Обоснование конструкции защитных слоёв земляного полотна высокоскоростных магистралей

0

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)


Факультет «Транспортное строительство


Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»




ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА


к магистерской диссертации

Ван Синьтун

на тему	Обоснование конструкции защитных слоёв земляного полотна

высокоскоростных магистралей




Обучающийся
__________________

Ван Синьтун



подпись, дата







И.О.Фамилия






Заведующий кафедрой –


к.т.н. А.Ф. Колос

главный руководитель





__________________

учёное звание, И.О.Фамилия







подпись, дата




Основный руководитель
__________________

к.т.н. А.Ф. Колос


подпись, дата






учёное звание, И.О.Фамилия






Консультанты
__________________
__________________________


подпись, дата

учёное звание, И.О.Фамилия


__________________
__________________________


подпись, дата

учёное звание, И.О.Фамилия


__________________
__________________________


подпись, дата

учёное звание, И.О.Фамилия


__________________
__________________________


подпись, дата

учёное звание, И.О.Фамилия

Нормоконтролер
__________________
__________________________


подпись, дата

учёное звание, И.О.Фамилия


Санкт-Петербург 2018







1


СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................
1
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ ..................
5
1.1
Анализнормпроектированияземляного
полотна
высокоскоростных магистралей в разных странах ..................................
5
1.2
Методы расчёта глубины промерзания грунтов земляного полотна в
разных странах ..........................................................................................
27
1.3
Вывод по главе 1 .............................................................................
45

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВ

НА ОСНОВЕ СТАНДАРТОВ РАЗНЫХ СТРАН ...............................
48
2.1
Общие положения ............................................................................
48
2.2
Определение  глубины  промерзания  в  различных
климатических
условиях на основе требований российских стандартов. .....................
50
2.3
Определение  глубины  промерзания  в  различных
климатических
условиях на основе требований китайского стандарта. ........................
59
2.4
Вывод по главе 2 ...............................................................................
63

ГЛАВА  3.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТОЛЩИНЫ  ЗАЩИТНОГО  СЛОЯ  ИЗ

УСЛОВИЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ПРИ ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ДВИЖЕНИИ ПОЕЗДОВ ...................................................................... 64

3.1	Общие положения .......................................................................... 64

3.2	Определение  толщины  защитного  слоя  из  условия  обеспечения

несущей способности подстилающих грунтов для участков на балласте

2

..................................................................................................................... 66

3.3	Определение  толщины  защитного  слоя  из  условия  обеспечения

несущей способности для участков с безбалластным верхним строением

пути .............................................................................................................
75
3.4   Выводы по главе 3 ............................................................................
79

ГЛАВА  4.  ОПРЕДЕЛЕНИЕ  ТОЛЩИНЫ  ЗАЩИТНОГО  СЛОЯ  ИЗ

УСЛОВИЯ	ОБЕСПЕЧЕНИЯ	ДЕФОРМАТИВНОСТИ	ПРИ

ВЫСОКОСКОРОСТНОМ ДВИЖЕНИИ ПОЕЗДОВ
........................ 80
4.1
Теоретические положения ...............................................................
80
4.2
Определение  толщины  защитного  слоя  из  условия  обеспечения
деформативности для участков на балласте ...........................................
86
4.3
Определение  толщины  защитного  слоя  из  условия  обеспечения
деформативности  для  участков  с  безбалластным  верхним  строением
пути
.............................................................................................................
92
4.4
Выводы по главе 4 ............................................................................
98
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ ................................................
99
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................
101

1

ВВЕДЕНИЕ

     Актуальность темы диссертации. Защитный слой в конструкции земляного полотна является важным элементом для обеспечения несущей способности, исключения неравномерных остаточных деформаций, в том числе деформаций морозного пучения, а также для обеспечения нормативной упругой осадки основной площадки земляного полотна под поездной нагрузкой. Во всем мире в инженерной практике необходимо устраивать защитные слои при высокоскоростном движении.

     В настоящее время в Российской Федерации ведется строительство для создания масштабной сети высокоскоростных магистралей в целях реализации Стратегии развития железнодорожного транспорта, чтобы укреплять связи между Российской Федерацией и близлежащими странами. В том числе в стратегию включен проект строительства высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Казань. На перспективу предусмотрены продление магистрали до Екатеринбурга и создание высокоскоростной железнодорожной магистрали между Екатеринбургом и Челябинском. Все эти стратегии должны войти в международный транспортный коридор «Евразия», соединяющей Пекин и Москву [20]. Соответственно, в настоящее время в Китае построена самая широкая развитая сеть высокоскоростных магистралей в мире, в том числе в регионах с суровыми условиями на северо-востоке и северо-западе.

     В действующих российских документах, в частности, в Специальных технических условиях «Земляное полотно участка Москва – Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Казань –

2

Екатеринбург. Технические нормы и требования к проектированию и строительству» [1] определяются требования к защитным слоям: к гранулометрическому составу, к качеству уплотнения, к модулю деформации, к минимальной толщине защитных слоёв и т.д. Чтобы соединить сеть высокоскоростных магистралей между Россией и Китаем, необходимо найти различия и сходства требований к этим характеристикам в стандартах Китая и России. До настоящего времени значения этих характеристик не исследованы,

что определяет актуальность исследования в особенности для высокоскоростных магистралей между Россией и Китаем.

     Для надежной работы конструкции земляного полотна на основе требования обеспечения прочности, устойчивости, деформативности, исключения деформаций морозного пучения, необходимо обосновать конструкцию защитных слоёв земляного полотна высокоскоростных магистралей с учетом особенностей региона строительства, в том числе с суровыми климатическими условиями.

     Цель работы. Целью работы является обоснование конструкции защитных слоёв земляного полотна при высокоскоростном движении.

     Методика исследований. Исследование глубины промерзания производилось по нормам, утвержденным в России и в Китае, на основе статистических данных об отрицательных температурах наружного воздуха в разных регионах. Вычислена глубина промерзания на основе норм разных стран. Путем анализа полученных результатов обоснованы достоверные глубины промерзания в различных регионах. Теоретические исследования по


3

условиям прочности и деформативности проводились на основе численных расчетов с учетом моделирования напряженного состояния грунтов под вибродинамической нагрузкой и результатов исследований, проведенных в Китае и в России.

Научная новизна. Научная новизна данной работы состоит в следующем:

     1. На основании анализа статистических данных установлены регрессионные зависимости между глубиной промерзания и климатическими параметрами районов строительства высокоскоростных железнодорожных линий.

     2. На основе теории упругости предложено решение задачи о распределении напряжений в многослойной грунтовой конструкции,

применительно к земляному полотну высокоскоростных железнодорожных линий.

     Практическая ценность работы. Практическая ценность работы состоит в следующем:

     1. На основе теории упругости обоснован требуемый обобщенный модуль упругости подшпального основания при высокоскоростном движении.

     2. Обоснована толщина защитных слоёв земляного полотна по условию промерзания и по условию прочности при высокоскоростном движении.

Результаты работы могут использоваться проектными институтами при проектировании земляного полотна высокоскоростных магистралей на участках Москва – Казань, а также в Китайской Народной Республике.

Достоверность	результатов	и	выводов	подтверждается	применением

4

методов статистической обработки результатов экспериментов, использованием апробированных практикой теорий и методов расчета.

     Структура и объем диссертации. Выпускная квалификационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов и библиографического списка из 36 источников. Общий объем работы составляет 104 страницы машинописного текста, 23 рисунка и 32 таблицы.

5

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1	Анализ норм проектирования земляного полотна высокоскоростных

магистралей в разных странах

      Земляное полотно наиболее широко используется на трассе ВСМ из-за экономических и технических преимуществ при сравнении с искусственными сооружениями (например, мост, виадук, тоннель и.т.д.). В разных странах, например, в России, в Китае и в странах Западной Европы к земляному полотну ВСМ устанавливаются повышенные требования в соответствующих существующих нормах, чтобы обеспечить достаточную прочность, стабильность, минимальную деформируемость и долговечность.

1.1.1 Требования к конструкции земляного полотна ВСМ в России, в

Китае и в странах Западной Европы

      На основании Специальных Технических Условий (СТУ) (раздел 2 основных положений проектирования [1]) земляное полотно ВСМ включает в себя следующие основные элементы: защитный слой, насыпь, откосы насыпи, основание насыпи, откосы выемки, основание выемки, устройства для отвода поверхностных и грунтовых вод (водоотводные канавы, кюветы, лотки, а также дренажи), защитные и укрепительные сооружения (рис. 1.1).


первый защитный слой
бровка основной площадки земляного полотна (первого защитного слоя) водоотводный лоток бровка второго защитного слоя




бровка насыпи ниже защитных слоев




дренаж



второй	защитный	слой
водоотводная канава

(морозоустойчивый слой)






Рис. 1.1 – Основные элементы земляного полотна ВСМ

6

      Земляное полотно ВСМ, за исключением раздельных пунктов, проектируется под два пути. Основная площадка земляного полотна располагается в уровне первого защитного слоя, ширина основной площадки земляного полотна B0 определяется габаритом приближения строений, размещением в пределах основной площадки лотков для укладки кабелей и вычисляется по формуле (1.1):
В0 = М + Г1 + Г2 + 2 ? b0	(1.1)

где	М	–	ширина	междупутья,	определяемая	в	зависимости	от

максимальной скорости движения поездов, м; Г1,2 –расстояние от оси первого и второго пути до опор контактной сети, м; b0 – расстояние от границы расположения опор контактной сети до бровки земляного полотна, м. Расстояние b0 определяется на основании технико-экономических расчетов.


























Лоток для кобелкй

Лоток для кобелкй


Рис. 1.2 – Расчетная схема к определению ширины основной площадки земляного полотна.

7

      Крутизна откосов насыпей и выемок при стандартных решениях определена расчетами с учетом требований к прочности и устойчивости земляного полотна. Крутизну откосов следует назначать в соответствии с требованиями табл. 1.1 и 1.2.

Таблица 1.1 – Крутизна откосов насыпей, применяемая при групповом проектировании.

Вид используемых грунтов в теле

Крутизна откосов при высоте насыпи














до 12 м
























до 6 м







насыпи




в верхней части
в нижней части от









высотой
6 м
6 до 12 м























Скальные слабовыветрелые, крупнообломочные, в







том числе с песчаным и глинистым заполнителем







твердой
консистенции,
пески
гравелистые,
1:1,75
1:1,75


1:2,0

крупные  и
средней
крупности
со  степенью







неоднородности> 3










Пески  мелкие  и  пылеватые,  глинистые  грунты







твердой и полутвердой консистенции (IL ? 0.25),







кроме
глинистых
грунтов
с
влажностью   на
1:2,0
1:2,0


1:2,5

границе
текучести,
wL
,
более0,40,


















крупнообломочные
с
глинистым
заполнителем







полутвердой
консистенции

















Таблица 1.2 – Крутизна откосов выемок, применяемая при групповом проектировании.























Высота откосов

Крутизна откосов



Вид грунта


















выемок, м


выемок












Крупнообломочные,
пески

гравелистые,


12


1:1,5

крупные и средней крупности




























Глинистые
грунты

тугопластичной


12


1:2

консистенции, мелкие и пылеватые пески

































      В соответствии со Стандартом проектирования высокоскоростных железных дорог в Китае (TB10621-2014) [2] при проектировании ВСМ применяются стандартные поперечные профили земляного полотна, которые приведены на рисунках 1.3 (единица измерения: м).

8














Рис. 1.3-1 – Стандартный поперечный профиль насыпи двухпутной железной дороги с безбалластным верхним строением пути

1 - первый защитный слой; 2 - второй защитный слой; 3 – насыпь.













Рис. 1.3-2 – Стандартный поперечный профиль выемки в твердой горной породе двухпутной железной дороги с безбалластным верхним строением пути














Рис. 1.3-3 – Стандартный поперечный профиль выемки в нетвердой горной породе

двухпутной железной дороги с безбалластным верхним строением пути 1 - первый защитный слой















Рис. 1.3-4 – Стандартный поперечный профиль насыпи однопутной железной дороги с безбалластным верхним строением пути

1 - первый защитный слой; 2 - второй защитный слой; 3 – насыпь.

9















Рис. 1.3-5 – Стандартный поперечный профиль насыпи двухпутной железной дороги с балластным верхним строением пути

1 - первый защитный слой; 2 - второй защитный слой; 3 – насыпь.














Рис. 1.3-6 – Стандартный поперечный профиль выемки в твердой горной породе двухпутной железной дороги с балластным верхним строением пути














Рис. 1.3-7 – Стандартный поперечный профиль выемки в нетвердой горной породе двухпутной железной дороги с балластным верхним строением пути 1 - первый защитный слой















Рис. 1.3-8 – Стандартный поперечный профиль насыпи однопутной железной дороги с балластным верхним строением пути

1 - первый защитный слой; 2 - второй защитный слой; 3 – насыпь.

10

      Стандартная ширина поверхности земляного полотна на прямых участках должна соответствовать требованиям, приведенным в таблице 1.3.

Таблица 1.3. – Стандартная ширина поверхности земляного полотна в Китае

(TB10621-2014)

Конструкция
Расчётная

Ширина земляного полотна



Междупутье



железнодорожного
скорость
(м)






Однопутное
Двухпутное

пути
(км/ч)













(м)
(м)







Ж.д. пути с
250
4,6

13,2







безбалластным








8,6


верхним
300
4,8

13,4







строением пути






350
5,0

13,6







Ж.д. пути с
250
4,6

13,4







балластным








8,8


верхним
300
4,8

13,6







строением пути






350
5,0

13,8









      Крутизна откосов насыпи устанавливается в зависимости от грунтов земляного полотна, высоты насыпи, глубины выемки, сейсмичности района проектирования, геологических свойств грунтов основания земляного полотна, гидрологических и климатических условий, а также других факторов [3]. Обычно принимается крутизна откосов 1:1,5—1:1,75, однако при высоте насыпи или откосов выемки больше 20 м, устанавливается индивидуально на основании специальных расчетов.

11

      Крутизна откосов выемки при проектировании ВСМ в Китае определяется путем комплексного анализа инженерно-геологических условий, гидрогеологических и метеорологических условий, дренажных мероприятий, технологических приемов производства работ и других прочих факторов. Обычно принимается откос 1:0,5—1:1,75 (для выемок в обычных дисперсных грунтах зависит от свойств грунтов), 1: 0,3—1:1,5 (для выемок в скальных горных породах зависит от типа горной породы и интенсивности выветривания).



      В Евросоюзе применяются нормы Международного союза железных дорог (МСЖД). В соответствии с нормами МСЖД «Земляные сооружения и

балластная призма для железнодорожных путей» (UIC 719 R) [4], поперечный профиль земляного полотна должен соответствовать рис.1.4.






























Рис. 1.4 – Поперечный профиль земляного полотна

12

      Ширина основной площадки земляного полотна определяется габаритом приближения строений, размещением в пределах основной площадки лотков для укладки кабелей. Её значение зависит от ширины междупутья, расстояния от оси пути до опор контактной сети, расстояния от границы расположения опор контактной сети до бровки земляного полотна.

      Крутизна откосов насыпи обычно принимается 1:1,5 или 1:2 (некоторые железнодорожные компании применяют 1:1 или 1:1,25). На участках выемок крутизна откосов меняется в зависимости от разновидности грунта (например, в сыпучих грунтах применяется откос 1: 1,5; в связных грунтах обычно в диапазоне от 1:1,5 до 1:2).

На кривых участках, как известно, на основании CТУ [1], TB10621-2014

[2] и UIC 719 R [4] предусматривается необходимость уширения основной площадки земляного полотна на ВСМ, а сама величина уширения определяется расчетом. Поперечные уклоны основной площадки для балластной конструкции верхнего строения пути, верха нижнего защитного слоя и верха тела насыпи принимаются 0,04 в обе стороны от оси пути.

      Таким образом, основные составы конструкции земляного полотна высокоскоростных магистралей и их требования аналогичны в России, в Китае и в странах Западной Европы.

1.1.2 Требования к защитным слоям

      Защитные слои проектируются с целью обеспечения несущей способности, исключения неравномерных остаточных деформаций, в том числе деформаций морозного пучения, а также для обеспечения нормативной упругой

13

осадки основной площадки земляного полотна под поездной нагрузкой. В разных странах земляное полотно ВСМ на всем протяжении устраивается с двумя защитными слоями.

      На основании СТУ [1] для обеспечения прочности и требуемого уровня деформативности основной площадки земляного полотна минимальная толщина первого защитного слоя должна составлять не менее 0,70 м, второго защитного слоя – не менее 1,80 м . При устройстве безбалластного верхнего строения пути минимальную толщину первого защитного слоя допускается уменьшить до 0,40 м. Кроме того, если основание выемки сложено скальными слабовыветрелыми грунтами, допускается устраивать только первый защитный слой из ЩПГС толщиной не менее 0,20 м.

      В Китае защитные слои земляного полотна ВСМ состоят из верхнего и нижнего слоев; толщина верхнего слоя для земляного полотна на участках безбалластного пути составляет 0,4 м, для земляного полотна с верхним строением пути на балласте – 0,7 м, а толщина нижнего слоя составляет 2,3 м

[2].

      В соответствии с UIC 719 R [4] защитными слоями являются балластное покрытие и искусственное грунтовое основание, Для скоростных линий общая толщина балластного слоя и балластного покрытия изменяется согласно несущей способности грунтового основания, типа шпал, эпюры шпал,

транспортной нагрузки. Минимальная рекомендуемая толщина составляет 0,45 м. На искусственном грунтовом основании минимальная толщина принимается 0,5 м (класс по несущей способности: P3).

14

      В таблице 1.4 приведены значения толщины защитных слоев, принимаемых при проектировании земляного полотна ВСМ в России, в Германии [5] и в Китае.

Таблица 1.4 – Стандартные требования к конструкции защитных слоев на ВСМ



Суммарная
Толщина
Толщина

Категория
Верхнее
толщина двух
верхнего
нижнего

участка
строение пути
защитных
защитного
защитного



слоев, м
слоя, м
слоя, м








Балластная
2,50
0,70
1,80

Россия
призма
















СТУ-3
Безбалластный
2,20
0,40 (*)
1,80


путь

















Балластная
2,50
0,70
1,80

Германия
призма
















Ril 836
Безбалластный
2,20
0,40 (*)
1,80


путь

















Балластная
3,00
0,70
2,3

Китай
призма
















TB 10621-2014
Безбалластный
2,70
0,40(*)
2,3


путь

















(*) – при наличии гидравлически связанного несущего слоя толщиной не менее

30 см.

      Таким образом, в нормах рассматриваемых стран защитные слои состоят из двух слоёв, но нормы Китая предусматривают устройство защитных слоёв суммарной толщины больше, чем в России и в странах Западной Европы.

15

1.1.3 Требования к грунтам земляного полотна

1.1.3.1 Требования к грунтам первого защитного слоя

Согласно	положениям	СТУ	[1]	первый	защитный	слой	земляного

полотна должен устраиваться из щебеночно-песчано-гравийной смеси (ЩПГС).

Диапазон гранулометрических составов щебеночно-песчано-гравийных

смесей для первого защитного слоя представлен в таблице 1.5.

Таблица 1.5 – Гранулометрический состав смеси для первого защитного слоя


Полный остаток на ситах размером в мм, в % по массе

45
31,5
16
8
4
2
1
0,5
0,063









0
1-10
21-45
37-65
48-78
60-84
65-91
70-95
95-100










      В готовых смесях содержание пылеватых частиц размером 0,1 мм и менее не должно превышать 10 % по массе, при этом содержание фракций размером 0,063 мм и менее не должно превышать 5 %. Содержание глины в комках от общего количества пылеватых и глинистых частиц в готовых смесях должно быть в процентах по массе не более 20.

      В готовых смесях допускается применение щебня из двух и более разновидностей горных пород. Содержание зерен пластинчатой и игловатой формы допускается до 15%, а содержание зерен слабых пород в щебне должно быть не более 5 %. Готовая смесь должна поставляться с влажностью гравийно-песчаного заполнителя близкой к оптимальной величине.

      В соответствии со стандартом ВСМ Китая (TB10621-2014) [2] материал фракционного щебня для верхнего защитного слоя земляного полотна отбирается из колотого камня, поступающего из горных выработок, из

16

природной гальки и из просеянного песчанистого или дробленого гравия. Гранулометрический состав фракционного щебня для верхнего

защитного слоя земляного полотна должен соответствовать значениям, приведенным в таблице 1.6.

Таблица 1.6 – Гранулометрический состав фракционного щебня, используемого

для отсыпки верхнего защитного слоя земляного полотна

Размер







Область

отверстий
0,1
0,5
1,7
7,1
22,4
31,5
45,0










применения

сита (мм)





























Содержание
0~11
7~32
13~46
41~75
67~91
82~100
100
(*)

по массе









частиц,



















проходящих









через сито
0~5
7~32
13~46
41~75
67~91
82~100
100
(**)

(%)






























(*) – Железнодорожные пути с щебневым балластом, не проходящие в районах с суровым холодным климатом.

(**) – Железнодорожные пути без щебневого балласта и ж/д пути с щебневым балластом, проходящие в районах с суровым холодным климатом.
      Коэффициент однородности Сu грунтов верхного защитного слоя не должен быть меньше 15. Содержание по массе частиц, диаметр которых менее
0,02 мм, не должно превышать 3 %.

      Массовая доля крупнозернистых частиц диаметром более 22,4 мм должна составлять не менее 30%. Степень истирания частичек фракционного щебня, диаметр которых не превышает 1,7 мм, не может превышать 30%. Фракционный щебень не должен содержать глины и других примесей.

17

      В соответствии с UIC 719 R [4] материал верхного защитного слоя представляет собой дробленый камень с размером частиц в диапазоне от 20 до

63 мм. Подробные рекомендации по гранулометрическому составу верхнего защитного слоя в UIC 719 R не приводятся.

      Таким образом, состав грунтов первого защитного слоя в основном является щебнем. Особенно нормы Китая предусматривают коэффициент однородности Сu грунтов первого защитного слоя, который отсутствует в нормах России и стран Западной Европы.
1.1.3.2 Требования к грунтам второго защитного слоя

      Второй защитный слой устраивается как для обеспечения прочности и требуемого уровня деформативности основной площадки земляного полотна, так и для предотвращения пучения грунтов тела земляного полотна. Исходя из этого, для отсыпки данного слоя следует использовать практически непучинистые грунты по ГОСТ 25100-2011 [6].

      В соответствии с СТУ [1] для второго (морозоустойчивого) защитного слоя следует использовать несвязные непучинистые грунты со степенью неоднородности не менее шести: пески гравелистые, крупные и средней крупности, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем. Кроме этого,

если в основании выемки до глубины, соответствующей подошве второго защитного слоя, располагаются непучинистые грунты, то их допускается использовать в качестве материала для второго защитного слоя.

      По стандарту ВСМ Китая (TB10621-2014) [2] в качестве заполнителя нижнего защитного слоя должны использоваться материалы групп А и В или

18

мелиорированные грунты. Классификация материалов заполнителей земляного полотна определяется по составу и форме зёрен, содержанию мелких частиц (размер частиц ? 0.075мм) и гранулометрии и.т.д. [3]. При строительстве ВСМ материалы групп А являются щебенистыми и галечиковыми грунтами, которые обладают хорошим качеством гранулометрии ( ? 10 и1 ? ? 3), в том числе содержание мелкозернистых заполнителей (размер частиц ? 0.075мм , смотри выше) в количестве менее 15 %. Материалы групп В включают щебенистые и галечиковые грунты с мелкозернистым заполнителем в количестве менее 30 %, песчаные грунты (песок гравелистый, крупный и песок средней крупности с мелкозернистым заполнителем в количестве менее 30 %).

        Гранулометрическая характистика заполнителей определяется степенью неоднородности гранулометрического состава Cu и коэффициентом кривизны [6], которые соответствуют формулам (1.2) и (1.3):
=

60
(1.2)










10








=

302
(1.3)


10 ?  60






           где 60 , 30 , 10 — диаметры частиц, меньше которых в грунте содержится 60 %, 30 % и 10 % (по массе) частиц соответственно.

      В соответствии с UIC 719 R [4] для строительства ВСМ в искусственном грунтовом основании принимается грунт с рационально подобранным гранулометрическим составом с содержанием менее 5 % мелких фракций,

средне твердые горные породы (сопротивление истираемости щебня по микро-Девалю 25 < МД ? 40 и износ по методу Лос-Анжелеса 30 < ЛА ? 40) и

19

твердые горные породы (МД ? 25 и ЛА ? 30). Размер наибольшей частицы должен составлять половину от толщины слоя или 200 мм.

      Твердость горных пород определяется испытанием удара на удар. В том числе, сущность метода микро-Деваля заключается в определении потери массы пробы щебня, возникающей в процессе трения зерен материала в присутствии стальных шаров и воды [7]. Остаток пробы материала после просеивания через сито с размером отверстий 1,6 мм используют для расчета показателя микро-Деваль МД, %, который рассчитывает по формуле (1.4):
МД =
М1 ? М2
? 100%
(1.4)







М1


где М1  — масса мерной пробы шлакового щебня до испытания, г;



         М2 — объединенная масса остатков на сите размерами ячеек 1,6 мм, г, высушенная до постоянной массы.

      Тест Лос-Анджелеса проводится с помощью испытательной установки Лос-Анджелес, чтобы обеспечивать измерение для сокращения размера частицы, измеряя результаты взаимодействия между отличающимися усилиями, такими как трение, воздействие, и размалывая в ротационном стальном цилиндре, содержащем определенное число стальных шаров.

      После конкретного количества вращений содержание удаляется из цилиндра, и образец проливается через испытательное решето. Измерение

сокращения размера частицы рассчитывают по формуле (1.5):


ЛА =
М1 ? М2
? 100
(1.5)







М1


где М1  — масса мерной пробы до испытания, г;

20

         М2 — объединенная масса остатков на сите размерами ячеек 1,7 мм, г, высушенная до постоянной массы.

      Таким образом, существенных различий в требованиях к грунтам второго защитного слоя в нормах разных стран не выявлено.

1.1.3.3 Требования к грунтам тела насыпи

      В соответствии с СТУ [1] для сооружения насыпей, опирающихся на прочное и недостаточно прочное основание, следует применять скальные слабовыветрелые грунты, крупнообломочные грунты, крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности со степенью неоднородности более 3. Насыпи, сооружаемые на слабых основаниях, а также постоянно подтопленные насыпи (более 30 суток)

следует проектировать из скальных слабовыветрелых грунтов, крупнообломочных грунтов, крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем, песков гравелистых, крупных и средней крупности со степенью неоднородности более 3.

      Для участков пути с ездой на балласте допускается использовать мелкие пески с содержанием частиц размером менее 0,1 мм не более 10 % по массе со степенью неоднородности более 3, а в летнее время - глинистые грунты твердой
и полутвердой консистенции (IL ? 0,25), кроме глинистых грунтов с влажностью на границе текучести более 0,40.
      Для земляного полотна безбалластного пути допускается использовать мелкие и пылеватые пески, а также глинистые грунты при условии улучшения их физико-механических свойств за счет дополнительных мероприятий,

21

обеспечивающих надежную работу земляного полотна при вибродинамическом воздействии и при изменении природно-климатических условий.

      Согласно стандарту TB10621-2014 [2] для сооружения тела насыпи следует использовать заполнители групп А и В. В отдельных случаях допускается применять заполнители группы С, состоящие из щебенистых и галечных. В случае использования заполнителей группы С, состоящих из мелкозернистого грунта (содержание частиц, размер которых менее 0.075мм, должно быть более 50% по массе), как глинистый и пылеватый грунт [3], необходимо мелиорировать грунт.

      Нормы UIC 719 R [4] предусматривают гораздо более широкий диапозон грунтов, отсыпаемых в тело насыпей. Кроме грунтов с рационально подобранным гранулометрическим составом с содержанием менее 5 % мелких фракций и твердых горных пород, при определенных условиях могут использоваться грунты с содержанием менее 5 % мелких фракций, грунты, содержащие более 40 % мелких фракций (исключение для почв с высоким содержанием влаги, которые непригодны для строительства, просадочные грунты или набухающие грунты). Максимальный размер грунта, используемого для создания насыпей, должен быть меньше 100 мм.

      Таким образом, требования к грунтам тела насыпи в нормах разных стран не выявляют существенные разницы.

22

1.1.4 Требования к деформациям земляного полотна

      По нормам СТУ [1] остаточные деформации основной площадки земляного полотна должны соответствовать следующим требованиям:

      а) максимальная накопленная остаточная деформация основной площадки земляного полотна при безбалластной конструкции верхнего строения пути за весь срок ее полезного использования должна обеспечить

возможность устранения просадок путем регулировки креплений и не превышать 15 мм;

      б) максимальная накопленная остаточная деформация основной площадки земляного полотна при верхнем строении пути с ездой на балласте не должна превышать 100 мм за 25 лет эксплуатации при интенсивности не более

10 мм в год;

      в) величина остаточной деформации основной площадки должна быть равномерной в продольном направлении: уклон, вызванный осадкой, не должен превышать 0,25%;

      г) разница в осадках земляного полотна и искусственного сооружения (мост, водопропускная труба, тоннель и т.д.) в зоне их сопряжения не должна превышать 5 мм.

      Под поездной нагрузкой упругие деформации основной площадки земляного полотна не должны превосходить допустимые:
у ? [ у]
(1.6)

         где у — расчетная упругая осадка основной площадки земляного полотна, мм;

23

         [ у] — допустимая упругая осадка основной площадки земляного полотна, мм.

      Стандарт TB10621-2014 [2] определяет ограничения по осадкам земляного полотна. На участках безбалластного пути осадка не должна превышать 15 мм. Если относительная равномерность осадки и радиус вертикальной кривой после регулировки высоты рельсового полотна соответствуют требованиям формулы  ? ? 0.4 2, допустимая осадка после строительства может достигать 30 мм, где — расчётная скорость, за которую принимается 250 км/ч, 300 км/ч или 350 км/ч.

      Разница в осадках после строительства в зоне сопряжения земляного полотна с искусственными сооружениями не должна превышать 5 мм. Угол излома, образующийся в результате неравномерной осадки, должен быть не более 1/1000.

      На участках при балластном пути осадка должна соответствовать требованиям, изложенным в таблице 1.7.

Таблица 1.7. – Стандарты контроля осадки после строительства земляного

полотна ж/д путей с щебневым балластом

Расчётная скорость
Осадка на обычных
Осадка на участке
Скорость осадки
(км/ч)
блок-участках (см)
стыка с мостом (см)
(см/год)




250
? 10
? 5
? 3




300-350
? 5
? 3
? 2





      Конкретные значения остаточных деформаций основной площадки земляного полотна в документе UIC 719 R [4] не приводятся. Однако есть

24

требования, которые должны быть выполнены как в ходе проектирования и строительства, так и в ходе эксплуатации. По нормам UIC 719 R [4] прогнозные данные по осадке должны отражать не только срок завершения деформации, но

и четко обосновать возможность устранения последствий деформирования после начала эксплуатации ВСМ. В частности, при использовании безбалластных конструкций верхнего строения пути максимальная величина остаточной деформации основной площадки назначается из двух условий:

      -возможности регулировки креплений (или использования другого технического метода);

      -возможности создания вертикальной кривой, параметры которой определяются скоростью поезда.

Соответственно, остаточные деформации в нормах также допускаются. Таким образом, требования к деформациям земляного полотна в России,

странах Западной Европы аналогичны условиям в Китае, которые определяются конкретными пределами.

1.1.5 Требования к уплотнению земляного полотна

      Показатели прочности и деформативности земляного полотна зависят от качества уплотнения их грунтов. При сооружении земляного полотна высокоскоростных магистралей должно пре.......................