Оседания и провалы насыпей

Оседание насыпей может происходить вследствие уплотнения грунта самой насыпи без значительных боковых смещений грунта или из-за податливости слабых грунтов в основании, в том числе – и оттаявших вечномерзлых.

Опознавательные признаки: просадка пути, понижение обочин, продольные трещины на откосах и обочинах; появление выпираний грунта после интенсивных дождей и при весеннем оттаивании; при оседаниях из-за податливости грунтов основания появляются понижения у подошвы откосов с застоем воды в них либо бугры при выпирании слабых грунтов основания.

Причины оседаний: вследствие недостаточного уплотнения грунта при возведении насыпи; интенсивное развитие балластных корыт, лож и мешков; природная обводненность грунтов оснований или длительное стояние поверхностной воды при плохом стоке; медленное уплотнение торфяных или других слабых грунтов основания при эксплуатации; недостаточная глубина выторфовывания на болотах I-го типа при строительстве; проседание грунтов над шахтными подработками и карстовыми полостями; оттаивание льдистых вечномерзлых грунтов в основании.

Профилактические меры: заделка трещин с целью недопущения глубокого проникновения дождевых вод; обеспечение быстрого стока поверхностных вод и недопущение застоев воды.

Меры по предупреждению и устранению оседания насыпей: при развитии углублений в основной площадке укладывается гидроизоляция (геотекстиль, пленка) в основании балластной призмы и ликвидация последствий оседания подъемкой пути на балласт; при недостаточной ширине или отсутствии обочин производится уширение насыпей; для осушения грунтов основания нарезают водоотводные канавы; при наличии грунтовой воды устраивают дренажи; при выпирании слабых грунтов основания отсыпают пригрузочные бермы или контрбанкеты (рис. 3.1); забивают в основании откоса железобетонные сваи или устраивают траншеи, заполненные камнем (стена в грунте), с выпуском воды из траншей в пониженные места (рис. 3.2); при проседании и провале грунта в зоне шахтных подработок необходимо оставление предохранительных целиков в зоне влияния на земляное полотно или полная закладка выбранного пространства, если другие меры не обеспечивают устойчивости земляного полотна.

Рис. 3.1. Укрепление насыпи пригрузочными бермами:

1 – пригрузочные бермы высотой h_б = (0,3–0,5)H; 2 – бугры выпирания

Рис. 3.2. Укрепление насыпи при выпирании грунта основания:

1 – ряд забивных свай; 2 – траншея, заполненная камнем; 3 – технологические подсыпки; 4 – бугры выпирания

При залегании в основании насыпей вечномерзлых грунтов необходимо устранить обводненность основания, не допустить глубокого протаивания вечномерзлых грунтов, при необходимости – вызвать восстановление мерзлоты способами, рассматриваемыми в соответствующем разделе дисциплины “Железнодорожный путь”.

При оседании насыпей на оттаивающих льдистых вечномерзлых грунтах основания следует не допускать глубокого их протаивания, для чего незамедлительно устранять обводненность местности возле насыпей приведением в порядок водоотводных канав и заполнением всех замкнутых понижений между канавами и насыпями недренирующим грунтом, стремиться максимально сохранять естественный растительный покров, при необходимости – принимать меры по восстановлению мерзлоты, рекомендуемые техническими указаниями [9].

В числе мер по восстановлению мерзлоты можно назвать: покрытие откосов насыпей слоем камня толщиной 0,8–1,0 м (рис. 3.3), устройство траншей, заполненных камнем, и отсыпка камня на откосы (см. рис. 3.4), выполнение выстелки из старых шпал, непригодных для укладки в путь (см. рис. 3.5). Последняя мера должна устраиваться в конце зимы, то есть после сезонного промерзания грунтов основания.

Рис. 3.3. Восстановление мерзлоты под откосами:

1 – поверхность вечномерзлого грунта (ПВМГ) до отсыпки камня на откосы; 2 – то же после покрытия откоса камнем; 3 – камень слоем толщиной 0,8–1,0 м; h _d – величина деятельного слоя

Все эти меры создают условия поднятия поверхности вечномерзлых грунтов под откосами (образуются мерзлотные упоры), благодаря чему исключается выпирание в стороны переувлажненных грунтов “ложа” протаивания под насыпью.

Конструкции должны устраиваться в марте – апреле.

При зимнем промерзании устраняются ежегодные сезонные разупрочнения грунта под откосами насыпи вследствие его распучивания. Меры, показанные на рис. 3.3, 3.4 и 3.5, позволяют добиться быстрой стабилизации насыпей.

Рис. 3.4. Способ быстрого восстановления мерзлоты под откосами:

1 – положение (ПВМГ) в результате оттаивания; 2 – то же после осуществления мероприятия; 3 – камень; 4 – геотекстиль по контуру траншеи

Рис. 3.5. Восстановление мерзлоты путем использования старых шпал:

2 – старые шпалы уложенные на него; 1 – слой дренирующего грунта толщиной 0,3 м; 3 – защитный слой минерального грунта толщиной 0,1–0,15 м

Провалы – резкие проседания поверхности земли вместе с земляным полотном, отличающиеся быстротой протекания и приводящие к полному или частичному разрушению земляного полотна (см. рис. 3.6).

Признаки возможного провала: вертикальные смещения отдельных участков земляного полотна вместе с основанием; появление и развитие воронок и ям; наличие застоев воды на поверхности земли и в водоотводных устройствах; появление продольных трещин разрыва – предвестников начала быстрой просадки или провала; заметное ухудшение состояния пути на локальном участке.

Причины провалов: обвал кровли горных пород над шахтными выработками, карстовыми полостями; провал оттаявших вечномерзлых грунтов основания насыпи при вытаивании линзы подземного льда (гидролокалита); прорыв под насыпью торфяного слоя болота.

Рис. 3.6. Провал насыпи:

1 – выработанный пласт; 2 – обрушившаяся кровля; 3 – мульда сдвижения; 4 – поперечный профиль насыпи до провала

Меры по предупреждению провалов: инструментальные наблюдения за состоянием земляного полотна и прилегающей территории; заделка замкнутых понижений водонепроницаемым грунтом, планировка поверхности с уклоном к водоотводным сооружениям, которые должны обеспечивать быстрый отвод воды; перехват и отвод (или каптаж вертикальным дренажом) грунтовых вод от закарстованной зоны; создание охранных зон с особым режимом землепользования на участках развития карста и оставление предохранительных целиков полезного ископаемого в зоне влияния на земляное полотно; заполнение карстовых полостей и выработанных пространств инертными материалами; в обоснованных случаях – обрушение взрывами неустойчивой кровли над полостями; перенос железнодорожного пути на неподработанную или незакарстованную территорию – если это экономически обосновано.

Работы по предупреждению провалов земляного полотна должны выполнятся в соответствии с проектами, разрабатываемыми для каждого конкретного участка с комплексом защитных мер.