3. НИЖНЕЕ СТРОЕНИЕ ПУТИ

 

3.1. Земляное полотно

3.2. Искусственные сооружения

 

3.1. Земляное полотно

 

Земляное полотно представляет собой комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки поверхности земли и предназначенных для укладки верхнего строения пути, обеспечения устойчивости и защиты его от воздействия атмосферных и грунтовых вод. Земляное полотно должно быть прочным, устойчивым и долговечным, требующим минимальных расходов на его устройство, содержание и ремонт, а также обеспечивающим возможность механизации работ. Выполнение указанных требований достигается правильным выбором грунтов для насыпей и их тщательным уплотнением, приданием земляному полотну очертаний, способствующих надежному отводу воды, укреплением откосов насыпей и выемок.

Разрез, перпендикулярный продольной оси пути, называется поперечным профилем земляного полотна. В зависимости от формы поперечного профиля земляное полотно может представлять собой насыпь, выемку, полунасыпь, полувыемку или полунасыпь-полувыемку (рис. 3.1). Различают индивидуальные и типовые поперечные профили. Типовые профили применяют при сооружении земляного полотна на надежном основании из обычных грунтов. Индивидуальные поперечные профили разрабатываются в сложных географических и геологических условиях.

 

   
   

 

Рис. 3.1. Виды земляного полотна:
а – насыпь; б – выемка;
в – полунасыпь;  г – полувыемка;
д – полунасыпь-полувыемка

 

Насыпь и ее типовой поперечный профиль приведены на рис. 3.2, а, б. Верхняя часть, на которую укладывают балласт, шпалы и рельсы, называется основной площадкой. На однопутных линиях основная площадка имеет форму трапеции с шириной верхней части 2,3 м и высотой 0,15 м, а на двухпутных – форму равнобедренного треугольника высотой 0,2 м. Такое очертание основной площадки способствует стоку воды, проникающей через балластный слой во время дождя и снеготаяния.

 

   

Рис. 3.2. Насыпь (а) и ее типовой поперечный профиль (б), размеры приведены в метрах: 1 – водоотводная канава; 2 – берма; 3 – основная площадка; 4 – бровка земляного полотна; 5 – откос; 6 – резерв; 7 – подошва насыпи; 8 – обочина; h – расстояние от бровки земляного полотна до подошвы насыпи; l – длина горизонтальной проекции откоса насыпи; 1: n – крутизна откоса насыпи

 

Полоса земли, на которую опирается насыпь, является ее основанием. Линия пересечения основной площадки с откосом называется бровкой земляного полотна, а откоса с основанием – подошвой откоса. Высотой насыпи считается расстояние от уровня бровок до основания ее по оси. Горизонтальная проекция l линии откоса называется его заложением, а отношение высоты откоса h, к его заложению – крутизной откоса i, которое обозначается 1: n. Крутизна откосов устанавливается в зависимости от высоты насыпи, свойств грунтов, геологических, гидрологических и климатических условий местности. Широкое распространение получили откосы крутизной 1: 1,5, называемые полуторными.

Отвод поверхностных вод от насыпей, сооружаемых из привозного грунта, осуществляется продольными водоотводными канавами, шириной (по дну) и глубиной не менее 0,6 м, которые при поперечном уклоне местности до 0,04 ‰ сооружаются с обеих сторон, а при большем уклоне только с нагорной стороны. Если насыпь возводится из местного грунта, находящегося рядом с ней, то для отвода воды используются образующиеся при этом спланированные углубления, называемые резервами. Дну резервов и водоотводных канав придают продольный уклон не менее 0,002 ‰.

Полоса земли от подошвы откоса насыпи до водоотводной канавы или резерва называется бермой. Для обеспечения отвода воды от насыпи берма имеет уклон в сторону водоотвода от 0,02 до 0,04 ‰

Выемка и ее типовой поперечный профиль приведены на рис. 3.3, а, б. Основная площадка выемки имеет такие же размеры, как у насыпи. С каждой стороны основной площадки земляного полотна в выемке создаются продольные водоотводы, называемые кюветами. Глубина кюветов, как правило, 0,6 м, а ширина по дну не менее 0,4 м. Дну кюветов придается продольный уклон 0,002.

 

 

Рис. 3.3. Выемка (а) и ее типовой поперечный профиль (б) (размеры приведены в метрах): 1 – нагорная канава; 2 – кавальер; 3 – забанкетная канава; 4 – банкет; 5 – кювет; 6 – бровка откоса; 7 – обочина; boп – ширина основной площадки земляного полотна

Удаленный при сооружении выемки грунт, не используемый для создания насыпи в другом месте, укладывают за откосом выемки с нагорной стороны в правильные призмы, называемые кавальерами. Для перехвата и отвода, притекающих к выемке поверхностных вод, за кавальерами сооружают нагорные канавы, а на полосе между кавальером и бровкой откоса выемки отсыпают банкет с поперечным уклоном в сторону от откоса для отвода воды в забанкетную канаву.

В неустойчивых грунтах и в стесненных условиях в качестве водоотводов устраивают лотки, которые могут быть железобетонными, бетонными, каменными или деревянными. По форме лотки подразделяются на трапециидальные, прямоугольные, треугольные и полукруглые. На станционных площадках для отвода поверхностных и грунтовых вод используются продольные и поперечные лотки с крышками, коллекторы, канализационные трубы, ливневые канализации, дренажные устройства.

Для предохранения земляного полотна от разрушений его откосы и бермы укрепляют. Чаще всего для этих целей используют посев многолетних трав с густой стелющейся корневой системой. Кроме этого, используют такой способ защиты как дернование откосов (сплошное или в клетку) – для этого предварительно срезанные куски дерна закрепляют на откосах деревянными спицами. При периодических затоплениях хорошо противостоят воздействию текущей воды древесно-кустарниковые насаждения, мощение откосов камнем. Однако, эти способы защиты, требуют больших затрат ручного труда. Поэтому на современном этапе, чаще всего используют укрепления из железобетонных плит, укладку которых можно полностью механизировать.

 

3.2. Искусственные сооружения

Искусственные сооружения обеспечивают возможность пересечения железной дорогой водных преград, других железнодорожных линий, автодорог, глубоких ущелий, горных хребтов, застроенных городских территорий, а также безопасный проход людей через пути и устойчивость земляного полотна в сложных геологических и гидрологических условиях.

К искусственным сооружениям относятся мосты, трубы, тоннели, подпорные стены, регуляционные сооружения, галереи, селеспуски и др.

При пересечении железной дорогой рек, каналов, ручьев и оврагов сооружают мосты или трубы. Мост (рис. 3.4) состоит из пролетных строений, являющихся основанием для пути, и опор, поддерживающих пролетные строения и передающих давление на грунт. Береговые опоры моста называют устоями, а промежуточные – быками. Мост разделяется опорами на пролеты. Пролетные строения включают в себя главные фермы, соединяющие их конструкции, проезжую часть и мостовое полотно. В фермах различают верхний и нижний пояса, к одному из которых прикрепляют поперечные балки, а к ним – продольные балки, образующие проезжую часть. Если проезжая часть располагается на уровне верхнего пояса, мост называют с ездой поверху, а если на уровне нижнего пояса – с ездой понизу. Разновидностями мостов являются путепроводы, виадуки и эстакады.

Путепроводы (рис. 3.5) строят в местах пересечения железных и автомобильных дорог или двух железнодорожных линий. Они обеспечивают независимый и безопасный пропуск транспорта благодаря пересечению дорог на разных уровнях.

 

 

Рис. 3.4. Мост

 

 

Рис. 3.5. Путепровод

 

Виадуки (рис. 3.6) сооружают вместо обычной высокой насыпи при пересечении железной дорогой глубоких долин, оврагов и ущелий.

Эстакады (рис. 3.7) создают вместо больших насыпей в городах, где они меньше стесняют улицы и обеспечивают проезд и проход под ними, а также возводят на подходах к большим мостам через реки с широкими поймами при разливе воды.

 

 

Рис. 3.6. Виадук

 

Рис. 3.7. Эстакада

 

Трубы (рис. 3.8) применяют при пересечении железной дорогой небольших водотоков и суходолов. По виду материалов различают каменные, металлические, бетонные и железобетонные трубы. Широкое распространение получили сборные железобетонные трубы из отдельных звеньев, разделенных деформационными швами. Затраты на сооружение и содержание труб значительно меньше, чем мостов. На выходах и входах трубы имеют оголовки, расширяющиеся в направлениях от трубы. Существуют и безоголовочные металлические гофрированные трубы. Они дешевле и легче железобетонных, не имеют фундамента, что позволяет значительно сократить сроки строительства. С увеличением высоты насыпи возрастает длина трубы и ее стоимость.

Тоннель (рис. 3.9) представляет собой искусственное сооружение для прокладки пути под землей. Их сооружают при пересечении горных хребтов вместо глубоких выемок. Кроме этого, тоннели сооружают для безопасного прохода людей на станциях. Транспортные тоннели подразделяют на горные, подводные и городские.

 

Рис. 3.8. Труба

Рис. 3.9. Тоннель

 

Подпорные стены служат для обеспечения устойчивости откосов земляного полотна на крутых косогорах, берегах рек и морей (рис. 3.10).

Регуляционные сооружения (рис. 3.11) устраивают при подходах к большим мостам для защиты опор от подмыва при паводках и повреждения льдом. Они состоят из направляющих грушевидных и шпоровидных дамб и траверс, откосы которых со стороны реки укрепляют каменным мощением или бетонными плитами.

 

Рис. 3.10. Подпорная стена

Рис. 3.11. Регуляционные сооружения:
1 – грушевидная дамба; 2 – траверсы; 3 – шпоровидная дамба; 4 – голова дамбы

Противообвальные галереи (рис. 3.12) устраивают в местах возможных обвалов, а в местах возможного схода грязекаменных (селевых) потоков – селеспуски (рис. 3.13).

 

 

Рис.3.12. Противообвальная галерея

Рис. 3.13. Селеспуск

 

Наиболее распространенными видами искусственных сооружений являются мосты и трубы (более 92 %). Протяженность искусственных сооружений составляет в среднем менее 1,5 % общей длины пути, однако их доля в стоимости железной дороги равна почти 10 %. Поэтому их проектируют в расчете на длительный срок. Основные требования к искусственным сооружениям – обеспечение безопасности и бесперебойности движения поездов с установленной скоростью, простота и низкая стоимость устройства и содержания.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.     Что относится к элементам нижнего строения пути?

2.     Дайте определение поперечного профиля земляного полотна.

3.     Какую форму имеет основная площадка земляного полотна на однопутной и двухпутной линиях?

4.     Назовите основные элементы поперечного профиля насыпи.

5.     Назовите основные элементы поперечного профиля выемки.

6.     Назовите виды водоотводных устройств.

7.     Какие водоотводные устройства применяются на станциях?

8.     Перечислите способы укрепления откосов земляного полотна.

9.     Назовите виды искусственных сооружений и условия их приме­нения.

10.  Перечислите основные элементы конструкции моста.

 

книга Рекомендуемая литература: [1, 7, 8, 11].