CC BY
190
УДК 625.033
А. Ф. Колос, И. С. Козлов, В. А. Вишняков
Петербургский государственный университет путей сообщения
ЭФФЕКТИВНОСТЬ УКРЕПЛЕНИЯ ОСНОВНОЙ ПЛОЩАДКИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПОЛИФИЛИЗАТОРАМИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ
Приведены результаты технической эффективности укрепления основной площадки железнодорожного земляного полотна полифилизаторами.
полифилизаторы, укрепление основной площадки земляного полотна, строительство железных дорог.
Введение
Земляное полотно железных дорог характеризуется прочностью и де-формативностью. Для соблюдения указанных характеристик необходимо знать величины напряжений, возникающих в грунтах земляного полотна при прохождении подвижного состава, а также характер их распределения. Исследования напряженного состояния железнодорожного земляного полотна неоднократно проводились для типовых конструкций пути и на сегодняшний день есть все достоверные данные, необходимые для обоснованного проектирования конструкции насыпей и выемок [1-7].
В настоящее время отсутствуют данные о величине напряжений и о том, как при движении подвижного состава перераспределяются вертикальные напряжения в земляном полотне, на основной площадке которого имеется защитный слой укрепленного полифилизаторами из грунта и выполненный по технологии организации ООО «МД-системы», т. е. не определена техническая эффективность применения конструкции.
Были проведены экспериментальные исследования с целью выявления характера распределения вертикальных напряжений в земляном полотне под слоем грунта, укрепленного полифилизаторами.
Измерение вертикальных напряжений выполнялось при движении опытного подвижного состава, состоящего из локомотива ВЛ 80 и вагонов с различной нагрузкой на ось. Испытания по воздействию подвижного состава на путь проводились на экспериментальном железнодорожном кольце ВНИИЖТа (ст. Щербинка) в декабре 2011 г. и в октябре 2012 г.
22
Исследование характера распределения вертикальных напряжений осуществлялось при помощи измерительных приборов - мессдоз с гидропреобразователем, установка которых под слой грунта, укрепленного полифилиза-торами, производилась в процессе подготовки к испытаниям по воздействию опытного железнодорожного состава на путь.
На рис. 1 показана схема установки датчиков давления на экспериментальном участке в теле земляного полотна под укрепленным слоем грунта.
Рис. 1. Схематический поперечный профиль с местами установки датчиков давления (мессдоз) в теле земляного полотна под укрепленным слоем грунта
на экспериментальном участке
Основная площадка земляного полотна укреплена слоем глинистого грунта, перемешанного со специальными добавками полифилизаторами и уплотненного катками. Слой грунта, укрепленного полифилизаторами, имеет ширину 5 м и толщину 0,4 м.
Земляное полотно представляет собой нулевое место. Мессдозы установлены на глубине 1 м от подошвы шпалы: 0,5 м - щебень; 0,4 м - укрепленный слой; 0,1 м - заглубление датчиков в целях безопасности.
Распределение вертикальных напряжений в земляном полотне под слоем грунта, укрепленным полифилизаторами, при проходе грузового вагона с нагрузкой 23 т/ось и со скоростью 60 км/ч в декабре 2011 г. представлено на графике на рис. 2.
По результатам анализа рис. 2 видно, что в декабре 2011 г. максимальные вертикальные напряжения под укрепленным слоем грунта на глубине 1 м от подошвы шпалы регистрируются в сечении по оси пути и составляют при проходе опытного грузового поезда 0,2 кг/см2.
Вертикальные напряжения под укрепленным слоем грунта в подрельсовом сечении (со смещением на 0,1 м наружу колеи) и на расстоянии 1,55 м от оси пути ниже, чем по оси пути, и составляют 0,17 кг/см2 и 0,13 кг/см2
23
I
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
— — Расста — яние, м —
0,13
0,17
0,20
0,20 кг/см2 по оси ж.-д. пути;
0,17 кг/см2 на расстоянии 0,9 м от оси ж.-д. пути; 0,13 кг/см2 на расстоянии 1,55 м от оси ж.-д. пути
Рис. 2. График распределения вертикальных напряжений под слоем грунта, укрепленным полифилизаторами (декабрь 2011 г.)
соответственно (что составляет соответственно 85 и 65 % от вертикальных напряжений, проявляющихся под укрепленным слоем грунта по оси пути).
Распределение вертикальных напряжений в земляном полотне под слоем грунта, укрепленным полифилизаторами, при проходе грузового вагона с нагрузкой 23 т/ось и со скоростью 60 км/ч в октябре 2012 г. представлено на графике рис. 3.
I
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
— — Расста — яние, м —
0,09
И0,21 0,20
0,21 кг/см2 по оси ж.-д. пути;
0,20 кг/см2 на расстоянии 0,9 м от оси ж.-д. пути; 0,09 кг/см2 на расстоянии 1,55 м от оси ж.-д. пути
24
Рис. 3. График распределения вертикальных напряжений под слоем грунта, укрепленным полифилизаторами (октябрь 2012 г.)
В октябре 2012 г. максимальные вертикальные напряжения под укрепленным слоем грунта на глубине 1 м от подошвы шпалы регистрируются в сечении по оси пути и составляют при проходе опытного грузового поезда 0,21 кг/см2.
Вертикальные напряжения под укрепленным слоем грунта в подрельсовом сечении (со смещением на 0,1 м наружу колеи) и на расстоянии 1,55 м от оси пути ниже, чем по оси пути, и составляют 0,20 кг/см2 и 0,09 кг/см2 соответственно (что составляет соответственно 95 и 43 % от вертикальных напряжений, проявляющихся под укрепленным слоем грунта по оси пути).
Анализ рис. 2 и 3 показывает, что при устройстве на основной площадке земляного полотна слоя грунта, укрепленного полифилизаторами, вертикальные напряжения под укрепленным слоем характеризуются равномерностью распределения.
Сравнение результатов, полученных в декабре 2011 г. и в октябре 2012 г., показывает, что через десять с половиной месяцев с момента первых измерений напряженное состояние земляного полотна под слоем грунта, укрепленным полифилизаторами, практически не изменилось.
На рис. 4 представлено сопоставление распределения усредненных вертикальных напряжений в земляном полотне, основная площадка которого укреплена полифилизаторами (по результатам измерений в декабре 2011 г. и в октябре 2012 г.), с распределением вертикальных напряжений в земляном полотне без укрепленного слоя. Сопоставление производилось с результатами отечественных исследований напряженного состояния железнодорожного земляного полотна при конструкции верхнего строения пути на балласте без укрепления основной площадки земляного полотна [3, 5].
Рис. 4. График распределения усредненных вертикальных напряжений в земляном полотне на глубине 1 м под шпалой под слоем грунта, укрепленным полифилизаторами (7) и без укрепленного слоя (2)
25
Из графика на рис. 4 видно, что при укреплении грунта добавками-поли-филизаторами меняется как качественная, так и количественная картина. Если для пути без укрепления основной площадки на глубине 1 м под подошвой шпалы максимальные напряжения фиксируются в подрельсовом сечении, а минимальные - по оси пути, то при усилении грунтов основной площадки путем добавки полифилизаторов максимумы напряжений измерены по оси пути, а минимумы - в сечении у торца шпалы.
Если в традиционной конструкции на глубине 1 м под подошвой шпалы вертикальные напряжения в подрельсовом сечении составили 0,29 кг/см2, то при укреплении грунтов основной площадки полифилизаторами - 0,19 кг/см2, т. е. снижаются в 1,5 раза. Снижение напряжений наблюдается и в сечении у торца шпалы с 0,18 до 0,11 кг/см2, т. е. в 1,6 раза. Снижение напряжений в подрельсовом сечении и в сечении у торца шпалы привело к росту вертикальных напряжений по оси пути с 0,10 кг/см2 при классической конструкции до 0,20 кг/см2 при изучаемой конструкции, или в 2 раза.
Заключение
Оценка напряженного состояния земляного полотна в декабре 2011 г. (после двух месяцев эксплуатации) и в октябре 2012 г. (после 13 месяцев эксплуатации) показывает, что характер распределения и уровень вертикальных напряжений с течением времени и наработкой тоннажа не изменился. Полученные величины напряжений в декабре 2011 г. и в октябре 2012 г. хорошо коррелируют друг с другом.
В целом, исследования показали высокую техническую эффективность укрепления грунта основной площадки земляного полотна полифилизато-рами. Высокая эффективность обоснована тем, что в земляном полотне под слоем грунта, укрепленного полифилизаторами, вертикальные напряжения распределяются более равномерно, чем при аналогичной конструкции верхнего строения пути без укрепления основной площадки.
В результате устройства слоя грунта, укрепленного полифилизаторами, нижележащие грунты земляного полотна оказываются равномерно загруженными.
Библиографический список
1. Исследование напряженного состояния грунтов выемок на магистральной линии при проходе поездов / Г. Н. Жинкин, Г. М. Стоянович // Сб. научн. тр. ХабИИЖТ. - Хабаровск, 1984. - Вып. 50. - С. 43-48.
2. Расчет несущей способности земляного полотна в особой точке с использованием интегрирования : сборник научных трудов Sworld по материалам Международной
26
научно-практической конференции / И. С. Козлов, Д. В. Крюковский. - 2011. - Т 2, № 4. -С.24a-29.
3. Противодинамическая стабилизация железнодорожного земляного полотна путем цементации грунтов основной площадки : автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. Ф. Колос. - СПб., 2000. - 180 с.
4. Усиление земляного полотна геосинтетическими материалами / А. В. Петряев // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. - 2010. - Т 37, № 1. - С. 109-113.
5. Прочность и деформативность железнодорожного земляного полотна из глинистых грунтов, воспринимающих вибродинамическую нагрузку : автореф. дис. ... д-ра техн. наук / И. В. Прокудин. - М. : МИИЖТ, 1983. - 41 с.
6. Натурные исследования напряженного состояния земляного полотна скоростной железной дороги: Механика земляного полотна и оснований : сб. научн. тр. / И. В. Прокудин. - Днепропетровск : ДИИТ, 1986. - С. 13-19.
7. Напряженное состояние основной площадки земляного полотна, усиленной геосинтетическими материалами : материалы научн.-техн. конф. «Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта» / И. В. Прокудин, Л. С. Блажко, А. Ф. Колос. -Екатеринбург : УрГУПС, 2003. - С. 408-412.
© Колос А. Ф., Козлов И. С., Вишняков В. А., 2013
27
