Особенности конструкций земляного полотна в сложных природных условиях

Земляное полотно на крутых и неустойчивых косогорах

Крутыми косогорами считают косогоры с уклонами круче 1:5 при воз­ведении насыпей из скальных пород, круче 1:3 при насыпях из дисперс­ных грунтов, а также косогоры с уклонами от 1:5 до 1:3, если низовой откос имеет высоту более 12 м. Неустойчивыми косогорами считают места, на ко­торых происходят активные склоновые процессы в виде оползней.

Мероприятия, направленные на обеспечение устойчивости насыпей на косогоре против возможного сдвига по основанию, а также защиту от оползней, включают устройство водоотводных сооружений и защиту от инфильтрации поверхностных вод в грунт; мероприятия по регули­рованию подземного стока; агролесомелиоративные мероприятия; уст­ройство поддерживающих сооружений и т.п.

Земляное полотно на крутых и неустойчивых косогорах располагают на естественных полках, избегая подрезки склонов. Конструкции на­сыпей включают элементы, повышающие поперечную устойчивость насыпей против сдвига по склону: нагорную канаву с бермой, наклонен­ной от пути, или защитный валик вдоль верхнего откоса, уступы в осно­вании насыпи, в необходимых случаях — подпорные стены, упорные каменные призмы, контрбанкеты, контрфорсы (рис. 1.14).

Для сохранения устойчивости косогора и земляного полотна на нем кавальеры устраивают только с низовой стороны, по возможности у по­дошвы склона. Поверхностный водоотвод осуществляют с помощью нагорных и водоотводных канав.

Подпорные стены (рис. 1.15) устраивают каменными, бетонными или железобетонными, обычно секциями длиной 10—20 м, со сквозными поперечными швами между ними. Очертания и размеры стен опреде­ляют расчетом.

Упорные призмы (рис. 1.16) в зависимости от местных условий соору­жают с выкладкой камня по наружной поверхности откоса или как обыч­ную каменную наброску. При устройстве упорной призмы способом каменной наброски крутизну наружного откоса принимают 1:1,3. В от­дельных случаях наружный откос устраивают способом выкладки, уве­личивая его крутизну до 1:1.

В качестве поддерживающих сооружений наибольшее рас­пространение получили контр­банкеты — сооружения из кам­ня, щебня, гравия, песка или присыпки местного грунта к на­сыпи в виде призмы (рис. 1.17).

Контрбанкет заменяет под­порную стену, как правило, на кругом поперечном уклоне ос­нования насыпи (круче 1:3). Сооружается для укрепления грунтовых сооружений и пре­дупреждения выпора основа­ния на крутых косогорах у по­дошвы насыпей или полунасыпей-полувыемок. Размеры и конфигура­ция контрбанкета определяются условиями обеспечения устойчивос­ти насыпи. Крутизна откосов каменных контрбанкетов обычно 1:1, галечных — 1:1,5, песчаных — от 1:10 до 1:30.

Контрфорсы представляют собой подпорные стены небольшой дли­ны, но большого сечения. Со стороны откоса насыпи контрфорсы име­ют прямоугольное или расширяющееся книзу сечение. Размеры контр­форса определяются расчетом.

На косогорах срезкой уступами естественного грунта в необходимых случаях устраивают полувыемки, полунасыпи, а также полувыемки-по­лунасыпи (рис. 1.18).

На крутых скальных косогорах, в основании которых протекают реки, сооружают насыпи на прижимах (присыпка полки к нетронутому скаль­ному косогору). В зависимости от крутизны косогора насыпи на при­жимах могут иметь уширенную основную площадку с путевой улавли­вающей траншеей, вырезаемой в косогоре (рис. 1.19), или типовую кон­струкцию с нарезкой бермы пазухи (рис. 1.20), либо с засыпкой между нагорным откосом насыпи и косогором. Сложным является сооружение земляного полотна на участках куру- мов («каменных рек») — беспорядочно нагроможденных на косогоре каменных глыб. Насыпи на крутых косогорах удерживают от сползания вниз по склону поддерживающими сооружениями, а в районах распро­странения курумов защитные сооружения предусматривают и с верхоой стороны. На участках курумов со­оружение выемок не допускается.

Насыпи типовым поперечным про­филем устраивают из глинистых грун­тов, мелких и пылеватых песков на ко­согоре крутизной от 1:5до 1:3 (рис. 1.21).

Земляное полотно
в условиях подтопления

Земляное полотно (насыпи) на уча­стках подтопления (берега морей, во­дохранилищ, пересечений водотоков и т.п.) проектируют и сооружают с учетом постоянного или периоди­ческого воздействия на них воды.

При устройстве пойменных насыпей (рис. 1.22) учитывают периоди­ческое подтопление их паводковыми водами и связанное с этим влия­ние фильтрации воды на устойчивость и прочность насыпи.

Для повышения устойчивости высоких насыпей, а на поймах рек так­же и для защиты от повреждений паводковыми водами устраивают берменные присыпки, ширина которых определяется расчетом (но не ме­нее 2 м). Возвышение бровки бермы над расчетным уровнем воды дол­жно быть не менее

Наиболее неблагоприятные условия для устойчивости пойменной насыпи создаются при спаде воды после паводка, так как при этом гид­ростатическое давление воды на насыпь снижается, а гидродинамичес­кое давление вытекающей из насыпи воды, направленное в стороны откосов, возрастает по мере снижения уровня воды вне насыпи.

Затопляемую часть пойменной насыпи сооружают обычно из дрени­рующих грунтов или легких супесей. Верхнюю (надводную) часть насы­пи сооружают как из дренирующих, так и не дренирующих грунтов. Бер­мы устраивают из тех же грунтов, что и тело насыпи; откосам придают крутизну в соответствии с расчетом устойчивости, но не круче 1:2.

Конусы, сопрягающие устои мостов с насыпями, а также насыпи надпи­ну понизу не менее 2 м и за устоем, а поверху еще на длину, равную высоте устоя, отсыпают из дренирующих грунтов.

При широких поймах для предотвращения размыва земляного по­лотна устраивают специальные регуляционные сооружения (рис. 1.23), предназначеные для защиты от размывов откосов пойменных насы­пей и берегов рек (укрепительные одежды и устройства). Применяют фильтрующие насыпи — грунтовые сооружения, в конструкции кото­рых имеются пропускающие воду каменные отсыпки. Различают филь­трующие насыпи простые, в которых водный поток фильтруется через пористую каменную призму, и комбинированные, в которых водный поток фильтруется через каменную призму и стекает по заложенной в ней трубе.

1.3.3. Земляное полотно на болотах, мокрых и слабых основаниях;
в засоленных грунтах, лессах и районах подвижных песков

Насыпи на болотах проектируют в зависимости от категории дороги, типа и глубины болота, высоты насыпи, уклона минерального дна, фи­зико-механических свойств торфа и др. При возведении насыпей при­меняют преимущественно дренирующие грунты.

Тип болота определяется по результатам инженерно-геологических изысканий (табл. 1.3).

На болотах I типа насыпь высотой менее 3 м должна возвышаться на 2 м и более над уровнем воды в болоте или в водоотводных канавах (рис. 1.24);

при высоте насыпи более 3 м торф используется в качестве естествен­ного основания (рис. 1.25, а, б).

На болотах II типа вне зависимости от высоты насыпи предусматри­вается полное удаление торфа и посадка насыпи на минеральное дно (рис. 1.26). При этом на расстоянии не менее 2 м от подошвы откоса насыпи устраивают специальные канавы — торфоприемники.

На болотах III типа насыпи устраивают с использованием минераль­ного дна в качестве основания насыпи (рис. 1.27).

При глубине болота более 4 м насыпи сооружаются по индивидуаль­ным проектам.

Для насыпей на болотах I и III типа глубиной до 4 м и специальные типовые поперечные профили на болотах II типа глубиной до 3 м суще­ствуют, профили применяют при поперечном уклоне дна болота I типа не круче 1:10, II типа — 1:15, III типа — 1:20.

Для выемок в переувлажненных глинистых грунтах (рис. 1.28) обыч­но предусматривают замену глинистого грунта основания дренирующим грунтом, а также устройство закюветных полок. Толщина заменяемого слоя грунта составляет от 0,3 до 0,5 м в зависимости от прочности, влаж­ности, гранулометрического состава и консистенции грунта.

Выемки в сухих лессовых грунтах устойчивы при сохранении дерно­вого покрова на откосах. Поперечный профиль выемки глубиной до 12 м в лессовых почвах засушливых районов приведен на рис. 1.29.

Для предохранения пути от возможных обрушений грунта откоса между внешней бровкой кювета и подошвой откоса выемки устраивают закюветную полку с уклоном до 0,02 в сторону кювета. Ширина закю­ветных полок в выемках приведена в табл. 1.4.

Поперечные профили на­сыпей на естественном осно­вании из засоленных грунтов приведены на рис. 1.30.

При сооружении земляно­го полотна в районах подвиж­ных песков предусматривают мероприятия по защите же­лезнодорожного пути от выду­вания песков и песчаных зано­сов: укрепляют бровки, обочи­ны, бермы, резервы и откосы земляного полотна, а также прилегающую к пути полосу земли шири­ной 100 м с каждой стороны.

Эту полосу земли и определяемую специальными расчетами допол­нительную зону считают охранной и сохраняют в ней естественную рас­тительность, искусственные насаждения и механические защиты.

Крутизну откосов устанавли­вают в зависимости от угла есте­ственного откоса песка 1:1,5; 1:1,75; 1:2,0; 1: 2,25 и т.д.

Для укрепления песков и защиты железнодорожного пути от заносов подвижными песками устраивают защитные насаждения из деревьев (сосна, акация и др.) или кустарников (саксаул, тамариск и др.), а так­же высевы трав (овес песча­ный, верблюжья колючка и др.).

Выемки в песчаных районах с засушливым и жарким климатом не име­ют сливной призмы и кюветов. Выемки глубиной до 2 м в таких районах устраивают раскрытыми на ширину не менее 10 м от оси пути до бровки откоса выемки в каждую сторону. Поперечный профиль выемки в ма­лоподвижных и подвижных песках на сильно заносимых участках при­веден на рис. 1.31.

Земляное полотно в районах вечной мерзлоты,
распространения карста и образования оврагов

К вечномерзлым грунтам относят грунты, находящиеся в условиях природного залегания в мерзлом состоянии (при отрицательной или нулевой температурах) непрерывно (без оттаивания) в течение длитель­ного времени (3 года и более) и содержащие лед.

Глубина промерзания — расстояние по вертикали от дневной поверх­ности до нижней границы промерзшего за зиму грунта.

Вечномерзлые грунты занимают более половины территории Рос­сии; бывают большие территории вечномерзлых сплошных грунтов, или островные, имеющие прерывистое распространение.

В районах распространения вечной мерзлоты земляное полотно про­ектируют с учетом свойств вечномерзлых грунтов при их оттаивании в основании земляного полотна, в откосах выемок и водоотводных ка­нав, а также с учетом мерзлотных процессов (бугров пучения, подзем­ного льда, термокарста, наледей и т.п.). В пределах марей и торфяни­ков, распространенных в районах вечной мерзлоты, не допускается уда­ление торфа и растительно-мохового покрова в основании насыпей.

Земляное полотно в районах распространения вечной мерзлоты со­оружают по типовым и индивидуальным проектам.

Для выемок, пересекающих массивы глинистых грунтов текучей и мягко­пластичной консистенции (в том числе массивы вечномерзлых грунтов, приобретающих такую консистенцию после оттаивания), предусматри­вают мероприятия по обеспечению устойчивости откосов и прочности основной площадки земляного полотна (устройство дренажей, замена глинистых грунтов основания дренирующими грунтами, тепловая и гид­равлическая изоляция, уположение откосов и т.п.).

В районах, подверженных образованию оврагов, с учетом конкретных геологических и климатических условий проводят мероприятия по ре­гулированию поверхностного стока воды, укреплению всего приовраж­ного участка от начала до устья оврага, укреплению дна и уположению крутых бортов оврага, засеву приовражной зоны травами, посадке дере­вьев и кустарников.

В районах распространения карста проектируют мероприятия по предот­вращению провалов земляного полотна в карстовую воронку. Как прави­ло, железнодорожные линии проектируют в обход карстовых участков.

Земляное полотно в горных и сейсмических районах

В горных районах насыпи, сооружаемые из камня слабовыветриваю- щихся пород высотой до 20 м, при поперечном уклоне местности не круче 1:5 проектируют по типовому профилю. Верхний слой таких на­сыпей толщиной 0,5 м сооружают из щебенисто-дресвяных или гравий­но-галечных пород, что повышает упругость земляного полотна.

Выемки в скальных грунтах имеют откосы крутизной 1:0,2 при глуби­не выемки до 6 м и 1:0,5 при глубине от 6 до 12 м. В зависимости от свойств скальных грунтов, характера напластования, а.также глубины выемки крутизна откосов может меняться от 1:0,5 до 1:1,5.

В крупнообломочных грунтах выемки устраивают с откосами кру­тизной от 1:1 до 1:1,5. Основную площадку земляного полотна в выем­ках при скальных грунтах делают горизонтальной.

Кюветы в скальных грунтах разрешено устраивать прямоугольного сечения в виде лотка. В прочных скалах допускают горизонтальную пло­щадку между откосами. В сейсмических районах проектирование земляного полотна ведут в зависимости от расчетной сейсмичности (7, 8 и 9 баллов), устанавливаемой для каждого района. При расчетной сейсмичности 9 баллов и высоте насыпей (глубине выемок) более 4 м откосы земляного полот­на и из нескальных грунтов прини­мают на 1:0,25 положе откосов, про­ектируемых для несейсмических районов. При сейсмичности рай­она более 9 баллов возводить зем­ляное полотно запрещено.

Земляное полотно в зоне действия селевых потоков проектируют в комплексе с ограждающими и селепропускными сооружениями.

Селевой поток (сель) — движущийся (по логу, склону) с большой скоростью горный паводок, несущий твердый материал. Селевая масса представляет собой смесь воды с мелкоземом, крупнообломочным ма­териалом, стволами и корнями деревьев и т.п. Основной причиной се­лей является наличие на склонах бассейна продуктов выветривания в виде отложенных в складках рельефа ранее смытых с поверхности рых­лых пород и осыпей, а также скоплений в руслах водотоков больших масс мелкообломочного материала. Для предотвращения и ослабления селевых потоков проводят агролесомелиоративные мероприятия в зо­нах, где формируется селевая масса. Поперек ущелья устраивают камен­ные стены (барражи), задерживающие наносы. У выхода из ущелий для отклонения селевого потока от земляного полотна устраивают направ­ляющие дамбы, а в очень крутых ущельях — селеспуски (рис. 1.32).