автореферат диссертации по транспорту, 05.22.06, диссертация на тему:Криогенные деформации земляного полотна и его стабилизация на основе управления тепломассопереноса

На правах г^коппся

г: од

2 о СЕН ;з

жщпко

Петр Изаясздч

КНЖ5НШВ доовицш ЗЗДЯНОГО ПОЛОТКА

и его одвдазздп на оснозз шкгвш шашходвЕгюсвя

Специальность 05.22,06 Негезнодорсишь® itj'Sb

Автореферат диссертации на совскшие ученой стс.лекя доктора ¡технических наук

Москва - 1995

Раб;.та васоякше so BespoccsScKo« научао-лосгсдозатзлзоком BKC2Esyse заяззпогоронного "грзнсЕоруа.

офКЕтальннэ огшокангн: .

доитор технических наук, профессор Яковлева Татьяна Герасй-моанэ;

доктор кхнг'чзских "аук, профессор Орлов Влад' м::р Осипович;

доктор технически: каук, ярсдзоеор Пересслзккоз Теорий Сергеевич.

Зедуцзе прадгракгзе:Глазноз упраалвкзэ' п?Т2 Мп^стерсгза путей "ообвднлл Российской 5адораазз.

Задха cocsozic.. "/9 « 10 :SS5 г. в */О " ч на заседании дкссерташоккого созата Д 114.01.03 ЗоерсссзИсхого каучно-асслсдокагзгоокого лнста-гута хзлззкодороз-сга rpssozop-5а, адрзс: 12Э344, Исскза, проезд гусаяоза, д., 2.

2 дгссергашай амио озкакокаться в <§гдзагэ 3 2 Щ-23 НИЗ, адрос: 1293Я9йосква, Игзрсклй проесд, д.,2, ссрогнзе I.

Азгорсфораг разослан n jZ" 03 I9S5 г.

Отеееы об азгс^ефераге, эаверзянкз Еечатьв, просьба направлять со адресу: I2985I, Mocssa, 3-я &ПЕзксг.ан ул.., д. Ю, учепсгу секретари ВНИИЖ?.

л л А.....

т^^Т^ Ерэвздзаа II.

исссртацзокного совета Ктавчззка Н.Д.

•¡/А

/ г*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальностьпроблемы. Оптимальное репс-ние стоязцой перед яелезнодорошшм транспортом задачи по удовлетворению потребностей народного хозяйства и населения в перевозках возможно за счет ускорения научно-те сшческого прогресса в данной отрасли, в том числа в путевом хозяйстве.'Стабильность пути в значительной мере зависит от земляного полотна, которое более чем на десятой части эксплуатационной длины лелезннх дорог НПС Россия поражено деформациями и дефектами. На пропускную способность линий и безопасность движения поездов непосредственно влляит неисправности л зоне грунтового подрельсозого основания - пучшы, просадка пути,, сшшвы а осадки насыпей и др. Они составляв? примерно треть общей протяженности дефоршрувци-хся каст я носят преимущественно гсряогевныЯ, свяэанннй с промерзанием п оттаяванпеи, характер.

Грунтовое основание - ззалякоз полотно совместно о бахЕяаст-• шзз слоем, находится под совокупный воздействием циклических позздш^ нагрузок и клзматнчаских факторов. Колебания влажности за счет инфяльтраиза атмосферных осадков а периодическое про-ыэрзанзе-оггаяааниз ззьгашша прочностные з дефорлзтявякз характеристики глйялстых грунтов, наиболее распространенных з земляном полотна- ОСразуветеся з результате пластических дефорггадай балласяше углубления а основной плоаэдкз- (границе раздела дре-нзрзетзх грунтов балластного слоя п глинистых ззиляяого полотна) прлводят к прогрессируем? ухудаэшш релгмэ влатпосга, что 2 своп очередь способствует дальнейшему росту згпх углублений. Пул интенсивно расстраивается з профпло плане. Это увеличивает зкеплуаташонииз ргоходы и неблагоприятно влияет на срои службы элзкзкгов взрхпзго строения лугз и подвгязгого соотава.

■ Шар яое распространение деформаций о гало возмогязд з знача-гельной мэре из-за недостатков норм проектирования жзлззкодоро-нного земляного полотна. Осупвсгвляемые постепенно ыеропряятвд по стйбялязацзи, а также многократные подъемка дута привели к уменьшении протяженности дефорьярушзгхся мест. Однако -пря изменении условий эксплуатации допусти,'-гае ранее неровности в связи с ужесточением норм содержания нуждаются в исправления.

Таким о бра зогл, на эксплуатируемых железных дорогах необходимо планомерно и села направленно устранять проявляшиеся неисправности грунтового основания, а на новых линиях предупреждать их возникновение,

"Вместе с ген, вследствие шогосбраззя видов рассыагрпяаелкх деформаций, а ганка слокеоё взаимосвязи пропсходяцлх при этом различных явлений и процессов, их кзученность, особенно в количественном отношения, остается пока недостаточной. Это сказнва-екя на стоиуосто, трдазеглэтстз выполнения з надзаззсгп про.гк-водеф органа опяых конструкций, традлп/окно внпаскяелЕа из ярпрз-днкх катерзалоз. Пра усгроЛотвэ отзх конструкций корозсопаьЕаг глинистые грунты необходим ешзкять до глубины 1,5 ... 3,5 'и. Ввиду этого обгекы и штампа устранения дефор^аазй на сегл дорог незначительны.

В свяая с зашазлэЕОЕнаи проблема обесшчзнпя стабильности Езлеззодортаикго зог-ллксго полотка вмоет вгнное врзггячеокоо значение в является актуальной а научно-теорэггчесхои плане.

Стабильность сснозанзя долянв быть достигнута с кгнгкааьшаш трудоеил! с катергельякс затрата:." прл достаточно еесоксм уровне надзжносгп соорулаемэс прогаводефоржцпонкых устройств. В длсссртадан решается часть этой сдоаясй, поставленной прскткксй научной проблема, связанная прогнущесгвенно с крпсгеняыа да-фср^ацзЕЯ! {сучи ни п просадки дуга, балмстняо корнга в лога,

оползания и сшшвы огносов, осадки и расползания насыпей на оттаивавших шоголегиешрздых грунтах основания и др.).

Цельв работы явлгатся создание новых и совершенствование существушси способов устранения и предупреждения деформаций земляного полотна на основе управления тепломассопе-реносом а грунтах.

В протяводеформационных конструкциях земляного полотна для управления тепломассошрэносом использованы полимерные материалы, обладающие качественно вовшга свойствами по сравнении с обычно применяемыми дренирушциив грунташ, - пенопласты, гидро-изоляцзсшшэ шюкки, ивйсаныз материалы и др. Покрытия (прослойка) из них размещав* в пределах балластной призмы и поверхностных слоев земляного полотна, что обеопечпваат существенное повышение те;,гаов устранения деформаций за счет уменьшения объ-виов гешззннх работ.- -

Для достглзшш поставленной' цела в работе решается следующий комплекс задач:

. йксперяиеятаяьно ¡г теоретически исследовать процессы гзпло-массопорэпоса з грунтах подрельсового основания и прзчпняо-слэдствешшэ взаимосвязи ыэзду экая процессам;

на сюповэ системного анализа полученных результатов эксперя-изнтельнцх и теоретических исследований разработать новы? и усовершенствовать сувдстзуотэ виды протзводефоршщлонных конструкций, а гакгэ гатода их расчета я взучать эффективность этих 7сонструка*5й;

обосновать я разработать рэкскзпдзциз и норка по устранении и прздупролдзшш ::рзогенкнх деформаций згудяпого полотна.

Для рэшэнля этих задач использовались метода исследований, связаннее о проведением экспериментальных з теоретичоскзх работ. Исследования гыполшли путем натурных

инструме'тальннх наблюдений за происходящими процессаш в земляном полотне, физического моделирования этих процессов в лабора-торнЕх условиях п на стендах, аналягичэских расчетов в расчетов с помов&в методов гидравлических аналогий, а та?жо математического моделирования. Разработанные на основе етих исследований в созданных методов расчета новые в усовершенствованна способы (конструкций) испытывали на опытных участках гэлезккх дорог.

Научная новизна работы заключается в комплексном, основанном на управлений тегшиассопереносом, решении проблема обеспечения стабильности железнодорожного земляного полотна, подаег^екного криогенные деформациям, в современных условиях ексалуатавка, внэдрзнзе результатов которого вносит значительный вклад в ускоренно научно-технического прогресса на транспорте.

Оскознеэ научные результата заключается в следухацеы: вксп£рс.тзнтально установлена заипсимоои» и вэгпшсвязЕ изнду параметрам процессов гепломассоссрзясоа з грунтах земляного полотна к пргчпнЕ ряда дефораадай;

теоретически с вкспсриязнгально установлено неизвестное ранее териоалактрокиветвчвекое явление, которое вызывает нлагопэ-ренос в глянзетых грунтах;

"ынгле:-; обетй характзр пластического течошгя грунтов под-рольсогого ссновзкпя а талон состояли:: пря разллчкнг нада;: де-фор^гзнпй;

установлена недостаточная есйокглзкссть пркееявплхся на гл-лэеекх дорогах способов лаквидався храогзншсс дзфоргашй; вред-лезгэн основное прпгшлп разрас'отха исвпх способов, опараЕзкйся на Екязлензг реальных прзчаа зозгакнозенкя зтпх дофор.;ащ:й;

дано рзсчетво-творохвадског и эксвершен1адш>в обсснозаяге созданные для услогзй стзчзстезеньх ггласных дорог еовп:: с кос о-

б ем устранения в предупреждения криогенных деформаций, предус-матрявшзкм коаплэкояоэ использование полимерных и природных гзгзртгалсш для управления процессами тепломоссопереноса в грунтах;

созданы новые штодн расчета теплсфизичаского состояния грунтов и лротпзодеформапиовшп конструкций;

разработаны яаучныэ основы нормирования параметров сооружаемого земляного полотна исходя из закономерностей формирования . тснперзтурно-влакносгного роетиа и напряженно-деформированного состояния грунтов;

разработаны нормативно-технические требования по устранении деформаций п основные положения системы капитального ремонта земляного полотна;

усовершенствованы я рэзрзбогаш ¿»етодякн инженерно-геологического обследования- дефоршрустахся участков земляного полотна я инээвэрннх занекаютй для шзыг лнкзй п дополнительных главных путей.

ВнедреяЕО результатов исследования е практическая за а ч 4 а о о г « работ ы . По результатам выполненных науташс исследований с участием автора разработано более двадцати методических, норма-тязяо-технпческих и нормативных документов, которые рэко»тандо-ваны и утверздоны для прлкзнвнкя ШС, Гргясстроем п IМинстроем России. Ггга руководствувгся при тггевзряо-гзологаческом обсл-з-довании дефор:арукстхся мест, проектировании яротпводеформапя-онпых конструкций и 2?апитальном ремонте земляного полотна эксплуатируемое линий, усилении земляного полотна при пданово-пре-дупрздигельннх ремонта:: пути, янгазнершл: изысканиях, проектировании а огроитзльсЕве позы;: лин::й а'допоят тельных главных путей, с таялз при зроекгярсвзшп я ссоругзшти переходов гзяоэнда

дорог якЕзверннми ктавдникацидаЕ!.

Способа лзквпдашк деформаций о Есдолъзованзеы полимерных материалов нашлп применение на всех аэдезных дорогах ШС России. Суммарная протяженность устроенных конструкций в соответствии с планами внедрения составляет болов двухсот километров. Это позволило повысить безопасность и скорость движения поездов на деформировавшиеся участках.

При проектировании конструкций а сооружений используют созданные автором при выполнении настоящих псслэдовакий методы прогнозирования и расчета.

Вклад автора в исследование проблемы, Настоящая диссертационная работа является результатом обобщат исследований, которые автор проводил в течение двадцатн пяти лаг в лаборатория земляного полотна ВШИЕГ. Эти исследования выполнялась в соответствии о отраслевыми и государственными программами, указаняяш и планами ШС Россза, Трансстроя, ВНИИЕТ, ЦКИИС в других' организаций. Авгор руководил ускаш пли бил непосредстваншпэ! исполнителем. В работах участвовали сотрудника' лаборатории, ряда отдалений института, железных дорог, других производственных, проектных и научных организаций. Ряд ногах способов устранения в предупреждения де-форааозй разработан в соавторстве со опвпаалисташ ВНИИНГ, ЦНИШ и ХабШЕГ, а норпатнвно-технзтеских и нормативных доку-коггов - совместно со спедавлпсгакз ЮТ, ШИЕГ, ХобИИЕТ, Глаг-ного управления пугя ШС Россвв, ЦЭДЙС в Шоспшротранса.

Апробааия работы. Основные положения дзссер-ташоняои работы иалоазны в докладах е сообщзнвях, обсуетзны и одобрена: на НГС ШС (1983 г.), КГС Травсс?роя (1987 г.); на II Мездународной ков^ерендаи со мерзлотоведению (Якутск, 1973 г.), Всесоюзной Еа.?чно-?вхкпчэско2 конферекдая "ПршганенЕО махиввнх

методов для ресзкия краевых задач" НТО радиотехники, электроники и связи км. А.С.Попова (Харьков, 1976 г.), IX Всесоюзном научно-техническом .совещании по ¡закреплении и уплотнению грунтов (Ташкент, 1978 г.), Всасовзных научно-технических совещаниях по вечноиэрэлнм грунтам (1975, 1981, 1384, 1985 гг.), Нзучно-тех-ничесхих конференциях по применению нетканых материалов (1980, 1988 гг.), оовешашш ГХ комиссии ОСВД (Варшава, 1978 г.), заседаниях Научного совета по криологии Земли РАН (1987, 1988, 1991, 1992 гг.), II Минском международном форум, по тепломассообмену (1992 г.), У1 Международной конференции по мерзлотоведении (Китай, 1993 г.) и других конференциях и совещаниях.

Разработанные автором новые споообы стабилизации железнодорожного земляного полотна экспонировались на ДИНХ (1985 г.) и на третьей международной отраслевой выставке "Железнодорожный тран-спорт-85". ■ . . •

Публикация. По тема диссертации опубликовано 65 работ; авторских свидетельств - 5.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит иа введения, шести глав, заклвчения и списка использованных источников. Она изложена на 461 странице, вклкча-ат 43 таблицы я 142 рисунка. Ссшки данн на 545 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении а в первой главе обоснована актуальность и рассмотрено современное состояние проблемы обеспечения стабильности земляного полотна, проведен анализ прикеняемнх способов ликвидации криогенных деформаций, а такяе методов расчета и норм проектирования противоде^орыашонЕЗХ конструкций.

Крзогешшз деформации земзяного полотна обусловлэнн когжлек-сом взаимосвязанных тяшгофазичесетх п физико-1:эх2начэсхзх про-

' ю

цесоов ч явлений, протекагщах в грунтах. Необходимость нх изучения диктовалась потребностям практика, в перзув очередь в сбяуи со строительством к эксплуатацией железных дорог (З.К.. Штукенберг, С.К.Валобуев, А.В.Львов, С.Д.Басге.\:св, В.И.Морои-кин, И.М.Абрамов, М.И.Сумтин, А.В.Лавйровский и др.). Большой вклад в решение проблемы обеспечения стабильности зег,ияного полотна внесли работ М.К.ГольдасвЯна, В.С.Лукьянова, М.Д.Головке, Г.М.Шахукянца, В.П.Пономарева, Н.Г.Груневого, М.Ф.Еераго,

Г.Н.Нинкина, Т.Г.Яковлевой, В.Г.Альбрехта, В.II.Титова, Н.А.Цу-канона, Н.А.Перегрухина, С.П.Паршина, И.В.Прокудяяа,-Г.П.Бре-дкка, Л.С.Лашздуса, М.В.Аверочклкой, Д.Г.Пенкова, Г.С.Пересе-ленкова, Е.А.йкозлзвоё, Г. Г. Ко клана, С.Г.дорняка, В.В.Соколова, А.А.Цэряаята, М.С.Каримова, Г.П.Ылкайлова, В.И.Граанха, В.Н. Хренова, А.Г.Пслезнчанко, Б.С.Агшиза, Ю.Д.Дубнова, Б.А.Дорбаса, О.М. Резникова, Н.Д.ЫзреНйОза, В.З.Еуязхзкого, З.Я.Хяпка, Г.А. Нязовкина, s.sscaven-EBug, с.C'Stei, р.Eye я др. При разработке е совершенствовании земляного полотна а протпводефор:,виновных сооружений исвольсовалиоь доскиензя общего и «клеверного пэр-злотовэдензя, а тахзе фазякохзмии мерзлых груктоз и льдов (Н.А.Цнтовяч, П.И.Ызльнякоз, П.О.Шаецов, И.А.Кзкрасов, И.А.Ть-гевов, С.С.Е1лоэ, Б.А.Саззльев, Г.М.Фальдман, С.Е.Грйчпщез, Н./ .Пузаг.эа, А.В.Павлов,'Э.Д.Брзов, Л.Н.Хрусгалаз, В.О.Орлов, А.Я.Тзйзвз, В.Г.Коаврагеев, В.Д.КазасяозскпК, А.f.:.Глобус, Я.А. i:pcb:;,s, Е.аЛЬгочзся, ОД1..5зСедо;:г.о, iMüsianki, S.iabsr, G. Beeke«,-, H.Р.Tiinterkorn, J.R.ixckay, E.D.Uiller, .l.L.V/aahburn,

D.ü.ändoraoii ff др.).

Ваанккновзнвг сучяя п просадок 13та как каз<5олав распространенных задов крзогэквкх r-sfopsacaö скязено с явлеагвк uopos« него вучшш. При вро^ерзавхз в тягяъъчо» грунте образуется ддаакие вкл24бпзд вреведтееззлкпо всдедстакз азграазп влаги кз

ппжелсжапих талюс слоев. При оттаивании распученного грунта рельсошпальная решетка под воздействием подвижной нагрузки в отдельных местах неравноггарно ооедает. Раэжияенннй грунт выдавливается на поверхность, в основной площадке остаются углубления, заполненные балластом (корыта и ложа). Движение влаги в теплый период приводит к переувлажнения верхних слоев, уменьшение их несущей способности и устойчивости весной до момента окончания оттаивания, а твкке осенью, когда поток миграционной влаги направлен зверх и препятствует инфильтрации жидких осадков вглубь. Это способствует дальнейшему росту остаточных деформаций грунтов подрзльсового основания, проявлении сплывов а оползаний откосов. В условиях многолетней мерзлоты при оттаивании происходит пластическое точение грунтов основания под подошвой насыпи.

Таким образом, кряогоннке деформации земляного полотна обусловлены изменениям? томпвратурно-влагяоотпого рзжпка грунтов в годовом цикле. Воздействуя на этот рзаем в необходимом направлэ-нкя, а такие на свойства грунтов, моано уггеньиить ила похностьк устранить неблагоприятные последствия.

Для ликвидации криогенных деформаций з нашей страна а за рубежом врзконявт укрепление грунтов, их осусэнзэ, производят за-меду грунтов или регулируй? их температурный режим.

Глубинное п поверхностное укрепление грунта на железных дорогах 1.ШО России проводили прзтгаугасгзоЕНО в опытном порядке. Традиционно глроко зспользоволи осуганиа а зажну грунтоз. Изучено эффективность прямзрно 1,5 тнеяч протааоаучшянх полувек из песка, асбестознх отходов и клоков на &зю-7ральской, Свердловской, Северной п других дорогах. Анализ выполнен по видам копструкпчй (презтм з некяадвкз аодуакя, подъа:кя пути на бал-дзет), зрггеняс'ям мгтерпалагл, при*ппеа дофор.»ацзЗ г; яснегрук-

то -1л

тивши параметрам. Зффекташкосгь, определяемая как кара устранения пучинных неровностей, составляла от 35 й (частичная) до ■ 100 £ (полная). Низкая эффективность осуществленных мероприятий объясняется недостаточной изученностью причин возникновения деформаций. Методы яняенерно-геологпчзского обследования, а также расчета протяьопучинкых конструкций а теплсфиэйчрского состояния грунтов нуждаются в дальнейшем соаерсенстаоЕ&нин. Большая часть nj'чин образуется з однородных грунтах таг,!, где основная площадка неравномерно- деформирована. Подразделение пучян по формальному признаку - "балластные" и "грунтовые" трех видов, без учета избыточного увлажнения грунтов ин$пльтрукад::.ася осадкаш в этих мостах приводило к-неопределенности: ненужному увеличения расчетной гольяны подуши вяз частвчному удаления балластного углубления. Переувлажнение не учитывалось гакга ирп уогройегве сопряжений на кокцезнх участках, где в результата ртото возникала пучиннаэ перепада.

Неблагоприятное вляяаае 'бзлгаспшх корыт и лож на ражи? гласности глинистых грунтов приводит совместно с внСродпналшчзским воздействием подзиеной нагрузки к оползаниям и сплквам отаосоэ насыпей на прочном основании. Ежегодно на сети железных дорог дефсрдяруагся насколько дзсяткор неустойчивых высоких насыпей.

стабилизации прзмзкязг отсыпку поктрбанкзтов, з том числе с удоазкяем водопропусккшс труб, водцерашагсиб пли стягяваздго элементы, грунта.и другие способы улучпзния его свойств.

Первоэ яз наЕваннкя мэропрхятий апробировано и достаточно надобно позысаз? устойчивость кесыией. Однако его стоимость по дан-йш проектных институтов такзт достигать 200 ... 700 тыс, руб. (здесь и далее в пенах 1991 г.), а для сооружения расходуются десятка тысяч куботгров дрекирупцаго грунта на объект. Это снахаат гсмпы оздоровительных работ.

В районах кногояэтнвй мерзлоты широкое распространение получили осадки и расползания каснпей На кари. Суммарное протяжение мест с поврехшияиз на Байкало-Амурской железной дороге составляет свнке 500 км. Про а к тем б\ит предусмотрены периодические подъемки пути в процессе эксплуатации, которые невозможно выполнить з полно» объеме. В результате возникновения местных пени-лсеняй продольного профиля с недопустимая уклонами, а также из-за быстрого протекания деформаций скорость движения поездов ограничивает. На содержание пути в исправно?! состояния тратятся значительные трудовые я иатерзалькне ресурсы: расхода на Г км пути с осадкам: па порядок вотэ, чем на стабильных участках.

Корм.гы проектирования гелэзнодорояного земляного полотна не предусматривали предупреждения криогенных деформаций. Пучино-опзсяке участки кз выделялись как объекты индивидуального про-октаровашш. При типовом проектировании устройство зациткнх слоев поверх глинистого грунта регла?,знтпровалось з завпетооти от его состояния э прэдпоерроечяый период, что прзшщюально неправильно к из отражает реальных условий.■ Зафякопроаенккй на

Г этапе язкепанлй ялп строительства показатель текучести не может характеризовать состояние грунта после сооружения пеггляного полотна, а те:.? болев з процессе поолздувдл'* эксплуатации, так как пгменякгся условия тешгсггесеепзреяоаа, особе ятю в верхних слоях. Кроме этого» состояния грунта претерпевает пкгвкензя в годовом цикле, что вря ЕйбродепгкячзсЕСМ зозлойствзп поездной нагрузки привод::? к эоэ.чиккозвгах остаточных я сезонных деформаций.

Способы устракгэкгя кезоггяных дз$оргапл2 следует назначать по данным индивидуального инженерно-геологического обследования, устанавливая на этой осково реальнув причину неисправностей. Дгльпейсэе сиззрззкствовакяв протяводефарязпзоянкх коест-

рукций и способов должно Сыта направлено яа сокращение объемов земляных работ за счет использования материалов, обладаниях качественно новыми свойствами по оравнешк с природными.

Вторая глава диссертации посвящена экспериментальному изучению тешературно-влаяностного режима * деформацяй земляного полотна. Исследования проводились на опытных участках железных дорог. Анализ температурного речгима земляного полотна выполнен как многофакторннй. Установлено влияние внешних факторов - климатических воздействий, параметров конструкций грунтового основания, пути а условий эксплуатации, а таклш внутренних - влажности , обусловлиаа" дой величину скрытой теплоты льдообразования, теплопроводное«: и теплоемкости грунтов. Про:.:орзан;ю глинистых грунтов, располагающихся не длительно акспдуатирувшЕ линиях на глубвкэ примерно I М, происходят при сум,52 градусо-суток отрицательных темпоратур воздуха С?>• 600 сС-сутки. В услозиях многолетней мэрзлоты пр."; £2Ср >34СО °С«сутки в восточных районах страны (восточназ 110° в.д. к вигаа 60°' с.ш.) установлена ллкзйкая зависимость средней суклой градусо-суток отрица-

тельных Я Ср и полсяятельншс Аср температур воздуха, что поз-

зелязт попользовать О в качества обобщенного климатического

ср

параметра при расчетах. На теплообмен суцзстгекко влаянт дренп-рт ^е грунт в верхней части грунтового основания: глубина проиар-зэЕкя узалячкваетск на 20.. .40 « по сравкэша с одпоодой-■дг; гликгегкл грунтом и достигает в районах с сеьоккнм про;.:эр-заняеа 3,5...4 п. Зго:.д способствует кизкоо значение теплового потока к фронту рреглэрэанля: опредодетцай его градиент температуры 7 7 в разгах рзгасгах в еачеииз зпкы взизкяагся от 6...1,5 до 2...С,Б °С/м. При аарушккях машрзтуркого режима, вапрз-;.:ер, з зоне ьлкянвк трубопроводов, перзсокссетх зсмляксе иолог-'¿с, ¥ Г увзлгчлвзстск до ГО °С/к, е результата чего глубина

произрзоняя лннзйно умэнкмегоя.

Получека Прага пропорцзонадьнея зевпопгсооть ппмпс износ та пучинообрззозекзя и злнгопорэдосе в земляком полотна от V Т. Этот показатель кзякзтоя спраделякгзл э массоперэноса п гаяот прззагнругцзз значаепе па сравнеявз о другимиi Зкспернггзнтально установлена обратно пропорциональная зависимоеть параиэгроз морозного пучения от скорости и глубины промерзания.

Величина и равномерность морозного пучения в значительной • узра зависят от обеспеченности ота:а влаги о ооновной плсиадкя. По результатам обедздоваявя более ста оянткых участков установлено, что на половике пз яйх декорация возникает в однородных грунтах. Причиной неравномерного пучения является повышенное ysxar-iuînîc грунтов шфяльтрукдаися агкосфортгез осадка>.я в настах о бадяастньмз углублениями Елаогзчзское течзнко грунтов под рельоссззлькой рошткой жак вод птядют протекает неравномерно в продольно* л нопорзчвга вшравязЕпп и на затухла? з точение иногпх хат. На оояоанус кгешду по JSSSBSS3 ССбДЙДйПЗЭ 33-болансок влаги просачпиется около 30 a зядзяз сойдиоз. В рэ вульгате перераспределена.1! те$гльтруг^ейся влага з ?„"естах о бзл-л2стнк.я углублениям плаявооть связных грунтов до всей толпа прс!.:арззгг;зго и оттгззвзгщзго слоя а орзднеи а 1,2 ... 1,3 раза вниз по сравкзпий с участка'Я зкшаюго полотна, к»яссяв: обзе- -печенный стоп агата. На пути происходят просадка, гознпкгзт пу-пгнкке горби и одаостороннго пучины. Установлена явэйвея загп-слуосгь велятлпг пучоккя от глубины балластных коры? z лоя. 3 результата злзкзрэвкз oesccnoS площадки, папалкэкнэй «ia опытных участках» гучгккз грунтов сазгаотся з трп—петь раз до взял чипы, пеблппзечзй пги обеспеченней стене злпгл - 15 ... 20 m з суг-лдккзх. При неоднородна* грунтах, а tskso Я5пуг.:знилг. тсетэрагу-рнсго рг:лп кядичеэ бсллаоткис угяубденг! усугуйтлзт нергдпо-

иеркостг пучения.

Для устранения пучин в однородных грунтах, а также просадок пути необходимо и достаточно выполнить плакировку осноекой площадки ниже дна балластных углублений из условия обеспечения несущей способности глинистых грунтов или гидроизолзрозатъ эта грунты. Полученные данные позволяет значительно снизить объели земляных работ и стойкость противопучинных конструкций.

Температурный резии и дефорлации земляного полотна на проса-дочных многолвтяеиврзлнх грунтах основания изучены путем ыкого-летяит (до 5 лет) реаимкых наблиданий на опытных участках восточной и нейтрально£ частей Байкало-Амурской голезной дороги. В результате отсадки насыпей на кара взмзкязгся условия теплообмена: исключается затекание поверхности грунта в испарение влаги раститалькостьа; из-за низкой влажности грунты насыпи быстро оттаивавт к промэрсасг. Поверхность дренирувдзго грунта, та:: .тл как и обьоднзншз участки, нагревается днаы а теплый пэргод года в 2 ... 15 раз вьшз по сравнения с :атвненной марьв - насыпь взаииодойствуе? с кногсдетнемерзлшяа грунтами как нагреты!'! атамя. При оггсгванлв мэра в естественных условиях на 0,8 ... ... 1,5 м под наснпьв (считая от ее верха) верхняя грзнпиэ шо-голеткей шрзлогк - НПД!, устанавливается на глубине 4 ... бы. В пределах берм НГШ зафиксирована на глубине от 2,5 до 3 и. Понтгекга ВТК происходят при лзбзй толззне слоя отснзаннсго минерального грунта, а гякяз обводнении пл. Таким образом, под кесьигзгп образуется характерное лоте оттаивания, покаченная часть которого располагается под основной площадкой. Толщина сезсннопрокерзасзсго слоя составлязт от 3,5 до 4,5 м и под на-сшию сохраняется талик. Теьазрзтура маоголотнемерзлых трутов под каакпьг; на глубине нулазнх аюяагуд повыпэетск примерно до ьтинус I °С (арг тамперагуре в естественных условиях нигз ми-

кус 3 °С). Приведенные дагаше характеризуют насыпи высотой 1,5 ... 3,5 м, наиболзэ распространенные в рассматриваемом регионе.

С помоаьв впервиз выполненного в втях условиях электроконтактного дйнвугаческого зондирования (ЭДЗ) по токовому каротажу я условному днна?.а<!зско;зу сопротивлении выявлен слабый слой 0,1 ... 0,3 м связных грунтов эоиования, расположенный непосредственно под подоявой насыпи н берл на все их ширину. Этот слой, находящийся в текучем - такучепластьдаон состоянии, является прздпосылкой пластического течения.

В начальный перзод после отсыпки насыпи осадки происходят в результате вытаявания ледяных прослоев в грунтах основания. По установления нового температурного режима (3-8 лег) причиной осадок а расползания насыпей является выдавливание из-под них слабых грунтов. Харазтзр проаоходшзих дефоркадай одинаков при лвбой категория прос'адочноога сзязкж грунтов основания а пред-построечном состояния. Установлены количественные взаимосвязи ш2дз поовсходяцйш процессами, вклвчая пространственные вектора перемещений отдельных частей наснпя п слоез основания, кото-pi» в коютлексэ предстшзлявт собой феноменологическую модель пластзчзсккх д?форгасзй оттапвапззх кноголотнемерзлых грунтоз основания и насыпи на ».сэра. Центральная часть наснял опускается, а боковые части перемещайся вниз л в стороны от оси земляного полотна. Осадки я расползания насыпа происходят с кпгенсз-гаосяьа до 100 ... 2СЮ »{/год я более. Морозное пучение грунта (до 50 »Гч!> не оказывает существенного влияния на его увлажнение к остаточные деформации.

Отсыпанный бори (до 20 % стогмосгп земляного полотна) уво-¿кодш гзрвну зоны с нарушении.? тешорагурнш рзгпгец, что способа твзвлло вггтзкспфткадаз опзогзчэсявх деформаций.

Взологичэскве процессы в раосматраваемнх условиях независимо о г природа силового воздействия ноояг общий характер с осадкаш касьпей па слабой основании и вросадкама пути. Мероприятия по стабилизации дояены быть направлены на устранение указанной основной причины дефошаний. Наиболее оптвмальным язляэтся создание преграды выдавлзванпг за счет подъема шралотн или кохане-ческой прегради в зоне подоавы откосов насыпи.

При исследованиях деформаций насыпей на прочной основании в районах с сезоном промзрэаяаем-огтааванкея грунтов использована усовершенствованная штоднха Екжонврно-геологпчаского обследования.

На длительно эисплуатируемых яанлях посла проззснздггх сзду-вов (оползаний) окмсог йаддастныв углубдзкпя ва осковкой пло-садкз, яаяяэдгеся парзоарзякной деформап::*, ка когут быть установлены вдпду срызс ед бортов и погребения сплнвззх узсспзое под сдосц дрсшруаггх грунтов, отсндавм-гх ялг. восстановления откоса. Про&деае пластачзскга д^форкацпи баз разрыва сялосчоо-те создаат плягзаь обгспаченноот* ннутрагруктового стока с основной слскадкп. Для установления грзшлгд раздела мокку драяп-руизаи п глпклстггсг грунтами следует выполнять развсдочкаэ прорезе па ввззд пспбрзчкс;>:у сэчеязз кссшк з характерных кзс-тох. аса орся оа;зх.гкя? .запедгкк « травдка г гданпстсу грукта, асхгздьзся здзсь дсполклтсззеко заработки. ОЗсдздозаяге кесбхо-Д1Дй> прсгоддт;, зассоЗ веассргдстЕзнас посха С2та;:за*глг. гранта. Ъ другго парлсдс: годэ (даго, се^чь) ол.го;й< пар-зудл^жнанка* с.\о1; усроч:-дчзтся б результате глграпзи злата год дзазих'зм т-лглар*-гуряого грсдлоитс згдубй НССЙД1Д, что кз пгзвод.чз? дгзтог.зр:-:с сйродеддть щх'пэд дсчорз:;:;;.

сксдгрс-зп'-згзмс устслзел-жо тскучед - «йкзчоаизггчйоо сос-тоякзе гдглпстых тч^аь« в Еерх:;;::: агохх агсгса д ярадглсг от-

косоэ и основной площадки до глубины 1,5 ... 2 м. В центральной часта насыпи грунты кмэвт полутвердую и твердув коксистенник. Получены поля условного динамического сопротивления, изменяпще-гося э диапазоне Рд <1 ... >5 МПа. Причиной деформаций (сплавов и оползаний откосов) является чрезкэрное увлажнение поверхностные слоев тфильтругпдаися атмосферными осадками. Вода, пронякакцзя в грунт, задерживается в балластных углублениях на основной площадке, а также в западинах и трещинах, образовавшихся на откосах в результата сплнвов. Дополнительным источником увлажнения служит влага, которая ин5идьтруагся на прялегавдих участках я стекает в пониженнув часть продольного профиля. Здесь происходят потеря устойчивости и сплыв по боргу балластного ло.тл. При аномально тагхлых зимах последнего десятилетия в устойчивости насыпэй болыпуа значимость приобретает также направленность Осеньв и в начале зимн влага, гагрнругизя навстречу вектору V ? - кверху, препятствует проникновении вглубь зкпадвЕцях в яздкоы виде аткосфэрных осадков. Верхний слой пе-реуглажяагся п сплывает. В отдельные годы в пеятрэ европейской частя страна такая ситуация сохранялась до конца зимы. Вероятность сплывов и сползаний откосов увеличивается такле в холодное и догдлявоз лето.

Наиболез опт-шальным техническим рзиеяием для предупрзгдения л устранения происходящих дэфорлацай пасшей на прочг.зм основа-ям является гидроязоляхня грунта.

Таким образом, в результата экспериментальных исследований ка опытных участках в условиях сезонного ироадзрзанля-агтапваяия грунта и гяюголетнеЯ мзрзлотн установлены причинно- следственное зззпглосвязя г.таиду параметрами теплсаассоаароноса з завышаем пологие, причини ряда крггегеннкх даЗор-."ап2й п обпдгй характер реологических процессов з талих грунтах лодрельсового основания.

На оснпе полученных материалов определены пути и способы регулирования темперагурно-влазЕоогного режима грунтов земляного вслитна с цальв ликвидации криогенных деформаций в зависимости от причин их возникновения.

В третьей глава изложены результаты исследований тепломассо-переноса а естественных электрических полей в грунтах. Причины перемещения влаги в грунтах и других капиллярных системах изучены недостаточно, что сдерживает разработку научно обоснованных способов управления этим процессом. С цельв решения проблемы исследованы поверхностные явления на границе твердое тело -жидкость. Малый элемент заряженной поверхности раздела представим как часть большого шара. Из уравнений Дуассона-Болыкана для одномерного случая при разбавленном растворе электрический потенциал поверхности

1р0=бБ/е. , Ш

где & - заряд поверхности, & - диэлектрическая проницаемость, В - дебаовская длина, мера юдцянк двойного электрического слоя (ДЗС):

В2=е&Т/2 п^ (2)

к. - постоянная Бодвцдаяа, Т - абсолютная температура, ц,0 - заряд »/она, п^ -.концентрация ионов, Е- - валентность понов.

В агрегированном при промарзанш-отгаивокии гликпстом грунте подвижная часть пленочной водн (ДЕО) пере:.исается по сот:: щелевых капилляров. В выделенное агрегата, вуоше:г ^ллпмегравыз размеры, (рос. I) при ?' < Т'1 в соответствии с формулами (I) я

Колхчастзо катпонсв у отрицательно заряжзнвой аоз&рхкосте Содгпэ, чая л подвигнсй части Л2С-ПХ. Распределение анлоэсг

п!<п!; V (V %

(б+»Ч % 1-«6.)

0 Ряс. I. Схема % распределения температуры, потенциалов и ;^о ионов в капиллярной системе

противоположно. при ти различие значительно больше (см. условные численнкз значения на рис. I). Разность электрических потенциалов поверхности

Е =С*Л0Х*/е 2 П! н ? Г2 С(Т• Г -(Т')72 ]

(3)

Теплая сторона по отношения к холодной заряжается отрицательно. Гпдратированныз ионн, перемэцаяоь, увлекавт воду. Рэзуль-гирувиая из-за большею числа анионов в подвязной части слоя направлена в сторону понижения температуры.

Для экспериментального подтверждения термоэлентрокинеглчес-кого явления выполнено физическое моделирование на грунтах, зо-локнпстих материалах и стеклянных капиллярах. ОЗразпн глинистого грунта высотой до I 2 диет.гэтро.ч до 0,25 и шогократно промо-ралззали-оттаиваля, впгреззля-охяаздала при одномерном потоке тепла, азмзряя Т, разность электрических потенциалов Е8 и определяя удельная расход (поток) златя о, . Использовали платиновые

12

электроды и мекгромэгр.- с входным сопротивлением 10 См. Опиты производили с суглинками, супоснл я кэодзновьэз г.т-нали з отярнтой п закрытой системах^ По цзр-з роста V™ инерционно вслздотвпе ограниченной спорости перемещения локоз как материальных носителей заредоз увеличивается по кодулз 3х. Грздазнт разности зязктаг^сскнх потешкзлсэ уЕ"^ и потек пленочной влага

равны ■

УБк==-а7Т, »¿В/см; (4)

' (^--ЬУТ, млЛоАч), (5)

где а и Ь - коэффициенты пропорциональноетя; V Т, К/см. В зависимости от вида капиллярной системы, а также степени Елажнос-

ти грунта а =7...70. Коэффициент Ь составляет в грунте от -3 —?

1,5-10 до 10 . Это хорошо корреспондируется с рэчлькьгм миграционные потокогл при сегрегационном льдообразовании, достигающем , капрккер, в сантрз европейской части Российской Федерации 3-1СГ^., Л0~3 мл/(см^.ч). В отличающихся условиях реализации потока в грунте, например, при образовании стебелькового льда коэффициент Ь моздт увеличиваться еще на 1-2 порядка.

Материалы физического моделирования к натурных найладений позволяет адекватно действительности объяснить процессы сегро-гасионного льдообразования в связках грунтах и происходящей при это« «аграцаи влаги в зону промерзания. Прослойки льда в мерзлой грунте ориентируется, как правило, нормально тепловому потоку (вектору V Т1, а кристалла льда по направление своих оптических осей - параллельно еиу. Планочная влага, перемсвдясь а меязгрогатшх аздзвах капиллярах, не фрокто промерзания кристаллизуется. При росте кристаллов а прослойке горизонтально ориентгродгннке щэлеваз кзгплл^рц постепенно раскрываются и &ы~ шелэжзцяЕ сдоз мерзлого грунта подклкаэгея, отршзаясь от талс-го. Ирсисхздлт морозное пуча ни о. Количество поступах%.,о тепла и пленочной юдн на фронта гчег.грзаниг находится в теп/одн.ча-!,:лчсскс„: ^аьиов^евв. 3 сду.гс д^^пптс соследвзй отпадает тоб~ ходкое'.**. загрнг скрктоЕ г.зплз?к льдссбрэзовзЕил, вроаэсс крнс-?адливзг.:з а^оогаиьэливг.с-гсл *5роп? прогзрзьппя баг ээдур^а

продвигается вниз, промораживая относительно сухув прослойку грунта. За это время снизу подходит дополнительное количество пленочной воды и процесс повторяется.

Таким образом, установлено неизвестное ранее термоэлектроки-нетическое явление в капиллярных анизотермических системах (термоэленгрокинвз), заклвчавщзеся в том, что пс- направлению градиента тегааратуры в связанной, пленочной воде возникает разность электрических потенциалов, под действием которой ионы ' перемещаются, увлекая воду к холодной стороне. Это явление служит причиной влагопереноса в грунтах, в рэзультате которого изменяется их состояние, несущая способность и деформативность. Термовлектрокинез дополняет совокупность влектрокинетических явлений в физической хкюзп.

Четвертая глава содер.'гит теоретические и расчетные основы управления уепломассопереносом при лпкзвдации криогенных деформаций. Установленные прзчзнио-алздетвеякые взаимосвязи л зако-ясетрностп тепломассопереноса в грунтах попользованы для расче-тно-гэовэгического анализа и обобщения с цзльв совершенствования я создания новых протпводефорг^ационных конструкций для условий отечественных железных дорог.

Расчет протнвоцучияннх конструкций предложено выполнять исходя из условий: обеспечения требуемой несущей способности грунтов основной площадка; ограничения величины деформации пути под воздействием морозного пучения (допустнчоЯ величиной пучения или полнкг ого псклсчекаем). Первое условие предусматривает недопущение пластических сдвигов в подстилающих глинистых грунтах - критическая нагрузка на грунт при его расчетной состоянии а перлов эгтааэанпя должна соогаетсгэовать сушаытш непрякзнп-

01' поездной нагрузка л собственного зеса грунта. Исходя из зто:'о условия определена нвБзкэяьная голика слоя Н балластных

и дрзнипуввдх материалов до кшнкотах грунтов земляного полома для совреаепшг: нагрузок (тебл. I). Пошгаше уровня ьугг при планлво-предупродигедьйш; ремонтах гдаяо назначать пр:: существующей' толщзве слоя балласта >11 4- 0,3 и.

Таблица I

Вид пучинвстых грунтов земляного полотна

¡/лшмалъная толаина елок Н от верха балластной пргзыы, к, при сугжз градусо-суток столцательнк.т те:.ше-штую й , °С.сугаг

<100,. 1500 | 2000 2500 3000 2г3500

Сугланкк ¡г глзны 0,9 1,1 1.2 1,3 1,4 1,4

Супеси 0,8 0,9 1,0 | 1,1 1.2 см

Крупнообломочные с глекистнл заполнителем пш близком залегании грунтовых вод-(УТБ$2 по .+ I м) 1,2 1,4

То же, при глубоком залега-нич грунтовых вод (УГВ>Епв + I мТ 1,1

Примечание. Гзличина £> г: глубина прс.жзрзанпя г _ соотвотст-* вукг нноголетнж; средним ;пкнкм.

Для расчета по вторсцу условия необходимо определить температурный резни я глубину продгарзакля-оттаиБания н Пр_от грунтов земляного полотна с протиБОдефорлацзонккш конструкциями. С в*ой аельд наполнен расчетно-теоротпчссый; анализ п моделирование для клпкатлчеоках условий О - 600 ... 4800 °с • су к:;:, характоргтзудцпх сеть желазкнх дорог Ш1С Рсссп:. Тожину слоя дроаирусмзх грунтоз п копу часты:: гагерлалов И ДТ) варьировал« пря расчетах от 0,5 до 4 к-:. Получена Е2в;:ск.:осгг: г „„ ,,,, (

пр—и * Др

Гасчаппге и натурные ¡ругаети хорезо коргюопокдпрултел друг с друге:,;. Отп нэдлнэО'л: пс »про ув'аЛкчскик Н?р прдрсад^е г -¿тр-о" ароссгхдпт в зозрасткгэй стопож:. Это на позводло'.' г.с-2сдг»аоаот|. востадвюе ксгФЗвдмшгг? иропоршонздц-пости. £хк оп-

рздзлоши

HD-G5

разработаны расчетные номограг.ыы (рис. 2).

о) ÍOOO 1800 2600

800 4600 9,%-сут

Рис. 2. Ном ограыш для определения глубины промерзания (а) и оттаивания (б) земляного полотна с песчано-гравилной подушкой

При полном выведения цучикисгнх грунтов из зоны промерзания-оттаивания необходимая толщина слоя асбестовых отходов примерно на 20 í изныла, чем пэсчано-rj вяйной с?.гзси, а при использовании ылака - на 40

Расчетнуи глубину пршэрзаная-отгаиванпя по оси земляного полотна, сложенного однослойная дрзнирущпл грунтом, предложено опр-здзлять (прогнозировать) по формула

~ пр-от

\ а 2 u о пр-от

(б)

a

пр-от

нярузкдего грунта, опрзделяеиая по крзвш Н^ахнетогр2?,?л (см. рас. 2); К -- коэффициент;, обусловленной расчетными величинами гэплофязичеекпх характеристик грунгов, пго значения принимается по чайх. 2? с/. - коэффициент, учпшвакщяй фактические величины гоадолизлчасхлх характеристик грунтов, <Х. - (Л/ 0. )X -чооЗ&тазен? теплопроводности, 0„ - топлота льдообразования.

Расчагнуа глубину щторзангоьоггаплшгая двухслойной толщи при располозэюи а .за киянэй частя гланпоясс грунтов находят из

Таблипа 2

Значение Кв для условий

Вед грунта сезонного промерза- сливавшейся

ния и несливавдейся мерзлоты

мерзлоты

Дренирувдий 82 86

Глинистый 123 140

_р _рп ,/^Зп п у-гр8 __рп ?п )

^пр-от^пр-от гр-ог"2пр-от;^пр-от Апр-0Т'/ ^пр-ог" пр-от-''

где к ~ расчетная глубина промерзания-оттаивания однослой-

ного глинистого грунта

2 пр-0"Г лр-от ' (8)

где 2 цр_ст - глубина произрзання-оттаивания, определяемая по кривым Ь п « 0 (см. рас. 2); н - глубина промерзания-от-таиваняя, определяемая по кркьш нсыограмл (см. рис, 2), соответствующим Ь , ко тору г, приниыавт равной обсей толзнз слоя дренарующих грунтов, включая балластный слой.

Расчет толщины протсвопучинных подуазк из природных материалов с использованием -ксмогрекм (см. рис. 2) выполняет по следу-з.*1зЯ разработанной автором методике. При полни: выведении зоны проиарзания-огтапзавия из пучпнистых грунтов толцянс врезной ила комбинированно* водупка

П= тпг^'^-Иб . '9)

где Н глубине прсызрзанля-оттаяваняя земляного полотна при устройства подусте во эсэй зоне прокерзангя-оттаяванпя; Нд -проектная холзина балласта; т - ксэффатаент, принимаемый раь-ным гп = ( Отп/ 0)^2 тпрд О^- 2500 °С.с5тта к гп = I при

О > 2500 °С.сутки, £2 м - максимальная з.10-летнем цикле сумма градусо-суток отрицательных температур; п - коэффициент, равный для насыпей, кулевых мест и вчсмок соответственно 1,05; 1,0 и 0,95. Величину гта*для данной Я определяет по кривым Ьт05,(ом. рис. 2).

При частичном выведении зоны промерзания-оттаивания яз пучи-нистшс грунтов толщину подушки П1 определяют методом последовательного приближения, доб;гваясь соблюдения равенства

П'+И5= .тт'-Ь^ , . (10)

где н1 - глубина промерзания ири судтларной толщине слоя дренирующих грунтов (П1 + И определяемая по кривым Ь п; НдСП -допустимая толгшка прсиэрзасзего или оттаивающего слоя пучпкис-тых грунтов иод подушкой

раоп(25=-Ьбс)/СсРшх ; ' (п)

?дои ~ ■аопУс'1,'шзя в 'зависимости от скорости дзкезязк поаздса величина пучения; 21 ^ - глубина промерзания грунтов при толст-ни слоя старого балласта И ^ , определяемая по формуле (7), при этом Н бс = Ьп , н'бс С0 - коэрфяпиекг, равный 1,0

для условий сезонного промерзания и песливакдейся мерзлоту и Г,4 для у слови:! слизагл:зйоя мерзлоты; ?ГГЛх~ максимальная в? дичина морозного пучэкля на путанном участке.

Задача по определенна температурного соля в грунтах земляного полотна пр:! наличии тепловой изоляции аз пенспластсв рзиена в двудгэряой постанов:«. В результата р^счатаа установлены конструктивные требования л параметры теплоизоляционного пзпрктчя '• сгпималькш: ширина, толыяа слоя пепепяаста И „ я подуют из дреннрукпзго грунта под кик 5 , сопряжения и др.). Пскрагпг размедаэт на глубине яе мэнеа 0,5 :а от нерха бздластноЗ прззьк

на ширину 4,5...6 и в зависимости от климатических параметров. Разработана ?.:зтодяка расчета тепловой изоляции нз пенопласта, которая щздусматрзвает использование номограмм для определения h„ л б (рис. 3).

а)

см 20

10

J г / л/ /

У, У /

gsssg^. ^оЗ

коо

2200

3000

3600 4000- 2°С-еут

Рис. 3. Ноиограшы для определения расчетной толшнн теплоизоляционного слоя hT в условиях: сезонного промерзания и неелк-вавдейся мерзлоты (а); сливавшейся мерзлоты (б)

Еа основе расчетного анализа теплового взаимодействия трубопроводов с земляЕыл полотном предложен глзтод аналитического расчета допустимых нарушокпй температурного реявма. Взаеяне выполнено г критериальной форме с использованием зависимостей глубаны промерзаняя грунтов в зоно влияния трубопровода § от температурного градиента

Bl = KDTA; Si- f (h/DT ) ;

3 -Ь,

\i-V~ i"

(12) (13)

Эдзеь Si ~ хрятерзЗ Бяо: К ~ зоаффаш8Н2 теплопередачи от труби з тщхажвуя ерзду» DT - диаиэтр зрубн; А .- _зоэФ$яияе.кг гэплшроводаостг грунта; Ьт= 1,4... 2,1; hT= 0,14.. .0,-16 -тгарэтзекза лОэфОгкзэнта, гааэоявда от клакахнчзехэго парекзтрз Q. ?ао~з?ная ахзхга крглус.'.лгрзэазг уетанозлоянв дслусгзгай '

гшгерагуры поверхности трубопровода я глубкнн его заложения [| пз условия максимально возможной знсотп орт зла протан-занип грунм нед трубой а хокцз зимнего периода. Последняя зависит от нор?.! содержания путя и продольном профиле и расчетной интенсивности пуценообразования. Допустяыые зех здш а И представлены для расчетных клнматитсскпх районов з таблично;! форме. Кайдсннке из уравнения теплового баланса Ьл '

2атГ1к)/аиз.=с:й7как^гр) (14)

значения п Ь должны соответствовать установленным допустимым величинам. Здесь 1:т. - температура рабочих трубопроводов, ^ Гр ~ температура грунта на уровни оси трубопровода при нена-рукеяном режима, В. гз. - тзрмячзское сопротивление езошшя.

Для изучения роли агфзльтрувджсся осадков в увлалиэкла земляного полотна проводен расчет депезеяя кзнаокзгкного потока влаги в грунте с помощью мзтода гидравлических аналогий. Задача решена в одномерной -постановке для двухслойной онотеми грунтов - песок и суглинок

4_(кг ЙЦ) , (15)

дт су0 йх 11 дх

где Р - потзнпаал ялйгя, Т - врзмя, С - влегссгаосуь грунта; у - плотность; г,г - коэЗДпшонт вллгоггроводностз грунта. Для каадого отдельного здав грунта принята осродкатло фуккплз (Р ; 1АГ ). ( С ; иг ) - ( ;<г; ш ), Рогов рст зад-зч по определен™ влажности грунтсв гетлпего полоска прг рзальгге^ рсспрэг.плгзнл» осадков и пр.ч к? сг::~.оврл.-еггпом егасгстга петсясь-впостьэ . ¡Гроэодсна и-.? г.гетп груптол под хлдрсяЕодчагснпт! яо-

.■ерчт'ле:-' гз лохлгэрпоЗ плепгсг. Чзрес слой бзллсстгдгд матгцлзлсп

I м осада проходят за время менее одних*суток. Слой суглинка такой хе толщины после выпадения осадков 20...30 им/су ткч промачивается по данным расчета за 10 суток, а по натурным дакпыл в сопоставимых условиях - за 12 суток. Влажность суглинка на основной площадке при 0Б = 30...90 од увеличивается на 3,..7 % от ыассы сухого грунта и приходит з равновесное состояние через 20...45 суток. Наблкдаемое повышение влажности грунтов в местах с балластными углублениями в 1,2 - 1,3 раьа по данным расчета соответствует дополнительному выпадении осадков до 50...100 мм. Под гидроизоляционным покрытием (инфильтрация и испарение отсутствует) происходит постепенное снижение влажности на 3...5

Для стабилизации насыпей на прочном основании разработано покрытие из нетканого материала на откосе под слоем дренирующего грунта, заанкеренное в балластной призме. Методика аналитического расчета устойчивости грунтового откоса с этим покрытием предусматривает, что нетканый материал воспринимает часть сдвиганиях сил (рас. 4).

Коэффициент устойчивости спрадалак разным

к= ^[^е^гду-см'-с ^^(с^^^м^ ««(е^)] х

« 1=Л , (

гд-3 м;=(0^а1п)сО5Б.; 01п=(с1пс1п+19^пн1п)5тСеГб:;:

^п=а1лсо581;й,г<рг»г,0; для срднег,.

блока; Т'=(П. +0. Ыпб-,; 1(Ш-Т . По формуле (17) пут: рес«-нвя обратно!! задач« находят удельное сазплекае о-п л угол внутреннего ч'сашя >:з.тду нетканым материале:,: и нп."гелзл:аЕх:-. груктоц, какакаяько иеобходямыг для обеспечения коь^пгкенгс устойчивости К.'= 1,2. Суммарная расгс-иваисак сила .1 , которая будег воздействовать на ветканьгл материал з зархке;: части оке с-

о)

Р/с. 4. Расчетная схема откоса' с покрятяем из нетканого материала (а) п вндалэннсго I -го блока (б)

с.ч, но долзаа псезысат* предела прочности этого .пзтзрдала прз рэс7я::ок:га б

(18)

"'.гпимальныз параметра по длине и глубине расположения нетканого интервала в продела:-: основной плоцаекз п прз необходимости ня протязополо.тном сгкосо находят 23 внраг.знкя

•¡<2Е(С. Р.

' (19)

где с- - дликч участка за^емдакзд » ; С;_, соокзогствзн-

^'' * < И " ^ П

но удельное сгспленк'2 л угол внутреннего трепдд г-га^ду нотиантт? матзркалег; :г груше.«; П|п - яорггяпгязл ссстяздяг.сая сп.т» тядзе-тп на участие вад-зу-игся.

Т&згч обрзге:, з рогулыаг? выпслягкясго яодгаакексго расчз-Т'2опс-тл^■¡с.юто "одолтасчс.пл '■гс гпеов 25х>зо—

ния, вносииыэ прогиводефор-.гэпясншйяз конструкциями из природных материалов, пеноплаотов, полимерной пленки и нетканого материала в теплофиз1леское и механическое состояние грунтов земляного полотка. Определены оптимальные - необходимые и достаточные, -параштры конструкций и созданы новые методы расчета.

В пятой главе приведены осноькые результаты исследования разработанных для условий келаэкых дорог МПС России новых способов устранения и предупреждения деформаций зеишного полотна с использованием полимерных материалов.

В тепловой изоляции применены полистярольныа пенопласта, пригодные для работы во влажной грунтовой среде по показателям водопоглощекия. Укладка тепловой изоляции вносит изменения в температурный режш земляного полотна на глубину примерно до 5 к. Над слоем изоляции в балластных материалах теплообмен усиливается к амплитуда годовых колебаний температуры увеличивается на 6...12 °С по сравнению с обычными условная. Балласт промерзает раыьае на три-восвта дней. Под изоляцией теплообмен замедляется. ТемпэратурнкЕ градиент здесь в зимний период б 1,2... ...1,5 ргза кита, чем на контрольных участках. Это уменьшает миграционный поток влаги и влагосодерганве в грунте.

Глубина промерзания зеидякого полотка при толЕине слоя пенс-пласта на опыгкнх участках ог 5 до 13 си стала лгекьсе примерно з 1,8 раза. На 83 £ этих участков достигнута полная ликвидация пучин.

Прессозне пзвозлаотн ПС-1 е ПС-4 сохранив; свои исходные хь-рак г зри с тики. Плит:. бзслрессозого пенопласта ПОБ-35 через ТС лет умекьсплгсь по толхике яа 5...20 Прочность на сжатие при ГО ъ деформации составляла О,II...0,17 Ша (при исходной до 0,22 Шэ). С учетом вврспекгизного уровня нагрузок разработан -кст-тан оовизстно с ЕЛО Полимерстро^магериала и Уральские отде-

леняем ВШИТ пенополисгирол с улучшенными Физико-механическими характеристиками. После пропуска по опытной партиг I млрд. т груза проведены испытания на темперагурно-влажностное воздействие шклаыя. Толщина плит не уменьшилась. Прочпсть снизилась на 27 % (при исходной до 0,55 МПа). Водспоглоще;ле за 24 ч составляло 2 % по объему.

Требования к материалу гидроизоляционного покрытия установлены по результатам стендовых испытаний при пульсярушем динамическом нагружении. Он доллан иггать Еысокуз прочность при разрыве з сочетании с большой податливое тез. Этим требованиям удовлетворяет Еолязинзлхлоридная пленка. На опытных участках покрытие из этой пленки толщиной 0,25 укладывали с защитными слоя?а из пэскг, асбестовых отходов ели: нзтканого материала. Мярянз покрытия составляет от 4 до 7 м, глубина расположения от верха балластной призмы - 0,4.,.О,5 м. Основная площадка на всех участках депортирована - глубина замкнутых неровностей с необеспеченным стоков влаги составляет от 12 до 45 см.

Поело устройства гидроизоляционного покрытия влалнссть связных, глинистых грунтов снизилась з среднем на 2. ..6 % по сравнении с прилзгаЕЛЛМЛ участками и почти на ГО 2 по сравнении с ее исходной -величиной до устройства покрытия. При этом ?.:.тгко-пластичные грунты перзуодмт в тугопластячноз п полутвердое состояние. Диапазон язг.кзненгя злалности з годовом шгкле уг.ганюнаг-сл з несколько саз п не пр-звыпаз? в связных грунта:: 5 Ззллчи-

на !.-орсз,.ого пучения в результате этого снижается в 2___3 раза

•л пряоли'лстск к значениям, каблвдзгмвл з зтях грунтах при обеспеченном о го кз влаги. Неравномерность морозного пучения и про-очдки пути после ^стро^ства покрытия были устранена.

;!стк8НкЛ синтетический материал, способгяй отззетл воду, за— дорыть кэлкво частицы л заэряроззгь грунт, попользован в ста-

тных конструкциях на эксплуатируемых линиях и при строительстве для устранения и предупреждения просадок пути, расстройств рельсовой колеи по уровни и в. профиле, деформаций основной площадки земляного полотна, неравномерных осадок насыпей на слабом основании, оползаний откосов пасшей и выемок, размывов подтопляемых откоооь и в водоотводных сооружениях. Характеристики примененного материала изменялись в слздушзх пределах: разрывная нагрузка (прочность- 80...400 Ц/см; удлинение при разрыве - 80...140 водопроницаемость - 15...35 ы/сут.

При устранении просадок пути экспериментально установлено, что интенсивность накопления остаточных деформаций й объемы вы-праночных работ уменьшится в два-четыре раза. По сравнению с контрольным участками, находящимися в более благоприятных грунтовых и гидрогеологических условиях, это отличие составляет 30... 100 %. По нетканому материалу происходит сток пвфпльтрукь щихся осадков, составляющий ориентировочно 10 % от зыпадасцего их количества. В результате бтого влажности связных грунтов под покрытием сндкаетоя. Выдавливание суспензии глинистого грунта прекращается. Остаточные деформации основной площадки под покрытием на опытных участках новых линий предотвращены. Экспериментально проверены конструкции покрытий, в том числе комбинированных из нетканого материала к гидроизоляционной пленки, для стабилизации неустойчивых откосов, Аварийные деформации после устройства покрытий прекратились. Так, например, на одной из высоких насшай с комбинированным покрытием интенсивность оза-док пути не превышает 20...40 мм/год. Прочность грунта по условному динамического сопротивлении увеличилась на I Шз, прзблв-бевшсь к значениям, харакгерлэугдап контрольны!! участок. До укладки покрытия происходил:: сшивы откосов с образованием стенки отрыва до 1,5 м и осадки до 50 сы/год. Нетканый матери-

ал, улолгзкныЯ на подтопляемых откосах под катанной наброской а яедезобегояяыглз плягамз в кзчестзэ обратного йклъ-ра, полностью предупредил нзханлчесяуа суффоэяв (вынос) грунтовых частиц зэ-под докрытая.

Поело работн нетязкого материала а грунтовой среда (5...15 лет з более) испытает отобракннэ обрзэпк. На его поверхности образуется зсгоствэндгй обратный фильтр из пзрзеортлровавпяхея частиц грунта. Заполнение пор чзстяпзкг грунта в слохных пгдро-геслогяческгтх условиях составляет 20, .,30 5. Езгмос пх через прослойку пр:г отсутстют позрегдегзй не заЗексзрозан. В более о'лзгопряяти.с условиях заползекзз пор ге презжае? 10 «. Яроч-;-:ос"ь при ргстягзкггп з поперечно:* капраялзнзз прайтпчасгл нз ксмепздась, а в продольном - по ярегплусестэзйксглу ор.тэятлеова-нг.а волокон позкс.тлзсь в 1,5...2 раза га счет ссатдеяля на кшс кодлоздянх =:аст?.п.

Для услогзЛ мкеголеткеЯ г.тзрплетк предложена спегела кзрепрз-ятзй а спссобоз устрангняя дгЗормзпгй (авторские свидетельства л патент .Т5 Г£05966, Г169393, ХГ39Г75 д?. >. Ост зхлэтм» з себя: работ;* по рзаультямига аргглакащей :: пазит:; зона г: отводу вода; соорудило прог.:зодг*оклеилокгаг 'кояструкплй, устранетях карагкоэгерша осадка каецпей. Протйзоде^орзлапгозгпгз кэредриятзл роксуенхозаио гллодзя?:. вторую с'.з^-здь г.ягедерн'гс зззека-я:::1, зрозктзровпк-я строительства чер-зз 3-?. года поел? ссору-зег-лязогс полотку.

?есде?ствге т-эгдозэз лззлг.гл:: зз пепоялазтоь з зона лэдогзн згхоса озекп .а/с л5 Г5С6236) ¡¡г тендер' турз'_т1 регп: а д-з^ортла-•<-33 слсдс.-зрогаза за Э.^'-' а гззперз'лел'гзлгпо прэ-.арззо за опзт-учпсг?;'.х. .Тзрпза слоя гзолгеп с ка-аоП стсрсгп? гзезза раз-за € :л, тслзййв - 20 с. Под ородпьй час?:-?. слоя про;лзг?.-зд подъел дГ^н, з тс', чзело с по:"г;."!г ссдззяпгзс-! г рул тс 2 оспэзоззя

в керзлоы состоянии. Температура на глуСйне 6 и понизилась на минус 0,7 °С. Наблдшо!,ше температурные поля хорошо корреспондируется с pao четными. Бри элекгроконтактном динамическом зондировании поело первого п четвертого годов эксплуатации грунты основания во оси пенопластового покрытия во всех изученных разрезах идентифицированы как находящееся в керзлоы состоянии. Срадняя величина Pg по дублировании?.? точкам зондирования в слое, непосредственно контактярувдэа с подошвой насыпи, составляет 5,5 МПа. За пределам* пенопласта в этом слое Рд = 1,2 Ша. При понижении уровня основной пиовддки на контрольных участках от 65 до 100 юл/год средняя осадка в пределах дгнсрласта изменялась по годаа от 12 до 26 ма. Минимальные в игкеимагьнае величины равны соответственно 6 и 49 ¡.с.:.

Таким образок, по трем иезавиегмо полученным блокам инструментальных данных (деформация, тадшерагурз, срочность) установлена еф$ектизность использования тепловоз изоляция из венстлас-?а с целые устранения интенсивных осада?: раигпе". Edü дальней- ' пеа опытно-производственном применении пзлосообразво варьировать конггруктЕвтазг параметрами вг-ого покрытия.

Б л'еотой глава наложены основные пелохеизя по соверпзнство-ваша овотека капитального ра:.:сь'та -ео.мдякого полотна в нора его проектирования.

Ооновкой выдвинутый принцип устранения криогенных деформаций на EKortsyerspyeuorí аеиляно!- полотне s пх предупреждения ю стадии строительства предусматривает определение пли прогнозирование адекватна действительности причин их проявления и назначение в зависимости oí огах причин инженерных мзропрЕяткй. Исходя

этого разработаны условия пришкекия протлзодеформацгокяш: конегругцнй из природных п яолпигргас: из re рис ло и.

Использование покрытий вз полгк&рзцх цатерпалов при каштс-

льном ремонте земляного полотна позволяет яря одинаковых трудовых и декадных затратах увеличить обье?га п темпы "икзядапии деформаций. Покрытая можно укладывать такяа при планово-предупредительных ремонтах взрхнех-о строения пути, в тем числе при изменении условий эксплуатация - организации смешанного дзижакзя скоростных пассажирских и грузовых поездов, укладка бесстыкозо-го пути, стрелочных переводов с талезобетоннкми брусьями п др.

Методики инженерно-reoлогического обследования, ка осноез которого назначат: а ироектирувт эти конструкции, уточнены и дополнены автором по видам нзисправкосгзй. На участках с пучинами и просадками регламентировано определять з местах максимальной и минимальной величия деформаций по результатам двухразовых нивелирований путл очертание границы раздела дрокируздих я глинистых грунтов (по оси пути, под обеими рельсовыми нитями -с их наружной стороны, и на расстояния 20...40 см от обоих концов шал). Сквахпнн в указашшх местах обследования бурят при прямых пучинах и просадках по оси пути, при односторонних и перекосных пучинах - по кожам ¡шал, проводя в них таяло наблюдения за уровнем грунтовых вод. Грунты считают однородны:.« пси вопмо.'шостн отнесения их к одному виду. Золи гз^игссгроваазЕЭ одновременно гидрогеологические и гидрологичоехпэ данный на по-зволяхт судить о единой поверхности грунтовке вод, то залзчлз отих вод в выработках, пройденных а пределах основной плс-эдкп, обусловлено дефектами конструкции земляного полотна (ззмкпуттгэ балластные углублзняя, местные- застои воды в кгсотах я др.). Глубину промерзания грунтов яодрельсового основания опрздзляв? расчетом (см. глава 4). Насыпи на прочном основании с споляпет-лт.тя л сплывамл откосов обслздуг/г такта в характерных местах, пгсходл ч них разводочкыэ прорези до зека? попзрзчному сочал.тз. С г.смспдтс ЗДЗ устанавливая? очертание основной плопздкз в попе-

речном в продольном (через 5 м) направлениях. Мля хоаяшксного взучения состояния насыпей пришнявт свйскаческвй ыэтод. При анализа продельных разрезов в подрельсовых,сеченпях и на обочинах определяй? возможность внутрнгруктового сгока с верховых участков а "яку" профиля в ыеста с оорванншзз прп сплывах борта;^* балластного дожа. При о¿следовании насыпей на нарях выполняет вызотнув и гшановув трехразогув съемку (осень-весна-осень) по маркам в зеклянол полотне в гозовкаы рельсов, элзктроконтак-тное динамическое зондирование и янженсрво-гаодогЕческве выработки, а таккз торгаше три чески е наблюдения.

Требования к конструкциям ез природных l-атерзалов уточнены во сравненвв с реноо действовавшие в связи с совершенствованием дагодов вгшзнерпо-геологического обследования дс^оршруЕЗИх-ся участков, ьзгодик расчета этих конструкций, а также волуче-нвеь5 новых данных о процессах юпяоиассопереноса в грунтах. Внесены взкзнзння по условиям прайненпя в расчетная параметрам планировки основной плозадкв зе.;,ирного полотна, полной в честе-чной замены пучпнгсткх грунтов в гоне произрзашш.

Лскратвя. из полимерных катервелов, свойства которых нормированы по результатам нсследованв!", рззмгцавт в пределах основной площадке в Сглластксг.: слое, устраивая с цольв предупреждения повреждений защитные üs веска, асбестовых отходов елг нетканого матбрвалг. Ширзна тепловой вводяxszz во лэкоплзста зависит от клжгтпчаекпх параметров (см. глава 4). Покрытая f»s друге:: катераедов я-паднзааг ва вс» шрвву вегздяаого полотна пс-вегху. На учаегках с тепловой г гадрагявчсског изелягззй рекс-кендоваво назначать шшъ:алъяув толггщ* слол К от верха балластной вризкы до глинистых грунтов hs условия обеспечснг-я несу-цой способности (си. табл. I). Толеяву слоя тепловой кзеляхкп es аеновлзегг сергдеяязт з соогзетстгиа с прадлозаннс?. ;„-оггди-

кой расчета по номограммам (см. ряс. 3).

Разработаны оснозныо технологические положения по устройству покрытий иг полимэрных материалов. На отдельныа устройства и способы укладки получены авторские свидетельства (,'! 1040019;

1175997).

Для стабилизации неустойчивых откосов насыпей на прочном основании, а та;озе уши рении и уполодении откосов насыпей рекомендуется укладывать покрытие из нетканого материала, а тем числе з сочетании с конгрбаккетами. При активном проявления дефорга-ыий устраивает комб;:кнрованкое покрытие с гидроизоляционной нленко;*. Параметры покрытия определяют расчетом, методика которого изложена в главе 4. Для последнего случая принимают увеличенные расчетные значения о- я за счет сяикзния влажности грунта под покрытием.

Для защиты сооружений голезнодоро.тнего пути от рземьпеп разработаны конструкции укрепления, з которое п качестве обратного фильтра укладызайт нетканый материал под камэнноЛ наброской, сборньш бетонными или здлвэобэтонкш! кптаки и гибкими покри-гиямп. С применением ого рекомендуется гаклз ликвидировать последствия размывов.

Исходя из установленной причины осадок а расползания насыпей на оттапиапих'мпеголетнемзрз.'пгх грунтах осконеник - плаосгчэс-кие точения этих грунтов, предлог.зны слзду&цае протзводефори-пионные конструкция.

Тзплоэув изоляций из иенопласта (а/с Л 1506565) укладывает с аельз подъема ВЕДСД э зоне подоены откос 1 нас пл. При глубине зз-легяни» за пределами ызсьтн (бв|й') более 2 :с е-» прпмзяязг :он>/5;'?но о охла.тдапг,:.м'.! устройстззич - тэр»ос:йог.,-лг.:. Пдгта ленэпдае гэ ра:":<зсавт вет бстэстьзнко.'г поэзрхнсстя ссповахня на аол^зке из др-^весянх отходов (слаЗоразлатагздгося тер?,а), за-

клапанных в обойму из нетканого материала. Эту конструкцию мояс-но использовать в лвбых условиях.обводнения поверхности.

Покрытие о;коса коробчатыми олеиенгами (а/с Н 1169393) пред-ускстгльаэг создание вентилируемой полости, в верхней части которой размещают теплоизоляцию, предохрзиякщув полость от перегрева летом. Покрытие откоса полыми элементами (патент .'5 1135176) интенсифицирует поступление холода в основание. Эти элементы располагают с интервалом равным 1...5 высотам элемента. Вы:сто полости внутри равна 1.5...3 среднем!-: оголетним высотам снежнсге покрова.

Замену грунтов основания по краям насыпи на дренирушие о цельв создания преграды пластическому течению рекомендуется выполнить до ИШ в вида траншей. Глубина замены мо:кет быть уменьшена при залзганяи под слоем слабых грунтов более прочных, Р5 & 5 Ша.

Земляное полотно з: Езйпмодзйсгзугдш с ним сооружения новых линий и дополеттельных главных путай проектируют по нормам, пе~ реработаннЕИ в последнее десятилетие с учетем современных услс- ■ вий ексг.пуатадап, климатических и нкззнзрно-геолсгических особенностей районов с сезонным промерзаниам и многолетней мерзлотой, а та!'£е кпхоалаккого опыта и результатов исследований. С-ни вкличавт в себя ракомгкдэцпи по кзыскеьтял и проектирование, ведокствешшо к строительные нормы и прввгла.

Подготовленный с участием автора СЕпП "1елезкые дороги коле;-: 1520 взамен СМ1 11-39-76 предусцатрзваег расчетную нагрузку па ось четырехосного грузового вагона для верхнего строения пути 245 кН, для .рзочатов земляного сологне - 284 кН, п погон-чуи кзгруз1су восвизосяого вагона - 103 й-;. Скорость двагвпкя поеадов дслыга быть: пассажирских - до £00 км/ч, грузовых - до 120 км/ч, грузовых уекореышх и рсфрзгер£Горных - до 140 км/ч.'

С иельв предупреждения криогенных деформапий разраоотанн нормативные требования, предусматривающие устройство зашпгных слоев з верхней части- земляного полотна пз глинистых грунтов независимо от пх состояния я отнесение пучиноопасккх участков к объектам зндивэдуилы'ого проектирования. Устансглены необходимые параметры протязодефоржшонннх конструкпяй я устройств и корматлЕНке требования к <5алластно:.;у слою и земляному полотну кпк соем9с?но работящему груьтозсяу основании пути. Епераыа корляровзяы требовэрзя по взапмодгйстзяв земляного полотна с дцугзкл соору:;:еккя:л1' п обустройстве&ог -- зодоотводнкмз, воде~ драпускягаа, ян.~еиеи1ь.м1 кшиукккзпаяиа я т.п., из условия недопущения коравнохзрянх криогенных де.5ар:лаи*лй.

В связи с в2зде?иала 1.з:ле пениях? предложены дополнения з лн-яенврш® язысканая. В развитие дейстаугсзй кдаоск^ггкася:! грунтов введено подраэделонле схаланнх грунтов на слобоэнзетряваЕ-Екася, внзегрзвавдвся и легдосазесрязсхзеоя; круякоой-смочкцх я песчаных грунтов - по степонз дренирования; г. леястдд - по склонности х морозному пученпв, прозадо-дтостя, чувсгзвгзльноотп вябродикамяческсму воадегствак и др. Глубзйу сезонного прсме-рзаняя-оттзпвзния земляного полотна для дани их клпматячаскях условий лрогноаярукг расчетом (см. глаза 4), К пучиноопасным участкам отнесены: места с переглежзетлгллся разнородкпгл по езо-лм пуч'лкпеткм свойствам грунтам; насигл до 3 :л на оспорен;: л с медкобугрястил рельефом; участия с лекзлг-ляш уЕлздяеэтем пучз-нпстих грунтов; конпевке у часта спалгтл знзмок; участки с па— ру :::ен:тем температурного решила. К сйъе?г~си икддБЛдуелького яро-е:-:г;:ровекяя относечы крогле этого в;ле:л:ст в гл.: на с тих грунтах с йлй^остьг. на граиапе текучести более 0,4, землякез полотно в местах пересечения с трубопроводам, пристраиваемое к до-¿оркаруапемуся существующему полотну, з ызстах распологзпшг

просадочных грунтов на три, на участках'с наледями, термокарстом и др. При инженерных изысканиях в дополнение к традиционным методам целее, образно применять геофизические методы.

Защитный слой из дрекирукцего грунта, в том числе совместно с нетканым материалом, назначает при использовании в земляном полотне глинистых грунтов. Его располагают под двухслойной балластной призмой. Принята расчетная схема, предусыагривакздая недопущение пластических деформаций оттаивагдего глинистого грунте под защитным слоем для климатических зон с 1500, 1500... 3000, > 3000 °С-сутки. Установлена минимальная толщина защитного слоя из дренирующего грунта в верхней части земляного полотна из суглинков и глин 0,8...1,0 ы и из супесей - 0,5...0,7 м. Расчет защитного слоя по второму условии - ограничению величины морозного пучения с учетом специфики новых линий выполняет в соответствии с методикой, приведенной в главе 4 (см. формулу 10). Разработаны конструкции и методы расчета сопряжений на участках примыкания защитных слоев к земляному полотну из непучинистых грунтов с искусственным сооружениям.

Потенциально неустойчивые участки насыпей с наибольшей высотой следует проектировать вне "ямы" продольного профиля. При невозможности вквелнения етого условия длина элемента должна быть не менее 200 м, и указанные участки располагает на удалении от спусков не менее 50 м.

На участках со сложными керзлотно-грунтовыми условиями в районах с мно-голзгней мерзлотой (грунты с относительной просадочно-сть^ белее 0,1, по,-земные- льды до глубины 4 ь: от поверхности, терлокарст) новые норда регламентируют сохранение мерзлота для НСКХ5Ч0НЕЯ длительных деЁоргапзй. В местах возможного проявления дафорззегй црадусыэгргзавт вшолкеняе второй очередк кнтхнернкх взысканий, проектирования ir сооружения проткяодгфошзыиснных

конструкций (см. глаза 5).

Ка основе проведенных технико-экономических расчетов установлена экономическая эффективность разработанных конструкций и способов устранения и предупреждения криогенных дефогааньЛ гз-лезнодоролиого земляного полотна, которая составляет в зависимости от их вида 5...40 тыс. руб/км.год.

ЗШЮЧЕНИЕ

I. Стабильность келегяодоронного пути в значительной мерз зависит от земляного полотна, которое более чем на десятой части эксплуатационной длины поражено деформациями и дефектам. В зоне грунтового подрельсозого основания проявляется пучина, просадки пути, сплыви, соадкп-насыпей я другие неисправности, которые составляет примерно треть протяженности дафорьзг-

рузздхся мест. На новых линиях уделзная протяженность кеотаби-льных участков в три-четыре раза вкие. Вследствие г.--:огообразия зидоэ рассматриваемых деформаций, а такза слолс-кл ззаиюсвязн происходянах при этом различных явлений и прсцзссов их изученность оставалась недостаточной. 5то сказывалось на стоимости, трудоемкости выполнения и надежноетз прсглзодгйсрмапискяых конструкций. сЮективкость прогизопучинных подуезк по данным анализа работ полутора тысяч мук ка пяти дорогах сети составляет в среднем 67 %.

Ксодлолен основной принцип созарп-'внствозашш суцзствугплх и рязработки новых способов стабилизации земляного полотна, опз-сасзнПся из заявление или прогнозирован :с реальных причин ::оз-нихногеязя деЗормзпи:! :-г назначение и зависимости от этих причин шкзкеряга: релекпа.

Экспериментально устзксвлзкы ярлтагко-олздстванЕт взаимосвязи млчду параметра«;; твплсмассоперакоса з землянсм полот-

не, опраДеланы причины ряда деформаций (пучины в однородных грунтах в мзстах с балластными углублениями на основной площадке, ооадки и расползания насыпей на оттаиваицих шоголвтнемерз-лых грунтах в др.) и показан обвдй характер пластического течения грунтов подрельсового основания. Теоретически и экспериментально установлено неизвестное ранее термозлектрокинетическое явление (термоэлзктрокинез), которое вызывает влагоперенос в глинистых грунтах. Под действием градиентг температуры в пленочной воде возникает разность электрических потенциалов и гидра-гироьанЕые ноны, перемещаясь, увлекает воду в сторону понижения температуры. В результате этого изменяются состояние", несущая способность и де$орыативность грунта, которые можно регулировать, воздействуя на величину и направление температурного градиента.

3. На основе моделирования и расчегно-теоретического анализа установлены изменения, вносимые в режимы температуры и влажности грунтов земляного полотна вротяводеформапионными конструкциями из природных материалов, тепловой изоляцией из пенопластов, гидравлической кзоляцвзй из полимерной пленки а др.

Разработаны оптимальные параметры покрытий из полимерных материалов, размещаемых в балластной призме в поверхностных слоя1 земляного полотна с целы» управления процессами теплоьгасс опера-носа в шкедзкащих морозоопасных грунтах.

Созданы коваз катоды расчета теплсфизического состояние грунтов з нротиводеформацвонных конструкций (прогнозирование глубины промерзания-оттаивания аемляного волотна, расчеты просив опу чинных подушек нэ природных материалов и тепловой изоля-цве из пенопластов, теплотехнический расчет трубопроводов при переходе келззкых дорог, расчет устойчивости грунтового откоса с покрытием из нетканого материала а др.). I

.4. Экспериментально более чем на пятидесяти опытных участках установлена эффективность новых способов устранения и предупре-гденпя криогенных деформаций, а также защиты от других неблагоприятных процессов (размывов, выплесков). Глубина промерзания грунтов после уклддки тепловой изоляции уменьшается в среднем в 1,8 раза, влажность грунтов под гидроизоляцией - на 6...10 % и величина их пучения - в 2...3 раза; укладка покрытий из нетканого материала приводит к снижению интенсивности осадок пути более чем в два раза и прекращения суффозии. Экспериментальные данные хорошо корресдондирувтся с расчетными. Срок службы тепло- п гидроизоляционных покрытий прогнозируется до 40-50 лет.

5. Усовершенствованы существуйте и созданы новые методика инженерно-геологического обследования эксплуатируемого земляного полотна с проявляющимися криогенными дефогмацяяш. Установлены условия применения различных протлводефорлацнонных конструкций и разработаны основные норгативно-технические и технологические требования.к ним. На пять новых способов получены авторские свидетельства и патенты. Объемы земляных работ при устройстве покрытий из полимерных материалов в 3...5 раз нижэ по сравнению с традиционными способами, что обеспечивает повышение темпов ликвидации деформаций.

6. На основе выдвинутых эксплуатационных требований, полученных экспериментальных и теоретических данных откорректированы нормы проектирования земляного полотна в взаимодействующих с ним сооружений. Эти нормы в отличие от прежних предусматривает устройство защитны?, слоев в верхней часа: земляного полотна из глинистых грунтов независимо от их состояния и отнесанзв пучп-ноопасных участков к объектам иядтаидуального проектирования. Установлены кеобходтгае параметры конструкций в устройств, предупреждающих криогенные дефориашя на новых динзяг н дополните-

льшп главных путях. Минимальная обцая толщина балластного и защитного слоев из условия недопущения пластических сдвигов и допустимой ветчины пучения глинистых грунтов должна составлять от 1,3 до 1,7 ы. Предложен не применявшийся ранее подход к строительству на просадочных при оттаивании аноголетнемерзлых грунтах в два этапа. После сооружения насыпи через 3-4 года устраняв! проявившиеся осадки и расползания путем подъема мерзлоты или создания механической преграды в зене подошвы откосов, лрздогяращащах пластическое течение грунтов основания.

7. Разработаны нормативно-технические отраслевые документы по устранению деформаций и усилении земляного полотна, которыми руководствуется при его капитальном ремонте и планово-предупредительных ремонтах верхнего строения пути; подготовлены нормативные документы {Строительные нормы и правила, Ведомственные строительные нормы) или их отдельные разделы по проектировании земляного полотна и железных дорог, а такта инженерных ког.щукп-кацзё при переходе железных дорог. Б развитие этих документов ■ созданы методические рекомендации и указания по проектирование и расчег?.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора.

1. Лишено П.И. Расч-зт глубины заложения трубопроводов под а еле зной дорогой // Вестник ВЖИЕГ. - 1970. - К 7. - С. 37-40

2. Дщдышко П.К., Титов В.П., Цуканов Н.А. Расчет теплоизоляционного слоя земляного полотна методом гидравлических аналогий /У Вестник ШШТ. - 1973. - Л I. - С. 37-41

3. Лздгдко 1».И., Лосев А.Г., Гарантии П.Д. Применили тепло-«аоляцгв из пенопласта /7 Путь с путевое хозяйство. - 1974. Я Ю. - С. 12-13

'4. Титов В.П., Дыдьшйо П.И., Цуканов ILA., Аверочкина М.В. Об исследованиях различных проявлений мерзлотных процессов на транспорте // II Международная конфроенпля по мерзлотоведении. Доклады я выступления. Вып. 8. Проблемы мерзлот введения. Якутск: Яггугское кнпяное нзд-во, 1975. - С. 254-267

5. Дыдкшко п.К., Кабатов А.Б., Пернщн В.П. Влияние противо-пучиннкх устройств на температурный релшм к промерзание земляного полотна JJ Исследование способов повшзенпя стабильности земляного полотна. - Тр. ВНГОЕТ. Бнп. 565. - 1,1.: Транспорт, :С76. - С. 116-126

5. Дндыдко П.И., Парпш В.11., Ксчерова К.Д. О роли поверхностной влага в образование пучин на зэлезлнх дорогах // Исследование способов поз-Еенля"стабильности земляного полотна. - Тр. ЕШИЯГ. Еып. 565. - М.: Транспорт,'1976. - С. 137-152

7. Дадкпко П.И., Перста В.П. К расчету влаязостя.грунтов земляного полотка с помсаза катода гпдрагличесхдх аналогий // Всесоюзная научно-техническая конференция. Пр-гмэяеяиэ мэнкннх методов для решения краевых задач. Тезисы докладов. КГО радиотехника, элахтронияя и связи ям. А.С.Попова. И.: 1976. - С. 9091 !

8. Справочник по зс-алязсму полотну оксплуагпруешх гглезЕкс дорог. - М.: Транспорт, IS78. - С. 217-220, 357-371

S. Лддско П.И., Espina З.П., Кочерова Н.Д. Стабилизация грунтов земляного полотна с исмс1^ыз глдрсизоля;г*онннх покрытий // Закрепление и уплотнение грунтов з строительстве. Тезнсн докладов на IX Всесоюзном каучпо-техкпчэсксм совещания. !!.: СтрсПиздат, 1978. - С. I09-II3

10. Хыднлко П.И., Пеэкоа П.Г., Колентьевэ Н.Л., Соколов В.З. Нетканые синтетические материалы // Путь и путовоо хозяйство. -ГУ.-0. - .'} 12. - 0. 10-21

11. Дыдшшо П.И. Расчет и конструирование защитных слоев на пучиноопасных участках БАМ JJ Тезисы докладов и сообщений Всесоюзного совегзния. Опыт строительства оснований и фундаментов на вочномерзлнх грунтах. М.: 1981. - С. 24-25

12. Полуновский А.Г., Брантман Е.П., Дыдшшо П.И., Мелентье-ва Н.Л., Марченко A.C. Применение синтетических нетканых материалов в транспортном строительстве // Обзорная информация. Сер. "Строительство автомобильных дорог и аэродромов". М.: ВПТИтрансстрой. - IS8I. - Вып. I. - 45 с.

13. Дыдыпко П.И. Изменения режима температуры и пучения грунтов земляного полотна на пересечениях с холодными трубопроводами // Всесоюзное совещание. Геокриологический прогноз при строительном освоении, территории. Сборник тезисов докладов и сообщений, h.i 1985. - С. 145-147

14. Лыдышко П.И. Расчет противодучянных конструкций земляного полотна // Теплофизические исследования в транспортном строительстве. Ы.: Транспорт, 1985. - С. 55-62

15. Стрзкоус В.М., Двдлшко П.И. Укладка • защитных нетканых материалов П Путь к путевое хозяйство. - 1986. - W 12. - С. I&-i9

16. Дыдншко П.И. Применение нетканых материалов в противоде-формационных конструкциях земляного полотна // Новые конструкции и технология сооружения земляного полотна. !.!.: Транспорт, 1987. - С. 22-33

17. Дцдшко II.И. Устранение криогенных деформаций земляного полотна с вспользогзнзем полимерных материалов // Проблемы геокриологии. М.: Наука, 1988. - 0. 186-193

18. Дцдшко П.И. Расчетные основы современных споссбов стабилизации земляного полотно U Прогрессивные способы и технологические прошссы повышения стабильности земляного полотна

балластного слоя. М.: Транспорт, IS83. - С. 57-80

19. Хромов Б.И., Лыдкпко П.И. Оценка работоспо. обностн земляного полотна и меры но его усяленяв в условиях обращения длинносоставннх поездов и повышения нагрузок // Прогрессивные способы и технологаческие процессы позыиения стабильности заи-. лякого полотна п балластного слоя. М.: Транспорт, I9S9. - С. 30-86

20. Дндклко П.Я., Дубков Ю.Д., Пэретрухин H.A., Цуканов H.A., Бредгх Г.П. Кряогенннэ деформация земляного полотка и пути их предупреждения // Линейные сооругэния на вечномерзлых грунтах. М„: Наука, 1990. - С. 14-25

21. Дыдшхо П.И. Термоэлектроклнэтзческсе явление п капиллярных анпзотврулчвсвлх- системах //-5ур~зл фпзэтеской хеши. -IS9I. - Т. 65. - Вш. 12. - С. 3169-3188 (Russian Journal of PhyaicaL Cheniatr7. - ?. 1бвЗ~1б94)

22. Дыдыеко й.И. Дефортаспи яаснзей на мари, их устранение и предупреждение // З.-д. транспорт. Сер. "Путь к путзЕОз хозяйство": Sil / ЦКЙТЭИ !.ШС. М.: 1991. - Вып. 4. - С. 17-32

23. Арутгнов P.A., Балуксз Ю.К., Дыдыпко П.II., Кордозская Л.А., Мзхак Б.В. Геотзкстиль под плитным креплзнием откссоз // Транспортное строительство. - 1991. - JJ 2. - С. 28-30

24. Дыдиско П.И. Терлоэлектрохинетлческоо язлзнво з грунтах и других капиллярных системах // Тепломассообмен. Heat/Hasn Transfer. II й!ясила международный форум. Т. 711. Теплсмассосб-мен з кзлиллярно-порпстыг телах. Минск: ISS2. - С. 52-54

25. Cyciyehko P. I. , Kon.dratyev 7. G, , ,'aailyov ll.li. , Prigoda 7. Y.i., Suiaicova U.U., VaLuyev A»3. Deforced eabanknanta on nari and the -UO.JS с Г their stabilisation // Permafrost. 3ixth International Conferanca, Proceedings (Vol. l). Boijlng, China: 1993. - P. 155-159

26. Методические указания по предупреждение возникновения пучин в местах пересечения земляного полотна трубопроводами. -М.: Транспорт. 1974. - 39 с.

27. Рекомендации по применение гидроизоляционных покрыта}; для повышения несущей способности основной площадки земляного полотна. - ОСЖД. IX Комиссия. - Варнава: 1978. - 12 с.

28. Рекомендации по устранению лучин и просадок пути при временной эксплуатации БАМа. - М.: Транспорт, 1982. - 32 с.

29. Методические рекомендации по проектировании земляного

/

полотна железных дорог на пучинисгцх грунтах в суровых климатических условиях. - М.: ВНИИ транспортного строительства. - 1985.

- 76 с.

Нормативно-технические и нормативные документы:

1. Технические указания по устранение вучнн и просадок железнодорожного пути. ЦП/4369. - М.: Транспорт, 1Э87. - 64 с.

2. Технические указания по пркшненип нетканых материалов для усиления земляного полотна. ЦП-4591. - М.: Транспорт, 1955.

- 47 с.

3. Те ническве указания по стабилизации дегордаруыцихся насыпей хзлезннх дорог, располокеннюс на протаивавших основаниях из вечнокерзлых грунтов. - М.: 1993. - 98 с.

4. Проектирование земляного полотна железных дорог из глинистых грунтов с применением геотексткля. ВОН 205-87. - М.: 1988. •> 16 с.

5. Норд:'2 технические условия на проектирование п строительств1' железных дорог на полуострове Якал. ВОН 203-89. ГЛ.: 1990.

- 60 с.

■ 6. Тепловые сети. СНиП 2.04.07-85. - ?<!.: 1987. - Раздел 6. -С. 7-8. - Приложение 6. - С. 29-30