676

микроагрегатов или на поверхности частиц синтезируются цементирующие вещества, в состав которых входят в качестве компонентов как продукты новообразований, так и составные части тонкодисперсных минеральных частиц. В результате прохождения различных физико-химических процессов с участием компонентов электролитов в грунте происходит его осушение, коагуляциятонкодисперснойфракциивэлектродных зонах,изменениехимического состава поглощенногокомплекса и другие явления, которые обуславливают изменение первоначальных свойств грунта. Перечисленные процессы и реакции преобразуют грунт и в результате дают грунтовой материал с новыми качествами.

Электрохимическая обработкауспешно использовалась для стабилизации оползней и борьбы с поверхностными сплывами на откосах насыпей и выемок, при упрочнении грунтов в основании железнодорожных путей. Наблюдения за участками велись в течение 10–14 лет. Они показали, что деформации земляного полотна прекратились, а грунты претерпели существенное изменение свойств.

Анализрезультатовиспользованияэлектрохимическогозакреплениягрунтов в производственных условиях показывает, что этот метод может эффективно применяться для:

—повышения несущей способности грунтов, расположенных под основной площадкой земляного полотна;

—стабилизации глинистых откосов насыпей и выемок.

Однако существующие способы электрохимической обработки, основанные на введении в грунт электролитов на основе хлористого кальция, алюмокалиевых квасцов, жидкого стекла и т.д., значительно устарели и не обеспечивают требуемой прочности и равномерности закрепления грунта.

В связи с этим большое значение приобретает совершенствование методов электрохимической обработки грунтов.

Имеющиеся фундаментальные исследования дают возможность разработать электролиты, позволяющие более активно и направленно использовать природные свойства грунта, усилить или ослабить влияние химико-минера- логического состава, дисперсности, обменной способности и при этом обеспечить укрепленному грунту повышенную прочность, водо- и морозостойкость.

Одним из направлений является использование электролитов на основе ортофосфорной кислоты.

Адгезионная способность фосфатных вяжущих обусловлена наличием сильных водородных связей, они же являются причиной их затвердения.

Для определения возможности использования фосфатов была проведена электрохимическая обработка различных грунтов ортофосфорнойкислотой с несколькими типами добавок и при различных режимах пропускания электрического тока.

61

Проведенные лабораторные исследования показали, что максимальная прочность и равномерность закреплениягрунта в межэлектродной зоне обеспечивается при использовании добавки оксида цинка.

На основе экспериментальных данных получены зависимости прочности иравномерности закрепления глинистого грунта от времениэлектрообработки,градиентападениянапряженияиколичествазатраченнойэлектроэнергии. Наилучшие результаты получены при градиенте напряжения 1,0 В/см и времени электрообработки 150 ч.

Сравнениефосфатного электролита сдругимитипами электролитовпоказало, что он дает наибольшую прочность и равномерность закрепления в глинистыхгрунтахсмалымикоэффициентамифильтрации(менее0,005 м/сут).

Таким образом, использование электрохимической обработки грунтов фосфатными электролитами может служить основой для разработки эффективных технических решений по усилению земляного полотна.

УДК 625.122

В.В. Ганчиц (ПГУПС), А.В. Петряев (ПГУПС), В.И. Шулындин (ПГУПС)

ЗАЩИТА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ОТ ВИБРОДИНАМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

В связи с введением высокоскоростного движения поездов на путях общего пользования и тенденцией увеличения межремонтных сроков, возникает необходимость в дополнительных мероприятиях, повышающих стабильность рельсовой колеи путем оптимизации жесткости подрельсового основания, а также снижающих вредное воздействие подвижного состава на окружающую среду. Высокая жесткость основания приводит к увеличению давления рельса на шпалу, к ускоренной осадке пути, возникновению неравноупругости, возрастанию динамической составляющей колесной нагрузки и повышенному вибродинамическому воздействию на грунты земляного полотна. Снижениенесущей способностиземляного полотнапри вибродинамическом воздействии связано с процессом нарушения прочности грунтов, слагающих земляное полотно и его основание.

Эффективным решением, позволяющим значительно уменьшить уровень вибраций от проходящих поездов, является укладка в подбалластный слой упругой прослойки в виде матов. Зарубежный опыт и результаты опытного примененияна отечественных железныхдорогахпоказывают,чтоустройство упругой прослойки вподбалластном слое снижает интенсивность накопления остаточныхдеформацийпути, замедляетпроцессы истираниящебняизасчет этого снижает затраты на содержание пути.

Конструктивно упругая прослойка представляет собой маты из синтетического материала толщиной 18–25 мм заданной жесткости. Упругие маты

62

укладываются в подбалластный слой на глубину 40 см под подошву шпалы. Геометрические размеры позволяют укладывать его с помощью щебнеочистительных машин под очищаемый балласт. Основным достоинством подбалластных матов является возможность включенияработ по их укладке всостав усиленных капитального или среднего ремонтов пути, провдящихся без снятиярельсошпальной решетки.Дляснижения уровняшумового и вибрационного воздействия упругая прослойка в виде подбалластных матов может укладываться в следующих случаях:

—на железобетонных мостах и эстакадах с ездой по балласту;

—на ж.-д. путях в зоне населенных пунктов, по которым обращаются грузовые поезда со скоростью не менее 80 км/ч и пассажирские поезда со скоростью не менее 140 км/ч;

—для снижения уровня вторичного шума и уменьшения вибродинамического воздействия на конструктивные элементы тоннельной обделки;

—на участках пути вблизи жилых и административных зданий или промышленных объектов, чувствительных к вибродинамике.

Для разработки нормативных документов по применению упругой прослойки в подбалластном слое ПГУПСом была произведена опытная укладка виброматов на главном пути перегона Санкт-Петербург — Москва в районе станции Саблино. Под балласт укладывались следующие материалы: виброматы марки Sylomer D 619 производства австрийcкой фирмы Getzner Werkstoffe, виброматы марки ЭЛАПОР производства отечественной фирмы ПКТИ «Трансстрой» и геосинтетический материал из пористой резины ENKADRAIN производства фирмы COLBOND Geosythetics. По результатам замеров были сделаны следующие выводы: применение виброзащитных элементов в подбалластном слое приводит к существенномуснижению уровня колебаний на основной площадке земляного полотна (в 2,5 раза для Sylomer D619), уменьшению вертикальных колебаний (в 3,6 раза для ЭЛАПОР) икуменьшению влияния скоростидвиженияпоездов наинтенсивность роста результирующих колебаний (в 2 раза для Sylomer D619).

УДК 625.12:624.131.55

Ю.П. Смолин (СГУПС), К.В. Востриков (СГУПС)

К ВОПРОСУ ИССЛЕДОВАНИЯ УСКОРЕНИЙ КОЛЕБАНИЙ В ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ НАСЫПЯХ ОТ ДВИЖЕНИЯ ПОЕЗДОВ

При движении поезда в насыпи возникают вибродинамические колебания, которые вызывают снижение прочности откосов насыпи и вызывают дополнительные деформации верхнего строения пути и основной площадки. Такие насыпи усиливают различными методами (цементация, силикатизация и другие укрепляющие материалы), однако точной методики подбора объемов и мест закачки закрепляющего раствора не разработано. Для того чтобы

63

исследовать насколько увеличивается прочность насыпи от того или иного объема закрепленного грунта, необходимо проведение полевых и лабораторных исследований на экспериментальных насыпях и опытных образцах.

Железнодорожные насыпи сооружаются из различных по структуре и разновидности (сыпучие, связные) грунтов и могут содержать в себе грунтовую воду, лед и другие примеси и включения. Изучение параметров колебаний в таких условиях осложняется подбором соответствующих регистрирующих датчиков, так как должны предъявляться особые требования к их герметичности и коррозионной стойкости при воздействии влаги, а занимаемый датчиком объем, после его погружения, должен соответствовать массе замещаемого им грунта.

Для проведения полевых исследований были выбраны насыпи: подход к мостучерез р.Камышанка(Кемеровская область) инасыпь на88 км перегона Алтайская — Бийск (Алтайский край), ранее усиленные напорной инъекцией цементно-песчано-глинистого раствора.

Для исследования авторами были разработаны специальные вибродатчики и изготовлена специальная регистрирующая аппаратура. В датчиках были применены интегральные акселерометры типа ADXL 203 фирмы Analog Devices, размером 1,78 4,5 5,0 мм, с диапазоном измеряемых вертикальных и горизонтальных ускорений колебаний +/– 1,7g. Акселерометры ADXL напаивались по специально разработанной схеме на плату (представлена на рисунке), которая затем помещалась в металлический корпус цилиндрической формы. Верхняя граничная частота всего устройства определяется номиналами емкостей конденсаторов С1 и С3. Для конкретных экземпляров устройств она составляет 230 Hz.

Монтажная схема (а) и общий вид платы (б) датчика для замера ускорений колебаний

Датчики устанавливались в тело насыпи путем погружения в предварительно пробуренные скважины. Для подъема датчика с глубины на поверх-

64

ность в верхней части датчика была предусмотрена специальная перемычка, через которую пропускался тонкий металлический трос.

Перед началом полевых исследований датчики тарировались на вибростендев ФГУ«Новосибирский центр стандартизации,метрологиии сертификации» при различных амплитудно-частотных спектрах.

Датчики соединялись через экранированный кабель КММ-4 0,12, с блокомусиления сигнала.Далеесигналоцифровывался12-разряднымАЦПЕ14- 140 фирмы L-Card и поступал на переносной компьютер, где обрабатывался программойPowerGraph.Измерительныйкомплектобеспечиваеткачественную регистрацию сигналовмалой амплитуды (0,02 м/с2) при регистрируемых частотах от 1 Гц до 1 кГц.

Для замера скорости прохождения поезда использовалась разработанная в НИДЦ СГУПСа информационно-измерительная система ТЕНЗОР МС с двумя съемными (магнитными) датчиками измерения деформаций ТДМ. Датчики крепились под углом 45° к поверхности шейки рельса.

Разработанный комплект аппаратуры, применяемой для исследований параметров ускорений колебаний железнодорожных насыпей и скорости движения поездов, достаточно мобилен и может использоваться многократно.

Раздел 3. НОВЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

УДК 625.731.2

Н.А. Устян (НТЦ «Геотехнологии»)

ПРОЕКТИРОВАНИЕ «ЛЕГКИХ» НАСЫПЕЙ НА КОЛЬЦЕВОЙ ДОРОГЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА

Внастоящее время однойиз насущных проблемРоссии является ликвидация отставания от мирового уровня в дорожной отрасли. Решение этой проблемы усложняется тем, что значительная часть дорог, строящихся в РФ, расположена на территориях со сложными климатическими и геологическими условиями, в том числе болот, заболоченных участков, на слабых основаниях. При проектировании и строительстве насыпей на слабых основаниях требуется решить проблемы, связанные с недостаточной несущей способностью основания,возможностью больших осадок и длительным сроком стабилизации основания.

По данным ВТУ ЖДВ и ВАТТ, более 60 % всех высоких насыпей сооружаются на пойменных участках рек, где наиболее часто встречаются заболоченные участки и основания, сложенных из слабых грунтов.

Кслабым грунтам относят связные грунты, имеющие прочность на сдвиг

вусловияхприродногозалеганияменее0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза) или модуль осадки при нагрузке 0,25 МПа более

65

50 мм/м (модуль деформации ниже 5 МПа). При отсутствии данных испытаний к слабым грунтам следует относить: торф и заторфованные грунты; илы; сапропели; глинистые грунты с коэффициентом консистенции более 0,5; иольдиевые глины; грунты мокрых солончаков.

При проектировании дорог на слабых грунтах может быть предусмотрен один из приведенных способов:

—удаление слабого грунта и его замена дренирующим грунтом;

—применение эстакад;

—устройство свайного основания;

—использование слабого грунта в качестве основания насыпи с применением мероприятий, обеспечивающих устойчивость основания.

При предварительном рассмотрении вариантов в первую очередь проверяется соблюдение требования устойчивости слабого основания. Одним из эффективных способов прохождения слабых участков является устройство облегченной насыпи.

Облегченными называются насыпи, которые при тех же геометрических размерах обладают гораздо меньшим удельным весом, приходящим на 1 м3 насыпи, благодаря содержанию материалов, имеющих значительно меньший удельный вес по сравнению с грунтом. Тем самым достигается существенное уменьшение давления насыпи от собственного веса на основание. Это позволяет возводить насыпь на слабом основании без дополнительных мер по укреплению основания. В качестве заполнителя могут применяться блоки из пенополистирола, керамзит, пенобетон, отходы лесоперерабатывающей промышленности (опилки), различные пустотные материалы и композиты из этих материалов и т.п.

В дорожном строительстве экструдированный пенополистерол (ЭПС) впервыесталприменятьсявНорвегиив1972г.Стехпор вмиреэтотматериал используется достаточно широко. Например, в Японии до 65 % дорог и транспортных сооружений строится с применением пенополистерола. Анализ зарубежного опыта применения пеноплистерола в насыпипоказал, что во всех случаях экономическая обоснованность была очевидна.

Опыт применения экструдированного пенополистерола в нашей стране ограничивается использованием его в качестве теплоизолирующего материала, а в качестве несущего элемента земляного полотна для устройства «легких» насыпей он применяется впервые. Такая ситуация связана с отсутствием производства плит (блоков) из пенополистерола, методик расчета «легких» насыпей и технологий их возведения.

В настоящее время отечественная промышленность для строительства выпускает плиты из пенополистеролас различными размерами и плотностью

восновном как тепло- и шумоизолирующий элемент.

Цельпримененияпенополистеролазаключаетсявуменьшениивертикальной нагрузки от собственного веса насыпи на слабое основание, путем

66

снижения его удельного веса. ЭПС легче песка в среднем в 45 раз (объемный вес ЭПС 35–45 кг/м3), следовательно, его укладка в тело насыпи взамен песка существенно уменьшает нагрузки на слабое основание. Это позволит обходиться без устройства свайного основания или замены грунта. Пример конструкции «легкой» насыпи представлен на рисунке.

1

2

Пример конструкции «легкой» насыпи:

1 — грунт земляного полотна, 2 — блоки из пенополистирола «Пеноплэкс»

Проектирование«легких»насыпей имеетряд особенностейввидувключения в конструкцию пенополистирола, геосетки, песка и щебня.

Основная особенность проектирования данных насыпей заключается в математическом описании и обосновании совместной работы разнородных материалов в одной конструкции с учетом обеспеченияустойчивости слабого основания.

Для обоснования данного конструктивного решения специалистами ООО

Научно-технический центр «Геотехнологии»быларазработана методикарасчета устойчивости слабого основания насыпи, основных геометрических параметров массива из ЭПС в теле насыпи с расчетом конкретных размеров

иместа расположения этого массива, чего нет в нормативных документах по проектированию. Кроме этого, на основе математической модели расчета составлена компьютерная программа, позволяющая быстро и точно рассчитать конструкцию насыпи с ЭПС для конкретного участка. Также разработан технологический регламент сооружения насыпи с применением блоков «Пеноплэкс» (именно этот тип принят в качестве заполнителя), освоено проектирование и технология возведения насыпи для дорог различного назначения.

Данная методика проектирования «легкой» насыпи впервые в нашей стране применена при проектировании земляного полотна развязки автомобильной дорогипо адресу:«Пискаревскийпроспект от ул. Руставели доКАД» в г. Санкт-Петербурге. Проект одобрен комитетом по дорожному хозяйству

иблагоустройству, а развязка будет построена в этом году.

НаданномобъектеобъемприменяемогоЭПСсоставляет11,3%(13 487 м3) от общего объема насыпи (118 745 м3). В зависимости от высоты насыпи и

67

свойств основания, процентное соотношение ЭПС к объемунасыпи меняется (чем выше насыпь, тем больше в нем содержание ЭПС).

Сравнивая технологический аспект производства работ, следует отметить, что при сооружении насыпи с применением ЭПС никакой специализированной бригады или тяжелой техники не требуется. Весь строительный процесс могут выполнять рабочие средней квалификации. Трудозатраты на укладку всего объема ЭПС на развязке с отсыпкой насыпи составляют

2850 чел.-ч.

Для сравнения отметим, что трудозатраты по сооружению земляного полотна той же развязки на грунтоцементных сваях составляют 102 735,42 чел.-ч, изнихтолькона устройствосвайногооснованияприходит-

ся 73 067 чел.-ч.

Стоимость земляных работ и сроки с применением ЭПС по сравнению с грунтоцементным основанием сокращается в несколько раз, что позволит ввести развязку в действие с существенной экономией сил и средств.

В заключение следует отметить, что все материалы, которые используются при сооружении насыпи с применением экструдированного пенополистерола «Пеноплэкс» отечественного производства, что также удешевляет строительство. Имеющаяся теоретическая база и дальнейшее применение данной технологии открывают достаточно широкие горизонты для внедрения облегченных насыпей.

УДК 625.72(571.1/.5)

С.В. Ефименко (ТГАСУ), М.В. Бадина (ТГАСУ), В.В. Костин (ТГАСУ)

УТОЧНЕНИЕ НОРМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ ТЕРРИТОРИЙ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ В ЧАСТИ УЧЕТА РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

По мнению рядаспециалистов [1, 2] существующеедорожно-климатичес- кое районирование, приведенное в СНиП 2.05.02–85* [3], нельзя признать полностью удовлетворяющим требованиям по обеспечению качества проектирования и строительства автомобильных дорог. Решение обозначенной проблемы возможно лишь при детализации зон, выделенных в середине прошлого столетия на территории бывшего СССР, для целей проектирования, строительства и ремонта, а также содержания автомобильных дорог. Вместе с тем научно-исследовательские работы по уточнению существующего дорожного районирования в настоящее время в России единичны и бессистемны, хотя теоретико-методическиеосновы дляих выполненияранее были достаточно широко опубликованы специалистами в области изучения воднотеплового режима земляного полотна и оснований дорожных одежд автомо-

68

бильных дорог, в частности профессорами И.А. Золотарем, Н.А Пузаковым, В.М. Сиденко, А.Я. Тулаевым и их учениками.

Опыт исследовательской работы в области проектирования и строительства автомобильных дорог в сложных малоизученных природных условиях указывает на важность рационального учета региональных факторов при уточнении дорожно-климатического районирования применительно к территории конкретного административного образования [4].

Всвязисэтимспециалистамикафедры «Автомобильныедороги»Томского государственного архитектурно-строительного университета был выполнен комплекс работ, направленный на уточнение норм проектирования автомобильных дорог на территории Томской, Тюменской, Новосибирской, Кемеровской областей и Алтайского края (II, III и IV дорожно-климатические зоны по СНиП 2.05.02–85*). При этом в процессе исследований установлено, что границы дорожно-климатических зон могут существенно смещаться по сравнению с приведенными в СНиП [3].

Уточнение границ дорожно-климатических зон, подзон и районов для отмеченных выше административных образований реализовано по следующему алгоритму:

1.Все исходные данные представляют в виде матрицы m n, где n — количествоизучаемыхобъектов(внашемслучае— населенныепункты),m— количество признаков, характеризующих данные объекты.

2.Стандартизируют исходные данные. При этом получаемый результат характеризуется нулевым математическим ожиданием и дисперсией, равной 1.

3.Поскольку выделение дорожно-климатических зон, подзон и районов осуществляют позональной, интразональной и региональнойгруппам факторов, то предполагают, что можно выделить некие главные факторы, один из которых характеризует зональную, другой интразональную, а третий — региональную группы факторов. Выделение доминант производят с помощью процедуры факторного анализа (метод максимального правдоподобия) [5].

4.Рассматривают корреляции между изучаемыми переменными и выделенными доминантами (или «новыми»переменными). Эти корреляции называют факторными нагрузками. При этом возникают трудности, связанные с интерпретацией полученных значений факторных нагрузок, т.е. с невозможностью четко определить, какой фактор характеризует зональную, интразональную илирегиональную группуисходныхпризнаков.Дляустраненияэтих трудностей применяют методы вращения факторов. В настоящее время наиболее распространен «метод варимакс», предложенный Кайзером [6].

5.Предполагают, что на плоскости существует некое поле, причем имеется возможность его описания в виде:

где f(x, y) — функция координат; — случайная переменная [5].

69

Также предполагают,что имеется ряд фиксированных точек, для которых известно значение данного поля. В нашем случае фиксированные точки соответствуют изучаемым объектам (населенные пункты) со своими относительными координатами x и y, а известные значения поля — это значения одного из выделенных главных факторов.

6.При определении вида функции f(x, y) за основу принимают полиномиальную модель.

7.После выбора модели оценивают эту модель методом наименьших квадратов.

8.Строят график линий уровня функции f(x, y). Так как переменная u является главным фактором, характеризующим зональную, интразональную либо региональную группу признаков, то выделенные однородные участки будут разбивать изучаемую территорию соответственно на дорожно-клима- тические зоны, подзоны и районы.

9.На заключительном этапе производят наложение полученных результатов и выделяют однородные территории по всем признакам.

Главной задачей уточнения границ существующего дорожно-климатичес- кого районирования применительно к отдельным регионам или территории России является выделение таких районов, в пределах которых однотипные дорожныеконструкции(покатегорииавтомобильнойдороги,характеругрунта, наименьшему возвышению поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод или длительностоящихповерхностныхвод) будут характеризоваться примерно одинаковой прочностью и устойчивостью (рис. 1). При этом целевое районирование для проектирования и строительства автомобильных дорог предполагает установление расчетных значений характеристик грунтов для назначения конструкций земляного полотна и дорожных одежд, имеющих заданный уровень надежности.

Для выделенных на территории Томской, Тюменской, Новосибирской областей и Алтайского края дорожных районов был выполнен комплекс исследований по обоснованию расчетных характеристик грунтов земляного полотна дляпроектированиянежесткихдорожныходежд поусловию прочно-

сти [7].

Следует отметить, что сеть автомобильныхдорог на территории Западной Сибири распространена неравномерно. Наибольшая ее протяженность наблюдается в районах с развитой промышленностью и сельским хозяйством. Поэтому натурные измерения влажности грунтов земляного полотна, а также характеристик прочности и деформируемости можно выполнить не для всех территорий региона. В этой связи назначение расчетной влажности глинистых грунтов земляного полотна автомобильных дорог было осуществлено путем теоретического моделирования [8].

Процессы миграции и влагонакопления в земляном полотне отражены в работах профессоров И.А. Золотаря, Н.А. Пузакова, В.М. Сиденко, М.Б. Кор-

70