best responsive site maker

ЗАКАЗ ИНЕРТНЫХ МАТЕРИАЛОВ 380 73 65

Применение мелких и пылеватых песков в противопучинных и защитных слоях земляного полотна::3

 
2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Посвящена анализу состояния вопроса по использованию в земляном полотне мелких и пылеватых песков в условиях сурового климата.

Исследования последних десятилетий отечественных ученых (работы Цытовича H.A., Гольдштейна М.Н., Пузакова H.A., Ередюка Г.П., Орлова В.О., Пускова В.И.), а также зарубежных (Тебера, Бескова, Юмикиса и других) показывают, что основным процессом в промерзающих грунтах является перераспределение в них влаги вследствие миграции воды при промерзании с последующим льдовыделением. Причем отличительной чертой пучинистых грунтов является миграция воды к фронту промерзания, сопутствующая образованию ледяных прослоек в виде сегрегационного льда.

С целью прогнозирования возможного пучинообразования в различных инженерно - геологических условиях в зависимости от состава, плотности и влажности грунтов пользуются показателем интенсивности пучения f, в долях единицы или процентах: Д hn

f =- , (1)

Д hg-

где Д hn - величина пучения слоя грунта; Д he - толщина слоя грунта.

Численные значения величин Д hn и Д he определяют в полевых условиях с помощью пучиномеров, нивелировки или путем моделирования в лаборатории. По интенсивности пучения построены различные классификации грунтов по степени морозного пучения.

Приведенные в нормативных документах и ряде литературных источников высокие значения интенсивности пучения мелких и ссобенно пылеватых песков не позволяют использовать их в противопучинных и защитных слоях земляного полотна железных дорог.

Однако некоторые специалисты (Бредюк Г.П., Мурованный H.H. и ряд других) отмечают, что в условиях земляного полотна эти пески, как правило, не пучатся при промерзании.

По лабораторным опытам пучинистости мелких и пылеватых песков, выполненных ранее в СибЦНИИСе и СибГАПС, замечено, что мелкие и пылеватые пески становятся пучинис-тыми только при практически полном насыщении их водой, при влажности до 14 % они фактически не пучатся. Существенного влияния их плотности на пучение не обнаружено.

Коэффициент фильтрации мелких и пылеватых песков снижается с увеличением плотности и при ее значении, близком к максимальному (по методу стандартного уплотнения) может составлять у мелких песков менее 1 м/сут, у пылеватых менее 0,5 м/сут. По существующим нормативным требованиям это исключает их использование в противопучинных и защитных слоях.

Специалистами Сибгипротранса было осуществлено проектирование земляного полотна на линии Тюмень - Сургут с использованием в противопучинных конструкциях мелких песков. Данное решение носило вынужденный характер, так как более высококачественные грунты здесь отсутствовали. В процессе строительства, однако, выяснилось, что мелкие и пылеватые пески в карьерах трудно разделимы. Поэтому при сооружении земляного полотна были использованы как мелкие, так и пылеватые пески. В большинстве случаев в конструкциях земляного полотна оказались пылеватые пески, хотя это и не предусматривалось проектными решениями.

Наряду с положительным опытом применения мелких и пылеватых песков в насыпях и противопучинных слоях земляного полотна на линии Тюмень - Сургут имеется ряд участков, где земляное полотно недостаточно пучиноустойчиво. Это обьясняется тем, что проектирование величины замены глинистых грунтов местными песками при строительстве противодеформационных конструкций осуществлялось по существующим в то время нормам, исходя из глубины промерзания в районе Тюмени, равной 2 м, принятой одинаковой для всей линии.

Толщина противопучинной подушки из местных песков бы-

ла запроектирована равной 1 м и 0,55 м с учетом показателя текучести глинистых грунтов земляного полотна.

Глава 2. Рассмотрены теоретические основы применения мелких и пылеватых песков в противопучинных и защитных слоях земляного полотна.

Во многих странах (США, Норвегия и др.) критерий пу-чиноопасности грунта вычисляется на основе гранулометрического состава, так как давно замечено, чем дисперснее грунт, тем больше интенсивность возможного пучения.

В этом смысле представляет интерес разработанная В.О. Орловым оценка пучинистости грунтов по критерию дисперсности. Используя данные Сибгипротранса по массовым определениям характеристик грунтов в карьерах, этот критерий был рассчитан применительно к мелким и пылеватым пескам линии Тюмень - Сургут. Оказалось, что местные мелкие пески должны считаться слабопучинистыми, а пылеватые среднепучинистыми грунтами. Однако критерий дисперсности Орлова В.О. не связывает интенсивность пучения грунта с его влажностью. В то же время известно, что влажность играет важнейшую роль в пучении грунтов и формировании криогенной текстуры.

Поэтому были выполнены расчеты по формуле, в основе которой лежит предпосылка о том, что величина пучения обусловлена превышением обьема конституционного льда по сравнению с объемом пор грунта, с учетом незамерзающей воды, при конкретных условиях процесса охлаждения данного грунта. Приняв в этой формуле пучение равным нулю, после несложных преобразований получим:

1,09 • (№Ср - Инз) " (Мза! - МНз) = 0 , (2)

где №нз> WSat ~ соответственно влажность грунта, незамерзшая вода, полная влагоемкость.

Вычисления по формуле (2) применительно к мелким и - пылеватым пескам показали, что при влажности их до 17 % пучения теоретически еще не должно происходить. К недостаткам данной методики может быть отнесен неучет гран-состава и игнорирование миграции влаги.

Физико - механические свойства мелких и пылеватых песков Западно - Сибирской низменности исследовались Сибгипротрансом, СибЦНИИСом.

Было подсчитано критическое давление на основную площадку из мелких и пылеватых песков при выявленных прочностных характеристиках. Оказалось, что мелкие и пылева-

тые пески не теряют своей несущей способности от воздействия на ник перспективной поездной нагрузки (80 кПа). По этому показателю можно рекомендовать применять их в защитных и противопучинных слоях земляного полотна.

При проектировании противопучинных устройств необходимо исходить из глубины промерзания земляного полотна.

Глубина промерзания вычислялась на основании методики профессора Лукьянова В. С. с использованием формул расчета теплсфизических характешстик грунта:

■г С-8 ч ( Х-8 Х-е-ч-Б 2 \

X = 0_ +- . . 1п---I (3)

^ 2 ' ^ Л-е-д-Сг+Б) ч /

где х - длительность процесса промерзания; С - количество теплоты льдообразования в грунте; X - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта; ц - тепловой поток к границе промерзания из нижележащих талых слоев грунта; Б - толщина слоя грунта, эквивалентная по термическому сопротивлению теплоизоляции на поверхности; г - глубина промерзания; 8 - разность средней температуры воздуха за зимний сезон и температуры промерзания грунта.

Глубина промерзания в формуле (3) представлена неявно поэтому для проведения массовых расчетов была составлена программа для персонального компьютера.

Расчеты программе произведены применительно к железнодорожной линии Тюмень - Сургут, при этом учитывались характеристики материала балластной призмы и подстилающих грунтов. В итоге получены глубины промерзания для характерных пунктов на протяжении всей трассы (рис. 1).

Вычисления показали, что от Тюмени до Сургута глубина промерзания от верха балластной призмы возрастает приблизительно с 2 м до 2,8 м, что связано с изменением, главны}-! образом, климатических условий.

Как отмечалось, при проектировании Сибгипротрансом противопучинных устройств для всей линии Тюмень - Сургут была принята глубина промерзания, равная 2 м, заниженная в районе Сургута на 0,8 м, а в промежуточных точках несколько меньше.

Проводилась также сравнительная оценка различия глубины промерзания при подстилании балластной призмы суглинком, мелким и пылеватым песком, в результате выявлено некоторое возрастание ее абсолютного значения (5 у песка по сравнению с суглинком.

В некоторых нормативных источниках глубина промерзания грунтов под основной площадкой рассчитывается без учета материала балластной призмы (асбеста, щебня). Как

--- - щебень - 0,5 м, песок;

—■■—■■ - асбест - 0,5 м, песок; - • - - асбест - 0,5 м, суглинок.

Рис. 1. Глубина промерзания г грунтов земляного полотна

показали результаты расчетов, это может привести к ошибке до 20 X. Очевидно, что учет материала балластной призмы при расчетах глубины промерзания необходим.

Глава 3. Включает результаты лабораторных опытов по промораживанию образцов грунта из мелких и пылеватых песков и суглинка, натурные наблюдения на четырех опытных участках линии Тюмень - Сургут.

Анализ процессов влагопереноса и пучения в промерзающем грунте показывает, что криогенные деформации грунта при его замерзании в основном связаны с наличием в нем воды и ее состоянием.

Как уже отмечалось, отличительной чертой пучинистых грунтов является миграция воды к фронту промерзания, приводящая к образованию сегрегационного льда. В то же время при промерзании не подверженных пучению грунтов миграция влаги практически отсутствует. В них образуется лед - цемент (контактный или пленочный), не нарушающий характера положения частиц грунта до его промерзания.

Отправьте сообщение

Мы перезвоним или напишем Вам, оформим и выполним заказ.

Расскажите, пожалуйста о нас!