754

Рис. 12. Изолинии вертикальных деформаций насыпи

Общие деформации насыпи составят в этом случае: в строительный период — 0,154 м, в эксплуатационный — 0,22 м, а характер распределения зоны пластической деформации (красная зона) будет наиболее благоприятным

(рис. 13).

Обойма из высокопрочного геотекстиля

Рис. 13. Расположение зон упругих (синий) и пластических (красный) деформаций

Неравномерная жесткость основания насыпи создает предпосылки для развития трещины отрыва в междупутье. Для предотвращения локальных деформаций основной площадки в основании балластной призмы уложена интегральная двухосная георешетка (см.рис. 11). Эффект блокировки, созда-

71

ваемый щебнем и георешеткой, позволяет сформировать геокомпозитную плиту, эффективно распределяющую нагрузкуот подвижногосостава. Интегральная георешеткавэтомслучае играетрольармирующей прослойки,что не позволит увеличиваться зоне разрывного нарушения основной площадки.

При этом,отсутствиедостаточной информациио геологическом строении основания земляного полотна не дает возможность составить полную картину распространения торфяных отложений в продольном направлении. Это можетпривести клокальнымпросадкам, связанным с локальнымиизменениями очертания рельефа подстилающего торф слоя. Применение интегрального геоматериала наосновнойплощадке позволяет выровнять такие деформации.

Для подтверждения теоретических, лабораторных и практических исследований на участке строительства оборудованы два опытных сечения с установкойдатчиковдавленияв подрельсовомсеченииимаркамигеодезического наблюдения. Оборудование установлено в рабочем сечении на участке с усиливающимиконструкциями(см.рис.11)ивконтрольномсечении(рис. 14) на участке без усиления.

Рис. 14. Контрольное сечение с датчиками давления

Датчики расположены на глубине 1,3 м от уровня основной площадки. Их взаимно-перпендикулярное расположение позволяет регистрировать основные составляющие напряженного состояния в исследуемой зоне сооружения под воздействием проходящих поездов. Измерения планируется выполнять в текущем году в период оттаивания земляного полотна и после полного протаивания основания. Полученные данные помогут, в дальнейшем, совершенствовать методы расчетов и расширять области рационального использованиясвойств геосинтетических материалов вконструкциях земляныхсооружениях линейных транспортных объектов и в их основаниях.

72

УДК 624.131

С.А. Кудрявцев, Т.Ю. Вальцева, Р.Г. Михайлин (ДВГУПС), Ю.Б. Берестяный,

Е.В. Федоренко (НВП «ДВ-Геосинтетика», г. Хабаровск)

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ НАСЫПИ НА СЛАБОМ ОСНОВАНИИ, УСИЛЕННОЙ ГЕОТЕХНИЧЕСКОЙ ОБОЙМОЙ ИЗ СИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В данной публикации приведено описание и основные результаты экспериментальных полевых и расчетно-теоретических исследований, выполненных в рамках представленной темы. Результаты проведенных ранее крупномодельных испытаний в грунтовом лотке и численного моделирования работы усиленных конструкций в лабораторных условиях доложены на научных конференциях. Основные положения и результаты исследований опубликованы в сборниках научных трудов.

Цели и задачи исследований

1.Получение достоверной информации о напряженном состоянии земляного полотна на слабом основании, усиленного геотехнической обоймой, на участке железной дороги общего пользования под динамическими нагрузками от проходящих поездов.

2.Получение результатов сравнительного анализа качественных и количественных показателей работы земляного полотна на слабом основании, усиленного геотехнической обоймой и сооружения без усиления.

3.Выполнение сравнительной оценки результатов численного моделирования напряженного состояния сооружений, усиленного и без усиления, с результатами лабораторных и полевых испытаний.

4.Оценка технической эффективности использования геотехнических обойм в качестве элементов усиления железнодорожного земляного полотна, отсыпаемого на слабом основании.

Для изучения напряженного состояния земляного полотна на слабом основании, усиленного геообоймой и без усиления, при реконструкции ст. Дюанка Дальневосточной железной дороги, еще настадии рабочего проектирования в 2008 г. использованы опытно-экспериментальные конструкции из высокопрочных малодеформируемых и интегральных геосинтетических материалов. Строительные работы на участке выполнены в 2009 г. В процессе строительства оборудованы два опытно-экспериментальных сечения. Рабочее сечение расположено на км 411 ПК 6+2,45м, где обеспечиваются наиболее неблагоприятное сочетание инженерно-геологических условий слабого основания с неравномерностью его несущей способности. Здесь в качестве усиливающих конструкций принята сдвоенная геообойма в двух уровнях в виде заанкеривающей системы. Для уменьшения неравномерности деформа-

73

ций основной площадки усиление подбалластного слоя обеспечено интегральной двухосной георешеткой типа E’GRID 3030L.

Контрольноесечениерасположеновблизирабочего,накм411ПК8+2,35 м. Геологическое строение слабого основания здесь не на много отличаются от подобного в рабочем сечении, но при этом из усиливающих мероприятий в контрольном сечении отсутствуют геообоймы. Рабочее и контрольное поперечные сечения приведены соответственно на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Рабочее опытно-экспериментальное сечение на ПК 6+2,45 м: 1 — интегральная двухосная георешетка в основании балластной призмы;

2 — датчики давления; 3 — контейнер для кабелей; 4 — геосехническая обойма; 5 — торф; 6 — насыпной грунт; 7 — мелкий песок; 8 — суглинок мягкопластичный с галькой

Рис. 2. Контрольное опытно-экспериментальное сечение на ПК 8+2,35 м: 1 — интегральная двухосная георешетка в основании балластной призмы; 2 — датчики давления; 3 — контейнер для кабелей; 4 — торф; 5 — cупесь пластичная; 6 — насыпной грунт; 7 — гравийный грунт

74

Обасечениявпериодстроительстваоборудованы датчикамидавлениядля регистрации горизонтальных и вертикальных напряжений, возникающих в земляном полотне от воздействия проходящих поездных нагрузок. Датчики расположены в подрельсовом сечении стыковойзоны крайнего(2-го) пути на глубине 1,3 м от поверхности основной площадки. Соединительные кабели для подключения измерительной аппаратуры выведены в контейнеры на площадку бермы. Используемые датчики BEC-А-200 КР (производство Япония) представляют собой тензометрические устройства в виде плоского цилиндра диаметром 30 мм с гидравлическим преобразователем. Габариты датчиков сопоставимы с фракцией грунта насыпи, поэтому не искажают измеряемые показания в исследуемом пространстве.

Регистрация показаний напряженного состояния под нагрузками от проходящих поездов выполнены в августе 2010 г., после консолидации грунтов отсыпанного земляного полотна и полного оттаивания основания. В качестве комплекта измерительной аппаратуры для регистрации использована тензометрическая станция и стандартный переносной компьютер. Блок-схема для регистрации измерений приведена на рис. 3.

Рис. 3. Блок-схема регистрации напряжений в земляном полотне:

1 — датчики; 2 — тензометрическая станция; 3 — автономное питание станции; 4 — автономное питание датчиков

Установленное в компьютере программное обеспечение позволяет преобразовывать сигналы датчиков, записывать на магнитный носитель и выполнять статистическую обработку массивов данных.

В усиленной конструкции горизонтальные и вертикальные напряжения, полученныеэксериментальнымпутем,выше,чемвконструкции без усиления на20–25 %,чтоподтверждаетсярезультатамирасчетно-теоретическихиссле- дований при сходимости расчетных результатов с экспериментальными в пределах от 14 до 32 %. Факт регистрации напряжений значительно более высокого уровня в характерных точках сооружений, усиленных геотехнической обоймой, указывает на образование пространства с повышенной жесткостью.

Выполненные ранее крупномодельные лабораторные испытания земляного полотна, усиленного геотехнической обоймой, показали увеличение

75

несущей способности сооружения до 45 %, относительно не усиленной модели. Качественная картина деформаций сооружений в лабораторных условиях адекватна результатам полевых исследований напряженного состояния земляного полотна в характерных точках. Факт регистрации напряжений существенно повышенного уровня в усиленных сооружениях указывает на образование в обойме грунтового пространства с повышенной жесткостью, что в дальнейшем определяет меньшую деформируемость сооружения и значительное увеличение его несущей способности.

Как показывают результаты расчетно-теоретических (рис. 4 и 5), лабораторных и полевых исследований, использование геотехнической обоймы из высокопрочных малодеформируемых геосинтетических материалов в качестве конструктивного элемента земляного полотна создает необходимые предпосылки для образования в грунтовом пространстве композитного слоя, имеющего существенно повышенные физико-механические свойства.

Рис. 4. Изолинии горизонтальных напряжений в земляном полотне с усилением сдвоенной геотехнической обоймой, кПа

Рис. 5. Изолинии горизонтальных напряжений в земляном полотне без усиления, кПа

76

Земляное полотно на опытном участке реконструкции, усиленное геотехническими обоймами (общая протяженность участка составляет 350м) показало высокие эксплуатационные свойства, что подтверждается приборными наблюдениями за деформациями сооружений с усилением и без усиления, а так по отзывам работников службы пути Дальневосточной железной дороги.

Использование рассматриваемых конструкций может быть рекомендовано для усиления земляных сооружений транспортного назначения, отсыпаемых на слабых основаниях, оттаивающих многолетнемерзлых сильнольдистых грунтах, а так же на косогорных участках естественного рельефа.

Библиографический список

1.ЦПИ-22/45. Технические указания по стабилизации эксплуатируемых насыпей на слабых основаниях / ОАО «РЖД». М.:ИКЦ «Академкнига», 2004.

2.Кудрявцев С.А., Берестяный Ю.Б., Вальцева Т.Ю., Великотный В.П., Чинчиков Н.Б.

Экспериментальные исследования работы железнодорожной насыпи на торфяном основании /

/Вестн. Архангельского государственного технического университета. Вып. 69. Серия «Строительство»: по материалам Международной научно-практической конференции «Городское строительство на слабых грунтах». Архангельск: Издательство Архангельского государственного технического университета, 2007. С. 74–79.

3.Kudryavtsev S.A., Berestyanyy Y.B., Valtseva T.U. Chylichkov V.N., Tsvigunov D.G. Rational designs of the railway roadbed of thawing permafrost soils in condition of the Far East // 8th International Symposium on Cold Region Development. ISCORD 2007,. Tampere, Finland. 2007. P. 206–212.

4.Kudryavtsev S.A., Berestyanyy Y.B., Valtseva T.U., Mikhailin R.G., Goncharova E.D. Geosynthetical materials in designs of highways in cold regions of Far East. 14th Conference on cold

regions engineering. August 30-September 2. 2009. Duluth, Minnesota, USA. P. 45–48.

УДК 624.131

Д.А. Разуваев, Ю.П. Смолин

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЯ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД

В последнее время для улучшения свойств глинистых грунтов, широко используемых в качестве оснований дорожных одежд автомобильных дорог, применяются полимерные композиции, получившие общее название — стабилизаторы грунтов.

На автомобильных дорогах Новосибирской области уже применены такие импортные стабилизаторы как Perma-Zyme и Underbold. Кроме того, в Новосибирском Академгородке и других научных центрах страны разработаны и разрабатываются в настоящее время, отечественные аналоги укрепляющих полимерных композиций, такие как Силор, Nicoflok, Дортех, Статус-3 и другие вещества. Вместе с тем данные об эффективности применения как импортных,такиотечественныхстабилизаторов,атакже данныеосвойствах стабилизированных грунтов, в климатических и геологических условиях Западно-Сибирского региона практически отсутствуют.

77

Общейцелью работ автораслужит исследованиесвойствстабилизированных грунтов, а так же сравнение импортных образцов стабилизатора с более дешевыми отечественными аналогами по критериям прочности и экономичности.

Данная статья будет посвящена импортному стабилизатору

Perma-Zyme 11X, поскольку к на-

стоящему времени на базе науч- но-исследовательской лаборатории «Геология,основания, фундаменты и земляное полотно» проведено достаточное количество лабораторных и полевых испытаний обработанных грунтов, что позволяет сделать определенные выводыобэффективностиприменения Perma-Zyme в условиях Новосибирской области (рис. 1).

Согласно данным производителя, Perma-Zyme 11X (рис. 2) — это высоко концентрированный фермент,которыйполностью изменяетсвойства грунтовых материалов, заставляя грунт «спекаться» в процессе сжатия (трамбовки) в плотную долговременную основу, устойчивую к проникнове-

нию воды, непогоде и износу. Технологическая схема по устройствуДО с

применениемстабилизаторапрактическинеотличаетсяоттрадиционной,сприменениемдругих закрепляющих веществ.Кроме того,стабилизатор безопасен для людей и окружающей среды, и не вызывает коррозию.

Для лабораторных работ были отобраны образцы грунтов со следующих автодорог Новосибирской области:

—автодорога «Убинское-Асенкритово» (рис. 3);

—автодорога «370 км а/д К-17р — Калиновка»;

—автодорога «Баган—Ивановка—Подольск».

Сэтихдорог отбирался какзакрепленный,таки незакрепленный стабилизатором грунт для сравнения. А так же с автодорог:

— автодорога «Инская—Барышево—Садовод»;

— автодорога «109 км а/д К-16 Буготак—Репьево».

Споследних отбирался естественный грунт, и в лабораторных условиях проводилось смешение с реагентом в максимально приближенных к реальным условиям.

78

Рис. 3. Отбор образцов закрепленного стабилизатором грунта

В рамках программы лабораторных испытаний грунтов (рис. 4) определены следующие параметры укрепленных и не укрепленных стабилизатором грунтов:

•физико-механических характеристик ( , W, Wp, WL);

•характеристики прочности, а именно угол внутреннего трения и удельное сцепление с;

•деформационных характеристики, модуль деформации Е и модуль упру-

гости Еу;

• относительные величины морозного пучения и набухания.

Рис. 4. Лабораторные испытания закрепленного стабилизатором грунта

79

Камеральная обработка результатов испытаний проведена по стандартным методикам на основании действующих ГОСТов. Примеры графической обработки результатов испытаний укрепленных грунтов на сдвиг и компрессионное сжатие представлены рис. 5 и 6 соответственно.

Рис. 5. Графическая обработка результатов сдвиговых испытаний

Рис. 6. Обработка результатов испытаний на компрессионное сжатие

Результаты лабораторных (рис. 7) испытаний наглядно указывают на положительное действие стабилизатора.

Так, при использовании стабилизатора, удельное сцепление грунтов увеличилось в среднем на 70–75 %, угол внутреннего трения на 15 %, при этом наибольший эффект наблюдался на суглинистых грунтах. Модуль упругости увеличился в среднем на 40 %. Характеристики относительного морозного пучения и набухания снизились в среднем на 45 и 55 % соответственно, при этом наибольший эффект наблюдался так же на суглинистых грунтах.

80