую экономию за счет толщины защитных слоев.

Прилагаемая диаграмма показывает эффективность применения Геотекстилей и Геогридов (Geogrid).

Рис. 1

геогрид рельсовый путь вода

Использование диаграммы позволит проектировщикам, строителям и в последующем и специалистам по эксплуатации пути подбирать эффективные геоматериалы для усиления нижнего строения пути и его основания.

Литература

1. Bertel D.J. Применение геотекстиля для стабилизации пути на железных дорогах США//Railway Track and Structures, 1979. -№6. - С. 28-30, 32, 35, 37.

2. Жиро Ж.П.. Применение геотекстиля в конструкции железнодорожного пути//Железные дороги мира, 1980. -№3. - С. 31-35.

3. Ритук П. Использование геотекстиля при замене верхнего строения пути//Железные дороги мира, 1982. - № 5. - С. 53-55.

4. Ким А.Ф., Цернант А.А. Расчет армирования геотекстилями насыпей на слабых основаниях с применением упругопластической модели грунта. В кн.: Сооружение железнодорожного земляного полотна. Тр. ВНИИ трансп. строительства. - М.: ЦНИИС, 1983. - С. 107 - 117.

5. Синтетические текстильные материалы в транспортном строительстве /В.Д. Казарновский, А.Г. Полуновский, В.И. Рувинский и др.; Под ред. В.Д. Казарновского. - М.: Транспорт, 1984. - 159 с.

6. Рекомендации по применению геотекстиля в конструкциях земляного полотна, защитных и укрепительных сооружениях железнодорожного пути (1-ая редакция). - М.:ЦНИИС, 1985. - 109 с.

7. Технические указания по устранению пучин и просадок железнодорожного пути, ЦП/4369. М.: Транспорт, 1987. - 30 c.

8. Каримов М.С. Гидроизоляция основной площадки земляного полотна. В кн.: Вопросы устойчивости земляного полотна//Тр. ВНИИЖТа. Вып. 326. - М.: Транспорт, 1987. - С. 50-54.

9. Проектирование земляного полотна железных дорог из глинистых грунтов с применением геотекстиля/ВСН 205-87. - М.: ЦНИИС, 1988. - 17 с.

10. Технические указания по применению нетканых материалов для усиления земляного полотна ЦП/4591. - М.: Транспорт, 1989. - 27 c.

11. Абдужабаров А. Обеспечение сейсмостойкости земляного полотна и защитных сооружений железных дорог: автореф…. докт.техн. наук:. 05.23.13. - М.: ВНИИ транспортного строительства, 1993. - 36 с.

12. Указания по техническим решениям по усилению и стабилизации основной площадки земляного полотна на участках обращения вагонов с повышенными осевыми и погонными нагрузками, тяжеловесных поездов. ЦПИ 22/6. - М.: Транспорт, 1993. - 31 c.

13. Стоянович Г.М., Цветков В.Ф. Нагрузку на земляное полотно можно уменьшить //Путь и путевое хозяйство, 1993. - № 8. - С. 19-20.

14. Строительные нормы и правила. Железные дороги колеи 1520 мм/СНиП РК 3.03-01-2001. - Астана.: Комитет по делам строительства Министерства индустрии и торговли РК. 2002. - 37 с.

15. Строительно-технические нормы. Железные дороги колеи 1520 мм/СТН Ц-01-95. - М.: 1995. - 87 с.

16. Стандартные проектные решения и технологии усиления земляного полотна при подготовке полигонов сети для введения скоростного движения пассажирских поездов/МПС РФ. Вып 1. - М.: Транспорт, 1997. - 170 с.

17. Яковлева Е.В. Динамические воздействия подвижного состава на основную площадку земляного полотна в зоне рельсовых стыков и меры по их снижению: автореф. … канд. техн. наук. 05.22.06. - М.: ВНИИЖТ, 1997. - 38 с.

18. Коншин Г.Г. Пенопласт перераспределяет нагрузки на земляное полотно//Путь и путевое хозяйство, 1997. - № 9. - С. 20-21.

19. Дыдышко П.И., Шарапов С.Н. Защитные слои подрельсового основания //Вестник ВНИИЖТ, 1998. - № 4. - С. 23-27.

20. Яковлева Е.В. Влияние армирования на деформации основной площадки //Железнодорожный транспорт, 1998. - № 11. - С.24-26.

21. Коншин Г.Г. Армирующая функция защитных покрытий из синтетических материалов//Путь и путевое хозяйство, 1998. - №12. - C.22-26.

22. Закиров Р.С., Омаров А.Д. Проблемы повышения работоспособности подшпа-льного основания и основания балластного слоя при введении скоростного движения поездов./Под ред. Р.С. Закирова. Часть I. - Алматы.: Бастау, 2001. - 198 с.

23. Закиров Р.С., Омаров А.Д. Пути повышения работоспособности подшпального основания и основания балластного слоя при введении скоростного движения поездов./Под ред. Р.С. Закирова. Часть II. - Алматы.: Бастау, 2001. - 172 с.

24. Zanzinger H. Геосинтетические материалы в конструкции пути//European Railway Review, 2002. - №1. - P. 81-84.

25. Ким А.Ф. Земляное полотно. Новые технологии технического обеспечения. - Новосибирск.: Изд-во СГУПС, 2002. - 128 с.

26. Jay T. Геосинтетические материалы с улучшенными функциональными характеристиками//International Railway Journal, 2002. - № 3. - P. 34-35.

27. Ким А.Ф. О расчете армогрунтовых сооружений//Путь и путевое хозяйство, 2005. - № 2. - С. 16.

28. Уразбеков А.К., Махамбетов Н.К., Аймуканов В.К., Тлеулин Т.А. Усиление основной площадки земляного полотна на скоростном участке Астана - Алматы. В кн.: Материалы НТК, том 1. - Алматы.: КазАТК, 2005. - С. 60-62.

29. Макаров В.В., Гапеенко Ю.В., Дыдышко П.И. Гидроизоляция основной площадки//Путь и путевое хозяйство, 2007. - №10. - С. 9-11.

30. Дыдышко П.И., Кривоногов В.Г., Макаров В.В. Моделирование усиления подшпального основания//Путь и путевое хозяйство, 2008. - №11. - С. 37-38.

Размещено на Allbest.ru