Устройство для земляного полотна высокоскоростных магистралей на участках с развитием карстово-суффозионных процессов
DEVICE FOR SUBGRADE OF HIGH-SPEED IN AREAS WITH DEVELOPMENT OF KARST-SUFFUSION PROCESSES

Изобретение относится к строительству, в частности, к строительству и реконструкции железных дорог для высокоскоростного железнодорожного транспорта, и может быть использовано при строительстве железных дорог на участках с развитием карстово-суффозионных процессов.
Известно техническое решение усиления земляного полотна железнодорожного пути на слабом основании, включающее сооружение армирующего устройства в виде свай и сооружение земляного полотна, между поверхностью слабого основания, армированного сваями, и основанием земляного полотна устраивают ростверк в виде платформы толщиной 0,3-0,5 м путем послойного уплотнения смеси грунта с полифилизатором в соотношении 0,9:0,1, имеющей трамбовочную влажность 10-15% до коэффициента уплотнения 0,95, при этом толщина каждого укладываемого слоя смеси составляет 0,08-0,1 м, причем грунт для смеси состоит из глины, песка фракций 0,25-0,5 мм, каменистых частиц фракций 2-5 мм, взятых в равных долях (RU 2593282, E02D 17/18, 10.08.2016).
Известное решение позволяет, используя известные приемы и материалы, решать проблемы, связанные с несущей способностью конструкции земляного полотна в сложных условиях эксплуатации, с возможностью удешевления строительства за счет использования местных недренирующих грунтов. Однако такая конструкция земляного полотна железнодорожного пути не обеспечивает требуемую прочность и устойчивость железнодорожного пути на скоростях до 400 км в час, особенно на участках дорог, где насыпь расположена в местах с развитием карстово-суффозионных процессов.
В качестве прототипа выбрано земляное полотно высокоскоростной магистрали, включающая тело насыпи, размещенное на основании, два защитных слоя, последовательно нанесенных на тело насыпи, а также откосы насыпи, откосы выемки, основание выемки, устройства для отвода поверхностных и грунтовых вод, защитные и укрепительные сооружения («Организация высокоскоростного движения», Санкт-Петербург ПГУПС, 2015, с. 15-16.).
Известное земляное полотно используется для высокоскоростной магистрали, позволяющей обеспечивать движение на скоростях от 200 км в час и выше. Однако на скоростях до 400 км в час оно не обеспечивает в этих условиях, с учетом вибродинамического воздействия поездов, повышенные требования по прочности, устойчивости и деформативности, особенно, когда в пределах пути имеются участки с развитием карстово-суффозионных процессов.
Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности высокоскоростной магистрали на участках с развитием карстово-суффозионных процессов.
Технический результат достигается тем, что устройство для земляного полотна высокоскоростной магистрали на участках с развитием карстово-суффозионных процессов содержит свайно-ростверковое основание, включающее установленные в основание земляного полотна буронабивные сваи диаметром не менее одного метра, при этом расстояние между буронабивными сваями в поперечном профиле в 4÷5 раза больше диаметра сваи, а расстояние между буронабивными сваями в продольном направлении не менее чем в 1,5 раза превышает расстояние между ними в поперечном профиле, буронабивные сваи соединены между собой ригелями, закрепленными в оголовках свай, на ригелях установлены монолитные железобетонные плиты с продольными и поперечными деформационными швами, заполненными битумной мастикой и пенополистиролом, при этом плита свободно опирается на крайние ригели и жестко прикреплена к центральным ригелям.
На чертеже (фиг. 1) представлено схематичное изображение устройства в поперечном разрезе, на фиг. 2 изображение устройства в продольном разрезе, а на фиг. 3 вид сверху, на котором показано расположение деформационных швов между плитами.
Устройство для земляного полотна высокоскоростной магистрали на участках с развитием карстово-суффозионных процессов содержит свайно-ростверковое основание, включающее установленные в основание 1 земляного полотна буронабивные сваи 2 диаметром не менее одного метра, при этом расстояние между буронабивными сваями 2 в поперечном профиле в 4÷5 раза больше диаметра сваи, а расстояние между буронабивными сваями в продольном направлении не менее чем в 1,5 раза превышает расстояние между ними в поперечном профиле, буронабивные сваи 2 соединены между собой ригелями 3, закрепленными в оголовках свай 2, на ригелях 3 установлены монолитные железобетонные плиты 4 с продольными 5 и поперечными 6 деформационными швами, заполненными битумной мастикой и пенополистиролом, при этом плита 4 свободно опирается на крайние ригели и жестко прикреплена к центральным ригелям.
Предлагаемая конструкция предназначена для использования в районах повышенной карстоопасноти, на участках постоянного подтопления, в местах со значительными деформациями оснований земляного полотна и в тех местах, где по определенным условиям не могут применяться эстакады типовой конструкции: невысокие (до 4 м) насыпи, выемки, нулевые места. Так же предлагаемая конструкция может применяться для усиления существующего земляного полотна без полного его демонтажа.
Предлагаемая конструкция состоит из несущей плиты 4, ригеля 3 и буронабивных свай 2. Буронабивные сваи 2 сооружаются из бетона класса В40, армированные стальной арматурой класса А III диаметром 25 мм и 16 мм.
Поверх свай устраиваются ригели длиной 10,5 м, высотой 0,85 м, шириной 1,6 м из бетона класса В40, с каркасным армированием стальной арматурой класса А III диаметром 28 мм и 12 мм. Оголовки свай заделываются в ригель на величину не менее 10 см. Выпуски арматур буронабивных свай связываются с каркасом ригеля.
На ригелях 3 установлена монолитная железобетонная плита 4 толщиной 0,8-1,0 м, шириной 9-10 м (в зависимости от ширины междупутья). Плита имеет продольное членение с устройством деформационного шва 5 шириной 20 мм. В поперечном направлении членение производится через каждые 22,48 м с устройством деформационных швов 6 шириной 20 мм. В швах 5 и 6 предусмотрено применение силопередающих стержней (на чертеже не показано) диаметром 36 мм. Швы 5 и 6 заполняются пенополистиролом и битумной мастикой. Плита 4 свободно опирается на крайние ригели 3 и жестко прикреплена к центральным ригелям при помощи выпусков арматуры. Плита 4 изготавливается из бетона В40 с каркасным армированием стальной арматурой класса А III диаметром 25 мм, 20 мм и 12 мм.
Экспериментально установлено, что при выбранных соотношениях расстояния между буронабивными сваями и их диаметром, установки железобетонных плит и их крепления к центральным ригелям, предлагаемое техническое решение позволяет при минимальных затратах на реализацию устройства обеспечить повышенную надежность и долговечность высокоскоростной магистрали на участках с развитием карстово-суффозионных процессов, причем при эксплуатации железнодорожного пути на скоростях до 400 км в час.