Главная › Новости

Технические указания по устранению пучин и просадок железнодорожного пути

Опубликовано: 02.09.2018

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

ГЛАВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПУТИ

Утверждено

Министерством путей сообщения

7 марта 1986 г,

ТЕХНИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО УСТРАНЕНИЮ ПУЧИН И ПРОСАДОК ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

ЦП 4369

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1987

В Технических указаниях даны требования и рекомендации по получению исходных данных для проектирования, условиям применения противодеформационных конструкций из природных дренирующих и полимерных материалов, по проектированию и расчету, а также по организации и технологии работ при устройстве этих конструкций на железных дорогах. Технические указания разработаны ВНИИЖТом, МИИТом, НИИЖТом и ХабИИЖТом совместно с Главным управлением пути МПС.

Заведующий редакцией В. Г. Пешков

Выпущено по заказу Министерства путей сообщения

СОДЕРЖАНИЕ

При промерзании наиболее распространенных на сети железных дорог СССР глинистых увлажненных грунтов земляного полотна происходит их пучение на различную высоту. Если в результате пучения грунтов рельсовая колея поднимается таким образом, что возникающие искажения в профиле и по уровню не превышают допустимых значений по нормам содержания пути, то пучение считают равномерным. В определенных условиях неравномерность морозного пучения превышает эти допустимые значения и на пути образуются пучины. По внешнему виду их подразделяют на пучинные горбы, впадины, перепады, перекосные и односторонние пучины ( рис. 1 ).

Оттаивание мерзлых грунтов земляного полотна в весенний; период сопровождается снижением их несущей способности. В отдельных случаях на участках образования пучин или большого равномерного пучения происходят просадки пути. Они могут проявляться также в период выпадения дождей. Просадки характеризуются быстро протекающими неравномерными оседаниями и сдвижками рельсовой колеи, разжижением глинистого грунта с выплесками из-под шпал, выдавливанием масс этого грунта на поверхность с образованием бугров выпирания по оси; пути, на обочинах или в междупутье или смещением откосов; кюветов. В результате указанных деформаций на основной площадке образуются неровности в виде балластных корыт и лож: различной глубины. Необеспеченный сток влаги из этих углублений приводит к неравномерному повышенному увлажнению глинистых грунтов.

Рис. 1 . Разновидности пучин:

Образование пучин и просадок пути связано с явлением морозного пучения грунтов. Увеличение объема грунта вызывается замерзанием и расширением воды, находившейся перед замерзанием между отдельными его агрегатами, а также поступившей (мигрировавшей) из нижележащих талых слоев. Постепенное нарастание в ходе промерзания мощности и количества ледяных включений в виде отдельных линз, прослоек и прожилок в грунте приводит к поднятию рельсового пути. Процесс льдо-выделения происходит не только у фронта промерзания, но и в некотором определенной толщины приграничном слое промерзающего грунта. Промерзающий грунт выше этого слоя поднимается за счет пучения грунта во вновь промерзающих нижележащих слоях. Распученный грунт оказывается переувлажненным, в связи с чем при оттаивании его несущая способность резко снижается.

Морозное пучение характеризуют величиной и интенсивностью пучения. Величина пучения определяется по высоте поднятия поверхности балластного слоя (рельсошпальной решетки) по сравнению с ее предзимним положением. При наличии нескольких разнородных по составу и свойству грунтовых слоев эта величина равна сумме высот пучения всех слоев, слагающих зону сезонного промерзания. Отношение величины пучения каждого отдельного слоя к его толщине называют интенсивностью пучения.

На интенсивность и величину пучения влияют гранулометрический и минералогический состав грунтов, их влажность, плотность, глубина залегания грунтовых вод, глубина и скорость промерзания. Тепловлажностный режим грунтов в свою очередь зависит от климатических и местных факторов. Из климатических факторов наиболее значимыми являются количество осадков, выпавших в предзимний период, температура наружного воздуха и продолжительность зимнего периода. Последние два параметра характеризуются обобщенным показателем - суммой градусо-суток отрицательных температур воздуха.

Местными факторами, оказывающими влияние на величину пучения, являются конструктивные параметры земляного полотна, толщина балластного слоя, ровность основной площадки (границы раздела между дренирующими материалами балластного слоя и глинистыми грунтами земляного полотна), условия отвода поверхностных и грунтовых вод.

К подверженным пучению грунтам железнодорожного земляного полотна относятся следующие их виды: глинистые (глины, суглинки, супеси); крупнообломочные с глинистым заполнителем при содержании частиц размером менее 0,1 мм в количестве более 20% по массе; легковыветривающиеся породы (сланцы, алевролиты, аргиллиты, мергели) в зоне активного выветривания; пылеватые пески при насыщении их водой; торфы и заторфованные грунты.

При увеличении содержания пылеватых фракций в грунте величина и интенсивность пучения возрастают. Дренирующие грунты (щебень, галька, гравий, песчано-гравийная смесь, крупно- и среднезернистые пески, шлаки), предохраненные от загрязнения и заиливания, неводонасыщенные мелкие пески, а также асбестовые отходы, применяемые в качестве балластных материалов, пучению не подвержены.

Основными источниками увлажнения грунтов являются инфильтрующиеся через балластные материалы атмосферные осадки и грунтовые воды. Роль этих источников различна в зависимости от уровня расположения грунтовых вод и обеспеченности внутригрунтового стока инфильтрующихся осадков. При глубоком залегании грунтовых вод и наличии балластных углублений (корыт и лож) на основной площадке превалирующее воздействие на увлажнение и пучение грунтов оказывают атмосферные осадки.

Наиболее часто пучению и просадкам подвержены участки железнодорожного пути со следующими типами конструкций земляного полотна:

выемки, нулевые места и насыпи высотой до 2 м при залегании в пределах зоны сезонного промерзания-оттаивания пучинистых грунтов; особую опасность представляют участки с неравномерным залеганием разнородных (пучинистых и непучинистых) грунтов, в том числе низкие насыпи на основании с мелкобугристым рельефом;

выемки и нулевые места в легко выветривающихся породах в условиях избыточного увлажнения или близкого залегания грунтовых вод;

концевые участки выемок в скальных, дренирующих и других непучинистых грунтах, если эти участки сложены пучинистыми грунтами;

полунасыпи и полувыемки на косогорных участках, сложенных пучинистыми грунтами;

насыпи высотой более 2 м из глинистых грунтов;

насыпи на участках расположения водопропускных труб и примыканий к мостам, отсыпанные глинистыми грунтами или имеющие такую высоту, при которой возможно промерзание-оттаивание пучинистых грунтов основания;

участки пересечения земляного полотна из пучинистых грунтов трубопроводами, изменяющими температурный режим этих грунтов;

участки земляного полотна на косогорах круче 1:5 или у их подошвы при наличии в пределах сезоннооттаивающего слоя косогоров потоков грунтовых вод в дренирующих грунтах (возможно образование наледных пучин).

Порядок учета имеющихся пучин и просадок в технических паспортах дистанций пути установлен Главным управлением пути МПС (ЦП МПС).

Непроизводительные затраты, связанные с ежегодными периодическими выправками пути, потерями пропускной способности линий из-за ограничения скорости движения поездов уменьшением срока службы элементов верхнего строения пут (в первую очередь рельсов и шпал), вызывают необходимость усиления пути на участках проявления этих деформаций.

Настоящие Технические указания содержат необходимые требования и рекомендации по устранению пучин и просадок целях усиления железнодорожного пути на этих участках применительно к современным условиям эксплуатации. Указания разработаны с учетом опыта, накопленного линейными подразделениями, научными и проектными организациями МПС Минтрансстроя при применении утвержденных для использования на железных дорогах СССР нормативно-технических документов.

С введением в действие настоящих Технических указаний действующие Технические указания по применению пенопластовых покрытий для предупреждения появления пучин (ЦП/3350) утвержденные МПС 6 августа 1976 г., используют при проектировании тепловой изоляции из пенопластов для частичного выведения зоны сезонного промерзания из пучинистых грунтов, а Технические указания по оздоровлению основной площадки ледяного полотна на пучинистых участках (ЦП/2557), утвержденные МПС 14 ноября 1967 г., считаются утратившими силу.

1.1. Настоящие Технические указания предназначены для использования работниками проектных институтов, служб пути, путевых машинных станций, инженерно-геологических баз путеобследовательских станций и дистанций пути при проектировании и осуществлении противодеформационных мероприятий на участках земляного полотна железных дорог с пучинами просадками пути.

1.2. Требования и рекомендации Технических указаний применимы для железных дорог в районах сезонного промерзают грунтов, а также распространения вечномерзлых грунтов (сливающейся или несливающейся мерзлоты).

1.3. Усиление железнодорожного пути на участках с пучинами и просадками производят по проектам, разработанным на основе технического задания службы пути, в котором указывают перечень пучинных мест и участков с просадками по данным эксплуатационных наблюдений и технического паспорта дистанции пути.

1.4. Назначение противодеформационных мероприятий производят на основании технико-экономического сравнения вариантов с учетом характера и причин пучинных, деформаций, мерзлотно-грунтовых условий, конструкции земляного полотна и водоотводных устройств. К сравнению принимают варианты одинаковой надежности, гарантирующие эксплуатационную стабильность земляного полотна после проведения мероприятий.

Проектом усиления железнодорожного пути на участках с пучинами и просадками, помимо мероприятий по оздоровлению непосредственно основной площадки, при необходимости намечают переустройство водоотводов для обеспечения гарантированного стока инфильтрующихся атмосферных осадков от противодеформационных конструкций, а также меры по обеспечению стабильности откосов земляного полотна.

1.5. Работы по осуществлению противодеформационных мероприятий выполняют отдельно или в комплексе с капитальным (средним) ремонтом пути. При этом предусматривают максимальную механизацию этих работ с использованием высокопроизводительных путевых, общестроительных землеройных и специальных машин, предназначенных для ремонта земляного полотна.

1.6. При соответствующем технико-экономическом обосновании участок пути, пораженный пучинами и просадками, может быть перенесен на новую трассу, на которой предусмотрены необходимые противодеформационные мероприятия.

2.1. При инженерно-геологическом обследовании участков пути, подлежащих усилению, получают следующие данные:

месторасположение пучин и просадок с указанием величины пучения (просадки) и толщины пучинных подкладок в пределах деформирующегося участка, а также величины равномерного пучения на прилегающих участках;

характер залегания грунтов на деформирующемся участке земляного полотна в пределах зоны сезонного промерзания-оттаивания, вид залегающих грунтов, их влажность, гидрогеологические условия (положение уровня грунтовых вод, выход локальных источников увлажнения и др.);

характеристика земляного полотна и его элементов - ровность основной площадки, состояние водоотводов (кюветов, лотков, дренажей, нагорных и водоотводных канав), устойчивость откосных частей земляного полотна;

характеристика верхнего строения пути (тип рельсов и подрельсового основания, мощность различных слоев балластных материалов, в том числе накопленных в пределах водоотводов и откосных частей земляного полотна), искусственных и инженерных сооружений и обустройств (мосты, трубы, пересечения трубопроводов, устройства электрификации, СЦБ и связи);

климатические характеристики района.

2.2. Возникновение пучин, при которых неравномерность морозного пучения грунтов превышает установленные нормы содержания пути, обусловливают следующие причины:

неоднородность состава и сложения грунтов по простиранию и глубине в зоне сезонного промерзания-оттаивания, в том числе неровности основания низких насыпей;

неравномерность увлажнения грунтов за счет перераспределения инфильтрующейся атмосферной влаги в местах балластных углублений (корыт, лож) различной глубины;

неравномерное увлажнение грунтов земляного полотна локальными источниками грунтовых вод или при местном застое воды;

неравномерность промерзания грунтов земляного полотна и основания в местах расположения инженерных сооружений (трубопроводы, пересекающие земляное полотно, водопропускные трубы, промерзающие изнутри, и др.).

Эти причины могут проявляться порознь или совместно. При этом наличие корыт и лож на основной площадке из глинистых грунтов даже в случае неоднородного сложения грунтов или различного промерзания их вблизи инженерных сооружений усугубляет неравномерность морозного пучения.

К особому виду относят пучины на подходах к мостам и трубам, а также наледные пучины. Последние возникают на косо-горных участках, сложенных с поверхности дренирующими грунтами, подстилаемыми водоупором (скала, многолетнемерзлые грунты, плотные глины и т. п.), при наличии потока грунтовых вод.

2.3 . Исходные данные при инженерно-геологическом обследовании получают в следующем объеме. Для определения величины пучения, точного месторасположения, вида и размеров пучинных неровностей производят двухразовое нивелирование пути в соответствии с требованиями приложения 1 . По результатам нивелирований строят совмещенные продольные профили пути по головкам обеих рельсовых нитей, соответствующие зимнему (весеннему) и летнему положениям пути. На профиль наносят местоположение и величину пучинных подкладок и определяют на нем наиболее близко расположенные друг к другу места с максимальной и минимальной величиной пучения.

В этих местах (не менее двух для сравнения), а также на прилегающих участках равномерного пучения устраивают разведочные прорези и закопушки, в которых определяют общую толщину слоя дренирующих и непучинистых материалов и очертание основной площадки по поверхности пучинистых грунтов.

В целях снижения трудоемких земляных работ при обследовании может быть использован метод электродинамического зондирования.

Количество мест обследования обусловливается характером неравномерности пучения, высотой и видом пучин, протяженностью и характером просадки.

В каждом месте обследования толщину слоя дренирующих материалов и очертание основной площадки определяют в двух сечениях, отстоящих друг от друга на расстояние 25 - 30 см, - в сечении шпального ящика и под рядом расположенной шпалой. При общей толщине слоя дренирующих материалов более 0,8 м очертание основной площадки можно определять только в сечении шпального ящика. Уровень основной площадки замеряют в следующих точках поперечного сечения: по оси пути, под обеими рельсовыми нитями (с их наружной стороны), на расстоянии 20 - 40 см от обоих концов шпалы.

При обследовании устанавливают также толщину слоя накопленных дренирующих материалов поверх грунтов земляного полотна за пределами основной площадки (в водоотводных сооружениях, на откосных частях).

Для выявления грунтового сложения земляного полотна в местах максимальной и минимальной величины пучения закладывают скважины: при прямых пучинах и просадках - по оси пути; при односторонних и перекосных пучинах - по концам шпал. Скважины бурят до глубины 0,5-1,0 м ниже зоны промерзания-оттаивания. При использовании электродинамического зондирования количество закладываемых буровых скважин может быть сокращено.

Протяженность и величину просадок пути устанавливают по материалам обследования и опроса линейных работников. При этом определяют количество и суммарную величину подъемок пути при выправках просадок за один сезон. Обследование очертания основной площадки земляного полотна выполняют в местах наибольшего развития деформаций и за пределами деформируемого участка в соответствии с вышеизложенными требованиями.

Состав и состояние грунтов земляного полотна устанавливают путем проведения лабораторных анализов проб, отобранных при бурении. Для глинистых грунтов определяют естественную влажность и пределы пластичности, для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем - гранулометрический состав, естественную влажность глинистого заполнителя, пределы пластичности заполнителя, для пылеватых песков - естественную влажность и гранулометрический состав.

При проходке геологических выработок (скважины, закопушки и др.) пробы грунта для определения естественной влажности отбирают через 0,2 м, а крупнообломочного грунта с глинистым заполнителем - через 0,5 м. Пробы для определения пределов пластичности глинистых грунтов, а также валовые пробы крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем и пылеватых песков отбирают для каждой разновидности грунтов, но не реже чем через 1 м.

Пределы пластичности и естественную влажность грунтов определяют по ГОСТ 5180-84.

На основании полученных данных устанавливают консистенцию глинистых грунтов и глинистого заполнителя крупнообломочных грунтов. Гранулометрический состав крупнообломочных и песчаных грунтов определяют путем ситового анализа в соответствии с ГОСТ 12536-79.

Естественную влажность крупнообломочных грунтов определяют для всей пробы грунта (валовая влажность) w е и для глинистого заполнителя w м. Естественная влажность глинистого заполнителя

,

где w мм - максимальная молекулярная влажность крупных (более 2 мм) фракций грунта; а - содержание крупных фракций, доли единицы.

При возможности отбора пробы глинистого заполнителя с минимальным количеством крупнообломочных включений влажность заполнителя может определяться следующим образом. После определения влажности каждую пробу глинистого заполнителя, имеющую некоторое количество дресвы и гравия, отдельно размачивают и пропускают через сито. Частицы, оставшиеся на сите, высушивают при температуре 105 °С, затем взвешивают и определяют их процентное содержание в составе пробы. В установленную ранее влажность вносят соответствующую этому процентному содержанию поправку.

Пределы пластичности определяют по глинистой фракции, отделенной при ситовом анализе валовой пробы.

По данным анализов грунты классифицируют в соответствии с ГОСТ 25100 -82. Грунты считают однородными при возможности отнесения их к одному виду по данной классификации.

В ходе инженерно-геологического обследования определяют гидрогеологические характеристики деформирующегося участка. Во всех пройденных геологических выработках проводят наблюдение за положением уровня грунтовых вод (УГВ). Для этого по окончании бурения скважину прочищают холостым проходом бура 2 - 3 раза. УГВ измеряют до его полного установления в течение 2 - 3 сут. При необходимости скважину на этот период оборудуют фильтром.

Для уточнения взаимосвязи УГВ в пределах основной площадки с его положением в естественных условиях дополнительно закладывают скважины в некотором отдалении от нее (на откосах или за бровкой выемки, в основании насыпи). В этих скважинах УГВ наблюдают в соответствии с вышеизложенным.

Помимо непосредственных наблюдений в геологических выработках, фиксируют наличие различных вод в непосредственной близости от земляного полотна (реки, естественные и искусственные водоемы, родники, болота), а также описывают рельеф, растительность и другие факторы. Особое внимание уделяют локальным источникам увлажнения, располагающимся в пределах земляного полотна.

Если зафиксированные одновременно гидрогеологические и гидрологические данные не позволяют судить о единой поверхности грунтовых вод, то наличие этих вод в выработках, пройденных в пределах основной площадки, обусловлено дефектами конструкции земляного полотна (замкнутые балластные углубления, местные застои воды в кюветах и др.).

По данным ближайшей метеостанции определяют сумму градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха в год обследования, среднюю многолетнюю, а также максимальную в десятилетнем периоде. Для участков со сливающейся мерзлотой определяют сумму градусо-суток положительных температур наружного воздуха для указанных выше периодов. Для подсчета этих параметров используют соответствующие среднемесячные температуры воздуха.

По данным метеостанции устанавливают также среднее многолетнее количество осадков по месяцам и толщину снежного покрова. Последняя характеристика уточняется для различных элементов земляного полотна на месте. Глубину сезонного промерзания-оттаивания определяют расчетом на основе данных инженерно-геологического обследования в соответствии с п. 4.2.4 настоящих Указаний.

2.4. Инженерно-геологическое обследование производят в следующие сроки.

Весной в период максимального промерзания грунтов земляного полотна, когда снежный покров сошел с балластной призмы, но оттаивание ее еще не началось, производят осмотр подлежащего усилению деформирующегося участка с пучинами. По характеру искажения продольного и поперечного профиля уточняют границы этого участка и производят нивелирование.

После полного оттаивания грунтов земляного полотна выполняют второе нивелирование. На участках сезонного промерзания путь нивелируют в мае-июне, на участках не сливающейся мерзлоты - в июле-августе и на участках сливающейся мерзлоты - в сентябре-октябре. С целью получения достоверных данных о величине и характере пучения в пределах обследуемых участков выправка и подъемка пути на балластные материалы до проведения летнего нивелирования не допускается, за исключением участков с активно протекающими просадками пути. При необходимости путь выправляют в этот период на пучинные подкладки.

По результатам анализа совмещенных профилей пути по первому и второму нивелированию определяют объем дополнительной инструментальной съемки в продольном и поперечном направлениях пути и назначают геологические выработки.

На участках с просадками пути сроки проведения летних инженерно-геологических работ смещаются. Обследование проводят после оттаивания слоя дренирующих балластных материалов, но до полного оттаивания глинистых грунтов земляного полотна, т.е. в период наибольшей активизации просадок.

2.5. На основе анализа полученных материалов инженерно-геологического обследования устанавливают причину неравномерного пучения земляного полотна в соответствии с требованиями п. 2.2 .

2.6. В результате инженерно-геологического обследования на подлежащий усилению участок пути должна быть составлена следующая документация:

план участка с показанными на нем пучинами, просадками пути и сопутствующими деформациями (выдавливание грунта, выплески, трещины, сплывы и т.д.), водоотводами, сооружениями и обустройствами, ранее выполненными инженерно-геологическими выработками и др.;

совмещенные профили пути, соответствующие его летнему и зимнему положению;

продольные и поперечные профили с соответствующими инженерно-геологическими разрезами, отражающими изменения, происшедшие в земляном полотне при эксплуатации (погребенные кюветы, балластные углубления, шлейфы и т.д.);

данные лабораторных определений состава, свойств и состояния грунтов;

климатические характеристики района;

заключение об инженерно-геологическом обследовании с указанием причины или комплекса причин неравномерного пучения или просадок пути.

2.7. Порядок проведения инженерно-геологических работ на пути, обеспечение безопасности движения поездов, безопасности людей, ограждение сигналами мест производства инженерно-геологических выработок определяется совместно ответственными представителями проектной организации и дистанции пути в зависимости от местных условий и объемов работ.

3.1. Для ликвидации деформаций земляного полотна на участках с пучинами и просадками с целью усиления железнодорожного пути назначают следующие противодеформационные мероприятия:

замену пучинистых грунтов дренирующими и непучинистыми материалами с частичным или полным выведением из зоны сезонного промерзания-оттаивания этих грунтов (врезные подушки или комбинированные);

подъемку пути на балласт или устройство накладных подушек при залегании неоднородных грунтов в нижней части, зоны сезонного промерзания-оттаивания;

укладку теплоизоляционного покрытия из пенопластов для предупреждения сезонного промерзания-оттаивания пучинистых грунтов;

планировку основной площадки земляного полотна с вырезкой пучинистых грунтов ниже дна балластных углублений;

устройство гидроизоляционного покрытия из полимерных пленок для уменьшения влажности и величины морозного пучения грунтов;

устройство горизонтальных дренажей и каптажа.

Таблица 1