Что такое заложение откосов земляного полотна

Конструктивные элементы земляного полотна

Поперечным профилем земляного полотна называется поперечный раз­рез земляного полотна вертикальной плоскостью, перпендикулярной его продольной оси.

Поперечные профили земляного полотна характеризуются шириной ос­новной площадки, крутизной откосов, расположением водоотводных уст­ройств, высотой насыпи и глубиной выемки.

Часть поверхности земляного полотна, на которую укладывается верхнее стро­ение пути, называется основной площадкой (рис. 1.14) Пересечение основной площадки с откосом — бровка земляного полотна. Расстояние между бровками называется шириной основной площадки. Ширина основной площадки прини-

мается по нормам СНиП 32-01-95 и СТН Ц-01-95 Министерства путей сообще­ния Российской Федерации в зависимости от категории железнодорожной ли­нии и представлена в табл. 1.3.

Ширина основной площадки включают в себя обочины, которые пред­назначены для удобства выполнения путевых работ (на ней размещают инструмент, необходимые детали верхнего строения пути, расставляют сиг­налы и путевые знаки). Минимальная ширина обочины — 0,5 м.

В кривых участках пути земляное полотно уширяется с наружной сторо­ны кривой в связи с необходимостью устройства возвышения наружного рельса за счет увеличения высоты и ширины балластного слоя. Например, при радиусе кривой R = 3000 м ширина основной площадки увеличивается с наружной стороны кривой на 0,20 м и при R — 600 м на 0,5 м.

Поперечное очертание основной площадки однопутной линии в недре-нирующих грунтах имеет форму трапеции (рис. 1.14, б) с шириной поверху 2,3 м и высотой 0,15м, а двухпутной — в виде треугольника с высотой 0,20 м и основанием, равным ширине основной площадки (рис. 1.14, а). Верхняя часть земляного полотна, ограниченная основной площадкой и стягиваю­щей ее прямой, называется сливной призмой; она необходима для стока воды, проникающей к земляному полотну через балластный слой.

Трапецеидальное очертание основной площадки земляного полотна на однопутных участках устраивают для отвода поверхностной воды, чтобы избежать проникновения ее в земляное полотно. Горизонтальная часть ос­новной площадки делается короче шпал, благодаря чему обеспечивается сток воды в стороны их концов.

При сооружении земляного полотна в скальных или песчаных грунтах основ­ную площадку устраивают горизонтальной (рис. 1.14, в, г).

Проектная бровка земляного полотна, сооружаемого из скальных, круп­нообломочных, а также песчаных дренирующих грунтов, выше профильной

ности; выемка (рис. 1.15, 6) — основная площадка земляного полотна ниже поверхности земли; полунасыпь (рис. 1.15, в) и полувыемка (рис. 1.15, г) — основная площадка с одной стороны совпадает с земной поверхностью, а с другой выше или ниже ее; полунасыпь-полувыемка (рис. 1.15, д) — основная площадка с одной стороны выше, а с другой ниже поверхности земли и ну­левое место (рис. 1.15, е) — основная площадка расположена на уровне земной поверхности. Наиболее распространены на железных дорогах на­сыпи и выемки. Нулевые места неизбежны при переходе из выемки в на­сыпь, » других случаях они недопустимы, т.к. подвержены снежным зано­сам и поэтому при проектировании продольного профиля линии, их стремятся заменять насыпями.

Крутизна наклонов боковых поверхностей — откосов насыпей и выемок — зависит от их высоты или глубины и свойств грунта. Чем прочнее грунт, тем круче могут быть откосы. Крутизна откоса измеряется тангенсом угла а на­клона откоса к горизонту, т.е. равна отношению вертикальной проекции h от­коса (рис. 1.14) к его горизонтальной проекции а (заложению) tg a = Л/а. Если высоту откоса h принять за единицу, а величину заложения откоса а выразить числом этих единиц п, получим показатель крутизны откоса 1:и. Откос имеет одинарную крутизну, если п = 1, полуторную крутизну, если п =1,5.

При проектировании земляного полотна применяют типовые поперечные про­фили для участков с простыми инженерно-геологическими и топографическими условиями, которые приведены в альбомах «Поперечные профили земляного по­лотна железных дорог колеи 1520 мм», «Новые железные дороги», «Вторые пути».

Групповые поперечные профили разрабатывают для применения на ряде участков со сложными и многократно повторяющимися инженерно-геоло­гическими условиями.

Поперечные профили земляного полотна, разработанные по специаль­ным проектам для условий, в которых типовые и групповые поперечные профили неприменимы, называют индивидуальными. По индивидуальным проектам сооружают:

— насыпи высотой более 12 м и выемки глубиной более 12 м;

— выемки и насыпи на косогорах круче 1:3;

— земляное полотно в местах с активными склоновыми процессами;

— на участках с наличием снежных лавин, оползней, обвалов, селей;

— насыпи на слабых основаниях;

— на участках с развитием естественных или искусственных подземных
полостей (карсты, горные выработки);

— земляное полотно в местах пересечения его трубопроводами;

— земляное полотно в районах с высокой сейсмичностью (7 и более бал­
лов) и др. неблагоприятных условиях.

1.2.3. Поперечные профили насыпей

Типовой поперечный профиль насыпи из крупных супесей, мелких и пы-леватых песков и легковыветривающихся скальных пород выполняется в со­ответствии с рис. 1.16, а. Типовой поперечный профиль насыпи из крупно-

обломочных грунтов и из песков гравелистых, крупных и средней крупности показан на рис. 1.16, б. Полоса земли под насыпью является ее основанием.

При сооружении насыпи из глинистых грунтов для усиления верхней час­ти земляного полотна предусматривают устройство под балластом защит­ного слоя из дренирующего грунта (или из дренирующего грунта с геотек­стильными материалами) (рис. 1.17). Толщина защитного слоя под балластной призмой устанавливается расчетом в зависимости от вида грунта земляного полотна и категории железнодорожной линии, но не менее 0,8 м для суглин­ков и глин и 0,5 м — для супесей.

Откосы насыпи могут быть однообразной крутизны и ломаной формы с переменной крутизной. Типовые поперечные профили насыпей из глинис-

тых грунтов, мелких и пылеватых песков должны иметь откосы при высоте насыпи до 12 м — в верхней части не круче 1:1,5, а в нижней части при высо­те более 6 м — не круче 1:1,75.

По обеим сторонам насыпи устраивают бермы, полосы земли между отко­сом насыпи и водоотводной канавой или резервом. Назначение бермы — за­щитить подошву насыпи от воздействия воды, текущей по канаве или резерву, и обеспечить возможный проход строительных машин. Ширину бермы прини­мают не менее 3 м и не менее 7,10 м — со стороны будущего второго пути.

За бермами устраивают резервы или канавы, которые собирают поверх­ностные воды и отводят в пониженные места или к искусственным сооруже­ниям. Дну резервов и канав придают продольный уклон не менее 0,003. Глу­бина канавы должна быть не менее 0,6 м. Резервам придают поперечный уклон не менее 0.02 при ширине резерва до 10 м, дно резерва делают одно­скатным, при ширине более 10 м — двускатным. Откосы резервов и водоот­водных канав должны быть не круче 1:1,5.

При сооружении насыпи на косогоре для повышения устойчивости в ос­новании насыпи устраивают уступы (рис. 1.18).

При сооружении второго пути уширяют существующую насыпь также с устройством уступов (рис. 1.19).

Поперечные профили выемок

Типовой поперечный профиль выемки глубиной до 12 м в супесях круп­ных, а также в мелких и пылеватых песках представлен на рис. 1.20. Для сбора и отвода поверхностной воды с откосов выемки служат кюветы, ко­торые располагаются по обе стороны от основной площадки земляного по­лотна. Размеры кюветов: глубина — 0,60 м, ширина по дну — 0,40 м, с отко­сами 1:1,5. Грунт из выемки, не использованный для сооружения насыпи, отсыпают за откосом выемки в виде призмы, называемой кавальером. Ка­вальеры закладывают на расстоянии не менее 5 м от бровки откоса выемки.

Если площадка между откосом выемки и кавальером имеет уклон з сто­рону выемки, то для предотвращения стекания воды в выемку, на этой пло­щадке устраивают небольшую присыпку, называемую банкетом, а за ним располагают забанкетную канаву. Продольный уклон этой канавы прини­мают не менее 0,005, а глубину не менее 0,3 м. Крутизна откосов кавальеров и банкетов должна быть не круче 1:1,5. С нагорной стороны выемки устра­ивают нагорную канаву для сбора воды с прилегающей местности и отвода ее от пути. Размер нагорной канавы: высота — 0,60 м, глубина — 0,60 м, откосы 1:1,5. Продольный уклон нагорной канавы принимают не менее 0,003.

Для стока воды с низовой стороны от выемки кавальер отсыпают с разры­вами шириной понизу не менее 1 м через каждые 50 м.

При сооружении выемки в глинистых грунтах предусматривают устрой­ство под балластной призмой защитного слоя из дренирующих грунтов (или в комбинации дренирующего грунта и геотекстиля) (рис. 1.21). Толщина за­щитного слоя так же, как при сооружении насыпей, принимается на основа­нии расчетов, но не менее 0,8 м для суглинков и глин, 0,5 м — для супесей.

Особенности строительства водоотводных систем на объектах железнодорожного хозяйства.

Особенности строительства водоотводных систем на объектах железнодорожного хозяйства с применением междупутных и междушпальных лотков.

Грунты вблизи железнодорожных путей испытывают повышенные динамические воздействия, поэтому к их прочности предъявляются особые требования. Согласно пункту 5.8 СП 119.13330.2012 земляное полотно железной дороги обязательно должно иметь:

· отвод поверхностных и подземных вод;

· дренаж для отведения верховодки.

Высокое содержание влаги в грунте приводит сразу к нескольким негативным последствиям:

· уменьшение сопротивления грунта сдвигу и снижение несущей способности основания (что особенно опасно при устройстве откосов или выемок на железной дороге);

· растворение минеральных частиц, повышение пористости почвы и образование карстов (подземных полостей);

· повышение чувствительности грунта к отрицательным температурам.

Строительство водоотводных систем на территории железнодорожного хозяйства позволит предотвратить не только ослабление грунтов, но и такое негативное явление как морозное пучение. Оно возникает при одновременном наличии двух причин: влаги и холода. Устранив одну из них, можно избежать деформаций основания и полотна дороги в зимний период.

Особенности водоотводных систем

Отвести от железнодорожного полотна поверхностные и грунтовые воды можно с помощью:

· дренажных лотков (междупутных и междушпальных);

· закрытых дренажей (траншей);

Водоотводные системы глубокого заложения требуют повышенных трудозатрат. Это вызвано увеличением объема разработки грунта. В большинстве случаев выгодно применять системы с небольшой глубиной: канавы и лотки. Исключение составляют участки с высоким расположением уровня грунтовых вод (УГВ), здесь необходимо использовать закрытые дренажи траншейного типа.

Выделяют несколько разновидностей канав по форме: трапециевидные, прямоугольные, треугольные или полукруглые. Для удобства монтажа, ремонта и эксплуатации рекомендуется предусматривать дренаж трапецеидального сечения.

Применение канав для отвода влаги ограничено. При наличии на участке строительства неустойчивых грунтов или при необходимости отрывки канав большой глубины рационально заменить их водоотводными лотками. Это позволит сократить объем земляных работ и трудозатраты.

Производство лотков выполняется преимущественно из железобетона. Иногда применяют лотки из бетона, камня или дерева (такие варианты имеют большое количество ограничений).

Принцип действия дренажных лотков заключается в том, что грунтовая влага просачивается через отверстия в боковых стенках изделия, после чего отводится с участка за счет уклона. Для защиты устройства от загрязнений предусматриваются специальные крышки. Минимальные требования к уклонам указаны в п.5.29 СП 119.13330.2012:

· 0,001 (1 мм на каждый метр длины дренажа) при наличии исключительных обстоятельств;

· 0,002 при прокладке путей через болота и речные поймы (трудные условия);

· 0,003 в остальных случаях.

Для значительного понижения уровня воды канавы или лотки оснащают:

· перепадами (рядом последовательных уступов);

· быстротоками (продольными участками с большим уклоном).

По альбому №984 «Альбом водоотводных устройств на станциях» лотки выпускают двух типов:

· тип I — междушпальные;

· тип II — междупутные.

Собранная в лотках вода поступает в коллекторы (подземные трубы), с помощью которых может быть отведена одним из следующих способов:

· на открытый участок земли;

· во внешний водоотвод;

· в продольный коллектор канализации.

При проектировании водоотводных систем на территории железнодорожного хозяйства необходимо уделять особое внимание участкам с повышенными нагрузками и наличием стационарных устройств. К таким участкам относятся железнодорожные станции, пассажирские платформы, переезды.

Лоток междушпальный

Изделия имеют маркировку МШЛ и предназначены для устройства как поперечных, так и продольных водоотводных систем. Лоток характеризуется П-образнойформой, глубина может равняться 0,35; 0,5 или 0,7 м. Все типоразмеры выпускаются единой длины и ширины (1500мм и 392 мм соответственно). О технических характеристиках лотков МШЛ более подробно можно посмотреть здесь.

Лотки МШЛ также могут маркироваться БЖЛ. Обозначение зависит от конкретного производителя.

Для изготовления обычно применяют тяжелый бетон марки М300 или класса В22,5 с пониженной проницаемостью для воды (W4—W6). Такой материал позволяет изделию хорошо воспринимать изгибающие нагрузки. Марка лотков по морозостойкости назначаетсяF200—F300: элементы могут выдержать 200—300 циклов замораживания и оттаивания (в условиях нашего климата примерно 200—300 лет).

Армирование производится стальными сетками. Используется проволока диаметром 4 мм класса A240 (или AIпо старому ГОСТ). Для установки в проектное положение элемент имеет монтажные петли.

Лотки междупутные

Изделия второго типа можно использовать только для монтажа продольных водоотводных систем. Лотки МПЛ (междупутные) не разрешается укладывать поперек железнодорожного полотна.

Элементы дренажной системы выпускаются единой длины и ширины (1500 мм и 700 мм соответственно). Высота подбирается в зависимости от предполагаемой нагрузки и может равняться 0,85; 1,35 или 1,6 м.

Для изготовления применяют тяжелый гидротехнический бетон с пониженной влагопроницаемостью классов В15—В30 (или марок М200—М400 при использовании обозначений по старому ГОСТ). Точная марка подбирается в зависимости от геологических условий и предполагаемой нагрузки. Морозостойкость лотков F200—F300.

Особенности монтажа и эксплуатации дренажных лотков

Чтобы водоотводные системы на железной дороге выполняли свои функции в полной мере, необходимо грамотно их запроектировать и смонтировать. При использовании лотков МШЛ и МПЛ нужно учесть несколько требований:

· лотки МШЛ не допускается применять в регионах с расчетной температурой (показания в период самой холодной пятидневки) ниже -40°С;

· в качестве основания под элементы дренажа используют слой щебня или гравия толщиной от 5 см;

· обратную засыпку (грунт, соприкасающийся с боковыми стенками) выполняют из песка средней или крупной фракции;

· после установки лотка в проектное положение монтажные петли требуется срезать;

· часть лотка, соприкасающуюся с грунтом, необходимо дополнительно изолировать с помощью герметика или нескольких слоев мастики на битумной основе.

При необходимости лотки можно использовать для гражданского и частного строительства.

Грамотный подбор и монтаж дренажной системы позволят обеспечить высокую прочность и надежность земляного полотна под железнодорожными путями.