ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПРИ УКРЕПЛЕНИИ ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье рассмотрены вопросы выбор конструкции земляных сооружений в районах со сложными природными и грунтовыми условиями. Проведены теоретические анализ по повышение  устойчивости откосов насыпи земляного полотна с укладкой  объемных георешеток.

ABSTRACT

This article discusses the issues of choosing the design of earthworks in areas with difficult natural and soil conditions. A theoretical analysis has been carried out to increase the stability of the slopes of the subgrade embankment with the laying of volumetric geogrids.

Ключевые слова: земляное сооружение, откосы, насыпи, устойчивость, теоретические расчеты, анализ, объемная георешетки.

Keywords: earthworks, slopes, embankments, stability, theoretical calculations, analysis, volumetric geogrids.

Откосы земляного полотна железных дорог являются одним из самых уязвимых элементов при водном и ветровом воздействии. В общей структуре методов повышения эксплуатационной надежности и долговечности дорог всех категорий первостепенное значение должно отводиться методам обеспечения устойчивости откосов земляного полотна. Вместе с тем выбор типа, оценка и обеспечение устойчивости укрепления откосов полотна является актуальным и требует комплексного подхода [1]

Мероприятия, в результате которых обеспечивается надежная эксплуатация железнодорожных инфраструктурных объектов, могут быть реализованы при капитальном ремонте или новом строительстве. Одним из приоритетных вопросов является разработка и внедрение способов усиления земляного полотна железных дорог [2]. Применение геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна, возводимого из барханных песков в сложных инженерно-геологических условиях может оказаться более существенным с точки зрения работоспособности и транспортно-эксплуатационной надежности конструкции, чем получение единовременной экономии средств. Мировой опыт применения геосинтетических материалов показывает на их универсальность (обширное поле применения), экономичность (снижение затрат на строительство и эксплуатацию, экономию строительных материалов, сокращение сроков производства работ), экологичность (сокращение использования природных ресурсов) [3-6].

При укреплении откосов земляного полотна применяются объемные георешетки. Основные области применения объемных георешеток при строительстве, реконструкции и ремонте земляного полотна автомобильных и железных дорог:

• укрепление подтопляемых и неподтопляемых откосов, склонов взамен традиционных типов укрепления или в сочетании с ними;
• образование усиленных конструктивных слоев;

возведение земляного полотна в сложных условиях строительства и усиление рабочего слоя земляного полотна [7].

При расчете коэффициента устойчивости откосов насыпи с укладкой объемных георешеток применение следующие метод:

Разработана программа для ЭВМ с использование методом Г.М. Шахунянца;

Название  программы «Расчет коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна и пути его повышения с укладкой объемной георешетки»

Язык программирования: Visual Studio 2019, C#.

В  программе для расчета коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна без укладке объемных георешетки  используем классическую формулу, разработанной проф. Г. М. Шахунянц [8].

                                   (1)

где  c_i (c_i , с_i^в , с^в_iосн) – удельное сцепление соответственно сухого и влажного грунта насыпи, влажного грунта основания, кПа;

f_i (f_i, f_i^в, f^в_iосн) – коэффициент трения соответственно сухого и влажного грунта насыпи, влажного грунта основания;

l_i (l_i, l_i^в, l^в_iосн) – величина основания i-го отсека м, соответственно сухого и влажного грунта насыпи, влажного основания;

N_i – нормальная составляющая веса i-го отсека, кН; N_i = Q_i cos β_i;

Т_i-уд – удерживающая составляющая веса i-го отсека кН; Т_i-уд = Q_i sin β_i ;

Т_i-сд – сдвигающая составляющая веса i-го отсека кН; Т_i-сд = Q_i sin β_i.

Д_с – равнодействующая фильтрационного давления (гидродинамическая сила) с учетом влияния на нее силы сейсма, кН;

Q_c – cейсмическая сила, кН .

Коэффициент устойчивости откосов меньше допустимого, тогда это зависит от следующих факторов:

• физико-механических свойств грунтов: удельный вес γ, угол внутреннего грунта φ и удельное сцепление С и т.е.
• поперечный профиль насыпи;
• высота насыпи;
• коэффициент заложения откосов;
• мелиорационных состояние грунтов;
• влияние воды;
• сейсмические силы.

Увеличения удерживающих сил М_уд можно достич с укладкой геоматериалов на откосы насыпи. В каждой i-й ячейке георешеток возникают следуюущие силы (рис. 1).

В каждой i-й ячейке георешетки по третьему закону Нютона результирующее сдвигающих Т_сдв и удерживающих сил Т_уд равняется нулью, потому что ячейки георешетки, заполненные грунтом укреплены анкерами. Эти анкеры не позволяют сдвиг вниз георешеток. Из этого возникают сила трения в каждой i-го ячейки с георешетки

                                              (2)

и сила сцепления частиц грунтов в каждой i-й ячейке георешетки

                                                           (3)

Рисунок 1. Схема силы, действующих на каждой i-й ячейке георешетки

Введением формул (2) и (3) в формулу (1) получим формулу определения коэффициента устойчивости откосов насыпи с укладкой георешетки.

                         (4)

где  c_гi – удельное сцепление грунта ячейки георешетки , кПа;

f_гi – коэффициент трения  грунта ячейки георешетки;

l_гi – величина основания i-го ячейки георешетки м;

N_гi – нормальная составляющая веса i-го ячейки георешетки , кН;

В  программе для расчета коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна с укладке объемных георешетки  используем (4)  формулы.

С применением разработанная расчетная программа определим значения изменения коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна  без укладки и с укладкой объемных георешеток в зависимости от высоты насыпи в  разных  типах  грунтов.

Результаты расчетов  коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна  без укладки и с укладкой объемных георешеток приведены на рис.2

Рисунок 2 График изменения коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна без укладки и с укладкой объемных георешеток в зависимости от высоты насыпи в песчаных грунтах

Значения изменения коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна без укладки и с укладкой объемных георешеток в зависимости от высоты насыпи в  разных  типах  грунтов приведены на рис.3, 4.

Рисунок 3. График изменения коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна без укладки и с укладкой объемных георешеток в зависимости от высоты насыпи в суглинках

Рисунок 4. График изменения коэффициента устойчивости откосов насыпи земляного полотна без укладки и с укладкой объемных георешеток в зависимости от высоты насыпи в супесы

Сравнение результатов расчета показывает, что укладка объемных георешеток повышает устойчивость откосов и обеспечивает необходимый коэффициент устойчивости откосов насыпи земляного полотна в  разных  типах  грунтов.

Заключение

1. Необходимость и целесообразность для укрепления откосов земляного полотна железных дорог из песчаных грунтов должна устанавливаться только на основе расчета толщины слоя и оценки устойчивости укрепления. Необходимо рассмотреть качественную и количественную оценку устойчивости  укрепления откосов полотна.
2. Для обеспечения и повышения местной устойчивости укреплений откосов необходимо выбирать самый надежный, но и самый экономичный вариант для конкретных условий.
3. В последние годы одним из наиболее перспективных и широко используемых в транспортном строительстве способов усиления земляного полотна стало применение различных видов геосинтетических материалов (геотекстили, геосетки, георешетки, геоячейки, геомембраны различных видов).
4. Объемные георешетки успешно применяются при строительстве железных дорог во многих странах мира. В основном их использует для укрепления откосов насыпей, выемок и конусов железнодорожных мостов. Защита откосов и склонов насыпей является серьезной проблемой в железнодорожном строительстве.
5. Применение вместе с традиционными типами укреплений (несущих, защитных и изолирующих) для обеспечения технического состояния земляного полотна железных дорог можно использовать инновационные геосинтетические материалы для повышения надежности укрепления;
6. Разработаны программные обеспечение  для   теоретических расчеты по определению коэффициента устойчивости откосов в зависимости от высоты насыпи без укладкой и с укладкой геосинтетических материалов.
7. Теоретические расчеты показывают, что требуемое значение коэффициента устойчивости откосов с учетом силы, действующих каждой ячейки георешетки во всех случаях обеспечивает.
8. Эффективность применения геосинтетических материалов для усиления откосов насыпи, возводимой из разных грунтов, и позволяют говорить о целесообразности усиления конструкции земляного полотна на железнодорожных линиях Узбекистана.

Список литературы:

1. Лесов К.С., Таджибаев Ш., Кенжалиев М.К. Технология укрепление откосов земляного полотна железных дорог из песчаных грунтов с применением геосинтетических материалов. Проблемы архитектуры и строительства (научно-технический журнал). №4, 2019, Самарканд, СамГАСИ, С. 15-18.
2. К.Лесов, Ш.Таджибаев, А.Мавланов, М.Кенжалиев. Расчет устойчивости насыпи и укрепление откосов земляного полотна с использованием геосинтетических материалов. Транспорт шёлкового пути (научно-технический журнал). №1, 2021. Ташкент, С.78-83
3. Закиров Р. С., Омаров А.Д. Противодеформационное укрепление земляного полотна из песчаного грунта в Казахстане. Алматы: «Ғылым», 1999- 164 с.
4. Лесов К.С., Мирахмедов М.М., Таджибаев Ш.А. Мировой опыт применения геосинтетических материалов в конструкциях земляного полотна. Архитектура. Строительство. Дизайн. Научно-практический журнал. №2, 2019. Ташкент. ТАСИ. С. 194-197.
5. ОДМ 218.5.005-2010 Классификация, термины, определения геосинтетических материалов применительно к дорожному хозяйству.
6. ISO 10318:2005 Geosynthetics–Terms and definitions.
7. Lesov K.S., Tadjibaev Sh. А., Kenjaliev M.K. Experimental researches on strengthening the slopes of the roadbed with geomaterials on the experimental section of the Bukhara – Misken railway line. Journal NX. Volume 7, Issue 2, February 2021, Pune, India.
8. Шахунянц  Г.М. Железнодорожный путь: учебник для вузов ж.-д. трансп. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1987. – 479 с.