ВЕСТНИК СИБИРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

В статье выполнен анализ физико-механических характеристик грунтов земляного полотна в зонах расположения железобетонных водопропускных труб на основании изысканий, проведенных на одной из важнейших для Сибирского региона автомобильных дорог. Определены физико-механические характеристики грунтов земляного полотна в зонах расположения железобетонных водопропускных труб и объединены в инженерно-геологические элементы, приведены графики зависимости коэффициента уплотнения грунта от глубины проходки шурфа и динамического сопротивления грунтов, сопоставлены значения физико-механических характеристик грунтов и состояние дорожного покрытия в зонах расположения железобетонных водопропускных труб.

Установлено, что в зонах расположения железобетонных водопропускных труб при приближении к трубе увеличивается количество дефектов и деформаций дорожного покрытия. Физико-механические характеристики грунтов земляного полотна, расположенного вблизи железобетонной водопропускной трубы и на расстоянии 30 м от оси трубы, различаются. При удалении от оси железобетонной водопропускной трубы физико-механические характеристики грунтов улучшаются. Проведенные визуальные, натурные, лабораторные исследования и динамическое зондирование подтверждают этот вывод. Так, в пазухах водопропускных труб установлено динамическое сопротивление грунта земляного полотна 3 МПа, а на расстоянии 30 м от оси железобетонной водопропускной трубы - 4 МПа.

Рассматриваемое направление исследований является актуальным, так как своевременная, точная и быстрая оценка физико-механических характеристик грунтов земляного полотна автомобильных дорог необходима для снижения дорожно-транспортных происшествий, рационального содержания и ремонта.

Для обеспечения надежной и безопасной эксплуатации насыпей восточного участка БАМа, в том числе после модернизации или ремонта, необходимо исключить или минимизировать криогенные деформации сооружений. Этому способствует повышение эффективности принимаемых противодеформационных решений за счет объективной оценки существующих криогенных проблем, а также систематизации и прогнозирования сценариев дальнейшего развития деформаций насыпей рассматриваемого полигона.

С опорой на исторические аспекты создания и эксплуатации БАМа обобщены и сформулированы текущие криогенные проблемы полигона. Сформулированы и систематизированы восемь возможных сценариев развития криогенных деформаций эксплуатируемых насыпей на восточном участке БАМа. Для вероятностного прогноза сценариев развития криогенных деформаций и обоснования первоочередных направлений разработки эффективных решений по стабилизации системы «насыпь - основание» выполнено обследование насыпей на рассматриваемом полигоне.

По результатам обследования насыпей на пяти перегонах выявлены особенности их текущего состояния и деформирования. Эксплуатируемые насыпи на восточном участке БАМа не только имеют последствия уже свершившейся деградации многолетнемерзлых грунтов в основании, но и обладают потенциалом к деформациям при дальнейшей эксплуатации, в том числе после модернизации и ремонта. Причем эти деформации могут происходить с определенной спецификой и по различным сценариям.

Прогноз сценариев развития криогенных деформаций показал, что наиболее вероятным сценарием развития деформаций на участках насыпей рассматриваемого полигона являются осадки сооружений из-за деградации многолетнемерзлых грунтов в основании в период оттаивания. Вероятность других сценариев относительно невысока (до 15 %), но она существует и не может не учитываться при дальнейшей модернизации или ремонтах пути. Значительная часть прогнозируемых сценариев (до 30 %) сочетают сразу несколько криогенных проблем. На этом фоне повышается актуальность дальнейших исследований и расчетно-теоретического обоснования комплексных решений по термостабилизации.

В данной статье рассматривается применение виброматов на железобетонных пролетных строениях железнодорожных мостов с ездой на балласте и сопрягаемых участках земляного полотна. Проведены численные эксперименты на железобетонных пролетных строениях мостов с использованием конечноэлементного моделирования в программном комплексе Midas FEA. Представлены результаты расчета жесткости различных типов подрельсового основания, включая разную конструкцию рельсошпальной решетки, балластный слой с разным модулем упругости и уложенные под балласт виброматы. Построены пространственные эпюры вертикального давления по поверхности плиты балластного корыта с учетом жесткости подрельсового основания, представляющие собой графики распределения давления через элементы верхнего строения пути в толще балластного слоя. Установлено, что жесткость подрельсового основания при наличии виброматов снижается, это приводит к уменьшению величины ординат пространственной эпюры вертикального давления по плите балластного корыта путем включения в работу большего по длине участка рельсошпальной решетки. Выполнен расчет грузоподъемности плиты балластного корыта при наличии виброматов, в результате которого отмечено увеличение минимальных классов по грузоподъемности плиты балластного корыта до 30 % за счет снижения давления под шпалой в подрельсовом сечении. Динамический расчет свидетельствует о наличии просадок не более 20 мм при наработке тоннажа до 330 млн т брутто на равноупругом пути с матами на пролетном строении и подходах, что обеспечивает равноупругость пути, отсутствие «предмостовых ям» и равноресурсность пути в зоне сопряжения насыпи с мостовым сооружением.

В статье введен температурный функционал, аргументами которого являются температура грунта и ее градиент вдоль вертикальной оси промерзания глинистого грунта, с помощью которого сформулирован двухпараметрический критерий начала интенсивного криогенного капиллярно-пленочного влагопереноса применительно к решению задач регулирования влагонакопления в промерзающих грунтах.

Приведен алгоритм решения задачи по определению нижней границы зоны криогенного влагопереноса в грунтовом массиве на любом из этапов его промерзания с использованием специального модуля Freeze-^ в программном комплексе Freeze-1.

Показан пример определения в лабораторных условиях функциональной зависимости, используемой в двухпараметрическом критерии начала интенсивного криогенного влагопереноса, для эксплуатируемого участка земляного полотна, сложенного суглинком с числом пластичности 0,10.

Выполнена верификация расчетного алгоритма определения нижней границы зоны интенсивного криогенного влагопереноса по двухпараметрическому температурному критерию с использованием результатов мониторинга водно-теплового режима на участке эксплуатируемого земляного полотна. Полученные данные позволили сделать вывод о корректности предложенного подхода к определению уровня нижней границы зоны интенсивного криогенного влагопереноса. Кроме того, показали достаточную сходимость расчетные и фактические значения глубин промерзания грунтов земляного полота, что говорит об адекватности модели одномерного температурного поля, определяемого с использованием программного комплекса Freeze-1.

В статье рассмотрены наиболее распространенные конструкции волноломов, применяемые для инженерной защиты земляного полотна. Волноломы предназначены для гашения энергии волн и удержания наносов, формирующих волногасящий пляж.

Цель работы - разработка критериев оценки технического состояния элементов волноломов по видам дефектов. Основными методами исследования являлись натурное обследование сооружений и физическое моделирование в гидроволновых бассейнах и лотке. Выполнено обследование волноломов на участке железнодорожной линии Туапсе - Адлер Северо-Кавказской железной дороги с целью определения дефектов как сооружений в целом, так и их элементов.

Проведены экспериментальные исследования взаимодействия волн с волноломами и пляжем на моделях в волновых бассейнах и лотке.

По результатам исследований предложено деление волноломов на отдельные элементы по степени их весомости. Получены критерии технического состояния каждого элемента волнолома по видам дефектов. Разработан алгоритм оценки технического состояния волноломов для определения необходимых мероприятий по обеспечению работоспособности сооружений.

Предложенный алгоритм оценки технического состояния волноломов позволит повысить безопасность эксплуатации железнодорожного пути на прижимных морских участках. Полученные критерии оценки технического состояния волноломов учтены при разработке ГОСТ Р 59241-2020 «Берегозащитные сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния».

В качестве способа минимизации морозного пучения земляного полотна в неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях и при глубоком сезонном промерзании возможно применение силикатизации. При этом остается открытым ряд вопросов, связанных со свойствами силикатизированного грунта, характеризующими его водонепроницаемость в процессе эксплуатации сооружения и возможность создания закрытой схемы промерзания. В связи с этим целью исследования является определение зависимостей коэффициентов влагопроводности силикатизированного грунта от плотности вяжущего и числа пластичности исходного грунта с оценкой влияния на данный параметр процесса промерзания.

Методологическую основу работы составляют постановка и проведение лабораторного эксперимента с применением элементов математического анализа для обработки полученных данных. В рамках исследования проведен лабораторный эксперимент по определению коэффициентов влагопроводности силикатизированных глинистых грунтов. Также разработан и проведен эксперимент по оценке влияния процесса промерзания на коэффициенты влагопроводности силикатизированного грунта. В качестве основных лабораторных установок при реализации экспериментов использовались прибор для определения коэффициента влагопроводности грунтов ПКВГ-Ф и автоматизированный прибор ГТ 1.1.12.

По результатам проведенного исследования установлена зависимость коэффициента влагопроводности силикатизированного глинистого грунта от плотности водного раствора силиката натрия. При плотности водного раствора (концентрации) силиката натрия более 1,15 г/см3 получаемый в результате силикатизации материал и капиллярный барьер из него можно считать водонепроницаемым. Проведенные дополнительные лабораторные исследования показали, что процесс промерзания оказывает на силикатный грунт минимальное воздействие, не вызывающее кардинальных изменений влагопроводных свойств.

При строительстве транспортных объектов в криолитозоне кардинально нарушается температурный режим многолетнемерзлых грунтов. В процессе эксплуатации Байкало-Амурской магистрали в основании земляного полотна на отдельных участках в районах распространения высокотемпературных мерзлых грунтов образовались так называемые чаши протаивания. Они представляют собой зоны оттаявших многолетнемерзлых грунтов, расположенные непосредственно под железнодорожными насыпями, даже при соблюдении первого принципа строительства. Главным образом это касается насыпей, сложенных дренирующими грунтами. В этом случае формированию таких чаш в первую очередь способствует инфильтрация атмосферных осадков в тело земляного полотна. Расчетным путем оценить эффект от влияния атмосферных осадков на отепляющий эффект основания земляного полотна весьма проблематично в связи с хаотическим характером фильтрационных процессов, происходящих в теле земляного полотна.

В данной работе сделана попытка использования нетрадиционного подхода к решению этой проблемы, а именно предложено ввести поправку к летним значениям коэффициента теплопроводности, учитывающую теплообмен фильтрующихся теплых атмосферных вод с твердыми частицами дренирующего грунта. Для определения данной оправки был использован эмпирический подход. Он заключается в коррекции коэффициента теплопроводности в процессе численных расчетов с ориентацией на реальную глубину верхней границы многолетней мерзлоты под насыпью, полученную при инженерно-геологических изысканиях. Подобранный таким образом коэффициент теплопроводности можно использовать для дальнейших расчетов в схожих условиях. С помощью предложенного подхода обоснована эффективная конструкция насыпи из дренирующих грунтов. Также показано, что использование такого приема для предотвращения деградации грунтов основания насыпи является эффективным при строительстве земляного полотна под вторые пути в криолитозоне.

В статье представлены результаты исследований по разработке и установке системы инженерно-геокриологического мониторинга эксплуатируемых насыпей линейных транспортных сооружений в условиях изменения климата на примере участка земляного полотна на территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО). Определены этапы обоснования системы инженерно-геокриологического мониторинга эксплуатируемых насыпей линейных транспортных сооружений в рассматриваемых условиях.

По результатам визуально-инструментального и геотехнического обследования сформирована схема особенностей деформирования характерного для рассматриваемых условий участка эксплуатируемой насыпи, а также построен поперечный геокриологический профиль. Для обработки полученных результатов обследований разработана и применена универсальная система зонирования эксплуатируемого земляного полотна, полосы отвода и прилегающей территории, учитывающая влияние криогенных процессов и факторов.

На основании выполненных исследований сформулированы особенности геокриологического состояния характерного для условий ЯНАО участка эксплуатируемой насыпи, необходимые для обоснования системы инженерно-геокриологического мониторинга. Обоснована схема установки системы инженерно-геокриологического мониторинга, разработан и изготовлен комплекс измерительных средств для объективного контроля теплового и деформированного состояния геотехнической системы «насыпь - основание» на характерном для условий ЯНАо участке эксплуатируемой насыпи. Выполнена установка системы инженерногеокриологического мониторинга, а также нулевой и первый циклы наблюдений, которые подтвердили работоспособность системы и отсутствие необходимости корректировки ее параметров.