устройство для укрепления откосов земляного полотна

Формула изобретения

1. Устройство для укрепления откосов земляного полотна, включающее размещенную в теле земляного полотна поперечную дренажную трубу, снабженную водозаборным устройством, и оголовок, жестко соединенный с дренажной трубой и погруженный в тело откоса, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и надежности работы устройства за счет улучшения условий водоотвода из водонасыщенных зон тела земляного полотна в сочетании с увеличением несущих и анкерных свойств элементов устройства, достигаемым путем перераспределения действия активных грунтовых нагрузок на эти элементы, дренажная труба выполнена бесстыковой из материала повышенной прочности, например стальной трубы, один конец которой снабжен водозаборным устройством, заглушен коническим наконечником с диаметром основания, большим диаметра дренажной трубы, и расположен в водонасыщенной зоне, а второй конец выведен со сливным уклоном на поверхность откоса и жестко соединен с оголовком, выполненным в виде анкерного элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что водозаборное устройство выполнено в виде перфорированного по всей поверхности концевого участка дренажной трубы, размещенного в водонасыщенной зоне на длине, равной размеру этой зоны, а остальная часть дренажной трубы перфорирована в пределах поверхности, лежащей выше ее диаметральной плоскости на участках, находящихся в водонасыщенных зонах за пределами устойчивой части тела земляного полотна.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анкерный элемент выполнен из материала повышенной прочности, например стальной трубы, одним концом погружен в устойчивую часть тела земляного полотна под прямым углом к откосу, а вторым концом выведен на поверхность откоса и жестко соединен с дренажной трубой, например, болтовым фланцевым соединением или электросваркой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дорожного строительства и может быть использовано при реконструкции земляного полотна, его ремонте и проведении противооползневых мероприятий на откосах в процессе эксплуатации дорог.

При динамических воздействиях подвижных нагрузок, обводненности и изменении реологических свойств грунтов в теле земляного полотна и его откосах возникают касательные силы, вызывающие отслоение откосной части с захватом бровки основной площадки, а на железной дороге часто до концов шпал и верхнего строения пути, со смещением грунта к подошве откоса, что приводит к потере устойчивости не только откосов, но и земляного полотна в целом.

Причиной потери устойчивости откосов может быть наличие водонасыщенных зон под балластной призмой, в балластных шлейфах и замкнутых балластных углублениях, образовавшихся при досыпке и уширении земляного полотна, просадках и пучинных процессах при сезонном промерзании и оттаивании грунтов и в районах деградации вечной мерзлоты.

Потеря устойчивости откосов выражается в появлении и прогрессирующем развитии оползневых зон, что приводит к возникновению аварийных ситуаций.

Известно устройство для укрепления откосов земляного полотна, выполненное в виде анкерной конструкции, состоящей из трубчатого корпуса, натяжного устройства и железобетонной плиты, соединенной с корпусом с возможностью осевого перемещения (см. "Альбом чертежей конструкций групповых технических решений для усиления деформирующихся насыпей", с.44, МГУПС МПС, М., 2002 г.). Укрепление откосов достигается погружением анкерной конструкции в тело земляного полотна одним концом с последующим прижатием к откосу посредством натяжного устройства железобетонной плиты, надетой на другой конец анкерной конструкции.

Недостаток этого устройства заключается в том, что оно не обеспечивает осушения водонасыщенных зон в теле земляного полотна. Кроме того, область применения его ограничена грунтами, показатель консистенции которых J 0,25. В других грунтах в условиях подъема грунтовых вод, подтопления, других причин, вызывающих избыточное увлажнение грунтов тела земляного полотна, граница оползневого скольжения смещается к оси пути, захватывает область размещения анкерных конструкций, которые перемещаются вместе с оползнем, теряя свои анкерные свойства.

К недостаткам устройства можно отнести также снижение сил прижатия железобетонной плиты к откосу в процессе интенсивного выветривания грунта при атмосферных воздействиях в сочетании с динамическими от подвижных нагрузок, вначале вокруг плиты, затем под ней, в результате чего железобетонная плита теряет контакт с грунтом откоса, исчезает момент сил, удерживающий грунт от смещения. Грунт сползает к подошве откоса, выворачивая ничем не удерживаемую анкерную конструкцию из тела земляного полотна.

Известно устройство для укрепления откосов за счет осушения водонасыщенных зон в теле земляного полотна (см. "Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог", с.255, изд. Транспорт, М., 1978 г.). Это устройство принято за прототип.

Устройство выполнено в виде поперечной дренажной системы, включающей поперечную дренажную скважину, имеющую устье, ствол и забой, доведенный до водонасыщенной зоны с размещенным в ней водозаборным устройством. Ствол скважины укреплен от обрушения грунта керамиковыми или асбоцементными трубчатыми секциями раструбного типа, входящими одна в другую и образующими, таким образом, составную дренажную трубу, один конец которой направлен в сторону водонасыщенной зоны и соединен с водозаборным устройством, а другой конец выведен со сливным уклоном на поверхность откоса и снабжен бетонным оголовком, погруженным в тело земляного полотна на глубину, равную двум диаметрам дренажной трубы. Недостаток устройства заключается в снижении эффективности и надежности его работы при просадках тела земляного полотна, вызванных уплотнением нижележащих слоев грунта, суффозийными провалами, грунтовыми и балластными пучинами сезонного характера. Дренажная труба, выполненная из состыкованных раструбных секций и представляющая собой многозвенную шарнирную конструкцию, не имеющую продольной и поперечной жесткости, при просадках грунта изгибается за счет поворота концов составляющих ее секций в раструбных стыках, как в шарнирах. В местах наибольшего прогиба появляются застойные зоны с последующим заилением их и закупоркой сечения трубы грунтом. Кроме того, прогиб вызывает раскрытие стыков, нарушение их герметичности и утечку фильтрата, что ведет к попаданию отводимой воды в окружающий дренажную трубу грунт, его разжижению и ускорению суффозийных процессов, появлению и развитию оползневых зон и, как следствие, снижению устойчивости откосов. Как недостаток устройства также можно рассматривать слабые анкерные свойства бетонного оголовка дренажной трубы. Погруженный на малую глубину в тело земляного полотна, он оказывается в зоне оползневого массива и при отслоении откосной части смещается вместе с оползнем к подошве откоса. При этом оголовок тянет за собой выходной конец дренажной трубы, не имеющей продольной жесткости. Происходит расстыковка секций дренажной трубы, ее разрушение и прекращение функционирования.

Целью изобретения является повышение эффективности и надежности работы устройства за счет улучшения условий водоотвода из водонасыщенных зон тела земляного полотна в сочетании с увеличением несущей способности его элементов и их анкерных свойств путем перераспределения активных сил, действующих со стороны грунтового массива на элементы устройства, а также за счет повышения надежности работы дренажной трубы путем обеспечения ее продольной жесткости и пропускной способности.

На фиг.1 изображено заявленное устройство, размещенное в плоскости поперечного сечения земляного полотна. На фиг.2 показаны фрагменты дренажной трубы. На фиг.3 показана схема сил и моментов сил, действующих на элементы устройства со стороны грунтового массива земляного полотна.

Устройство включает бесстыковую дренажную трубу 1 повышенной прочности, например стальную, размещенную в плоскости поперечного сечения земляного полотна 2, при этом один конец дренажной трубы 1 снабжен водозаборным устройством 3, заглушен коническим наконечником 4, диаметр основания которого больше диаметра дренажной трубы 1, и размещен в водонасыщенной зоне 5, а другой ее конец выведен со сливным уклоном на поверхность откоса 6 и оголовок, выполненный в виде анкерного элемента 7 из материала повышенной прочности, например стальной трубы, одним концом погруженный в устойчивую часть 8 тела земляного полотна 2, а другим концом выведенный на поверхность откоса 6 и жестко соединенный с дренажной трубой 1 под прямым углом к откосу 6 посредством болтового фланцевого соединения 9 или электросваркой. Водозаборное устройство 4 выполнено в виде перфорированного по всей поверхности концевого участка дренажной трубы 1 (фиг.2), размещенного в водонасыщенной зоне 5 на длине 1, равной размеру этой зоны, а остальная часть дренажной трубы 1 перфорирована в пределах поверхности 10, лежащей выше ее диаметральной плоскости на участках 2, находящихся в водонасыщенных зонах 11 и 12 за пределами устойчивой части 8 земляного полотна 2.

Устройство работает следующим образом.

Через водозаборное устройство 4 и перфорированную поверхность 10 дренажной трубы 1 вода из замкнутой зоны 5 и водонасыщенных зон в балластной призме 11 и балластном шлейфе 12 тела земляного полотна 2, лежащих за пределами устойчивой его части 8, поступает внутрь дренажной трубы 1, проходит по ее неперфорированному дну и изливается в водоотводный лоток (не показан) на откосе 6. При этом происходит осушение водонасыщенных зон 11 и 12 и водонасыщенной замкнутой зоны 5. В процессе осушения в сочетании с динамическим воздействием на грунт подвижных нагрузок происходит обжатие грунтом дренажной трубы 1, что увеличивает силы сцепления ее с грунтом, повышая ее анкерные свойства. Повышению анкерных свойств способствует также выполнение конического наконечника 3 с диаметром основания, большим диаметра дренажной трубы 1, благодаря чему на ее конце образуется поясок 14 шириной b, равной половине разности диаметров наконечника 3 и дренажной трубы 1, препятствующий выдергиванию ее из тела земляного полотна 2.

На фиг.3 показана совместная работа дренажной трубы 1 и оголовка, выполненного в виде анкерного элемента 7, погруженного в устойчивую часть 8 тела земляного полотна 2 и испытывающего воздействие активных сдвигающих нагрузок со стороны оползневого массива грунта, находящегося между откосом 6 и границей оползневого скольжения 13. При этом возникает крутящий момент М_кр, стремящийся вывернуть анкерный элемент 7 из тела земляного полотна 2 и вызывающий продольную силу Р_пр в дренажной трубе 1, жестко связанной с анкерным элементом 7. Продольная сила Р_пр стремится выдернуть дренажную трубу 1 из тела земляного полотна 2. Таким образом, силы и моменты сил со стороны грунтового массива распределяются на оба элемента устройства - дренажную трубу 1 и анкерный элемент 7 благодаря наличию между ними жесткой связи в виде болтового фланцевого соединения 9 или электросварки.

Продольная сила выдергивания Р_пр уравновешивается равнодействующей Р касательных сил трения грунта о боковую поверхность дренажной трубы 1, анкерные свойства которой увеличены за счет обжатия ее грунтом в процессе осушения и динамического воздействия на грунт подвижных нагрузок, а несущая способность дренажной трубы 1, ее продольная и поперечная жесткость обеспечены выполнением ее бесстыковой, из материала повышенной прочности.

Крутящий момент М _кр, действующий на анкерный элемент 7, уравновешен с одной стороны моментом М касательных сил Р сцепления дренажной трубы 1 с грунтом тела земляного полотна, а с другой стороны - моментом М_сдв сил пассивного сопротивления грунта сдвигу в месте защемления в нем конца анкерного элемента 7. Таким образом, анкерный элемент 7 работает, как балка на двух защемленных опорах, что повышает его несущие свойства и, препятствуя сдвигу оползневого массива, повышает устойчивость откоса 6.