Земляное сооружение на слабом основании

 

Изобретение используется при возведении насыпей вторых путей железных дорог на слабых при оттаивании вечномерзлых грунтах и болотах. Сущность изобретения: каждая плита армирующего элемента земляного сооружения расположена под несущей частью присыпки второго пути и упорной призмой первого пути на границе с грунтами основания. Каждая тяга армирующего элемента одним концом шарнирно соединена с плитой, а другим концом жестко соединена с основной площадкой насыпи первого пути, причем точка шарнирного соединения с плитой расположена в интервале от оси второго пути до полевого края плиты. Жесткое соединение тяги с основной площадкой насыпи обеспечивает целостность массива земляного полотна и совместную работу насыпей первого и второго путей. Тем самым будет обеспечена устойчивость земляного сооружения в любой сезон года или грунтах любой категории просадочности. Стоимость эксплуатации сооружения за счет экономии балласта и трудозатрат будет в 2 и более раза меньше, чем обычного. 1 ил.

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при возведении насыпей вторых путей железных дорог на слабых при оттаивании вечномеpзлых грунтах и болотах.

Установлено, что в земляном сооружении на слабых основаниях присыпки второго пути не оказывает влияния на стабильность несущей части первого пути, но под упорной призмой насыпи первого пути со стороны присыпки второго пути будет протекать осадочный процесс, который оказывает крайне неблагоприятные последствия как в период временной, так и постоянной эксплуатации на устойчивость второго пути. Это связано с тем, что в результате дополнительной нагрузки и отепляющего влияния грунтов присыпанного второго пути и без того слабые откосные блоки начинают "оседать", образуя глубокие трещины отрыва и перекосы в поперечном направлении в пределах основной площадки земляного полотна второго пути и тем самым оказывать отрицательное влияние на бесперебойность и безопасность движения поездов.

Для компенсации осадок, длящихся десятилетиями, и выправки пути требуется балластного материала иногда в большем объеме, чем сама насыпь. Кроме того, затраты труда на содержание таких участков в надежном эксплуатационном состоянии превосходят во много раз нормативные.

Одним из путей обеспечения устойчивости является разработка и применение таких конструкций, которые обеспечивали бы стабильность земляного полотна второго пути и его совместную работу с первым путем.

Известна насыпь вторых путей (1), включающая нижнюю часть из глинистого грунта, дренирующую прослойку на уровне нижнего края шлейфа существующей насыпи и верхнюю часть из глинистого грунта. У входной части дренирующей прослойки на поверхности откоса насыпь снабжена экраном из дренирующего материала. Нижний край экрана расположен ниже подошвы дренирующей прослойки на величину не менее высоты капиллярной зоны экрана.

Такая конструкция насыпи приемлема на обычном прочном основании и сохраняет все недостатки, присущие обыкновенным насыпям на слабых грунтах, в частности, на слабых при протаивании вечномерзлых грунтах. Такая насыпь будет подвержена осадкам и расползанию откосных частей.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является земляное сооружение на слабом основании (2), перед отсыпкой которого в активной зоне основания размещена поперечным ярусом арматура. Для повышения надежности сооружения в период консолидации активной толщи основания и предотвращения выпора масс слабого грунта арматура уложена выпуклостью кверху с закрепленными на их концах крупнообъемными элементами из железобетонных блоков или глыб рваного камня. Затапливание арматуры в слабое основание происходит под весом блоков. Стремясь перейти в горизонтальное положение под действием веса сооружения, арматура постоянно находится в напряженном состоянии и оказывает сопротивление процессу развития осадок насыпи.

Недостатком данного земляного сооружения является то, что оно не будет устойчиво на слабых при протаивании вечномерзлых основаниях. Деградация мерзлоты происходит медленно и неравномерно в поперечном сечении, принимая форму чаши. Утопить блоки в период строительства невозможно, т. к. протаивание в основании происходит лишь на глубину деятельного слоя и не более, чем на 0,8-1,0 м, а в период эксплуатации из-за технологических причин (пройти толщину мерзлого грунта в поперечном направлении практически невозможно).

Обеспечить совместную работу первого и второго путей сооружение также не сможет. Как правило, присыпка второго пути осуществляется при необходимости увеличения мощности существующей дороги, и не менее чем через несколько (10 и более) лет после строительства первого пути. За этот период под насыпью первого пути формируется чаша протаивания, а под насыпью второго пути протаивание первые 2-3 года происходит лишь на глубину деятельного слоя. Поэтому "утопить" арматуру под насыпью второго пути, как в известном решении, не представляется возможным.

Таким образом, известное земляное сооружение не работоспособно в условиях протаивающих слабых оснований на вечномерзлых грунтах (ВМГ) и не обеспечивает устойчивость и совместную работу насыпей первого существенного и второго присыпного путей.

Целью изобретения является повышение устойчивости сооружения в период консолидации активной толщи основания под несущей частью насыпи второго пути.

Для достижения поставленной цели в земляном сооружении, включающем основную площадку и упорную призму насыпи первого пути, присыпку второго пути и армирующие элементы, уложенные в основании насыпи, выполненные в виде плит с тягами, каждая плита расположена по крайней мере под несущей частью присыпки второго пути и упорной призмой первого пути на границе с грунтами основания, а тяга одним концом шарнирно соединена с плитой, а другим жестко с основой площадкой насыпи первого пути, причем точка шарнирного соединения с плитой расположена в интервале от оси второго пути до полевого края плиты.

На чертеже дана схема предложенного земляного сооружения на слабом основании.

Земляное сооружение, расположенное на слабых при протаивании вечномерзлых грунтах содержит насыпь первого пути 1, присыпку второго пути 2 и армирующие элементы 3 с тягами 4.

Насыпь первого пути 1 состоит из несущей части 5, упорных призм 6 основной площадки 7. Со стороны второго пути упорная призма 6 составляет часть несущего столба насыпи второго пути.

Присыпка второго пути 2 включает грунты несущей части 8 насыпи второго пути и упорной призмы 9.

Насыпь первого пути 1 имеет следующие параметры: ширина основной площадки 7 несущей части насыпи 1-6,0 м, высота насыпи 1-3,0 м. коэффициент откоса упорных призм 6-1: 1,5.

Присыпка земляного полотна второго пути 2 имеет параметры с учетом укладки рельсового пути на расстоянии 5,30 м от оси первого пути. Ширина основной площадки с полевой стороны равна 3,5 м и коэффициент откоса упорной призмы 9 - 1: 1,5.

Железобетонная плита длиной 6,0 м уложена под несущей частью насыпи 8 второго пути 2 на границе с грунтами основания 10. Для соединения с тягой 4 плита (элемент 3) содержит стальные скобы. Плиты крепятся между собой сваркой арматурных стержней.

Тяга 4 соединяет плиту (3) с жестким креплением 11, расположенным на устойчивой части земляного полотно первого пути на уровне основной площадки 7. Связь (соединение 12) тяги с плитой выполнена шарнирной.

Шарнирное соединение 12 может быть расположено в интервале от оси второго пути до полевого края плиты (3). В конкретном случае шарнирное соединение 12 расположено на оси второго пути.

Земляное сооружение осуществляют следующим образом.

На основе имеющихся проектно-изыскательских материалов устанавливают параметры земляного полотна существующего первого пути 1.

Определяется объем и параметр присыпки второго пути 2.

Перед досыпкой земляного полотна второго пути 2 разрабатывается упорная призма 6 первого пути до границы с грунтами основания 10.

На подготовленное основание 10 укладывают железобетонные плиты (3), промазанные битумом. К плитам крепятся стальные тросы.

Другой конец тросов жестко защемляется креплением 11, заанкеренным в несущей части 5 земляного полотна.

Тяги выполняются из стальных тросов, расчетным диаметром, необходимым для удержания плиты при работе на разрыв (до 30 мм).

Разработанный массив грунта упорной призмы 6 вновь засыпается с одновременной отсыпкой насыпи второго пути 2.

Предлагаемое земляное сооружение работает следующим образом.

В весенний период основание насыпи второго пути под упорной призмой первого пути 1 и присыпкой второго пути 2 начинает протаивать.

Грунты основания на глубину деятельного слоя теряют прочность, а в мерзлом состоянии служат прочным основанием для плиты и воспринимает нагрузку от веса насыпи второго пути. Нагрузка на плиту возрастает, т. к. слабые грунты основания начинают воспринимать лишь часть нагрузки. При этом плита (3) приобретает возможность свободного вращения относительно шарнирного соединения 12.

В приведенном конкретном случае силы, действующие на левую и правую части плиты (3), равновелики.

Сила, действующая на плиту со стороны присыпки второго пути 2, уравновешивает силу, с которой стремится оказать сопротивление осадке часть плиты под упорной призмой 6. Там самым исключаются перекосы и неравномерные осадки второго пути в поперечном направлении, т. е. обеспечивается устойчивость сооружения.

При удалении точки шарнирного соединения 12 в полевую сторону равновесие нарушается и плита (3) с обратной стороны будет воспринимать большую нагрузку. Но устойчивость сооружения будет обеспечена, т. к. край плиты опирается на жесткую опору (уплотненные грунты основания первого пути 1).

Если шарнирное соединение 12 будет находиться в интервале от оси второго пути в сторону первого пути, то устойчивость не будет обеспечена из-за перекосов рельсового пути и неравномерных в поперечном направлении осадок. Плита будет работать как рычаг, и, следовательно, при равномерном распределении нагрузки большее плечо будет испытывать больший крутящий момент.

Жесткое соединение тяги с основной площадкой насыпи обеспечивает целостность массива земляного полотна и совместную работу насыпей первого и второго путей. Тем самым обеспечивается устойчивость земляного сооружения в любой сезон года или грунтах любой категории просадочности. Стоимость эксплуатации предлагаемого земляного сооружения за счет экономии балласта и трудозатрат будет в 2 и более раза меньше, чем обычного. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1102856, кл. E 02 D 17/18, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1330249б кл E 02 B 7/06, 1985.

Формула изобретения

ЗЕМЛЯНОЕ СООРУЖЕНИЕ НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ, включающее основную площадку и упорную призму насыпи первого пути, присыпку второго пути и армирующие элементы, уложенные в основании насыпи, выполненные в виде плит с тягами, отличающееся тем, что, с целью повышения устойчивости сооружения в период консолидации активной толщи основания под несущей частью насыпи второго пути, каждая плита расположена по крайней мере под несущей частью присыпки второго пути и упорной призмой первого пути на границе с грунтами основания, а тяга одним концом шарнирно соединена с плитой, а другим - жестко с основной площадкой насыпи первого пути, причем точка шарнирного соединения с плитой расположена в интервале от оси второго пути до полевого края плиты.

РИСУНКИ

Рисунок 1