СПОСОБ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА
METHOD TO STRENGTHEN SLOPES OF EARTH BED

Предлагаемое изобретение относится к области транспортного строительства и может быть использовано для укрепления откосов и основной площадки земляного полотна на участках с балластными углублениями. Формирование и развитие балластных углублений основной площадки сопровождается накоплением воды в теле земляного полотна, что может привести к сползанию откоса и потере устойчивости грунтового массива.
Известны способы ликвидации балластных углублений планировкой или заменой грунтов основной площадки. Такие меры являются весьма эффективными, однако они связаны со значительными финансовыми потерями, так как требуют закрытия движения на перегоне.
Известен способ ремонта земляного полотна, при котором осуществляют отвод накопленной в земляном полотне воды посредством устройства дренажных скважин [Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. Под ред. А.Ф. Подпалого, М.А. Чернышева, В.П. Титова. - М., Транспорт, 1987. - С.254-255].
Среди недостатков способа следует выделить самотечное удаление воды, не позволяющее осушить балластное углубление и возможность недопустимой осадки пути за счет образовавшихся пустот и пор в грунтах земляного полотна. Возможен также процесс суффозии - вынос более мелких частиц грунта вместе с удаляемой водой. Другим серьезным недостатком известного способа является то, что осушение земляного полотна не решает вопрос о повышении устойчивости откоса земляного полотна, сниженной в процессе развития балластного углубления.
Известен способ укрепления земляного полотна устройством дренажей, одновременно являющихся армирующими элементами. Способ основан на использовании устройства, включающего размещенную в теле земляного полотна дренажную трубу, снабженную водозаборным устройством, и оголовок, жестко соединенный с дренажной трубой и погруженный в тело откоса. При этом оголовок выполнен в виде анкерного элемента [Патент РФ №2305730 «Устройство для укрепления откосов земляного полотна»]. Использование оголовка в виде анкерного крепления, по мнению авторов, позволяет укрепить откосы земляного полотна.
Известный способ не обеспечивает полного осушения балластного углубления, так как удаление влаги происходит в самотечном режиме. Кроме того, оставшиеся после осушения поры заполнены воздухом, что может вызвать просадки основной площадки земляного полотна. В результате земляное полотно не будет находиться в стабильном состоянии длительное время.
Известен способ ремонта железнодорожного земляного полотна, включающий изготовление дренажных скважин, погружение инъекторов, принудительное удаление воды из полостей земляного полотна за его пределы через дренажные скважины путем направленного нагнетания через инъекторы твердеющего раствора в сторону дренажных скважин [Патент РФ №2277616 «Способ ремонта железнодорожного земляного полотна»]. Данный способ позволяет обеспечить эффективное удаление влаги из балластного углубления с одновременной заменой ее твердеющим раствором, что обеспечивает дополнительную прочность и водонепроницаемость основной площадки. Данный способ не решает вопрос укрепления откосов, что приводит к увеличению трудоемкости и соответственно стоимости ремонта. Кроме того, затвердевший раствор подвержен потере прочности во времени.
Технической задачей, решаемой предлагаемым изобретением, является повышение эффективности способа с одновременным упрочнением земляного полотна.
Это достигается за счет того, что в способе укрепления земляного полотна, включающем изготовление дренажных скважин, принудительное удаление воды из полостей земляного полотна за его пределы через дренажные скважины путем направленного нагнетания твердеющего раствора в сторону дренажных скважин, предварительно в тело земляного полотна осуществляют установку армирующих анкерных элементов, причем их установку осуществляют поярусно и под углом друг к другу с образованием пространственной решетки.
В качестве армирующего анкерного элемента возможно использовать стальную, композитную (базальтопластиковую, стеклопластиковую и т.д) трубу, инъектор с теряемым наконечником. В качестве инъекционного материала целесообразно применять твердеющий раствор на основе цементного вяжущего.
Сущность предлагаемого способа укрепления откосов земляного полотна поясняется чертежами и примером его использования.
На фиг.1 изображена операция по нагнетанию твердеющего раствора. На фиг.2 изображена схема расположения верхнего яруса армирующих анкерных элементов (вид сверху).
Реализация предлагаемого способа ремонта железнодорожного земляного полотна осуществляется в следующей последовательности.
На откосе земляного полотна 1 (фиг.1 и 2) монтируется стартовое устройство пневмоударной машины (ПУМ) с выставлением проектного угла забивки. Затем производится забивка армирующих анкерных элементов 2 до проектной отметки. Забивка производится в нескольких ярусах под углом друг к другу с образованием пространственной решетки. С целью освобождения пространства для выхода наконечника (при использовании в качестве армирующего анкерного элемента инъектора с теряемым наконечником), армирующие анкерные элементы выдергиваются на 100 мм. После этого изготавливаются дренажные скважины 4 и монтируется водосборный коллектор 6, а затем осуществляют нагнетание твердеющего раствора 3 с одновременным извлечением анкерного элемента 2 вплоть до поглощения грунтом проектного объема твердеющего раствора. При этом происходит удаление воды 5 из обводненной зоны 7 земляного полотна с одновременным замещением ее твердеющим раствором 3. После этого армирующие анкерные элементы 2 добиваются до проектной отметки. Со временем раствор 3 затвердевает, объединяя собой все армирующие анкерные элементы 2 в единый каркас, обеспечивающий дополнительное сопротивление грунтового массива сжимающим и сдвигающим воздействиям.
Также существует возможность достижения указанного технического результата путем использования армирующих анкерных элементов с глухим наконечником и перфорированной частью. В этом случае работы выполняются в следующем порядке.
На откосе земляного полотна 1 монтируется стартовое устройство пневмоударной машины (ПУМ). Затем выполняется забивка армирующих анкерных элементов 2 до проектной отметки, длина перфорированной части которых равна проектной длине проработки грунтового массива. Забивка выполняется в нескольких ярусах таким образом, чтобы армирующие элементы образовывали в одном ярусе забивки решетку. После чего изготавливаются дренажные скважины 4 и монтируется водосборный коллектор 6. Следующим этапом производится приготовление твердеющего раствора на основе цементного вяжущего. Нагнетание твердеющего раствора 3 производится вплоть до поглощения грунтом проектного объема. При этом происходит удаление воды из обводненной зоны 5 земляного полотна с одновременным замещением ее твердеющим раствором. Со временем раствор затвердевает, объединяя собой все армирующие анкерные элементы 2 в единый каркас, обеспечивающий дополнительное сопротивление грунтового массива сжимающим и сдвигающим воздействиям.
Пример. Выполнялся ремонт 12-метровой насыпи участка железнодорожной линии Междуреченск - Тайшет на 961 км Красноярской железной дороги. Необходимость усиления возникла в связи с развитием дефектов откосов земляного полотна.
Укрепление грунтов откосной части земляного полотна выполнялось забивкой армирующих анкерных элементов, в качестве которых использованы трубы с внутренним диаметром 40 мм в нескольких ярусах с откоса под углом 45° с шагом 1,5 м таким образом, что бы в горизонтальной плоскости каждого яруса образовывались решетки из них. Армирующие элементы забивались в тело насыпи с помощью пневмоударного механизма (ПУМ).
3
После погружения армирующих элементов осуществлялось направленное нагнетание твердеющего раствора. Исходный состав компонентов на 1 м раствора: песок - 1000 кг, глина - 200 кг, цемент М400 - 200 кг, пластификатор - 1,5 кг. Нагнетание производилось с одновременным извлечением армирующих элементов, затем армирующие элементы были добиты до проектной отметки.
По окончании работ установлено инструментальное наблюдение за деформациями откоса. В настоящее время подвижек закрепленного грунтового массива не наблюдается.
Использование предложенного способа ремонта железнодорожного земляного полотна позволяет значительно повысить качество и эффективность проводимых работ за счет отвода избыточной влаги под давлением нагнетаемого раствора и создания армирующего каркаса, повышающего сопротивляемость грунтового массива сжимающим и сдвигающим нагрузкам.