Способы защиты земляного полотна от обледенения и промерзания

Способы защиты земляного полотна от обледенения и промерзания

МПС

СГУПС

Реферат

на тему:

"Способы защиты земляного полотна от обледенения и промерзания"

Выполнил:

студент группы МТ-111

Дауберт А.А.

Проверил: Бахтин С.А.

Новосибирск 2002 г.

Введение.

Наледи – сложное природное явление, довольно широко распространенное в

Восточной части России.

Зимой почти сразу после первых морозов многочисленные ручьи и ключи,

текущие по склонам долин и распадков и имеющие, как правило, северную

экспозицию, начинают замерзать и образовывать наледи – сначала малозаметные

и почти не беспокоящие строителей, но постепенно растущие, приобретающие

внушительные размеры и имеющие значительные объемы откладываемого льда.

Наледи серьезно затрудняют работы, оказывая различные воздействия на

строящиеся или эксплуатируемые объекты, особенно железнодорожные пути,

притрассовые автомобильные дороги, водопропускные трубы и малые мосты.

Факторы наледеобразования, независимо от степени их проявления и

характера их воздействия, можно разделить на природные (естественные) и

искусственные (сопутствующие), вызываемые полезной деятельностью человека.

В настоящее время существует огромное количество различных средств

противоналедной борьбы. По характеру все ее средства делятся на пассивные,

ослабляющие наледное воздействие, но не оказывающие влияния на факторы

наледеобразования, и активные – ликвидирующие наледеобразовательные

процессы или устраняющие воздействие наледей на сооружения.

К пассивным противоналедным устройствам относятся постоянные и временные

дощатые и шпальные заборы, сезонные мерзлотные пояса, снеговые валы,

отепление постоянно действующих водотоков, подогрев наледных вод,

механизированное и ручное рыхление и скалывание льда, а также пропуск

наледных вод через железнодорожный путь по освобождаемым от балласта

шпальным ящикам или по ледовым канавам под пролетными строениями мостов и в

водопропускных трубах. Несмотря на значительные затраты, пассивные способы

борьбы с наледями обычно не дают желаемого результата, не обеспечивая также

безопасности движение по железным дорогам.

Защитные противоналедные мероприятия

Защитные средства противоналедной борьбы различаются на сезонные и

постоянные. К сезонным защитным мероприятиям относятся: устройство сезонных

обходов на притрассовых автодорогах и зимниках; устройство настилов на

наледях, покрывающих проезжую часть притрассовых автомобильных дорог;

засыпка наледных мест на временных автодорогах щебнем и скальным грунтом;

отвод наледных вод но канавам во льду и пропуск их через шпальные ящики

железнодорожного пути и проезжую часть притрассовых автодорог; выколка и

удаление наледного льда из отверстий водопропускных сооружений и кюветов

вручную и механизированным способом с использованием бульдозеров и

рыхлителей; резка наледного льда механическими пилами и баровыми

механизмами; взрывание наледного льда, а также его таяние.

К постоянным защитным мероприятиям относятся:

. поднятие отметки бровки земляного полотна на высоту, исключающую

наледное воздействие даже в самые суровые зимы (рис.1);

. уширение выемок на наледных участках с целью размещения в них

заграждающих протнвоналедных устройств временного и постоянного типа

(рис. 2);

. перенос отдельных участков дорог с устройством постоянных обходов;

. строительство дополнительных водопропускных труб;

. замена водопропускных труб и малых мостов на свайно-эстакадные мосты;

. замена отдельных водопропускных труб па фильтрующие прорези;

. замена водопропускных труб и малых мостов на специальные

противоналедные водопропускные сооружения с необходимыми отверстиями

для свободного пропуска наледей;

. установка на проезжей части дорог водоотводящих бордюрных камней и

водопоглощающих устройств.

Постоянные защитные мероприятия, несмотря на довольно значительные

капитальные затраты, могут полностью ликвидировать наледное воздействие на

дорожные сооружения или свести его к допустимому минимуму, проявляющемуся

только в отдельные, наиболее суровые зимы. Иногда подобный эффект может

быть обеспечен превращением выемки в насыпь (рис. 3).

Водоотводящие бордюрные камни и водопоглощающие устройства позволяют в

некоторых случаях успешно осуществлять противоналедную борьбу.

Водоотводящие бордюрные камни представляют собой своеобразные сборные

лотки из железобетона, имеющие водоприемные отверстия, которые могут не

только поглощать, но и отводить наледную воду.

Некоторые модификации таких устройств имеют откидные крышки и

нагревательные элементы, являясь одновременно средствами снегоборьбы.

Наиболее целесообразно применять эти устройства в населенных пунктах или на

горных дорогах, имеющих требуемые уклоны.

Водопоглощающие устройства предназначены в основном для защиты от наледей,

возникающих при таянии снега (стоковых), на больших площадях, имеющих

асфальтобетонное или бетонное покрытие. Их выполняют в виде блоков из

фильтрующего Морозостойкого бетона либо пластбетона (рис. 4). При

необходимости они могут иметь вверху сменный блок-фильтр, под которым

помещается нагревательный элемент, обеспечивающий успешное функционирование

этого устройства в самых суровых климатических условиях.

Специальные противоналедно-водопропускные сооружения

К специальным водопропускным сооружениям, предназначенным одновременно для

безналедного пропуска постоянно и периодически действующих водотоков,

относятся специальные свайно-тоннельные водопропускные сооружения,

противоналедные мосты-трубы, эстакадные засыпные мосты с лотковыми

пролетными строениями, эстакадные мосты с подземными водовмещающими и

водопропускными каналами.

Свайно-тоннельные водопропускные сооружения представляют собой

конструкцию, расположенную в нижней части насыпи земляного полотна в виде

тоннельной полости или щели необходимой толщины, образованной рядами свай с

плитами-насадками и заборными стенками-плитами, служащей для

беспрепятственного пропуска водотока с постоянно действующей наледью.

Применение этих сооружений в качестве противоналедного средства основано

на минимальном нарушении местных инженерно-геологических, гидрологических и

гидрогеологических условий, являющихся обычно мощными факторами

наледеобразования.

[pic]

Противоналедные мосты-трубы (рис. 5), как предыдущие конструкции,

минимально нарушают природные условия и являются их аналогами. Они состоят

из свай, насадок, плит перекрытия, стеновых плит и лоткового элемента с

утеплителем.

Эстакадные засыпные мосты с лотковым пролетным строением, рекомендуемые в

качестве эффективных противоналедно-водопропускных сооружений, сохраняют

все преимущества легких свайно-эстакадных мостов и устраняют их

значительный недостаток — легкую выпучиваемость опор. Конструкция таких

засыпных мостов представляет собой лотковое пролетное строение из сборных

элементов, установленное через насадки на опоры из свай-оболочек.

Лотковое пролетное строение состоит из плит перекрытия, имеющих по краям

вертикальные стенки, образующие лоток, засыпаемый скальным или дренирующим

грунтом, по верху которого укладывают верхнее строение железнодорожного

пути или устраивают проезжую часть автомобильной дороги. Во избежание

высыпания грунтов насыпи в русло водотока с наружной стороны свайных опор

устанавливают плитное ограждение, которое у входной и выходной части русла

разводится в стороны, ликвидируя конусы насыпи.

В случае необходимости конструкция таких сооружений может быть и

многопролетной. Эстакадные мосты с лотковыми пролетными строениями являются

эффективными защитными противоналедными средствами, позволяющими русловым

наледям беспрепятственно проходить через них.

Эстакадные мосты с подземными водовмещающими каналами

представляют собой почти обычную конструкцию мостов, главной особенностью

которой является наличие под мощением русла специального водовмещающего

канала, служащего для пропуска как подрусловых, так и русловых потоков без

их промерзания, и, следовательно, образования наледей (рис. 6).

В качестве каналов могут быть использованы продольные траншеи, засыпанные

крупноглыбовым скальным грунтом, а также железобетонные трубы больших

диаметров. Кроме того, можно применять остатки срубленных призматических

свай, остающиеся после постройки эстакадных мостов, для устройства

подземных проходных лотков с теплоизоляцией, которые должны начинаться и

заканчиваться каменной фильтрующей кладкой или отепленной засыпкой из

скального грунта в виде своеобразных входных и выпускных оголовков выше и

ниже мостового перехода.

Осушительные устройства и сооружения

В соответствий с применяемой терминологией все осушительные устройства и

сооружения, используемые в качестве средств противоналедной борьбы,

разделяют на дренажные и каптажные.

К дренажным противоналедным устройствам относится открытый дренаж в виде

осушительных канав и лотков, а также закрытые дренажи-преградители с

водонепроницаемыми экранами и перфорированными трубами с засыпным фильтром,

с трубофильтрами из фильтрационного бетона, из дренажных экранных плит из

фильтрационного бетона, из сборных шпунтовых дренажных элементов из

фильтрационного бетона, из сборных экранных электроосмотических элементов

криогенной конструкции.

Открытый дренаж в виде осушительных канав и лотков (рис. 7) рекомендуется

применять на сильно заросших таежной растительностью бортах речных долин и

горных склонов с наличием заболоченных террас, подстилаемых элювиально-

делювиальными отложениями.

Как правило, борьба с такими наледями очень затруднена, так как даже

хорошо выполненные противоналедные дренажи закрытого типа не всегда могут

поглотить все горизонты подземных вод или необходимо устраивать несколько

ярусов, в то время как открытые канавы и лотки легко справляются с этой

задачей.

Кроме того, открытые дренажи являются особенно эффективными в условиях

смешанного питания наледей поверхностными и подземными водами, то

выходящими на поверхность из глыбово-россыпных отложений склонов, то вновь

поглощаемыми ими.

Для успешного применения таких средств противоналедной борьбы можно также

рекомендовать использовать на водоотводных участках сборные железобетонные

лотковые элементы в виде полуколец с откидными крышками со слоями

эффективного утеплителя, например пенопластового (рис. 8).

Закрытые дренажи с водонепроницаемыми экранами (рис. 9) традиционно

применяют для борьбы с наледями грунтовых вод. Они представляют собой

перфорированные керамические, асбоцементные или фанерные трубы со слоем

фильтра и дренирующей засыпки, укладываемые в траншеи глубиной 2— 4 м.

Основной особенностью этих дренажей является наличие со стороны защищаемого

сооружения водонепроницаемого экрана из' мятой глины или дощатых шпунтовых

щитов с наклеенными на них слоями гидроизоляции из рубероида или мешковины

на битумной мастике.

Качественное устройство правильно запроектированных противоналедных

дренажных сооружений такой конструкции почти полностью гарантирует

ликвидацию наледного образования, однако требует применения ручного труда.

Кроме того, в сложных грунтовых условиях, когда необходимо усиленное

крепление стенок траншей, обеспечить качественное выполнение работ

затруднительно, а доставка дренирующего грунта, перфорированных труб и

других материалов на косогорные участки требует предварительного устройства

временных подъездов, осуществление которых уже само по себе может вызвать

появление новых наледей.

Несмотря на большую трудоемкость устройства таких дренажных сооружений и

высокую стоимость, их долговечность на участках вечной мерзлоты бывает

невелика.

Закрытые дренажи с трубами из фильтрационного бетона (трубофильтрами)

(рис. 10) представляют собой долговечную и надежную конструкцию, не

требующую устройства крепления стенок траншей и позволяющую полностью

механизировать работы благодаря применению специальных дренажеров-

укладчиков.

Закрытые дренажи из экранных плит фильтрационного бетона (рис. 11)

позволяют полностью механизировать работы по устройству дренажей, в том

числе дренажей-преградителей, главной особенностью которых является наличие

на сборных секциях водонепроницаемого экрана со стороны ограждаемого

сооружения.

При устройстве таких противоналедных сооружений можно с успехом применять

легкие баровые дренажные машины конструкции Е. В. Шушакова (рис. 12), с

помощью которых не только отрывают траншеи глубиной до 5 м и шириной до 0,5

м в мерзлом грунте на косогорных участках, но и устанавливают в них

дренажные секции.

Закрытые дренажи из сборных шпунтовых элементов (рис. 13) разработаны

недавно и еще не нашли широкого применения, однако в определенных грунтовых

условиях они могут дать большой экономический эффект за счет исключения

земляных и полной механизации других работ но их устройству.

Учитывая, что устройство противоналедных дренажно-шпунтовых сооружений

связано с необходимостью использования специальных механизмов —

вибропогружателей, электростанций и кранов — рекомендуется применять

сборные шпунтовые дренажи в основном при новом строительстве.

Закрытые дренажи, основанные на новых принципах технической мелиорации

грунтов, представляют собой индустриальные конструкции сборных дренажей,

использующие, кроме гравитационного перемещения воды в грунтах, и другие

способы их осушения: вакуумный, капиллярный, электроосмотический,

криогенный и др.

Закрытый дренаж электроосмотической конструкции (рис. 14) основан на

принципе перемещения воды от положительного электрода к отрицательному и

рекомендуется для тонкодисперсных грунтов, в которых почти вся вода

находится в физически связанной форме, не подчиняется гравитационным силам

и не оттекает в дренажи, чем в основном и объясняется наблюдаемая малая

эффективность обычных дренажных устройств.

В случае применения электроосмотического дренажа положение резко меняется —

особый импульсный электрический ток напряжением всего в несколько вольт,

получаемый от аккумуляторной батареи или через понижающий трансформатор и

преобразователь от осветительной или силовой сети, превращает физически

связанную воду в гравитационную, которая начинает поступать в дренажные

элементы и отводиться за пределы ограждаемого участка. Положительным

электродом служит голый стальной провод, во избежание коррозии покрываемый

графитовой смазкой, который укладывают и л глубине 0,5—0,8 м над осушаемым

участком, а отрицательным — арматура сборных дренажных элементов,

выполняемых в виде блоков, плит или длинномерных элементов.

Закрытый дренаж криогенной конструкции (рис. 15) основан па принципе

перемещения подземных вод к фронту промерзания и рекомендуется для участков

с распространением тонко-дисперсных грунтов. Он состоит из блоков,

выполненных из плотного морозостойкого бетона с фильтрующими вставками (из

морозостойкого бетона или пластобетона), в нижней части которых имеется

водоотводный канал в виде железобетонного лотка со щелями в стенках.

Кроме того, разработана конструкция двухъярусного криогенного дренажа,

верхняя часть которого работает как криогенная (в зимнее время), а нижняя

часть — попеременно (как криогенная — зимой и как обычная гравитационная —

летом).

Основной принцип работы таких дренажей заключается в том, что с

наступлением устойчивого понижения температуры воздуха в зимнее время

начинается ускоренное промерзание грунта, сопровождаемое явлением миграции

воды, содержащейся в нем, к фронту промерзания.

К каптажно-осушительным противоналедным устройствам относятся каптажные

противоналедные устройства, пластово-откосные каптажные устройства

засыпного типа или сборного типа из плит фильтрационного бетона.

Каптажные противоналедные устройства (рис. 16) представляют собой весьма

эффективное средство протнвоналедной борьбы. Общим признаком разнообразных

конструкций этих устройств является наличие на пути подземных вод, питающих

наледи, каптажной стенки из камня, каменной выкладки на мху или засыпки из

крупного галечника с валунником. Хорошо зарекомендовала себя У-образная (в

плане) каптажная стенка, устраиваемая в широких траншеях, отрываемых в

грунтах, со слоями вертикального или наклонного фильтра со стороны потока

подземных вод и водонепроницаемого экрана со стороны сооружения.

Каптированные грунтовые воды подрусловых аллювиальных отложений легко

транспортируются за пределы ограждаемого участка железной дороги по

водоотводному коллектору, укладываемому под земляным полотном или

пропускаемому в отверстии самой водопропускной трубы, если уклон местности

позволяет это сделать (рис. 17).

Пластово-откосные каптажные устройства из сборных плит представляют собой

слой фильтра из песчано-гравийной смеси, насыпаемой на спланированную

поверхность откоса выемки земляного полотна с многочисленными рассеянными

выходами горизонтов подземных вод, на который укладывают сборные плиты из

фильтрационного бетона.

В нижней части откоса устраивают дренажную траншею, в которую укладывают

длинномерные дренажные элементы, принимающие подземные воды и отводящие их

за пределы ограждаемого участка.

Регуляционные противоналедные мероприятия

К таким регуляционным противоналедным мероприятиям относятся: углубление и

спрямление русел рек, устройство каменно-земляных дамб для создания подпора

с целью ликвидации перекатов и мелководий концентрация водных потоков

сужением русел, устройством водоотводных каналов и лотков, устройством

искусственных подрусловых каналов для концентрированного пропуска подземных

вод аллювиальных отложений.

Все эти мероприятия, за исключением последнего, просты, однако

противоналедный эффект от них может быть достаточно высок. Поэтому при

строительстве и эксплуатации дорог на Севере их следует повсеместно

применять для ликвидации или значительного уменьшения русловых наледей.

Что касается устройства подрусловых каналов для концентрированного

пропуска подземных (грунтовых) вод в аллювиальных отложениях,

рассмотренного выше, то применение их следует расширять благодаря весьма

высокой эффективности и малой стоимости»

Мероприятия и устройства, вызывающие таяние льда и подогрев наледных вод

Такие иротивоналедные мероприятия могут быть как сезонного, так и

постоянного типа. К мероприятиям сезонного типа относятся засоление

наледного льда, таяние льда электронагревательными элементами и греющими

кабелями от передвижных электростанций, паровыми иглами от передвижных

локомобилей, сжиганием жидкого и твердого топлива в открытых металлических

Страницы: 1, 2