676

Зависимость «коэффициент уплотнения Ку — коэффициент увлажнения Кувл»аппроксимирована следующим уравнением(при R2 = 0,0268,Кв = - 0,35):

Ку = 1,0573 – 0,0872Кувл.

Зависимость между оптимальной Wопт и естественной Wест влажностью глинистых грунтов (суглинки, глины) имеет следующий вид (при R2 = 0,381,

Кв = 0,56):

Woпт = 12,216 + 0,3662Wест.

Приведенные выше уравнения можно использовать для назначения мероприятий по увлажнению или просушке грунтов, прогноза ожидаемых показателей уплотнения.

Проделанный статистический анализ позволил определить усредненные значения параметров глинистых грунтов для каждого дорожно-климатичес- кого района [4]. После подбора грунтов с типичными для данного района значениями быливыполнены лабораторные испытания их образцов для установления зависимости статического модуля упругости грунта Еу от его влажности и степени уплотнения. Испытания осуществлены по методике, рекомендованной проф. Ю.М. Васильевым, с использованием теории планирования эксперимента.

Для дорожно-климатического района II.Г.2 получена следующая зависимость:

Еу = 8085,5K + 5,78W – 0,4725W2 – 3928K2 + 10,3KW – 4208,19.

Она существенно отличается от зависимости для района III.Р.3:

Еу = 3114K – 33,1W + 1,19W2 – 1240K2 – 17,2KW – 1310,87.

Рекомендуемые зависимости справедливы только в пределах варьирования параметров, принятых при проведении эксперимента: влажность W принимали в диапазоне от до %, коэффициент уплотнения K — от 0,95 до 1,05. Несмотря на то что они не имеют физического смысла, для практических целейэтипоказателивполнепригодны истатистическидостоверны.Отметим также значительное влияние как влажности, так и коэффициента уплотнения грунта на его деформативные свойства. Используя приведенные зависимости, можно подсчитать значения динамического модуля упругости, определить его расчетные величины.

Результаты данного исследования позволяют более обоснованно назначатьмеры пообеспечению требуемойстепени уплотненияглинистых грунтов земляного полотна автомобильных дорог и аналогичных сооружений, проектировать соответствующую технологию работ на основе региональных зависимостей. Совершенно очевидно, что современные технические средства позволяют в массовом порядке достигать значений коэффициента уплотнения 1,0–1,1 без специальных мер (в том числе просушки или увлажнения грунта).

51

Библиографический список

1.Казарновский В.Д., МирошкинА.К., Лейтланд И.В.Основы нормирования и обеспечения требуемой степени уплотнения земляного полотна автомобильных дорог. СоюздорНИИ. М., 2002. 53 с.

2.Ефименко В.Н. Дорожно-климатическое районирование Кемеровской области // Опыт обеспечения эффективности дорожного комплекса Кузбасса: Сб. науч. тр. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1997. С. 62–66.

3.Афиногенов А.О. Анализ результатов уплотнения глинистых грунтов в насыпях автомобильных дорог // Вестник ТГАСУ. 2009. № 3. С. 143–150.

4.Афиногенов А.О. Уточнение параметров грунтов и дорожно-климатического районирования территории Кемеровской области // Вестник КузГТУ. 2008. № 1. С. 53–55.

УДК 625.122

Д.А. Корнеев (СГУПС), Ли Иль Хва (KRRI — Южная Корея)

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ДЕФОРМИРОВАНИЯ НАСЫПЕЙ, АРМИРОВАННЫХ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ, НА СВАЙНОМ ОСНОВАНИИ

В рамках сотрудничества СГУПСа и KRRI в январе-марте 2010 г. была выполнена совместная научно-исследовательская работа по тематике проектирования и строительства железнодорожных насыпей на слабых грунтовых основаниях для скоростного движения. Рассмотренный метод армированных геосинтетическими материалами насыпей на свайном основании (GRPS method) составляет 60 % от стоимости моста. GRPS (рис. 1) является более эффективнымпокритерию максимальных осадокот расчетной нагрузки, чем применяемые в настоящее время в Южной Корее пластиковые вертикальные дренажи, песчаные и гравийные набивные сваи.

Для корейских железных дорог общей сети критерий максимальных осадок земляного полотна составляет 100 м, а для скоростных линий — 30 мм (5 мм — упругие перемещения, 25 мм — остаточные перемещения).

Целью данной работы является исследование возможности применения свай-стоек и висячих свай для насыпи высотой 10 м при различных комбинациях расположения листов георешетки в промежуточном слое песка, жесткости георешеток, шагах свай (2,1 2,1 м и 2,3 2,3 м) и т.д.

Варианты размещения трех листов георешетки в слое песка (рис. 2) приведены в табл. 1.

Численный анализ деформирования земляного полотна выполнен с использованием конечно-элементных пакетов Plaxis 2D и Plaxis 3D Tunnel в осесимметричной, плоско-деформированной и трехмерной постановках.

Физико-механические характеристики грунтов насыпи и основания представлены в табл. 2. Поведение грунтов описывается упруго-пластической моделью с критерием прочности Кулона—Мора.

52

Рис. 1. Расчетная схема GRPS насыпи

Рис. 2. Размещение листов георешетки в промежуточном слое песка

53

Таблица 2

Физико-механические характеристики грунтов насыпи и основания

Расчетная нагрузка принимается равномерно распределенной по ширине основной площадки интенсивностью 50 кПа и включает в себя вес верхнего строения пути на железобетонном основании (стандартная секция RHADA 2000) и поездную нагрузку HL-25.

В табл. 3 представлены результаты расчетов GRPS в плоской постановке при шаге свай2,3 2,3 м.Точка Анаходится на основной площадкенасыпи по оси пути, а точка Б — на голове центральной сваи.

Минимальные осадки от расчетной нагрузки (19 мм) соответствуют варианту № 2, а максимальные (34 мм) — варианту № 4, при этом толщина слоя песка в обоих вариантах равна 1,0 м. Разница между вариантами в 15 мм является существенной при действующем критерии.

Для двух выделенных вариантов выполнено исследование зависимости осадки основной площадки от модуля упругости грунта тела насыпи (рис. 3).

Таблица 3

Вертикальные осадки, мм, для различных вариантов размещения листов георешетки

54

Рис. 3. Графики зависимости осадки от модуля упругости насыпи

При уменьшениишага свай до2,1 2,1 мперемещения изменятся незначительно (табл. 4).

Анализируя деформированный вид модели и графики распределения вертикальных перемещений в слоях георешетки (рис. 4 и 5) можно сделать вывод, что под нагрузкой работают только пять-шесть свай в центральной части модели. Осадка георешеток между головами свай ярко выражена в указанной области. Максимальные значения перемещений георешеток приведены в табл. 5.

55

Рис. 4. Деформированный вид модели

Таблица 5

Максимальные перемещения георешеток, мм, при шаге свай 2,3 м

Рис. 5. Распределение вертикальных перемещений в слоях георешетки

Трехмерная модель протяженностью 4,6 м (три сваи) была создана для варианта размещения георешеток № 2 и шага свай 2,3 2,3 м. Максимальная величина осадки составила 26 мм, что на 7 мм выше, чем в двухмерной модели, однако распределение перемещений в теле насыпи (рис. 6) и листах георешетки очень близко.

56

Рис. 6. Вертикальные перемещения в трехмерной модели

Выводы:

1.Оптимальные параметры армированной насыпи на сваях-стойках:

— модуль упругости насыпи более 30 кПа;

— шаг свай 2,3 2,3 м;

— вариант размещения листов георешетки № 2 (0,2–0,3–0,3–0,2);

— изгибная жесткость георешетки 1,333 кН / м;

— общая толщина промежуточного слоя песка — 1,0 м.

2.Применение висячих свай при заданной высоте насыпи и толщине слабого слоя грунта является невозможным.

3.Численный анализ может выполняться в основном с применением плоско-деформированных моделей, а трехмерных моделей — для контроля.

В дальнейшей работе по данной теме следует:

1) для снижения остаточных деформаций путем предварительного нагружения слоем грунта использовать модель упрочняющегося грунта тела насыпи; 2) строительную стоимость земляного полотна можно снизить применениемнерегулярногошагасвайвпоперечном профиле,вцентральной части—

использовать шаг свай меньше, чем под откосами насыпи.

57

УДК 625.122

А.В. Петряев (ПГУПС)

ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ СООРУЖЕНИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА В УСЛОВИЯХ СИБИРИ

Как показывают теоретические исследования и результаты натурных наблюдений, основными природными факторами, влияющими на формирование температурного режима в теле и основании насыпей на Ямале, являются условия обводненности прилегающей к дороге территории и характер снежных отложений по контуру насыпи и у подошвы откосов. В нынешнем столетии природно-климатическая обстановка рассматриваемого региона изменится самым существенным образом в сторону повышения температуры и это необходимо учитывать на этапе проектирования транспортной инфраструктуры.

После завершения строительства насыпей начинается период адаптации конструкции к изменяющимся мерзлотным условиям в основаниях. Под насыпями и на прилегающей территории изменяется положение верхней кровли вечномерзлых грунтов. В одних сечениях происходит ее поднятие с заходом в тело насыпи, а в других — опускание, которое в особо неблагоприятной ситуации (например при обводнении или образовании снежных заносов) сопровождается возникновением таликовых зон. Изменяется не только положение кровли вечномерзлых грунтов, но и температурный режим оснований. Среднегодовые температуры мерзлоты под насыпями в результате изменения условий теплообмена на поверхности земляного полотна и прилегающей территории могут повыситься и перевести грунты в пластичномерзлое состояние, сопровождающееся осадками основания.

Все эти процессы сильно растянуты во времени. Процесс перехода к новому температурному состоянию, соответствующему изменившимся условиям теплообмена, длится в течение десятилетий, и все это время могут проявлятьсядеформации земляногополотна, еслиего конструкцияне предусматривает меры по стабилизации температурного режима основания.

По данным георадиолокационного зондирования насыпей положение поверхности вечномерзлых грунтов в их основаниях характеризуется подъемом ее уровня под основной площадкой и понижением под откосными частями и бермами. Величина, на которую происходит подъем верхней поверхности вечномерзлых грунтов, зависит от высоты насыпей. В насыпях высотой до трех метров поверхность вечномерзлых грунтов входит в тело насыпи. Придальнейшем увеличении высотынасыпи внейобразуется«горб» из мерзлых грунтов. В откосных частях насыпи и под бермами фиксируется понижение уровня поверхности вечномерзлых грунтов, сопровождающееся осадками основания и внедрением грунта тела насыпи в основание.

58

Врезультате всех этих процессов происходит искажение проектного профиля земляного полотна, ведущеекснижению его устойчивостипоповерхности скольжения на границе мерзлых грунтов.

Наблюдения за состоянием земляного полотна строящейся железнодорожной линии Обская—Бованенково, проводившиеся в процессе строительства и рабочей эксплуатации дороги, показывают, что насыпи на ряде участков подвергаются деформациям в виде осадок при оттаивании вечномерзлых грунтов оснований, сплывов откосов, появлении продольных трещин в прибровочной части основной площадки и нарушении проектного профиля земляного полотна. Деформации возникают в первые годы после сооружения насыпей и длятся в течение всего срока существования дороги.

Вавгусте 2008, 2009 г. ПГУПСом были обследованы опытные насыпи с различными конструктивными решениями. Насыпи располагались между разъездом Хралов и разъездом Ясавэйто (438 км). Земляное полотно на этом участке отсыпалось с декабря 2007 по весну2009 г. В процессе обследования отрывались шурфы до грунтов основания насыпей, замерялась температура воздуха на текущий момент, температура слоев земляного полотна, включая основание, также определялась плотность грунтов насыпи и состояние уложенных в земляное полотно геосинтетических материалов.

Выводы, сделанные по результатам мониторинга за типовыми и опытными участками линии Обская—Бованенково, говорят о рациональности следующих конструктивных решений.

Крутизна откоса земляного полотна принимается 1 : 4. В основании насыпи укладывается слой пенополистирола толщиной 10 см. При этом в насыпях высотой более 2,5 м теплоизоляционная прослойка укладывается только под откосными частями шириной до 10 м. В насыпях высотой менее 2,5 м теплоизоляционный материал укладывается по всей ширине насыпи. Это позволит избежать протаивания основания насыпи под основной площадкой

вконце теплого периода и не даст развиваться процессам наледеобразования

вхолодное время года. При использовании мерзлого грунта насыпи должны отсыпаться на 30–50 см выше проектных отметок, обеспечивая тем самым запас на усадку после оттаивания.

Учитывая опыт производства работ для предотвращения деформаций верхней части насыпи в построечный период, в уровне основной площадки земляного полотна должен устраиваться защитный слой из скального грунта, армированного георешеткой, толщиной не менее 30 см.

На высоких насыпях работы неодходимо производить в период отрицательных температур. Перед отсыпкой насыпи под ее откосными частями на подготовкуизсухомерзлого грунтатолщиной 20–25 смукладывается пенополистирол типа ПЕНОПЛЭКС 45 толщиной 10 см. Нижняя часть откосов насыпи имеет крутизну 1 : 5, а верхняя — 1 : 2. Насыпь отсыпается твердомерзлыми грунтами. Для усиления откосов в период оттаивания через 60–

59

80 см укладываются слои георешетки из полиэстера с прочностью на разрыв 55 кН/м. В промежутках между ними в откосных частях укладываются два слоягеотекстиля шириной2 м.Георешетки игеотекстильнапрямыхучастках путираскатываются изрулоноввдольпути, вкривыхпоперекпути.Перехлест полотнищ 60 см.Взадачугеотекстиля входитотводводыв периодоттаивания и усиление откосной части между слоями георешетки.

На отсыпку из твердомерзлого грунта укладывается двухосная георешетка из полиэстера с прочностью на разрыв 55/55 кН/м. На нее отсыпается слой скальногогрунта толщиной30 см с последующим уплотнением.Армогрунтовый слой позволит обеспечить равномерность деформаций основной площадкипри оттаиваниии предотвратит образование колейностиот строительной техники, перемещающейся по насыпи.

Под балластную призму из щебня укладывается двухосная георешетка типаTesar SS30 дляпредотвращения просадок пути в период положительных температур.

Укрепление откоса от размыва и его подсыпка осуществляется грунтом с уширенных обочин и песчано-торфяной смесью до укладки пути. Укладка песчано-торфяной смесипослебалластировкиприводитксильномузагрязнению балластной призмы при ее перевозке железнодорожным транспортом.

Приведенная выше конструкция насыпи позволяет обеспечить сохранение и подъем мерзлоты в тело насыпи при крутизне откосов не более 1 : 1,5; что значительно уменьшает объемы отсыпаемых земляных масс и на 30 % увеличивает скорость производства работ.

УДК 625.173:624.138.5

В.В. Ганчиц (ПГУПС)

УСИЛЕНИЕ ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПУТЕМ НАПРАВЛЕННОГО СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ

Значительное влияние на надежную работу железнодорожного пути оказывает земляное полотно. Однако, как и всякое инженерное сооружение, оно имеет свой срок службы. И по истечении этого срока начинают возникать неисправности и аварийные отказы. Увеличивается интенсивность накопления остаточных деформаций, снижается надежность всей конструкции в целом.

Одним из эффективных методов повышения эксплуатационной надежности земляного полотна является улучшение прочностных и деформативных характеристик слагающих его грунтов путем электрохимической обработки. Она основана на том,чтотонкодисперснаячасть грунта не является инертной ивступаетвактивные исложные взаимодействия,ускоряемыезасчет пропусканиячерезгрунтпостоянногоэлектрическоготока.Приэтомвзоне контакта

60