CC BY
40UDC 625.122
CALCULATION OF THE STABILITY OF THE EMBANKMENT AND STRENGTHENING OF THE SLOPES OF THE ROADBED USING GEOSYNTHETIC MATERIALS
Kuvandik LESOV*, candidate of technical sciences, associate professor
Sherzod TADJIBAEV, basic doctoral student
Ahmadjan MAVLANOV, engineer
Muhamedali KENJALIEV, аsssistant
Tashkent state transport university
1, Temeryo'lchilar st., Tashkent, 100167, Uzbekistan
*Tel. +998 (71) 299-03-80; mob. +998 (90) 876- 19-63
*E-mail: [email protected]
Abstract. The results of the calculations performed by the method of G. M. Shakhunyants, as well as the software "GEO 5" and "Plaxis 2D". The effectiveness of the use of geosynthetic materials to strengthen the structure of the embankment allows us to speak about the feasibility of strengthening the structure of the roadbed erected from fine sand on the railway lines of Uzbekistan. The results of experimental studies on strengthening the slopes of the roadbed on the Bukhara - Misken railway line are presented.
Keywords: roadbed, embankment, stability coefficient, calculation, methodology, experiment, geosynthetic material, geotextile, geogrid.
UO'K 625.122
GEOSINTETIK MATERIALLARNI QO'LLAGAN XOLDA yeR POLOTNASI QIYALIKLARINI MUSTAXKAMLASH VA KO'TARMA USTIVORLIGINI (TURG'UNLIGINI) HISOBLASH
Kuvandik LESOV*, t.f.n., dotsent Sherzod TADJIBAYEV, tayanch doktorant Axmadjan MAVLANOV, injener Muxamedali KENJALIYEV, assistent, Toshkent davlat transport universiteti 100167, O'zbekiston, Toshkent,Temiryo'lchilar ko'ch.,1 *Tel. +998 (71) 299-03-80; mob. +998 (90) 876- 19-63 *E-mail: [email protected]
Annotatsiya.Ko'tarmaning barqarorligini tahlil qilish «GEO 5» i «Plaxis 2D» dasturiy ta'minotlarida Prof. G. M. SHaxunyans va hisob-kitoblar usuli yordamida nazariy hisob-kitoblar orqali amalga oshirilgan. O'zbekiston temir yo'llarida mayda qumdan bunyod etilgan ko'tarma konstruksiyasini mustahkamlash uchun geosintetik materiallardan foydalanish samaradorligini texnik-iqtisodiy asoslari haqida so'z yuritilgan. Buxoro-Misken temir yo'l liniyasidayer polotnosi qiyaliklarini mustahkamlash bo'yicha tajriba ishlari natijalari keltirilgan.
Kalit so'zlar: yer polotnosi, ko'tarma, ustivorlik koeffitsiyenti, xisob kitoblar, metodika, geosintetik materiallar, geotekstil, geopanjara.
УДК 625.122
РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ НАСЫПИ И УКРЕПЛЕНИЕ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
Кувандик ЛЕСОВ*, к.т.н., доцент Шерзод ТАДЖИБАЕВ, базовый докторант Ахмаджан МАВЛАНОВ, инженер Мухамедали КЕНЖАЛИЕВ, ассистент, Ташкентский государственный транспортный университет 100167, Узбекистан, Ташкент, ул. Темирйулчилар, 1 *Тел. +998 (71) 299-03-80; mob. +998 (90) 876- 19-63 *E-mail: [email protected]
Аннотация: Проведен анализ устойчивости насыпи путем теоретических расчетов методом проф. Г.М. Шахунянц и расчетов в программных обеспечениях «GEO 5» и «Plaxis 2D». Эффективность применения геосинтетических материалов для усиления конструкции насыпи позволяют говорить о целесообразности усиления конструкции земляного полотна, возводимой из мелких песков на железнодорожных линиях Узбекистана. Приведены результаты экспериментальных исследований по укреплению откосов земляного полотна на железнодорожной линии Бухара - Мискен.
Ключевые слова: земляное полотно, насыпь, коэффициент устойчивости, расчет, методика, эксперимент, геосинтетический материал, геотекстиль, георешетка.
1. ВВЕДЕНИЕ
В Узбекистане, в результате проводимой государственной политики в транспортной сфере, осуществлена масштабная работа по организации эффективной системы транспорта, обеспечивающей запросы экономики и населения в транспортных услугах всеми видами транспорта. Наиболее важными задачами перед железнодорожным транспортом ближайшей перспективе является расширение транспортно-дорожной сети, дальнейшее совершенствование железнодорожного транспорта, повышение скоростей движения и нагрузки на ось. При дальнейшем развитии транспорта нагрузки на ось локомотивов могут увеличиться до 300 кН, а нагрузки на ось вагонов - до 250кН. Растут и скорости движения поездов.
В последние годы осуществлялось строительство новых железных дорог в центральных и северозападных районах Республики. Сложности строительства в этих районах сопряжены с суровым климатом, сложными геологическими и гидрогеологическими условиями. Трассы этих дорог большей частью пролегают по пустыням. Учитывая отсутствие грунтов с характеристиками, способствующими повышению устойчивости земляного полотна, отсыпку насыпей в основном осуществляли и будут в дальнейшем осуществлять распространенными в этих районах мелкими и пылеватыми песками.
Согласно Указу Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017 года №УП-4947 Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах [1] предусматривается реализация проектов транспортно-коммуникационной инфраструктуры, освоение принципиально новых технологий, широкое внедрение в производство энергосберегающих технологий. Эффективное решение этих сложнейших задач невозможно без совершенствования инновационных направлений в железнодорожном строительстве.
2. ОБОСНОВАНИЕ ПРОБЛЕМЫ И АКТУАЛЬНОСТЬ
Низкая прочность и устойчивость конструкции насыпей из мелких и пылеватых песков связана с физико-механическими свойствами грунта. Процесс снижения прочности земляного полотна из мелких песков и нарушения устойчивости откосов, отсыпанных мелкими песками, при воздействиях от подвижного состава недостаточно изучен. На многих участках существующих путей наблюдается большое количество деформации в земляном полотне. А в связи с поставленной задачей увеличения грузопотока, на данный момент необходимо разрабатывать новые конструкции земляного полотна или усиление существующих современными технологиями и материалами, которые обеспечивают требуемую устойчивость конструкции. При проектировании усиления грунтов земляного полотна нужно выполнить оценку зон необходимого армирования, определить их расположение с учетом напряженно-деформированного состояния (НДС) грунтового массива [2, 3]. Вместе с тем выбор типа, оценка и обеспечение устойчивости насыпи земляного полотна является актуальным и требует комплексного подхода [4, 5].
3. АНАЛИЗ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Мероприятия, в результате которых обеспечивается надежная эксплуатация железнодорожных инфраструктурных объектов, могут быть реализованы при капитальном ремонте или новом строительстве. Одним из приоритетных вопросов является разработка и внедрение способов усиления земляного полотна железных дорог [6]. Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна, возводимого из мелких песков в сложных инженерно-геологических условиях, может оказаться более существенным с точки зрения работоспособности и транспортно-эксплуатационной надежности конструкции, чем получение единовременной экономии средств. Мировой опыт применения геосинтетических материалов показывает на их универсальность (обширное поле применения), экономичность (снижение затрат на строительство и эксплуатацию, экономию строительных материалов, сокращение сроков производства работ), экологичность (сокращение использования природных ресурсов) [7-10].
Результаты расчета коэффициента запаса устойчивости методом Г.М.Шахунянц [11] и программными обеспечениями «GEO 5» и «Plaxis 2D» приведены на рис. 1.
(¡Н05 Р1а:ш 2Б
■ Без геотекстиля ■ С укладкой геотекстиля
Рис. 1. Диаграмма сравнения результатов расчёта коэффициента устойчивости насыпи высотой 3 метра
Сотрудниками Ташкентского государственного транспортного университета (ТГТУ) проведены исследования по теме «Ресурсосберегающие конструкции и организационно-технологические решения усиления земляного полотна скоростных и высокоскоростных железных дорог» на основе хозяйственного договора с управлением стратегического развития АО «УТЙ». Известно, что в любой сфере перед применением на практике новых инновационных технологии проводятся теоритеческие и экспериментальные исследования. Экспериментальные исследования по применению современних энергосберегающих и ресурсосбергающих материалов для укрепления откосов земляного полотна проведены на перегоне Кийикли - Хизирбобо км 4199 ПК 1 железнодорожной линии Бухара - Мискен.
4. ЭКСПЕРИМЕНТЫ
Экспериментальные исследования проведены по разработанной «Программе и методике экспериментальных исследований по укреплению откосов земляного полотна железных дорог». Разработанная программа и методика согласована соответствующими службами и утверждена и. о. председателем правления АО «Узбекистон темир йуллари». Местом экспериментальных исследований выбран перегон Кийикли -Хизирбобо железнодорожной линии Бухара - Мискен. На основе проектных данных изучены и анализированы природно-климатические и грунтовые характеристики выбранного участка.
Проведены исследования прочностных и фильтрационных характеристик геосинтетических материалов для оценки их пригодности в качестве геосотовых прорезных конструкций. По результатам конкурсного отбора для проведения эксперимента были приняты геосинтетические материалы, производимые ООО «ОБОТБХТТЬБ".
Комплексные многовариантные исследования и эксперименты по совершенствованию существующих и разработке новых конструкций земляного полотна выполнены на основе приказа и.о. председателя правления АО «Узбекистон темир йуллари» от 29 октября 2020 года № 729-Н «О проведении экспериментальных исследований по укреплению откосов земляного полотна на участке ж.д. линии Бухара-Мискен». Экспериментальные исследования были проведены в период 7-12 ноября 2020 года сотрудниками ТГТУ согласно «Программа и методика экспериментальных исследований по укреплению откосов земляного полотна железных дорог».
Наиболее сложными процессами в технологии укрепления геосотовыми конструкциями являются процессы укладки и уплотнения грунта. В зависимости от объёмов работ по противоэрозионной защите, сложности конструкции и свойств материала засыпки - можно применять либо ручную, либо механизированную технологию производства работ [12].
Технологическая последовательность (этапы) проведения экспериментов на перегоне Кийикли -Хизирбобо км 4199 ПК 1:
• процесс укладки гетекстиля на откосы земляного полотна (рис. 2);
• процесс заполнения местным грунтом ячеек георешеток с паралельным посевом семян песколюбивых трав (рис. 3).
Известно, что растительный слой защитит грунты от эрозии. То есть грунт с помощью растительного слоя будет связываться взаимно.Содержит от рассыпания частиц грунта. На барханных песках эти процессы происходят сложно. На развитие растений в песчаных пустынях угнетающе действуют следующие факторы: дефицит атмосферных осадков, высокие летние температуры воздуха и поверхности почвы, подвижность песчаного субстрата, бедность песков питательными веществами, иногда сильная засоленность поверхностных горизонтов песка. В результате длительного воздействия этих факторов у растений выработались различные формы приспособления. Благодаря им растительность поселяется на песках, закрепляя их.
Рис. 3. Процесс укладки георешеток и заполнения местным грунтом ячеек с паралельным посевом семян песколюбивых трав (перегон Кийикли - Хизирбобо км 4199 ПК 1)
Преимущественно характерные формы приспособления растительности, следующие:
• сильно разветвленные и длинные корневые системы, распространяющиеся почти горизонтально в поверхностных горизонтах песка на расстояние до 20-30 м;
• сильное изменение листьев, иногда они заменены ассимиляционными веточками;
• способность к сокращению испаряющей поверхности путем сбрасывания в летнее время части листьев и ассимиляционных веток или путем замены крупных листьев более мелкими.
Процесс длительного приспособления растений способствовал выработке различных жизненных форм. Наиболее характерные из них следующие:
a) кустарники;
b) полукустарники;
ф травянистые многолетние растения с длительным периодом вегетации;
d) травянистые многолетние растения-эфемероиды;
е) травянистые однолетние растения с длительным периодом вегетации;
однолетние растения-эфемеры На экспериментальном участке с целью укрепления откосов земляного полотна железной дороги применены геосинтетические материалы с посевом следующих песколюбивых растений: кандым, мятлик луковичный, верблюжья колючка, илок, донашур и черкез Рихтера.
Проведение мониторинга экспериментального участка позволяет увидет произрастание семян трав на откосах земляного полотна железной дороги (рис.4, 5).
Рис. 4. Произрастание семян трав в ячейках георешеток (перегон Кийикли - Хизирбобо км 4199 ПК 1)
Рис. 5. Общий вид произрастания семян трав в ячейках георешеток (перегон Кийикли - Хизирбобо км 4199 ПК 1)
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Теоретические расчеты и анализ существующих конструкций насыпи, применяемые в проектировании и строительстве железных дорог, проходящих через пустынные и степные районы Узбекистана, показали, что данные конструкции не обеспечивают требуемую устойчивость. А наблюдения на участках существующих железнодорожных линий подтверждают эти расчеты возникновением осадков на основной площадке земляного полотна.
2. Рассмотренный метод усиления конструкции насыпи с использованием геоматериалов дал улучшение теоретических результатов. Коэффициенты устойчивости повысились до 25% и превысили требуемое нормативное значение. Эти расчеты показывают эффективность применения геосинтетических материалов для усиления конструкции насыпи, возводимой из мелких песков, и позволяют говорить о целесообразности усиления конструкции земляного полотна на железнодорожных линиях Узбекистана.
3. Разработана «Программа и методика экспериментальных исследований по укреплению откосов земляного полотна железных дорог» для обеспечения технического состояния земляного полотна железных дорог;
4. Разработана технология по укреплению откосов земляного полотна с применением перспективных геосинтетических материалов;
5. Определены эффективности применения инновационных материалов и конструкции объектов земляного полотна.
6. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Указ Президента Республики Узбекистан от 7 февраля 2017 года № УП-4947 Стратегия действий по пяти приоритетным направлениям развития Республики Узбекистан в 2017-2021 годах. [In Russian: Decree of the President of the Republic of Uzbekistan dated February 7, 2017 No. UP-4947 Action Strategy for five priority areas of development of the Republic of Uzbekistan in 2017-2021.]
2. Lanis А. L. Reinforcement of the main roadbed of a high embankment with the pressure injection of solidifying solutions. // Bulletin The Siberian Transport University № 3 (50), 2019 July - September, P.38-46
3. Lanis А. L The results modeling the operated railroad sub grades under the pressure injection of solidifying grouts //Bulletin The Siberian Transport University № 3 (46), 2018 July - September, P.43-50
4. Лесов К.С., Таджибаев Ш., Кенжалиев М.К. Технология укрепление откосов земляного полотна железных дорог из песчаных грунтов с применением геосинтетических материалов Проблемы архитектуры и строительства (научно-технический журнал) №4, 2019, Самарканд, СамГАСИ, С. 15-18. [In Russia: Lesov, K.S., Kenjaliev,M.K., Tadjibaev, Sh. А. Technology of strengthening of ralway of sandy soils with application of geosynthetic materials // Promlems of architecture and construction Scientific and technical magazine. Samarkand. No 4, 2019].
5. Лесов К.С., Кенжалиев М.К., Таджибаев Ш.А. Определение устойчивости насыпи земляного полотна железных дорог, возведенного из мелких песков/ Международная научно-техническая конференция «Глобальное партнерство - как условие и гарантия устойчивого развития» II том. Ташкент, 21-23 ноября 2019. С. 248-252.
6. Lanis А. L Methods of subgrade reinforcement by injection//Journal of Transsib Railway Studies. Scientific and technical journal. № 3 (27), 2016 P.117-124
7. Закиров Р. С., Омаров А.Д. Противодеформационное укрепление земляного полотна из песчаного грунта в Казахстане. Алматы: <^ылым», 1999- 164 с. [In Russian: Zakirov, R.S., Omarov A.D., Anti-deformation strengthening of the sandy soil roadbed in Kazakhstan. Almaty, 1999]
8. Лесов К.С., Мирахмедов М.М., Таджибаев Ш.А. Мировой опыт применения геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна. Архитектура. Строительство. Дизайн. Научно-практический журнал. №2, 2019. Ташкент. ТАСИ. С. 194-197. [In Russian: Lesov, K.S., Mirakhmedov M.M., Tadjibaev, Sh. А World experience in the use of geosynthetic materials in the construction of the roadbed//The Scientific -Practice Journal of Architecture, Construction and Design. Tashkent, No 2, 2019].
9. ОДМ 218.5.005-2010 Классификация, термины, определения геосинтетических материалов применительно к дорожному хозяйству [In Russian: IRD 218.5.005-2010 Classification, terms, definitions of geosynthetic materials in relation to road management. Russia,2010]
10. ISO 10318:2005 Geosynthetics-Terms and definitions
11. Шахунянц Г.М. Железнодорожный путь: учебник для вузов ж.-д. трансп. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 1987. - 479 с. [ In Russian: Shakhunyants, G.M. Railway track. Moscow,1987]
12. Lesov, K.S., Tadjibaev, Sh. А., Kenjaliev, M.K. Experimental researches on strengthening the slopes of the roadbed with geomaterials on the experimental section of the Bukhara - Misken railway line. Journal NX. Vol. 7, Issue 2, February 2021, Pune, India.
