• Текст документа
  • Статус
Оглавление
Поиск в тексте
Действующий

ЦПИ-36




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 Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и коэффициент пористости Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна балластных материалов и грунтов земляного полотна;

максимальная плотность и оптимальная влажность накопленных балластных материалов;

естественная влажность грунтов Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна;

влажность глинистых грунтов на границе раскатывания Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и границе текучести Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна;

число пластичности Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна;

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

угол внутреннего трения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и сцепление Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна 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 Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна 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.

При наличии в выемке грунтовых вод на удалении от бровки выемки в полевую сторону 10...20 м закладывают выработку до уровня этих вод с целью определения зоны влияния выемки как дрены массива.

Состав и состояние грунтов земляного полотна следует устанавливать по результатам лабораторных анализов проб, отобранных при бурении и шурфовании.

При проходке выработок пробы для определения естественной влажности следует отбирать через 0,5 м, пробы для определения пластичности и гранулометрического состава - из каждой разновидности грунта, но не реже чем через 1 м. С последней указанной частотой устанавливают также плотность скелета (сухого) грунта.

При использовании ЭДЗ (рис.1) устанавливают вид грунтов, их состояние и прочностные свойства по токовому каротажу и условному динамическому сопротивлению.


Рис.1. Установка электроконтактного динамического зондирования при погружении и извлечении зонда

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна


Рис.1. Установка электроконтактного динамического зондирования при погружении (а) и извлечении (б) зонда:

1 - наконечник с двумя электродами; 2 - штанги; 3 - подбабок; 4 - молот; 5 - направляющая; 6 - измерительный прибор; 7 - кабель; 8 - рычаг; 9 - опорная плита; 10 - захват


2.7. Инженерно-геологическое обследование участков с пучинами и просадками пути выполняют в соответствии с требованиями Технических указаний по устранению пучин и просадок железнодорожного пути. ЦПИ-24.

2.8. При инженерно-геологическом обследовании насыпей на болотах частоту выработок для группового проектирования назначают с изложенными выше требованиями. При протяженности насыпи на болоте менее 200 м обследование осуществляют у краев и по середине. Выработки в поперечниках (скважины, ЭДЗ) закладывают по оси пути, по середине откосов и у подошвы откосов на глубину не менее 1 м от минерального дна болота или кровли прочных грунтов, подстилающих слабые грунты (илы, сапропели и др.). Кроме этого выработки проходят на удалении 10 м от подошвы откосов насыпи. При необходимости скважины закладывают в пределах обочин (междупутья).

В местах индивидуального проектирования принимают следующие схемы зондирования.

На участках линии, проложенных по верховому болоту на поверхности водораздела, склона или террасы, поперечники располагают через 100 м. На участках линии, пересекающей болото в чашеобразной котловине с уклонами бортов круче 1:20, поперечники располагают через 50 м. На пересечении болота на длине не более 100 м поперечники разбивают через 25...50 м. Их должно быть не менее двух на каждом болоте.

На пересечениях пойменных стариц или проток болото зондируют так, чтобы можно было построить геологические разрезы по тальвегам и на поперечниках через вытянутое болото.

При проходке скважин послойно, но не реже чем через 1 м отбирают пробы торфа для определения влажности, степени разложения, ботанического состава и зональности. Для других слабых грунтов устанавливают содержание органических веществ, пределы пластичности, влажность, а в засоленных разновидностях - состав и содержание солей.

2.9. Инженерно-геологическое обследование оседающих насыпей на оттаивающих вечномерзлых грунтах производят в местах проявления неравномерных интенсивных осадок, которые устанавливают по данным технического паспорта дистанций пути, эксплуатационных наблюдений и натурного осмотра.

Нивелирование пути по головкам рельсов производят в соответствии с программой, регламентированной для участков с пучинами в Технических указаниях по устранению пучин и просадок железнодорожного пути. ЦПИ-24. Его выполняют первый раз осенью (сентябрь-октябрь). Затем нивелируют путь в период максимального промерзания грунта (апрель) и повторно - в следующую осень. Одновременно с этим выполняют плановую съемку по закрепленным точкам (маркам) в характерных поперечных створах деформирующегося участка, которые должны с достаточной полнотой отражать экстремальные (минимальные и максимальные) значения этих осадок. Это необходимо в связи с тем, что производящиеся подъемки пути искажают реальную картину осадок. Для закрепления точек рекомендуется использовать колья (например лиственничные) длиной 50...70 см, забиваемые в дренирующие грунты балластного слоя и насыпи. В пучинистых грунтах забивка кольев не рекомендуется ввиду их выдергивания при морозном пучении; здесь целесообразно на поверхность грунта в качестве марок укладывать камни размером примерно 20 см на подстилку из мха или нетканого материала. На естественном основании за пределами насыпи для марок используют материал с плотностью меньше чем у грунта (пенопласт или доски размером 10x10 см).

Марки устанавливают по оси пути, на обочинах, в середине откосов, у их подошвы или на берме и на естественном основании на расстоянии 2, 4 и 6 м от подошвы откоса насыпи (бермы). При плановой съемке измеряют наклонные расстояния между фиксированными точками на марках металлической рулеткой с точностью ±1 мм, вычисляя затем с использованием данных высотной съемки горизонтальные проложения. По результатам нивелирования строят совмещенные продольные профили по головкам рельсов и маркам. В установленных на профилях местах с максимальной и минимальной величиной осадок производят бурение скважин с отбором проб грунта для анализов и кернов мерзлого грунта в период максимального оттаивания. В скважинах измеряют температуру грунтов. Дополнительно к бурению скважин с помощью ЭДЗ определяют состояние, сложение и состав талых грунтов земляного полотна и основания, выделяя наиболее слабые зоны (рис.2).


Рис.2. Инженерно-геологический разрез оседающей насыпи на мари

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна


Рис.2. Инженерно-геологический разрез оседающей насыпи на мари:

1 - дренирующий грунт насыпи; 2 - глинистый грунт основания; 3 - условное динамическое сопротивление Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; 3' - сила тока Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; 4 - верхняя граница многолетней мерзлоты


Указанный комплекс инженерно-геологического обследования выполняют на каждом ландшафтном типе, распространяя эти данные на другие аналогичные объекты, на которых в необходимом объеме производится разовое инженерно-геологическое обследование - закладывают выработки и выполняют ЭДЗ в период максимального оттаивания грунтов. Ландшафтные типы выделяют в соответствии с требованиями п.5.25.

2.10. При инженерно-геологическом обследовании оценивают особенности климатического воздействия на перемещение влаги в грунтах подрельсового основания под влиянием температурного градиента и возникающего вследствие этого термоэлектрокинетического явления, рис.3. Это явление заключается в том, что при наличии температурного градиента в капиллярных анизотермических системах в пленочной воде возникает разность электрических потенциалов, под воздействием которой пленочная вода перемещается в сторону меньшей температуры [7]. Движущаяся пленочная вода, например, является естественным запором, препятствующим инфильтрации выпадающих жидких осадков, что приводит к переувлажнению грунта (см. рис.3). В частности, это является основной причиной сплывов и оползаний откосов насыпей при охлаждении грунта и выпадении жидких осадков осенью, а в последние два десятилетия - даже в отдельные зимы.


Рис.3. Миграция воды в зависимости от направления температурного градиента в разные времена года

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна


Рис.3. Миграция воды Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в зависимости от направления температурного градиента Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в разные времена года

I. Промерзание верхнего слоя, миграция воды из талой зоны и образование прослоев льда. II. Оттаивание и переувлажнение грунта. III. Прогрев верхних слоев и миграция воды вниз. IV. Остывание верхнего слоя и его переувлажнение:

1 - маловлажный грунт; 2 - переувлажненный грунт; 3 - мерзлый грунт


3. КЛАССИФИКАЦИЯ БАЛЛАСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ГРУНТОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

3.1. Балластные материалы и грунты земляного полотна следует классифицировать в соответствии с ГОСТ 25100-95 с дополнениями и изменениями, учитывающими специфику эксплуатируемых железных дорог. Требования к щебеночному балласту устанавливаются ГОСТ 7392-2002*. Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия [8].
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 54748-2011, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

3.2. К балластным материалам относятся:

щебеночный балласт (щебень) в балластном слое или призме;

асбестовый балласт в балластной призме;

гравийно-песчаный балласт в балластной призме.

К накопленным балластным материалам относятся:

загрязненный щебень ниже подошвы балластной призмы;

накопленный песчаный или гравийно-песчаный балласт;

асбестовый балласт, оставшийся невырезанным после замены на щебень;

балластные материалы (песок, гравийно-песчаный балласт, загрязненный щебень, асбестовый балласт) в балластных шлейфах на насыпях, в кюветах в выемках и на нулевых местах;

загрязненный щебень в валах на нулевых местах и в выемках;

засорители от глубокой очистки на откосах.

3.2. Балластные материалы и грунты земляного полотна с учетом особенностей эксплуатируемых линий классифицируют и выделяют:

балластные материалы - по размерам фракций, засоренности, истираемости и прочности;

крупнообломочные и песчаные - по степени дренирования;

скальные - по трещиноватости, блочности и способности к выветриванию - на слабовыветривающиеся, выветривающиеся и легковыветривающиеся; способность к выветриванию определяется литологическим составом, лабораторными испытаниями образцов при многократном увлажнении-высушивании, а в Северной климатической зоне (см. приложение 1 к настоящему руководству) - дополнительно замораживании-оттаивании с учетом результатов наблюдений за природными обнажениями и грунтовыми сооружениями в аналогичных условиях;

глинистые грунты - по гранулометрическому составу, засоленности, набухаемости, по склонности к морозному пучению, просадочности и чувствительности к вибродинамическому воздействию.

3.3. Грунты следует подразделять на скальные, залегающие в измененных естественных условиях в выемках, крупнообломочные, залегающие в виде аллювиальных и делювиальных отложений или россыпей, песчаные и глинистые, а также техногенные. К последним относятся природные образования (перемещенные или измененные, в том числе раздробленные скальные, включая балластные материалы) и отходы производства - металлургические шлаки, золошлаковые смеси, материалы породных отвалов, пригодные для работы в земляном полотне.

3.4. Особые разновидности грунтов, обладающие при определенных условиях специфически неблагоприятными для обеспечения стабильности земляного полотна свойствами, необходимо выделять в соответствии с п.6 настоящего руководства.

3.5. По гранулометрическому составу и числу пластичности глинистые грунты следует подразделять с учетом уточнения таблицы Б.12 ГОСТ 25100-95 в соответствии с табл.1.


Таблица 1

Разновидности глинистых грунтов

Число пластичности
Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Содержание песчаных частиц (2-0,05 мм), % по массе

Супесь:



песчанистая (легкая)

1<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна7

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна50

пылеватая

1<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна7

20-49

тяжелая пылеватая

1<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна7

<20

Суглинок:



легкий песчанистый

7<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна12

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна40

легкий пылеватый

7<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна12

<40

тяжелый песчанистый

12<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна17

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна40

тяжелый пылеватый

12<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна17

<40

Глина:



легкая песчанистая

17<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна27

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна40

легкая пылеватая

17<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна27

<40

тяжелая (жирная)

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>27

не регламентируется



3.6. Подразделение грунтов по относительной деформации пучения согласно таблице Б.27 ГОСТ 25100-95 для железнодорожного земляного полотна применять не следует.

3.7. К грунтам железнодорожного земляного полотна, подверженным морозному пучению, необходимо относить:

глинистые грунты (глины, суглинки, супеси);

легковыветривающиеся скальные грунты (сланцы, алевролиты, аргиллиты, мергели и другие) в зоне активного выветривания;

крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем;

пылеватые пески при насыщении их водой;

торфы и заторфованные грунты.

Крупнообломочные грунты следует относить к пучинистым при содержании в них частиц размером менее 0,1 мм в количестве равном или более 20%.

3.8. Просадочность грунтов при оттаивании вечной мерзлоты в основании насыпей следует подразделять на начальную и длительную.

Начальная просадочность реализуется при формировании нового квазистационарного температурного режима грунтов после сооружения земляного полотна в течение 3...8 лет преимущественно за счет вытаивания ледяных прослоев в основании.

Длительная просадочность является следствием реологических процессов - пластических деформаций, заключающихся в выдавливании глинистых грунтов основания, находящихся в слое толщиной 0,1...0,3 м ниже просевшей подошвы насыпи в текучем-текучепластичном состоянии, под действием собственного давления насыпи и вибродинамического воздействия поездов. Длительной просадочности подвержены все разновидности глинистых грунтов. Деформации характеризуются как осадки и расползание насыпей [3]. При этом векторы перемещений отдельных частей направлены вниз и в стороны от оси земляного полотна.

3.9. Основания насыпей на вечной мерзлоте по степени их деформативности при реализации начальной просадочности в ходе оттаивания следует подразделять на непросадочные, характеризуемые значением относительной осадки Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна0,03, малопросадочные, 0,03<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна0,1, просадочные, 0,1<Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна0,4, и сильнопросадочные Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>0,4.

3.10. Естественные основания железнодорожного земляного полотна в районах сезонного промерзания и вечной мерзлоты должны подразделяться на прочные, недостаточно прочные и слабые.

К прочным необходимо относить естественные основания, сложенные слабовыветривающимися и выветривающимися скальными грунтами, крупнообломочными, а также глинистыми твердыми и полутвердыми грунтами (последние преимущественно на сухом типе основания), табл.2.


Таблица 2

Тип основания

Характеристика основания

1. Сухое

Условия для поверхностного стока хорошие; глинистые грунты в верхнем слое толщиной до 1 м имеют влажность не более Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, грунтовые воды отсутствуют или залегают на глубине более 3 м от поверхности

2. Сырое

Условия для поверхностного стока плохие; грунты водонасыщенные песчаные и глинистые с влажностью в предморозный период до глубины 1 м Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна до Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; уровень грунтовых вод на глубине более 1 м от поверхности

3. Мокрое

Поверхностный сток отсутствует; глинистые грунты в предморозный период имеют влажность на глубине до 1 м равную Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и более; уровень грунтовых вод на глубине до 1 м; имеются выходы грунтовых вод на поверхность



К недостаточно прочным следует относить сырые и мокрые естественные основания согласно табл.2, включая основания с мелкобугристым рельефом на участках с насыпями высотой до 3 м; на этих основаниях вероятны неравномерные осадки насыпей и морозное пучение, превышающие допустимые нормы содержания пути.

К слабым необходимо относить мокрые (см. табл.2) естественные основания, сложенные торфами, илами, сапропелями или избыточно увлажненными глинистыми грунтами, в том числе на вечной мерзлоте просадочные всех типов (см. п.3.9). Насыпи на слабых основаниях могут иметь осадки, недопустимые по нормам содержания пути, а также терять устойчивость.

3.11. Для предупреждения деформаций земляного полотна на недостаточно прочном и слабом естественных основаниях должны проектироваться специальные противодеформационные мероприятия.

3.12. В противодеформационных, укрепительных и защитных конструкциях земляного полотна следует применять: дренирующие грунты, скальные раздробленные и дресвяно-щебенистые грунты слабовыветривающихся пород; асбестовые отходы; шлаки доменные гранулированные и котельные; торфы; камень.


4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БАЛЛАСТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

4.1. Физико-механические характеристики балластных материалов перед укладкой их в путь определяют в соответствии с данными таблицы 3. При этом руководствуются методиками, приведенными в ГОСТ 7392-2002. Щебень из плотных горных пород для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия [8], ТУ 32 ЦП-782-92*. Смесь песчано-щебеночная из отсевов дробления серпентинитов для балластного слоя железнодорожного пути. Технические условия [9], ГОСТ 8269.0-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. Методы физико-механических испытаний [10].
________________
* ТУ, упомянутые здесь и далее по тексту, являются авторской разработкой. За дополнительной информацией обратитесь по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

Таблица 3

Физико-механические характеристики балластных материалов, определяемые перед укладкой в путь

N
п/п

Характеристика

Вид балласта

Источник



Щебеночный балласт

Смесь песчано-щебеночная из отсевов дробления серпентинитов (асбестовый балласт)


1

2

3

4

5

1

Зерновой состав

1.1. Полный остаток на сите, % по массе





Размер сит: 70 мм

0

-

ГОСТ 7392-2002,
ТУ 32 ЦП-782-92



60 мм

до 5

-




40 мм

от 35 до 75

-




25 мм

от 95 до 100

до 20




10 мм

-

до 60




5 мм

-

от 3 до 75




0,5 мм

-

от 40 до 95




0,16 мм

от 99 до 100

-



1.2. Содержание в щебне зерен пластинчатой и игловатой формы, % по массе





Группа щебня: 1 группа

до 10 вкл.


ГОСТ 7392-2002



2 группа

св. 10 до 15 вкл. Допускается по согласованию сторон св. 15 до 18 вкл.

-


2

Прочность

2.1. По истираемости в полочном барабане:





марка

И 1


ГОСТ 7392-2002,
ТУ 32 ЦП-782-92


Потеря массы при испытаниях, % по массе

25

30



2.2. По сопротивлению удару на копре ПМ





марка

У 75

-


3

Содержание зерен слабых пород, % по массе

не более 5

-

ГОСТ 7392-2002


Морозостойкость



ГОСТ 7392-2002,
ТУ 32 ЦП-782-92, ГОСТ 8267-93


марка

не ниже F 50

не ниже F 25


4

Потеря массы после испытания, % по массе

не более 5

не более 10


5

Электроизоляционные свойства





Удельная электрическая проводимость, см/м

0,32

-

ГОСТ 7392-2002

6

Радиационно-гигиеническая оценка





Величина суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов, Бк/кг при применении:


-

ГОСТ 7392-2002


в населенных пунктах

740




вне населенных пунктов

св. 740 до 1500





4.2. При определении физико-механических характеристик балластных материалов в процессе эксплуатации пути, табл.4, устанавливают:

содержание в балластом слое частиц менее 25 мм;

коэффициент фильтрации:

пористость;

модуль деформации слоя;

характеристики балластных материалов для расчетов устойчивости балластной призмы (табл.5.)

Таблица 4

Физико-механические характеристики балластных материалов, определяемые в процессе эксплуатации

N
п/п

Характеристика

Щебеночный балласт

Смесь песчано-щебеночная из отсевов дробления серпентинитов (асбестовый балласт)

Источник

1

Зерновой состав





1.1 Содержание частиц менее 25 мм, %

не более 30

-

ЦПТ-53 [13]

2

Коэффициент фильтрации, м/сутки

не менее 10

-

[14] [15]

3

Пористость, %

не более 36-37

-

[16]

4

Модуль деформации слоя, МПа

не менее 80-100

-

[16]



Таблица 5

Физико-механические характеристики балластных материалов, определяемые для проведения расчетов устойчивости балластной призмы

N
п/п

Характеристика

Щебеночный балласт

Смесь песчано-щебеночная из отсевов дробления серпентинитов (асбестовый балласт)

Источник

1

Угол естественного откоса, град

42-45

71-90

[16] [17]

2

Угол внутреннего трения, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, град



[16] [18] [19]


чистого балласта

45-47

42



засоренного на 30%

40-42

-


3

Сцепление, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа





чистого балласта

0,02-0,025

не менее 0,015

[19] [20] [21]


засоренного на 30%

не менее 0,01

-




4.3. Содержание частиц размером менее 25 мм определяют по методике, изложенной в ЦПТ-16-77. Методические указания по обследованию балластного слоя [11]. При этом на участках, где применяется глубокая очистка щебня, проба отбирается на глубину 40...50 см; при отсутствии глубокой очистки глубина отбора проб ограничивается 25 см.

4.4. Коэффициент фильтрации определяется по следующим методикам.

4.4.1. Методика определения коэффициента фильтрации щебня.

Прибор для определения фильтрации (рис.4) состоит из круглого металлического цилиндра 1 со штуцерами 5 и 6 и двух кольцевых трубок 17 и 18, соединенных с внутренней полостью патрубками 19, 20, 21 и 22 внутренним диаметром 10 мм, имеющими в местах соединения с корпусом защитные сетки с ячейками размером 0,1 мм. Дно цилиндра опирается на четыре ножки 4, которые имеют винтовую нарезку для установки дна цилиндра в горизонтальное положение.

К штуцеру 6 диаметром 40 мм прикреплена резиновая трубка 8, отводящая воду из нижней части цилиндра 1 в сосуд 10.


Рис.4. Прибор для определения фильтрации

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна


Опорные ножки 4 условно не показаны

Рис.4


К штуцеру 5 диаметром 5 мм присоединен резиновый шланг 7, отводящий воду в сосуд 9. С помощью этой системы контролируют постоянство уровня воды в цилиндре 1.

К кольцевым трубкам 17 и 18, имеющим внутренний диаметр 10 мм, присоединяют градуированные стеклянные пьезометрические трубки 15 и 16.

В нижней части цилиндра 1 вмонтирован поддон 2 из нержавеющего металла с отверстиями диаметром 2...3 мм каждое и с общей площадью отверстий около 270 смРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Поверх поддона кладут марлю. Для заполнения водой цилиндра 1 служит бак 12 с резиновой трубкой 13 и зажимом 14. Бак 12 постоянно пополняют водой из водопровода. Исследуемый материал 3 помещают на поддон 2.

Проведение испытания

Нижнюю часть цилиндра 1 заполняют водой до поддона 2, соединяя для этого трубку 8 с трубкой 13.

Щебень загружают в цилиндр 1 слоями по 10...15 см с трамбованием до максимально возможной плотности и насыщают водой снизу.

Для насыщения слоя щебня водой по мере надобности открывают зажим 14 у водоподводящей трубки 13, одновременно наблюдая за уровнем воды в пьезометрических трубках 15 и 16. По окончании загрузки прибора исследуемым материалом до риски, расположенной на высоте 140 см от поддона 2, подачу воды снизу прекращают. Трубку 8 отсоединяют от трубки 13 и закрепляют на штативе 11 на уровне штуцера 5. Затем прибор дополнительно заполняют водой через верхнюю трубку 13 до уровня штуцера 5.

Перед испытанием проверяют правильность показаний пьезометрических трубок. Если трубка 8 закреплена на уровне штуцера 5, то движения воды через испытуемый материал быть не должно и вода в пьезометрических трубках 15 и 16 устанавливается на одном уровне.

Проверив работу пьезометров, трубку 8 закрепляют на штативе 11 на высоте примерно 100 см Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна от верха поддона 2. При этих условиях создается напор, вода начинает фильтроваться через слой щебня и пьезометрические трубки покажут разность уровней Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.

Для поддержания постоянного напорного градиента Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна открывают зажим 14 у водоподводящей трубки 13 таким образом, чтобы уровень воды в приборе сохранялся постоянным. При этом вода должна равномерно стекать через шланг 7 в сосуд 9 слабой струйкой или каплями.

После установления постоянного уровня воды в пьезометрических трубках 15 и 16, наблюдаемого в течение 5 мин, определяют разность уровней Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в сантиметрах и объем воды Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, профильтровавшейся за время Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна120 с через слой щебня в сосуд 10. Объем Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна измеряют с помощью мерного цилиндра.

Расход воды Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в мл/с

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.

Коэффициент фильтрации Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в м/сутки при фактической температуре воды, используемой для испытания, вычисляют по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (1)


где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - площадь поперечного сечения цилиндра 1 в смРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна;

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - напорный градиент;

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - расстояние между центрами кольцевых трубок 17 и 18, к которым прикреплены пьезометры; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - коэффициент для перевода коэффициента фильтрации из см/с в м/сутки.

Коэффициент фильтрации определяют три раза при значении высоты Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна от уровня закрепления трубки 8 на штативе 11 до поддона 2, равном 100, 60 и 20 см, и вычисляют среднее арифметическое значение результатов трех определений.

Полученный таким образом коэффициент фильтрации приводят к его значению Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна при температуре воды, равной 10 °С, по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна,

где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна 1,36; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - температурная поправка для фактической температуры воды Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна при испытаниях, вычисляемая по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.

Указанный метод используют для определения коэффициента фильтрации чистого и засоренного щебня.

4.4.2. Метод определения коэффициента фильтрации материала защитного слоя.

Коэффициент фильтрации материала защитного слоя определяют по схеме Каменского, в которой условия установившегося потока создаются за счет постоянства значения напорного градиента в течение всего испытания. Одним из вариантов приборов по этой схеме является трубка СпецГео (ГОСТ 25584-90. Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации [12]).

Прибор, используемый для испытания материалов защитного слоя, должен представлять собой цилиндрический сосуд с перфорированным дном, частично заполненный грунтом на высоту Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Перед началом опыта грунт в образце должен быть уплотнен до требуемых значений и насыщен водой. Насыщение производят путем подтапливания водой снизу для того, чтобы в образце не остался защемленный воздух. После того, как образец будет полностью насыщен, в трубку доливается вода до высоты Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Перфорированное дно обеспечивает свободное дренирование воды и уровень в трубке будет постепенно снижаться.

Диаметр сосуда принимают равным примерно 3,5 Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - значение размера для максимальных фракций материала защитного слоя, мм (Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна=35 мм). Высота сосуда должна быть не менее его диаметра. Замеры времени производят по секундомеру. Между грунтом и перфорированным дном укладывают фильтровальную бумагу, марлю или нетканый материал.

Необходимая масса грунта, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, г, в объеме цилиндра Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, смРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, при заданной плотности частиц грунта Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, г/смРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, вычисляется по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.

Если грунт не укладывается в заданный объем, его уплотняют трамбованием.

Проведение испытания для определения коэффициента фильтрации производят в следующем порядке: цилиндр, частично заполненный водой на высоту Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, погружают в большую емкость с водой. Постепенно доливая воду, доводят ее уровень в обоих сосудах сначала до значения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна (образец насыщен), затем до значения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна (над образцом образовался столб воды высотой Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна) . Поднимают вверх рабочий цилиндр с грунтом и фиксируют начало фильтрации, отмечая уровень воды и время. Когда уровень столба воды над грунтом достигнет Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, делают второй отчет времени (конец фильтрации). Определяют среднюю продолжительность фильтрации Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна по результатам нескольких замеров. Измеряют температуру воды.

Коэффициент фильтрации рассчитывается по формулам (1) и (2), см п.4.4.1. При этом принимают Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - напорный градиент; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - разность уровней воды, см, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - высота образца, см.

4.4.3. Метод определения коэффициента фильтрации асбестовых отходов (асбестового балласта), накопленных песчаных балластных материалов и грунтов земляного полотна.

Определение коэффициента фильтрации указанных материалов и грунтов производят в соответствии с требованиями ГОСТ 25584-83*. Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации [12].
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 25584-90, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

4.5. Ориентировочные значения коэффициентов фильтрации для различных видов грунтов приведены в табл.6.


Таблица 6

Значения коэффициента фильтрации, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Наименование материалов и грунтов

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, м/сутки

Щебень

>100

Асбестовый балласт (асбестовые отходы):



крупные

3-12


средние

2-3


мелкие

0,5-1,5

Песок средней крупности

5-20

Песок крупный

20-50

Гравий

30-100

Песок мелкий

1-5

Песок пылеватый

0,5-1,0

Супесь

0,10-0,50

Легкий суглинок

0,05-0,10

Тяжелый суглинок

<0,05

Лесс

0,25-0,50



4.6. Модуль деформации балластного слоя определяется штамповым методом. В состав установки для определения модуля деформации балластного слоя должны входить:

жесткий штамп, изготовленный из листовой стали толщиной 10 мм и размером 250х280 мм;

устройство для нагружения штампа (гидравлический домкрат, оборудованный манометром);

устройство для измерения осадок штампа (прогибомеры или мессуры часового типа).

Конструкция установки должна обеспечивать возможность нагружения штампа ступенями по 0,01...0,1 МПа, централизованную передачу нагрузки на штамп, постоянство давления на каждой ступени.

Прогибомеры для измерения осадки штампа должны быть закреплены на реперной системе. Они должны обеспечивать измерение осадок с погрешностью не более 0,1 мм.

Штамп с домкратом устанавливается на поверхность щебня в подрельсовом сечении после сдвижки шпалы в очищенный шпальный ящик. Подошва домкрата находится на штампе, а головка его упирается в подошву рельса.

После монтажа измерительной системы устанавливают показания приборов на нулевые деления (приборы своей измерительной частью опираются по четырем углам штампа) и прикладывают нагрузку на штамп. Нагрузку на штамп следует увеличивать ступенями давлений Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Общее количество ступеней давления должно быть не менее трех до достижения расчетных величин давления 0,325 МПа.

Каждую ступень давления необходимо выдерживать до условной стабилизации деформации образца (за критерий условной стабилизации крупнообломочных грунтов принимают скорость осадки штампа, не превышающую 0,05 мм за 5 мин). После условной стабилизации снимают показания осадки штампа. По достижении расчетной величины давления и определения осадки штампа, нагрузка снимается (без ступеней) до условной стабилизации остаточных деформаций. Показания осадки штампа при каждой ступени давления и после окончательной разгрузки записываются в журнал.

Для вычисления модуля деформации Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна строят график зависимости осадки от давления, откладывая по оси абсцисс значения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в масштабе 40 мм - 0,1 МПа давления Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, а по оси ординат - соответствующие им условно стабилизированные значения осадки Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна в масштабе 10 мм - 1 мм осадки штампа Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.

Модуль деформации Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа, вычисляют для участка графика от 0,3 Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна до 0,7 Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (3)


где: Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - коэффициент Пуассона, принимаемый для крупнообломочных грунтов равным 0,27; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - коэффициент формы площади штампа, принимаемый для данного размера штампа равным 1,02; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна250 мм: Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - приращение давления штампа, МПа, соответствующее осадке Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна3 мм.

При обработке результатов испытаний модуль деформации вычисляют с точностью до 1 МПа.

4.7. Определяемый штамповым методом модуль деформации балласта относится к слою до глубины 0,9 м ниже подошвы шпал.

Дополнительно к этим данным для слоя загрязненного щебня дифференцированно по степени его загрязнения мелкими частицами засорителей для ориентировочной оценки используют значения модуля деформации в соответствии с п.5.12.

4.8. Модуль деформации накопленных песчаных балластных материалов (песков, крупных и средней крупности), располагающихся в подшпальном основании, в зоне обочин и откосов, следует определять по данным электроконтактного динамического зондирования, п.3 [4, 5].

Значения модуля деформации песков, в том числе мелких и пылеватых, в земляном полотне в зависимости от условного динамического сопротивления Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна устанавливают по данным табл.7. Приведенные данные могут использоваться также для асбестовых отходов, аналогичных по крупности (см. п.4.1) указанным видам песков.


Таблица 7

Вид песков

Значение модуля деформации Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа, при Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа


2

4

6

8

10

12

14

16

18

Крупные

19

28

36

41

46

51

54

58

-

Средней крупности

15

24

30

36

42

45

49

53

56

Мелкие

12

20

25

30

34

37

40

43

45

Пылеватые

7

14

19

23

26

29

32

34

35



4.9. Угол внутреннего трения и сцепление определяют в стабилометрах или на сдвиговых приборах. При этом испытания щебеночного балласта проводятся в специализированных приборах с размерами, превышающими регламентированные для песчаных и глинистых грунтов ГОСТ 12248-96* [22].
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 12248-2010, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.

Определение угла внутреннего трения и сцепления асбестового балласта и накопленных песчаных балластных материалов проводят в соответствии с требованиями ГОСТ 12248-96 [22].

4.10. Значения угла внутреннего трения для накопленных песчаных балластных материалов (песок крупный и средней крупности), устанавливают по результатам электроконтактного динамического зондирования, выполняемого при инженерно-геологическом обследовании (см. п.3). Эти значения, а также значения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна для песков мелких и пылеватых, слагающих земляное полотно в подпшальном основании, в зоне обочин и на откосах принимают по данным табл.8 в зависимости от условного динамического сопротивления Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Приведенные данные используют также для асбестовых отходов соответствующей крупности.


Таблица 8

Вид песков

Значения угла внутреннего трения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, град, при условном динамическом сопротивлении Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа


2

4

6

8

10

12

14

16

18

Крупные и средней крупности

30

33

35

37

38

39

40

41

42

Мелкие

28

30

32

34

35

36

37

38

39

Пылеватые

26

28

30

31

32

33

34

35

36



4.11. Нормативные значения сцепления Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа, и угла внутреннего трения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, град, для накопленных песчаных балластных материалов (песок крупный и средней крупности) принимают по п.5.10, табл.19.

4.12. Из полученных различными методами (см. пп.4.8...4.11) значений модуля деформации, угла внутреннего трения и сцепления балластных материалов для использования при проектировании и выполнении расчетов принимают наименьшие значения.

4.13. Значения физико-механических характеристик балластных материалов для выполнения расчетов устойчивости балластной призмы принимают по данным табл.5.

4.14. Угол естественного откоса, характеризующий величину трения балластных материалов в сыпучем состоянии, принимается по результатам испытаний как качественный показатель стабильности откосной части и плеча балластной призмы.

Устройство для определения угла естественного откоса представляет собой ящик со стеклянными стенками. Для определения угла естественного откоса ящик ставят на ребро так, чтобы углы между плоскостью стола, стенкой ящика и его дном равнялись 45°. Затем в ящик насыпают испытываемый материал массой примерно 10 кг. После того, как материал насыпан, ящик осторожно ставят в нормальное положение и оставляют в покое на несколько минут. По прекращении осыпания материала измеряют катеты образовавшегося из материала треугольника и вычисляют угол естественного откоса по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна,

где: Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - высота, см; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - заложение, см.

4.15. Крупность асбестовых отходов характеризуют модулем крупности, который определяют по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (4)


где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - полные остатки на ситах с размером отверстий соответственно: 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25; 0,1 мм (ГОСТ 12536-79 [23]).

По модулю крупности асбестовые отходы подразделяют на крупные, средние и мелкие. Значения модуля крупности и соответствующие им максимальная молекулярная влагоемкость, максимальная плотность и оптимальная влажность (последние два показателя по ГОСТ 22733-77* [24]), приведены в табл.9 [25].
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ 22733-2002, здесь и далее по тексту. - Примечание изготовителя базы данных.


Таблица 9

Асбестовые отходы

Модуль крупности, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Максимальная молекулярная влагоемкость, %

Максимальная плотность, г/смРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Оптимальная влажность, %

Крупные

5,0-2,5

3-8

2,00-1,90

11-13

Средние

3,5-2,8

8-9

1,90-1,80

12-14

Мелкие

2,8-2,0

9-13

1,80-1,75

14-15



4.16. Средние значения высоты капиллярного поднятия для песчаных балластных материалов (песок крупный и средней крупности), а также мелких и пылеватых песков земляного полотна и асбестовых отходов принимают по данным табл.10.


Таблица 10

Вид балластных материалов и грунтов

Высота капиллярного поднятия, см

Песок: крупный

10


средней крупности

25


мелкий

40


пылеватый

100

Асбестовые отходы:



крупные

35


мелкие

45


средние

60



4.17. Пористость балластных материалов Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и коэффициент пористости Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна определяют из выражений:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (5)


Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (6)


где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - плотность частиц балластных материалов, т/мРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна; Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - плотность сухих (скелета) балластных материалов, т/мРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.

4.18. Значения физико-механических свойств балластных материалов по параметрам плотности, пористости и коэффициента пористости принимают ориентировочно по данным табл.11 [14, 25, 26].


Таблица 11

Показатели свойств

Щебень

Асбестовый балласт



Крупный и средний

Мелкий

Плотность частиц балластных материалов, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, т/мРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

2,72

2,71

2,67

Плотность сухих балластных материалов, Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, т/мРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

1,70-1,75

1,75-1,80

1,60-1,65

Пористость, %

35-37

34-35

38-40

Коэффициент пористости

0,55-0,60

0,50-0,55

0,62-0,67



4.19. Плотность балластных материалов (щебень, асбестовый балласт) определяют в пути методом замещения. Устанавливают плотность под подошвой шпалы после ее перегонки в шпальный ящик и в шпальном ящике на уровне подошвы шпалы в подрельсовом сечении. Плотность также может определяться на глубине 20 см от указанного уровня.

Непосредственно с поверхности под шпалой и с выровненной поверхности в шпальном ящике выбираются балластные материалы объемом примерно 3 дмРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна. Стенки и дно выемки (лунки) материала выстилаются тонкой полимерной пленкой, например, полиэтиленовой, и до уровня верха наливается вода, объем которой измеряется с точностью до 1%. Объем извлеченного материала определяют в цилиндрическом сосуде с водой, оборудованном пьезометром для определения уровня воды до и после полного погружения материала в воду.

Измерение объема извлеченного материала проводят после высушивания всей пробы для установления влажности в соответствии с ГОСТ 5180-84 [27] с учетом особенностей материала. По полученным данным получают значения плотности, пористости и коэффициента пористости.

При необходимости в соответствии с заданием указанные характеристики устанавливают ниже среза балластной призмы при глубокой очистке в слое загрязненного щебня.

4.20. Плотность накопленных балластных материалов в подшпальном основании устанавливают в сечении с наружной стороны рельса и в зоне обочины на расстоянии 2,9 м от оси пути.

Отбор проб проводят в закопушках после проходки слоя щебня методом режущего кольца в соответствии с ГОСТ 5180-84 или с помощью бурового стакана на штангах. В последнем случае используют стакан диаметром 75 мм для отбора проб. В пробу в стакане задавливают бюкс стандартного размера диаметром 48 мм, отбирая образец балластного материала. Определение плотности производят в соответствии с ГОСТ 5180-84.

С использованием бурового стакана устанавливают также плотность песчаных и глинистых грунтов земляного полотна (см. п.5).

4.21. Плотность сложения накопленных песчаных балластных материалов (песок крупный и средней крупности) с подразделением на плотные, средней плотности и рыхлые устанавливают по результатам электроконтактного динамического зондирования (см. п.2). Эти характеристики, включая пески мелкие и пылеватые земляного полотна, приведены в табл.12. Совместно с параметрами плотности по условному динамическому сопротивлению в табл.12 приведены коррелирующиеся данные по коэффициенту пористости Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна.


Таблица 12

Вид песков

Плотность сложения


плотные

средней плотности

рыхлые

По условному динамическому сопротивлению Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, МПа

Крупные и средней крупности

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>12,5

12,5Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна3,5

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна<3,5

Мелкие маловлажные

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>11

11Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна3

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна<3

Мелкие водонасыщенные и пылеватые

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>10

10Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна2,5

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна<2,5

По коэффициенту пористости Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Крупные и средней крупности

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна<0,55

0,55Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна0,7

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>0,7

Мелкие

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна<0,6

0,6Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна0,75

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>0,75

Пылеватые

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна<0,6

0,6Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна0,8

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна>0,8



4.22. Требуемую плотность сухого асбестового балласта и накопленных балластных материалов (песок крупный и средней крупности) Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна следует определять по формуле:

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (7)


где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - максимальная плотность сухого грунта, г/смРуководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, определяемая по методу стандартного уплотнения (ГОСТ 22733-77 [24]); Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна - минимальный коэффициент уплотнения, принимаемый по табл.13.


Таблица 13

Классы путей

Значения коэффициента Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна


В подшпальном основании

В зоне обочин

1-2

1,0

0,95

3

0,98

0,95

4

0,95

0,92

5

0,92

0,90



4.23. Показатели максимальной плотности и оптимальной влажности асбестового балласта и накопленных балластных материалов (песок крупный и средней крупности) определяют методом стандартного уплотнения (ГОСТ 22733-77) с использованием прибора Союздорнии.

Уплотнение балластных материалов в приборе производится ударами груза массой 2,5 кг с высоты 30 см. Прибор заполняется в три приема, каждый раз на 1/3 высоты. Количество ударов должно быть равно 25х3=75. Общая высота образца равна 127 мм, диаметр - 100 мм. Образец уплотняют 4...6 раз с последовательным увеличением влажности. Пробы для определения влажности по ГОСТ 5180-84 отбирают в нижней, средней и верхней частях образца.

По полученным значениям плотности Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и влажности Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна строят кривую стандартного уплотнения Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, устанавливая по ней оптимальную влажность.

Для балластных материалов, а также для грунтов защитного слоя под балластной призмой, содержащих от 5 до 40% частиц размером более 5 мм, максимальную плотность Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна и оптимальную влажность Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна определяют расчетным способом по формулам

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (8)


Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна, (9)


где Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Доступ к полной версии этого документа ограничен

Ознакомиться с документом вы можете, заказав бесплатную демонстрацию систем «Кодекс» и «Техэксперт».

Что вы получите:

После завершения процесса оплаты вы получите доступ к полному тексту документа, возможность сохранить его в формате .pdf, а также копию документа на свой e-mail. На мобильный телефон придет подтверждение оплаты.

При возникновении проблем свяжитесь с нами по адресу uwt@kodeks.ru

Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Название документа: Руководство по определению физико-механических характеристик балластных материалов и грунтов земляного полотна

Номер документа: ЦПИ-36

Вид документа: Информационный материал

Принявший орган: Открытое акционерное общество "Российские железные дороги"

Статус: Действующий

Опубликован: / ОАО "РЖД". - М.: Издательство Центра внедрения новой техники и технологий "Транспорт" МПС РФ, 2005 год
Дата принятия: 30 января 2004

Заказать демонстрацию

Этот документ входит в профессиональную справочную систему «Техэксперт: Нефтегазовый комплекс». Узнать больше о системе