Проектирование земляного полотна железных дорог в особых условиях

Рассматриваемые вопросы:
ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
1. Основные проблемы эксплуатации железных дорог в условиях вечной мерзлоты.
Проблемы, связанные с эксплуатацией земляного полотна в районах вечной мерзлоты связаны с:
недостаточной изученностью проблемы
отступлениями от проектных решений
использованием материалов, неудовлетворяющих стандартам
низким качеством усиления земляного полотна
издержками при текущей эксплуатации
ИЗБЫТОЧНОЕ УВЛАЖЕНИЕ ГРУНТОВ ТЕЛА ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА И ЕГО ОСНОВАНИЯ
Северный широтный ход

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
2. Принципы строительства зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах.
I принцип:
Многолетнемерзлые грунты основания используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации сооружения
II принцип:
Многолетнемерзлые грунты основания используются в оттаянном или оттавивающем состоянии:
с их предварительным оттаиванием на расчетную глубину до начала возведения сооружения;
с допущением их оттаивания в период эксплуатации сооружения.

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
I принцип:
II принцип:
Применяется, если грунты основания можно сохранить в мерзлом состоянии.
Когда есть полная уверенность в сохранении грунтов в мёрзлом состоянии в течение всего периода эксплуатации сооружения.
Предполагается, что грунты основания находятся в оттаивающем или оттаявшем состоянии.
Применяется:
при наличии в основании скальных или других малосжимаемых грунтов, деформация которых при оттаивании не превышают предельно допустимых значений;
при несплошном распространении многолетнемерзлых грунтов;
когда по техническим и конструктивным особенностям сооружения и инженерно-геокриологическим условиям участка при сохранении мерзлого состояния грунтов основания не обеспечивается требуемый уровень надежности строительства
ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ:
ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ПО I ПРИНЦИПУ СТРОИТЕЛЬСТВА

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
3. Методы обеспечения прочности и устойчивости земляного полотна
Размещением трассы на участках:
с прочным и недостаточно прочным основанием;
выемок в устойчивых грунтах при оттаивании.
С использованием для возведения насыпей грунтов, имеющих лучшие строительные свойства и в меньшей мере подверженных изменению состояния под воздействием природных факторов
Использование конструктивных и организационно-технологических мер, направленных на ограниче-ние величины, интенсивности и неравномерности осадок и мороз-ного пучения грунтов земляного полотна и его основания
Текущее содержание пути
создание запасов по ширине и высоте насыпей в соответствии с расчетной величиной деформации грунтов основания
подготовка искусственного основания и применение противодеформационных конструкций
минимальное нарушение естественного растительно-мохового покрова в пределах участков земляного полотна со слабым и просадочным основанием
минимальное нарушения режима поверхностной и грунтовой воды в пределах участков земляного полотна со слабым и просадочным основанием
производство земляных работ по возведению насыпей в зимнее время

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
4. Требования к грунтам земляного полотна и основные требования проектирования
Основные требования проектирования:
- Минимальное использование выемок;
- По условию снегозаносимости;
- Обеспечение естесственного водоотвода и сохранение мохорастительного покрова;
- Не допущение сооружения насыпей из резервов;
- Максимальное использование разведанных запасов талых и сыпучемерзлых песчаных грунтов;
- Прогнозирование положения мерзлоты в теле и в основании насыпей под основной площадкой;
- Применение способов управления температурным режимом грунтовых массивов;
- Применение армирующих и дренирующих прослоек на участках использования переувлажненных и пылеватых грунтов;

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
Требования к грунтам земляного полотна
Грунты, используемые для сооружения земляного полотна должны обладать физико-механическими свойствами, обеспечивающими достаточную прочность (несущую способность) основной площадки при самом неблагоприятном режиме увлажнения
По степени пригодности вечномерзлые грунты
Сыпучемерзлые
Сухомерзлые
Твердомерзлые
Льдонасыщенные
Льдогрунтовая масса
Используемые без ограничений
Пригодны при условии обеспечения расчетной осадки доуплотнения при оттаивании
При содержании в массе талого грунта не более 30 % по объему в слое сезонного оттаивания и 50 % в пределах прогнозируемого вечномерзлого ядра насыпи
НЕ
ДОПУСКАЕТСЯ
НЕ
ДОПУСКАЕТСЯ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
5. Основные сведения о конструкциях земляного полотна.
на участках трассы с наличием прочных и недостаточно прочных оснований;
с наличием устойчивых в откосах грунтов.
в случаях предусмотренных СТНЦ-01-95 (СП 119.13330.2012);
на участках марей;
на участках с активным развитием или возможным возникновением термокарстового процесса;
на участках с наличием сезонных и многолетних бугров пучения;
на косогорах, сложенных сильнольдистыми нескальными грунтами, имеющими при оттаивании относительную осадку более 0,10;
на участках наледей;
при использовании твердомерзлых песчаных грунтов.

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
5. Основные сведения о конструкциях земляного полотна.
Основные конструктивные требования:
Ширина земляного полотна, крутизна откосов и очертание верха земляного полотна типовой конструкции назначается по нормам СП 119.13330.2012 (СТН Ц -01-95) в зависимости от вида, состояния и строительных свойств используемого грунта с учетом возможного изменения его прочностных и деформативных характеристик при воздействии поездных нагрузок и процесса промерзания-протаивания.
Минимальную высоту насыпей на всех видах оснований назначают:
по условиям проектирования продольного профиля;
с учетом предохранения пути от снежных заносов;
с учетом перелива и подпора воды водотоков и водоемов;
на участках со слабыми и просадочными основаниями по результатам теплотехнических расчетов, выполняемых по условию сохранения поверхности вечномерзлого грунта на заданном уровне;
по условию предохранения пути от неравномерного пучения грунтов;
по условию упругих деформаций недопустимой величины.

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ПРОЕКТЫ
На участках в пределах которых возникают осадки земляного полотна за счет деформирования грунтов деятельного слоя и оттаивающих вечномерзлых грунтов, необходимо предусматривать противодеформационные мероприятия с учетом местных мерзлотно-грунтовых, гидрометеорологических, геоморфологических и других условий:
рациональное использование скальных, галечно-гравийных, щебенистых и глинистых грунтов
рациональное использование специальных конструкций земляного полотна с использованием теплоизоляционных материалов и геотекстиля, устройства дренажей и т. д.
назначение высоты насыпей по условиям сохранения поверхности вечномерзлых грунтов основания на расчетном уровне
увеличение ширины основной площадки земляного полотна с учетом расчетных величин осадки грунтов основания
создание запаса по высоте насыпей
устройство основания из дренирующих грунтов
устройство тепловой изоляции или берм
организационно-технологические мероприятия, определяющие способы и время производства работ и меры по минимальному нарушению естественного растительно-мохового покрова
рациональное размещение водопропускных сооружений и устройств, обеспечивающее минимальное нарушение естественного режима поверхностной и грунтовой воды

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
Назначение высоты насыпей по условиям сохранения поверхности вечномерзлых грунтов основания на расчетном уровне
Устойчивость насыпи обеспечивается определенной высотой, при которой верхняя граница вечномерзлой толщи грунтов сохраняется на определенном уровне и осадка земляного полотна не будет превосходить допустимой величины.
О п т и м а л ь н о й называется высота насыпи, при которой ее осадка от оттаивания грунтов основания не будет превосходить расчетной величины.
ВЫЕМКИ:

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
Определение оптимальной высоты насыпи:
В горных районах:
учитывается экспозиция склона
Расчет оттаивания насыпей и их оснований, состоящих из нескольких разнородных слоев ведется по методу эквивалентных слоев

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
Определение осадки насыпи и основной площадки выемки:

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ ИМПЕРАТОРА АЛЕКСАНДРА I
Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»
Определение осадки насыпи и основной площадки выемки:
Осадка деятельного слоя:
Осадка за счет оттаивания вечномерзлых грунтов:
где
δ - относительная осадка оттаивающих вечномерзлых грунтов основания, определяемая согласно требованиям СП 25.13330.2012 «Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» по данным инженерно-геологических изысканий;
h0 - расчетная величина понижения поверхности вечномерзлых грунтов основания относительно ее положения в естественных условиях, см;
а - коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта, см2/кгс;
А - коэффициент, учитывающий величину осадки за счет оттаивания вечномерзлого грунта;
рн - удельное давление насыпи (по ее оси) на оттаивающий грунт основания, кПа (кгс/см2).