|
ДОКЛАД. МИИТ 2008 - 2009 г.
 Пятая научно – техническая конференция с
международным участием «Современные проблемы
проектирования, строительства и эксплуатации
железнодорожного пути» в рамках проводящихся
Чтений, посвящённые памяти Г.М. Шахунянца.
Московский Государственный
университет путей сообщения (МИИТ)
19-20 ноября 2008 г.
Доклад: «Пластиковые геоячейки «ПРУДОН-494» в конструкциях укрепления основания и откосов на участках Северо-Кавказской железной дороги при реализации программы строительства и развития сети железных дорог Краснодарского края»
М.Ю. Толченова, А.П. Баранов
ОАО «494 УНР» — официальный разработчик и собственник технологии изготовления и укладки объемных геоячеек «ПРУДОН-494». С начала 1990-х гг. активно разрабатывает, внедряет и применяет технологию объемного армирования грунтов «ПРУДОН-494» при строительстве автомобильных и железных дорог. По мнению научных специалистов и строителей, данная технология уже дала свои ощутимые результаты как в инженерном, так и экономическом плане.
Геоячейки «ПРУДОН-494» можно использовать для армирования следующих сооружений (рис. 1-2):
оснований железнодорожных насыпей;
откосов насыпных сооружений и естественных склонов;
конусов мостов и путепроводов;
подпорных стенок и армогрунтовых насыпей;
русел постоянных водотоков, берегов рек, каналов и др.
Конструкция геоячеек проста и технологична, допускает в широком диапазоне изменение размеров ячейки и ее высоты, выбираемых в зависимости от расчетной нагрузки и имеющихся в наличии строительных материалов. Применение геоячеек способствует решению целого ряда строительных задач. Геоячейки ограничивают сдвиговые деформации и укрепляют грунты, создавая единую структурную массу, которая выдерживает высокое давление.
Производить и применять пластиковые геоячейки «ПРУДОН-494» начали в 90-х годах прошлого века. Были построены опытные участки испытательной автомобильной трассы НИИИ (AT) МО на различных армированных основаниях. Впоследствии выполнили штамповые испытания и прогон техники с замером изменений на участках. По результатам исследований изданы «Временные строительные нормы при устройстве нежестких дорожных одежд автомобильных дорог», утвержденные ЦНИИС.
 
Рис. 1. Зарубежный опыт армирования основания нового
железнодорожного полотна объёмными геоячейками
Вариант 1
Вариант 2
Рис. 2. Варианты конструкций земляного полотна с применением
геоячеек «ПРУДОН-494» из опыта отечественных проектных и
научно – исследовательских организаций
Использование геоячеек в основании позволяет армировать один из конструктивных слоев. В результате получается слой со значительно большим модулем упругости. Это, во-первых, дает возможность уменьшить толщину другого более дорогостоящего слоя основания, не снижая при этом суммарной прочности всей конструкции, что в конечном итоге приводит к значительному экономическому эффекту. Во-вторых, под нагрузкой слой, укрепленный геоячейками, работает как упругая гибкая плита на грунтовом основании. В этом случае материал засыпки воспринимает нормальные сжимающие напряжения, а геоячейки ограничивают боковые перемещения грунта в пределах каждой из них. За счет кольцевого эффекта зона прогиба конструкции увеличивается, а ее деформации под нагрузкой уменьшаются. В результате достигается наиболее эффективное распределение нагрузки по всей поверхности, что значительно увеличивает межремонтный период при эксплуатации объекта. По такому же принципу работают армированные геоячейками площадки на слабых основаниях.
Другое направление использования геоячеек «ПРУДОН-494» — укрепление конусов мостов и путепроводов, а также откосов насыпных сооружений (рис. 3).
Рис. 3. Типовая схема укрепления откосов геоячейками
Конструкция укрепления откоса представляет собой сплошной ковер из геоячеек, заполненных растительным грунтом и покрывающих верхнюю и нижнюю части откосов, берму и русло водоотводного ручья. Между собой геоячейки крепят Г-образными металлическими анкерами. Геоячейки обеспечивают надежное закрепление грунта на откосах, образуя устойчивый дерновой покров, а также препятствует выносу частичек грунта ветром и водой, замедляют скорость течения поверхностных вод на быстротоках.
Эта перспективная технология по сравнению с традиционными способами укрепления позволяет уменьшать расход строительных материалов, значительно снижать расходы транспортные и на содержание конструкции укрепления, обеспечивать долговечность конструкции.
С помощью геоячеек «ПРУДОН-494» укреплены откосы насыпей и конусов путепроводов, в следующих регионах России, отличающихся климатическими условиями, грунтами и используемыми материалами заполнения ячеек:
в европейской части России на протяжении всей Московской кольцевой автодороги, в Белгородской и Калужской областях, в Новгородской области на Веребьинском спрямлении, республике Коми, Пермской области;
в Ставропольском и Краснодарском краях;
на севере Западной Сибири в Ханты-Мансийском и Ямало-Ненецком автономных округах (включая полуостров Таймыр);
в Томской и Новосибирской областях;
на Дальнем Востоке во Владивостоке (откосы железных дорог), в Хабаровске (транспортные развязки).
Армогрунтовые подпорные стенки и армогрунтовые насыпи
Одно из перспективных направлений использования геоячеек «ПРУДОН-494» — строительство армогрунтовых подпорных стенок и армогрунтовых насыпей. Необходимость их устройства возникает при возведении мостов, путепроводов и других сооружений в стесненных условиях, а также при укреплении неустойчивых крутых откосов, земляных подмываемых дамб и др. Устройство подпорных стен из армированного грунта отличается экономичностью и простотой, причем эффективность их возрастает с увеличением высоты (рис. 4). Податливость стен за счет деформативности грунта делает их нечувствительными к осадкам основания. Подпорные стены лучше приспособлены к неравномерным осадкам, компенсируют температурные и усадочные напряжения.
Рис. 4. Технологическая схема сооружения подпорной грунтовой стены:
1–вагоны–думпкары;
2-место выгрузки дренирующего грунта из вагонов-думпкаров;
3-геоячейки «ПРУДОН-494»;
4-место складирования грунта;
5-транспортировка дренирующего грунта к месту работ;
6-засыпка геоячеек дренирующим грунтом;
7-уплотнение грунта засыпки поливом воды;
8-уположение верхней части откоса дренирующим грунтом; 9-геотекстиль
Армогрунтовая подпорная стенка с «ПРУДОН-494» представляет собой многослойную конструкцию, в которой геоячейки расположены одна над другой со смещением на половину ширины ячейки. Последнюю заполняют, как правило, песчаным грунтом с добавлением каменных материалов (не более 15 %). Засыпка должна обладать хорошими дренирующими свойствами и иметь угол внутреннего трения не менее 25 градусов.
Модули геоячеек, выполненные из гибких полиэтиленовых лент, позволяют возводить армогрунтовые подпорные стенки на местности с любым рельефом, различной конфигурации, а крутизна укрепляемого склона не ограничена, вплоть до вертикального. Кроме того, стенки могут быть выполнены в несколько ярусов, что делает возможным добиться наибольшей устойчивости склона и более рационально использовать строительную технику, учитывая достаточную ширину яруса для ее размещения.
Водопропускные трубы
Экспериментальные исследования показали, что геоячейки «ПРУДОН-494» эффективны при всех рабочих диапазонах нагрузок на железнодорожную насыпь, в том числе на водопропускных трубах (рис. 5).
Рис. 5. Вид трубы из геоячеек "ПРУДОН-494" в продольном разрезе
Благодаря большой несущей способности и сравнительно малой деформации их можно использовать в качестве несущих конструкций, в частности несущих стен водопропускной трубы на временных обходах барьерных мест. Это обусловлено тем, что геоячейки технологичны в работе, легко перевозятся, при строительстве не требует высокой квалификации персонала, специальных машин, механизмов.
Сооружение водопропускных труб возможно на самых различных грунтах, даже при отсутствии какой-либо техники, что очень важно при временном строительстве и восстановлении. Кроме того, геоячейки «ПРУДОН-494» можно применять в различных климатических и инженерно-геологических условиях.
С помощью геоячеек «ПРУДОН-494» можно укреплять русла и берега рек, подмываемые склоны. В геотехническом строительстве геосинтетические материалы незаменимы для гидроизоляции и дренажа, армирования и стабилизации откосов набережных, русел водотоков, защиты их от эрозии и размыва.
Как показали исследования, их применение обеспечивает длительную защиту водоотводных канав с заданной степенью жесткости и стабильности. Такие свойства, как пластичность и гибкость позволяют создавать укрепления, точно повторяющие конфигурацию существующих русел или водоотводных канав.
В качестве заполнителя ячеек можно использовать различные материалы, которые выбирают в зависимости от интенсивности потока воды — растительный грунт или монолитный бетон.
При необходимости укрепления крутых склонов, подверженных интенсивному воздействию волн, или каналов, берега которых сложены из неустойчивых размываемых грунтов, целесообразен другой вариант укрепления, когда модули геоячеек укладывают послойно друг на друга. При этом достигается значительно большая устойчивость русел глубоких водотоков. Крутизна укрепляемых откосов также не ограничена.
Примеры конструкций укрепления из геоячеек «ПРУДОН-494» на
участках Северо-Кавказской дороги
Участок Туапсе—Адлер Северо-Кавказской дороги тянется вдоль подножия Приморского склона южной и юго-западной экспозиций и располагается непосредственно у береговой линии Черного моря. На всем протяжении поверхность участка изрезана многочисленными крупными и мелкими эрозионными понижениями (балками). Кроме естественной изрезанности местности, природный облик склона видоизменен проложенными здесь авто- и железными дорогами, устроенными в полувыемках-полунасыпях. Высота грунтовых насыпей местами достигает 5 м.
Морской берег, являющийся естественной границей участка с юго-запада, имеет в основном мягкоизвилистое очертание. Практически везде он защищен волноломами, волнорезами, волноотбойными стенами и искуственными отсыпками на пляже. Все эти сооружения, построенные в разные годы, отличающиеся конструкцией и протяженностью, во многих местах разрушены морской абразией. Пляжная высота не выдержана и в целом составляет 30—140 м.
Исходная сейсмичность района 8 баллов.
Междупутье узкое, откосы насыпей и выемок крутые, имеются опасные оползни. Со стороны горы грунт осыпается на железнодорожный путь, со стороны моря волны размывают насыпи. Откосы железной дороги находятся в непосредственной близости к жилым зданиям и постройкам.
Малым искусственным сооружениям — водопропускным трубам — отводится особая роль на данном направлении. Именно они зачастую становятся причиной закрытия движения по причине размыва их входных и выходных русел. В таких экстремальных ситуациях приходится принимать нестандартные решения с применением новых материалов и технологий, в частности геоячеек «ПРУДОН-494», в самые сжатые сроки.
Конструкция водопропускной трубы включает в себя основание и стенки (с оголовками) из геоячеек «ПРУДОН-494», заполненные песком или щебнем, и перекрытие из шпал, бревен, железобетонных плит и др. В этом случае главным условием является пропуск поездной нагрузки при минимальных осадках стен трубы и основания, пропуск через трубу расчетного водного потока без допуска размыва. Подобные трубы также можно использовать в стесненных условиях, если отсутствуют подъезды к месту работ. При необходимости имеется возможность построить трубу с различной кривизной русла в плане и профиле без дополнительных мероприятий и затрат.
Состояние пути зависит от многих факторов, в том числе от прочностных и деформативных характеристик земляного полотна. На Северо-Кавказской дороге велика вероятность оползания откосов с горной стороны, в результате чего возможна засыпка железнодорожных путей. При защите откосов наиболее рациональным решением в стесненных условиях и с учетом рельефа местности является устрйоство подпорной стенки.
В данном случае речь идет об усилении участка однопутной (двухпутной) железнодорожной линии с деформированным откосом насыпи или уположением верхней части откоса высоких (Н ? 12 м) насыпей на прочном основании (рис. 6). Технологию и организацию работ выбирают на основании характеристик участка деформации и основания насыпи.
Вариант 1
Вариант 2
Рис. 6. Варианты конструкций укрепления откосов геоячейками
«ПРУДОН-494» на железнодорожной линии Туапсе – Адлер Северо –
Кавказской железной дороги
Оползневые склоны, крутые откосы и обочины насыпей, полки берм укрепляют объемными геоячейками
«ПРУДОН-494» с заполнением их щебнем твердых пород фракций 25—60 мм.
В заключение следует сказать, что технология объемного армирования грунтов «ПРУДОН-494» является весьма перспективной, ее можно использовать для армирования многих железнодорожных сооружений. Она достаточно проста, ее применение позволяет добиваться значительного экономического эффекта.
| 
