МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Москва 1986

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

ВСЕСОЮЗНЫЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ Зам. директора института

Н. Б. Соколов

3 марта 1986 г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ В СУРОВЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Согласованы Главтранспроектом

Москва 1986

устройство дренирующей подушки в верхней части земляного полотна, возведенного из однородных глинис-тых грунтов;

замену пучинистых грунтов дренирующим материалом на часть или на полную глубину сезонного промерзания-оттаивания основания;

укладку теплоизоляционных покрытий для предотвращения сезонного промерзания пучинистых грунтов;

планировку основания низйих насыпей при мелкобугристом рельефе местности, а также достаточно надежный отвод поверхностной воды и осушение грунтов основания посредством канав, кюветов, лотков, дренажей.

4.2.    Дренирующую подушку в верхней части земляного полотна на насыпях, в выемках и нулевых местах, сложенных однородными глинистыми грунтами, следует предусматривать для обеспечения необходимой несущей способности основной площадки во избежание образования балластных корыт и лож.

Расчет горизонтальных дренажей в условиях мерзлоты можно выполнять в соответствии с 'Рекомендациями по устранению пучин и просадок пути при временной эксплуатации БАМа*.

Перечень рекомендуемых противодеформаиионных мероприятий в зависимости от вероятных причин образования деформаций при различных мерзлотно-грунтовых условиях и разных конструкциях земляного полотна приведен в табл. 1 .

4.3.    В качестве дренирующего материала при замене пучинистых грунтов допускается использовать грунты:

гравийно-галечниковый или дресвян о-щебенистый с содержанием частиц размером менее 0, 1 мм в количестве не более 15 %, в том числе глинистых не более 2 %, при плотности не менее 1,9 г/см ;

песчаный с содержанием частиц размером менее О, 1 мм в количестве не более 15 %, в том числе глинистых не более 2 %, при плотности не менее 1,8 г/см ;

скальные разрыхленные из слабовыветривающихся пород.

10

При использовании скального грунта требуется предварительно отсыпать на глинистый грунт слой песка или 4влкого гравийного либо дресвяного материала толщиной не менее 20 си. Пустоты в верхней части слоя из скаль-юго грунта необходимо заполнять мелкоразмерным скальным материалом или галечно-гравийным и дресвяным грунтом.

4.4. Для теплоизоляционных покрытий рекомендуется использовать пенопласт (см.раэд.в).

5. РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ПРОТИВ'ОДЕФОРМАДИОННОЙ ПОДУШКИ ИЗ ДРЕНИРУЮЩЕГО ГРУНТА

Основные положения

5.1.    Толщину подушки из дренирующего грунта и величину вьфеэки пучинистых грунтов рекомендуется принимать по результатам расчетов, исходя из условий обеспечения требуемой несущей способности основной площадки земляного полотна, исключения возникновения пучин или ограничения допустимыми величинами возможных деформаций пути под воздействием морозного пучения грунтов.

5.2.    Допустимой следует считать такую величину пучения грунта, при которой отклонения в продольном профиле не выходят за пределы установленных норм текущего содержания пути по условиям безопасности и плавности движения поездов (табл. 2).

Таблица 2

Установленные скорости движения поездов V , _	51-70	71-120	121 -180
Допустимая величина
пучения грунтов h3on, мм	35	25	20

Расчет толщины дренирующей подушки по условию обеспечения несущей способности ее основания

5.3.    Расчет толщины дренирующей подушки земляного полотна можно выполнять по условию обеспечения несущей способности основной площадки в соответствии с положениями 'Рекомендаций по проектированию земляного полотна дорог в сложных инженерно-геологических условиях' (M.’_t ЦНИИС, 1974) и 'Рекомендаций по проектированию проткводеформаимонных мероприятий на участках весенних просадок пути' (М., Транспорт, 1982).

Расчетное состояние грунта при этом принимается на периоды его оттаивания. Для предотвращения возможности возникновения деформаций пластических сдвигов в верхней части толщи оттаивающего грунта должно быть выполнено условие равенство критической нагрузки р_к^ на грунт (несущей способности) и суммарного напряжения <3 от поездной нагрузки и собственного веса грунта¹ .

Для расчета можно использовать эпюры распределения по глубине критической нагрузки р_кр и суммарных напряжений Q в грунтах основания пути (рис. 1) при движении поездов со скоростью 100 км^ч для различных условий эксплуатации (вагоны — четырех- и восьмиосные, осевая нагрузка 22 и 25 т на ось).    g

5.4.    Критическая нагрузка на грунт р_кр# 10 Па (кгс/см2), равная возникающему напряжению О в грунтах основания, устанавливается из зависимости

Перетрухни Н. А., Саатчян Г. Г. Определение глубины вырезки слабых грунтов под основной площадкой в выеьасах и на нулевых местах. Сб.научных сообщений, вып. 8. М., Трансжелдориэдат. 1963, с.85-100.

12

- угол внутреннего трения, рад.; ^

■у - плотность влажного грунта, г/ см ;

К - расстояние от подошвы балластного слоя до расчетного уровня, м.

Критическую нагрузку следует определять для двух сечений, например, для h_£ “Он Ь_г ■ 1 м от подошвы балластного слоя. По результатам расчета строится линия АВ распределения р_кр и действующих суммарных напряжений по глубине (см. рис. 1).

Рис. 1. Распределение по глубине h критической нагрузки р и напряжений в грунте 6 : I - при четырехосных вагонах с осевой нагрузкой 22 т/ось; 2 - то же, с осевой нагрузкой 25 т/0сь. з -при восьмносньрс вагонах с осевой нагрузкой 22 т/ось; 4 - то же с осевой нагрузкой 25 т/ось

13

Необходимая толишяа дренирующей подуши в пределах основной площадки земляного полотна находится по пересечению линии АВ и кривых распределения суммарны* напряжений для заданных условий эксплуатации.

5.5. Прочностные характеристики (сцепление, угол внутреннего трения) должны соответствовать состоянию, в котором находится грунт расчетного слоя в период оттаивания. В зависимости от влажности и прочности грунта по глубине расчетом получают глубину вырезки и соответствующую толщину дренирующей подушки.

В качестве примера на рис. 2 приведены результаты расчетов глубины вырезки по трем вариантам сочетаний влажности W н прочностных характеристик оттаивающего грунта основания:

3. *W - 21 %; с - и, 13 кгс/см ци Hal; ср - I» .

Принимая минимальную прочность грунта    ■

■2,5 кПа под балластным слоем при h_t ■ 0 и Ю кПа на глубине Ь_г • 2 м (вариант 1), получаем прямую 1 распределения р_кр по глубине. Принимая на контакте с балластным слоем на глубине h_t ■ 0 минимальную прочность грунта, как для варианта 1, а на глубине h_z -■ 1 м характеристики, соответствующие вариантам 2 и 3, получаем прямые 2 и 3 распределения р_кр по глубине. По точкам пересечения прямых 1, 2 и 3 с кривыми а и б распределения суммарных напряжений (5 по глубине определяем шесть различных расчетных значений толщины дренирующей подуши, изменяющихся при рассмотренных условиях от 0,45 до 1,75 м.

5.6. Величины сцепления и угла внутреннего трения грунта основания рекомендуется определять в лабораторных условиях по следующей методике.

Образцы грунта, предназначенного для испытаний, вырезаются из монолитов посредством металлических колец» имеющих размеры, соответствующие типу сдвигового прибора. Внутренние стенки колец предварительно смазывают вазелином. Если отбор образцов грунта при инженерно-ге-

УДК 625.114:024.139 (083.75)

Научный редактор д-р тсхк.наук Н.Л.Перетрухни

Всесоюзный ордена Октябрьской Революции научно-исследовательский институт транспортного строительства. 1986

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие Методические рекомендации разработаны в развитие действующих нормативных документов по иэыс~ канию, проектированию и строительству земляного полот-на железных дорог (СНиГ! 11-39-76, СН 449-72 и др.) на основе опыта проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна железных дорог в районах Севера Европейской части СССР, Сибири и Дальнего Востока, а также результатов научных и экспериментальных работ, выполненных ЦНИИСом, Союэдорнии, ВНИИЖТом, НИИЖТом, ХабИЖТом и др.

В работе содержатся рекомендации по предотвращению возможности образования неравномерных пучинных деформаций железнодорожного земляного полотна, нарушающих нормальное движение поездов. Использование Методических рекомендаций позволит исключить непроизводительные затраты, связанные с выправкой пути при его текущем содержании, устранить ограничения скоростей движения поездов и провозной способности железных дорог.

Методические рекомендации разработали: канд.техн. наук Ю.Д.Дубнов, д-р техн.наук Н.А.Перетрухин, кандидаты техн.наук II.Г.Пешков, Н.А.Цуканов (ПНИИС), канд. геол.-мин.наук )М.В. Аверочкина!, канд.техн.наук П.И.Ды— дышко (ВНИИЖТ), канд.техн.наук Г.П.Бредюк (НИИЖТ), инженеры В.А.Миронов, Г.П.Минайлов (Тындинская мерзлотная станция), канд.техн.наук Я.А.Кроннк (МИСИ им.В.В.Куйбышева) при участии инженеров Н.И.Басалаева, А.П.Кудрявцева, Е.А.Бойиова (Ленгипротранс), Э.А.Притца, Н.П.Мурованного (Сибгипротранс) и Г.И.Курковой (Мосгипротранс).

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 129329, Москва, ул.Кольская, д.1, ЦНИИС.

Зав. отделением земляного полотна и верхнего

строения пути    П.Г.Пешков

3

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Настоящие Методические рекомендации предназначены для использования при изысканиях, проектировании

и строительстве земляного полотна на участках с пучини-стыми грунтами, залегающими в основании насыпей н в выемках. Они учитывают суровые климатические и сложные мерзлотно-грунтовые условия Байкало-Амурской магистрали и аналогичных линий, проходящих в районах глубокого сезонного промерзания и вечной мерэдоты.

1.2.    Земляное полотно с противопучинными мероприятиями и устройствами необходимо проектировать на основе данных инженерно-геологических, гидрогеологических и мерзлотно-грунтовых обследований» выполняемых в соответствии с требованиями действующих нормативных документов и настоящих Методических рекомендаций с учетом прогнозируемых изменений мерзлотно-грунтовых условий, которые произойдут в результате освоения полосы отвода, строительства земляного полотна и последующей эксплуатации железной дороги.

1.3.    При разработке противопучинных устройств необходимо учитывать, что, как правило, глубина сезонного промерзания земляного полотна по оси пути больше, чем глубина промерзания грунта в естественных условиях; в районах вечной мерзлоты на участках с высокотемпературными вечномерзлыми грунтами в теле высоких насыпей и грунтах основания земляного полотна в процессе эксплуатации образуются талики, не промерзающие за зимний период, что приводит к увеличению влажности пучинистых грунтов основания по сравнению с их состоянием в естественных условиях.

1.4.    В случае образования неравномерных пучинных деформаций в период временной эксплуатации дороги инженерно-геологическое обследование деформирующихся участков пути и проектирование противопучинных конструкций следует выполнять в соответствии с 'Рекомендациями по устранению пучин и просадок пути при временной эксплуатации БАМа' (М., Транспорт, 1982).

4

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПУЧИНООПАСНЫХ УЧАСТКОВ И ГРУНТОВ

2.1.    Пучиноопасными следует считать участки трассы с такими мерзлотно-грунтовыми гидрогеологическими условиями, при которых в случае применения-типовых конструкций земляного полотна величина морозного пучения грунтов и ее неравномерность окажутся больше допустимых значений по нормам содержания пути.

2.2.    К пучиноопасиым участкам земляного полотна следует относить:

выемки, нулевые места и нагыпи высотой до 2 м при залегании в их основании до глубины сезонного промерзания пучинистых грунтов, а также разнородных (пучинистых и непучинистых) грунтов, и том числе участки трассы, имеющие мелкобугристый рельеф;

насыпи, отсыпаемые пучинистыми крупнообломочными грунтами с глинистым заполнителем на высоту менее 1 м и глинистыми грунтами или пылеватыми песками на высоту менее 2 м;

выемки в легковыветриваюшихся породах в условиях избыточного увлажнения или близкого залегания грунтовых вод;

концевые участки выемок в скальных дренирующих и других непучинистых грунтах, если эти участки сложены пучинистыми грунтами; насыпи в пределах марей и других бессточных и слабосточных участков трассы (в том числе на подходах к выемкам);

участки пересечения трубопроводами земляного полотна из пучинистых грунтов;

насыпи из глинистых грунтов и насыпи высотой менее 5 м с пучинистыми грунтами основания на примыканиях к мостам и водопропускным трубам;

участки косогоров круче 1:5, сложенные дренирующими или трещиноватыми скальными породами при наличии грунтовых вод в пределах глубины промерзания.

2.3.    К грунтам, подверженным морозному пучению, отно-

5

глинистые грунты (глины, суглинки, супеси); легковыветриваюшиеся породы (сланцы, алевролиты, аргиллиты, мергели) в зоне активного выветривания; крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем; пылеватые пески при насыщении их водой; торфы и эаторфованные грунты.

‘2.1. Крупнообломочные грунты следует считать пучи-нистыми при содержании в них частиц размером менее О, 1 мм в количестве, равном или больше 30 % при глубоком залегании грунтовых вод (ниже расчетной глубины сезонного промерзания на 1 и более метров) и больше или равном 20 % при близком (меньше 1 м) залегании грунтовых вод.

2.5.    Оптимальную влажность крупнообломочных грунтов    с глинистым заполнителем следует определять

по данным стандартного уплотнения в цилиндрах диаметром 30-50 см или по данным стандартного уплотнения только глинистого заполнителя в приборах Союэдорнии

или ЦНИИ С согласно СН 449-72 с пересчетом ее на влажность всего крупнообломочного грунта по формуле

^w-,*^wwi‘*pV4_Pl    (о

где W - оптимальная влажность глинистого заполни-

теля, определяемая при стандартном уплотнении согласно СН 449-72;

- влажность крупных частиц в долях единицы, определяемая в соответствии с 'Инструкцией по возведению грунтовых противофильтраци-онных устройств плотин в северной строительно-климатической зоне' (М., изд.Гидропроекта им.С.Я,Жука - М ИСИ им.В.В.Куйбышева, 1979);

р - содержание крупных частиц в долях единицы.

2.6.    Максимальную стандартную плотность крупнообломочных грунтов Ута.*_к рекомендуется определять опытным путем или по данным стандартного уплотнения только глинистого заполнителя с пересчетом ее на весь объем крупнообломочного грунта по формуле

в

__к    ^ma»M     fry    v

где Ун ” плотность крупных частиц, г/см³;

- влажность крупных частиц, %.

2*7. Пучиноопасные участки трассы выявляются по материалам инженерно-геологических и мерзлотно-грунтовых изысканий.

2.8. Пучиноопасные участки трассы следует, как правило, обходить. При невозможности обхода необходимо на этих участках применять противопучинные конструкции и осуществлять мероприятия в соответствии с настояшими Методическими рекомендациями.

3. МЕРЗЛОТНО-ГРУНТОВОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ПУЧИНООПАСНЫХ УЧАСТКОВ

3.1.    С целью получения исходных данных для проектирования эффективных пучиноустойчивых конструкций земляного полотна в пределах участков, перечисленных в п.2.2, на стадии рабочих чертежей необходимо выполнять детальное мерзлотно-грунтовое обследование трассы. Местоположение, количество и глубину разведочных выработок следует устанавливать индивидуально для каждого участка в зависимости от степени сложности местных условий, а также от вида и размеров земляного полотна.

Во всех случаях в пределах полосы размещения основной площадки земляного полотна выработки необходимо проходить на глубину, превышающую на 1-2м и расчетную глубину промерзания, определяемую в соответствии с раэд. 5 настоящих Методических рекомендаций.

3.2.    В результате мерзлотно-грунтового обследования должны быть установлены следующие данные:

состав и основные физико-технические характеристики разновидностей грунтов в обследуемой зоне, а также структурные и текстурные особенности этих грунтов;

7

характер напластований грунтов по простиранию и глубине, в том числе положение границ литологических слоев, направление и крутизна плоскости контактов пучини-стых и непучинистых грунтов;

глубина залегания, состояние и свойства вечномерзлых грунтов;

глубина залегания грунтовых вод и их режим, мощность, фильтрационные свойства и водообильность водо-ммешающих пород, а также температура грунтовых вод на участках с вечномерзлыми грунтами.

Состав и состояние грунтов, используемых для земляного полотна, рекомендуется устанавливать по результатам лабораторных анализов проб, отобранных при бурении и шурфовании. Для глинистых грунтов достаточно определить естественную влажность и пределы пластичности, для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем - естественную влажность и пределы пластичности глинистого заполнителя, гранулометрический состав, а для пылеватых песков - естественную влажность и гранулометрический состав.

При проходке выработок пробы для определения естественной влажности необходимо отбирать: через 0,2 м -в глинистых грунтах, через 0, 5 м - в крупнообломочных грунтах с глинистым заполнителем; пробы для определения пределов пластичности глинистых грунтов, а также гранулометрического состава крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем и пылеватых песков требуется отбирать из каждой разновидности грунта, но не реже, чем через 1 м.

Границы текучести и раскатывания грунтов следует определять по ГОСТ 5180-84, гранулометрический состав крупнообломочных и песчаных грунтов - по ГОСТ 12530-79.

Естественную влажность крупнообломочньвс грунтов следует определять для всей пробы ( суммарная влажность) -и отдельно - для глинистого заполнителя V/ .

СП    п

Естественную влажность глинистого заполнителя можно определить по формуле

Г>

, . w_CM-w_MM

_w _СИ-И«_,    ₍₃₎

1 - p

где    -    максимальная    молекулярная    влагоемкость

частиц грунта размером больше 2 мм.

На основании полученные данных устанавливают консистенцию глинистых грунтов, в том числе ГЛИНИСТОГО заполнителя крупнообломочных грунтов.

Свойства вечномерзлых грунтов необходимо устанавливать в соответствии с положениями СНи11 11-18-71» и '!*>-ководства по проектированию оснований и фундаментов н.: вечномерзлых грунтах' (М._в Строй’издат, 1980).

Климатологические данные, характеризующие уел »вия промерзания—оттаивання, следует устанавливать по матери— алам ближайшей к проектируемому участку земляного полотна метеорологической станции, В состав таких данных входят: сумма градусо-суток отрицательных и положи тельных температур наружного воздуха в год обследования, средняя многолетняя и максимальная за десятилетний период, определяемые по соответствующим значениям среднемесячной температуры воздуха, а также среднее многолетнее количество осадков по месяцам и тол-пина снежного покрова.

1.3. Анализ материалов мерзлотно-грунтового обследования пучиноопасных участков рекомендуется осуществлять с учетом схем (справочное приложение 1 ). позволяющих прогнозировать возможные деформации пути после сооружения земляного полотна в случае невыполнения противо-пучинных мероприятий в рассматриваемых условиях.

4. УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

проз и водеформ анионных мероприятий

4.1. Для предотвращения возможности возникновения деформаций земляного полотна на участках с пучинистыми грунтами в основании насыпей и в выемках рекомендуется применять:

9