ЦПИ-36

РУКОВОДСТВО
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАЛЛАСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

УТВЕРЖДЕНО Департаментом пути и сооружений 30 января 2004 г.

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна разработано ФГУП ВНИИЖТ (П.И.Дыдышко - руководитель темы; А.П.Леманский; Н.Л.Мелентьева; Н.М.Мельникова) и ПГУПС (И.В.Прокудин).

ВВЕДЕНИЕ

В ходе эксплуатации в подшпальном основании под воздействием природных факторов, поступления загрязнителей и поездной нагрузки происходят изменения состояния, свойств и состава балластных материалов и грунтов земляного полотна.

К природным факторам относятся процессы переноса тепла и влаги, включая циклическое промерзание-оттаивание, инфильтрацию атмосферных осадков и осушение, пластические деформации грунтов. Эти факторы воздействуют на подшпальное основание совместно с поступлением загрязнителей при просыпании сыпучих грузов, подаче песка при торможении локомотивов, дроблении частиц балласта от поездной нагрузки и ремонтов пути. В комплексе с указанными факторами происходит циклическое нагружение-разгрузка и вибродинамическое воздействие от подвижного состава.

При определении физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна необходимо учитывать требования строительно-технических норм "Железные дороги колеи 1520 мм" СТН Ц-01-95 [1], особенности подшпального основания эксплуатируемых линий и технологии ремонтов пути с глубокой очисткой щебня.

Нормами СТН Ц-01-95 в верхней части земляного полотна из глинистых грунтов предусмотрено устройство защитного слоя из дренирующих грунтов, в том числе с геотекстилем (нетканым материалом). Толщина защитного слоя из дренирующих грунтов устанавливается в зависимости от вида этих грунтов и климатических характеристик расчетом, но не менее 0,5...1,0 м. На защитном слое размещается двухслойная балластная призма. Таким образом, на железных дорогах России общая нормируемая СТН Ц-01-95 толщина слоя балластных и дренирующих материалов на земляном полотне из глинистых грунтов должна составлять от 1,4 до 1,7 м. На земляном полотне из слабовыветривающихся скальных, крупнообломочных грунтов и песков (за исключением мелких и пылеватых) щебеночный балласт укладывают в один слой без песчаной балластной подушки.

На эксплуатируемых линиях при технологии ремонтов пути (усиленный капитальный, капитальный, усиленный средний и средний) с глубокой очисткой щебня устраивается однослойная балластная призма, которая размещается на накопленных балластных материалах.

Слой накопленных балластных и дренирующих материалов образовался в результате недостаточной несущей способности глинистых грунтов, так как действовавшими ранее строительными нормами и правилами, включая СНиП II-39-76* [2], регламентировалось расположение балластной призмы непосредственно на глинистые грунты. На построечной основной площадке (границе раздела накопленных балластных и дренирующих материалов и глинистых грунтов земляного полотна) вследствие пластических деформаций образовались балластные углубления - корыта и ложа. Влажность глинистых грунтов в местах с этими углублениями в 1,2...1,3 раза больше чем при ровной со стоком площадке. Из-за повышенной влажности происходят просадки пути, в том числе с выдавливанием разжиженного глинистого грунта, возникают пучины, проявляются сплывы и оползания откосных частей насыпей. Толщина слоя накопленных при эксплуатации балластных и дренирующих материалов на сети железных дорог России составляет в настоящее время примерно 1,0...1,4 м. На значительном протяжении ширина насыпи поверху недостаточна для размещения балластной призмы и обочин. Грунты в зоне обочин в результате вибродинамического воздействия поездов и природных факторов находятся в слабом состоянии, при котором песок характеризуется как рыхлый, а глинистые грунты, особенно на контакте с дренирующими, - как текучепластичные. Это снижает несущую способность подшпального основания, так как отсутствует боковой отпор.

________________

* На территории Российской Федерации документ не действует. Действуют СНиП 32-01-95, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.     

Настоящее руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна используют для проектирования ремонтов пути и противодеформационных мероприятий, обеспечивающих несущую способность подшпального основания, снижение деформаций пути и расходов на ремонты.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее руководство предназначено для работников проектных институтов, инженерно-геологических баз и других организаций, выполняющих проектирование, ремонты, обследование и диагностику пути и земляного полотна на участках с деформациями и дефектами, а также интенсивных расстройств пути по уровню, в продольном профиле и плане с учетом перспективных условий эксплуатации.

1.2. Физико-механические характеристики балластных материалов и грунтов земляного полотна определяют на основе исходных данных, получаемых при инженерно-геологическом обследовании подлежащих ремонту участков пути. При обследовании осуществляют отбор проб и образцов по регламенту, дифференцированному для групповых решений и индивидуального проектирования.

1.3. Определению подлежат следующие физико-механические характеристики:

гранулометрический (зерновой) состав балластных материалов и грунтов земляного полотна;

характеристики засоренности щебня балластного слоя;

плотность балластных материалов и грунтов земляного полотна;

пористость и коэффициент пористости балластных материалов и грунтов земляного полотна;

максимальная плотность и оптимальная влажность накопленных балластных материалов;

естественная влажность грунтов ;

влажность глинистых грунтов на границе раскатывания и границе текучести ;

число пластичности ;

подверженность морозному пучению, величина и интенсивность морозного пучения грунтов земляного полотна;

угол внутреннего трения и сцепление для балластных материалов и грунтов земляного полотна;

модуль деформации подшпального основания;

коэффициент фильтрации накопленных балластных материалов и грунтов земляного полотна;

упругая осадка грунтов подшпального основания;

прочность грунтов по условному динамическому сопротивлению в зоне обочин, в подшпальном основании и на откосах;

глубина промерзания-оттаивания грунтов земляного полотна;

температура грунтов земляного полотна в районах вечной мерзлоты;

температура грунтов земляного полотна в местах пересечения с трубопроводами;

коэффициент теплопроводности грунтов подшпального основания:

способность скальных грунтов к выветриванию;

характеристики грунтов особых разновидностей;

вибродинамические характеристики грунтов земляного полотна.

1.4. Полученные физико-механические характеристики балластных материалов и грунтов земляного полотна используют при проектировании ремонтов пути и земляного полотна, усиления подшпального основания, разработке перспективных технических и технологических решений, а также при выполнении расчетов несущей способности подшпального основания, устойчивости земляного полотна, глубины сезонного промерзания-оттаивания и расчетов противодеформационных конструкций различного назначения.

При проведении расчетов во взаимной увязке с физико-механическими характеристиками балластных материалов и грунтов земляного полотна дифференцированно по расчетным схемам принимают нагрузки и воздействия, изложенные в приложении 1 к настоящему руководству.

2. МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАЛЛАСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

2.1. Исходные данные для определения физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, которые используют при проектировании ремонтов, получают при инженерно-геологическом обследовании земляного полотна совместно с балластным слоем. Это обследование назначают по результатам натурного осмотра земляного полотна, верхнего строения пути и сооружений, а также обработки данных проходов подвижных нагрузочных устройств и вагонов-путеизмерителей.

2.2. Проектирование подразделяют на групповое и индивидуальное.

Индивидуальное проектирование назначают в соответствии с требованиями п.5.6 СТН Ц-01-95, а также на подлежащих ремонту участках земляного полотна, на которых наблюдаются следующие деформации и дефекты:

зауженная ширина земляного полотна поверху и завышенная крутизна откосов;

балластные корыта и ложа;

просадки пути;

пучины;

сплывы, оползания и осадки насыпей на прочном основании;

осадки насыпей на болотах и слабых основаниях;

осадки насыпей в районах распространения вечномерзлых грунтов.

Групповое проектирование применяют в простых и средней сложности инженерно-геологических условиях на остальных участках линии.

2.3. В состав инженерно-геологического обследования для получения исходных данных для проектирования ремонтов должно входить:

изучение имеющейся проектной документации при строительстве линии;

изучение проекта последнего капитального ремонта верхнего строения пути и имеющихся проектов капитального ремонта земляного полотна;

анализ форм и ведомостей технического паспорта дистанций пути;

натурный осмотр земляного полотна, балластного слоя и сооружений с попикетным описанием и опросом линейных работников;

анализ результатов проходов подвижных нагрузочных устройств и вагонов-путеизмерителей;

инженерно-геологическое обследование земляного полотна совместно с балластным слоем, в том числе на участках с деформациями и дефектами, а также основания земляного полотна.

2.4. При натурном осмотре фиксируют, используя данные технического паспорта и произведя опрос линейных работников, состояние земляного полотна и входящих в него водоотводных, укрепительных, защитных сооружений, а также искусственных сооружений и инженерных коммуникаций в местах перехода через железную дорогу. Дефекты, деформации и повреждения земляного полотна подразделяют в соответствии с Инструкцией по содержанию земляного полотна железнодорожного пути. ЦП-544, 1998 [3].

При попикетном описании обследуют отдельные элементы земляного полотна - основную площадку с балластной призмой и бровками, откосы, полки и др. При этом измеряют расстояние от оси пути до бровок балластной призмы, а также бровок земляного полотна в уровне проектной подошвы откоса балластной призмы, крутизну откосов земляного полотна и ширину обочин. Расчищают и описывают грунты в откосах выемок, стенках резервов, карьеров и естественных обнажений. Определяют границы участков с деформациями. Составляют ведомости таких участков и перечни сооружений с неисправностями.

Натурный осмотр выполняют в следующие сроки.

В период максимального промерзания (март-апрель) после схода снежного покрова уточняют границы мест с пучинами, фиксируя отдельно по каждой рельсовой нити (км, ПК +) положение пучинных горбов, впадин, перепадов, односторонних пучин и уложенных для исправления пучинных подкладок с указанием их максимальной толщины. Результаты заносят на схемы отдельно по рельсовым нитям. В мягкие зимы, характерные для последних пятнадцати-двадцати лет, преимущественно в европейской части страны, положение пучин устанавливают, как правило, по данным опроса линейных работников за предыдущие зимы.

Во время оттаивания до его окончания осматривают участки с просадками пути, устанавливая границы, отмечая неравномерные оседания рельсовой колеи, их величину и интенсивность, а также выдавливание разжиженного глинистого грунта по оси пути или на обочинах, смещение откосов кюветов. В указанный период проводят натурный осмотр мест со сплывами и оползаниями откосов насыпей на прочном основании, сопровождающихся осадками. Устанавливают происходившие ранее смещения откосов и срывы обочин, наличие трещин и выпора грунта на откосах, повреждение труб. Описывают смывы, сплывы и оползания откосов выемок в дисперсных грунтах, осыпи, вывалы и обвалы в скальных грунтах и характер загромождения водоотводов и пути в процессе деформаций. На неустойчивых участках откосов отмечают наличие влаголюбивой растительности.

В районах вечной мерзлоты в период максимального оттаивания (сентябрь-октябрь) проводят натурный осмотр насыпей, отмечая места с осадками и расползанием, в том числе на подходах к мостам и трубам, уменьшение ширины насыпей поверху, оседание обочин, трещины на обочинах и откосах, выдавливание грунтов основания, глубину просадок по головкам рельсов, заплывание и заиливание водоотводов, термокарстовые понижения на прилежащих участках с застоями воды, положение опор контактной сети или ЛЭП (их наклон, сдвижка и т.п.).

2.5. Результаты проходов подвижных нагрузочных устройств и вагонов-путеизмерителей используют для определения мест, на которых необходимо провести детальное инженерно-геологическое обследование земляного полотна.

Инженерно-геологическое обследование земляного полотна совместно с балластным слоем проводят по программе, которая составляется на основе результатов натурных осмотров, измерений упругих осадок рельсов нагрузочными устройствами, показаний вагонов-путеизмерителей и имеющихся данных инженерных изысканий прежних лет. Программа инженерно-геологического обследования должна предусматривать использование геофизических методов: георадиолокационного, сейсмического и электроконтактного динамического зондирования, ЭДЗ [4, 5] и геологические работы.

2.6. На участках применения групповых решений в несложных и средней сложности инженерно-геологических условиях глубину выработок (скважин) следует назначать не менее чем на 2 м ниже расчетной, прогнозируемой глубины промерзания-оттаивания земляного полотна (Технические указания по устранению пучин и просадок железнодорожного пути. ЦПИ-24) [6], в районах с сезонным промерзанием грунта и не менее 4 м в районах с вечной мерзлотой. Скважины в каждом поперечном сечении бурят по оси пути (путей) и в средней части откосов. На каждом виде земляного полотна (выемка, нулевое место, насыпь), но не менее чем через 1 км, следует закладывать не менее одной скважины до глубины 10...15 м в случае отсутствия таких скважин в проектных материалах.

Частота инженерно-геологических выработок в продольном направлении при однородных грунтах, залегающих в слое прогнозируемого расчетом сезонного промерзания-оттаивания, должна составлять не менее 200 м, а в пределах насыпей не менее 500 м. Грунты считают однородными при возможности отнесения их к одному виду, ГОСТ 25100-95 [41]. Поперечники с выработками закладывают на каждом виде земляного полотна, а в выемках дополнительно и на выходах из них (с обеих сторон).

В районах с сезонным промерзанием в дисперсных грунтах при использовании геофизического метода электроконтактного динамического зондирования (ЭДЗ) количество скважин в каждом поперечном сечении или в группе сечений допускается снижать до одной, выполняющей функции опорной. Взамен остальных скважин с указанной выше частотой и глубиной выполняют ЭДЗ. Кроме этого электроконтактное динамическое зондирование производят на расстоянии 2,9 м от оси пути на насыпях, а также в выемках и на нулевых местах в местах с просадками пути.

На участках с пучинами, просадками пути, сплывами, оползаниями и осадками насыпей на прочном основании на разведочных поперечниках с помощью ЭДЗ, закопушек или скважин устанавливают положение поверхности глинистых грунтов в следующих точках: по оси пути; с наружной стороны рельсовых нитей; на обочинах (междупутье) на расстоянии 0,4 м от концов шпал; в верхней, средней и нижней частях откосов насыпей при наличии балластных шлейфов; по оси существующего кювета или с полевой стороны лотка (дренажа) в выемках и на нулевых местах. При смещенном положении водоотвода в выемках и на нулевых местах определяют также его построечное очертание.

В местах, где установлены балластные корыта или ложа, разбивают дополнительные поперечники через 50...70 м, а при необходимости через 10...25 м, на которых выполняют только оконтуривание этих углублений.