Принципы работы и расчёта теплоизолирующих покрытий (врезных и накладных) и подъёмки пути на балласт.

Пенопластовые покрытия эффективны кА на участках с пучинами, так и в местах просадок пути в период оттаивания грунтов.

Расчетную толщину слоя тепловой изоляции из пенопласта, при которой пучинистый грунт под ним не будет промерзать, можно определить по формуле:

(2.27)

где h_т – нормативная толщина слоя пенопласта, см, определяемая по графикам в зависимости от W₁₀ – максимальной в десятилетнем периоде суммы градусосуток отрицательных температур и толщины слоя балласта d под пенопластом; l_т – коэффициент теплопроводности пенопласта (0,04 ккал/м×ч×°С); g_н – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2; W_об – нормативное водопоглощение по объему, принимается равным 0,5 % (0,005).

Укладка пенопласта толщиной h^p_т исключает промерзание пучинистого грунта под ним. Толщину слоя балласта под пенопластом d определяют исходя из толщины h_бс существующей балластной призмы над пучинистым грунтом основной площадки, допустимой подъемки пути и с учетом расположения пенопласта ниже подошвы шпал не менее 0,4 м. В этом расчете толщину слоя пенопласта h_п ориентировочно можно принять 0,12÷0,15 м. Тогда величина d определится как:

(2.28)

здесь 0,55 – минимальная необходимая толщина слоя балласта над пенопластом.

Если d получится меньше 0,1 м, тогда можно использовать допустимую подъёмку пути на участке укладки пенопласта и довести d до 0,1÷0,2 м. В случае невозможности подъёмки пути d доводится до указанной величины за счёт срезки верхнего слоя пучинистого грунта. Срезку полезно делать на участках, где основная площадка поражена балластными корытами. Поверхности грунта после срезки придается поперечный уклон в полевую сторону, равный 0,04 (рис. 2.12, в). При укладке пенопласта в комплексе с капитальным и средним ремонтами верхнего строения пути при использовании машин для глубокой очистки щебня последний размещают непосредственно на плиты пенопласта. Расчетная толщина слоя пенопласта должна быть увеличена на 1 см при см и на 2 см при см из-за вдавливания в него отдельных щебенок. При выполнении работ со снятием рельсошпальной решетки поверх пенопласта укладывают защитный слой из песка, асбестовых отходов или щебня с размерами частиц 10–25 мм толщиной 0,1 м (см. рис. 2.12, б, в).

Рис. 2.12. Поперечные профили балластной призмы с устройством тепловой изоляции из пенопласта без защитного слоя (а и г), с защитным слоем (б и в) и со срезкой земляного полотна (в): 1 – слой пенопласта; 2 – подстилающий слой старого балласта; 3 – защитный слой

Ширина пенопластового покрытия В_о зависит от климатического района, характеризуемого многолетней средней суммой градусосуток отрицательных температур воздуха W:

для I W ≤ 2000 °С∙сут, В_о = 4,5 м, в = 0,9 м;

для II 2000 < W ≤ 2500 °С∙сут, В_о = 5,0 м, в = 1,1 м;

для III 2500 < W ≤ 3000 °С∙сут, В_о = 5,5 м, в = 1,4 м;

для IV W > 3000 °С×сут, В_о = 6,0 м, в = 1,6 м.

Буквой «в» обозначен выступ краев пенопластового покрытия за концы шпал.

Высота подъёмки пути на балласт в соответствии с расчётной схемой (рис. 18, а), определяется по формуле:

(2.28)

где q – коэф., принимаемый равным 1,0 при подъёмке на песчано-гравийный балласт и 0,9 – на асбестовый балласт; n – коэф., учитывающий конструкцию земляного полотна: для нулевых мест n = 1,0, для выемок глубиной более 1 м n = 0,95 и для насыпей высотой более 1 м n = 1,05; Z_max – глубина промерзания слоя балластных материалов при устройстве подъёмки на песчано-гравийный или асбестовый балласт во всей зоне сезонного промерзания; h_б.с. – толщина существующего слоя балластных материалов по оси пути от верха балластной призмы до пучинистых грунтов основной площадки по материалам обследования; m – коэф., учитывающий возможное увеличение глубины промерзания по сравнению с многолетними средними данными.

Рис. 18. Схемы к расчёту противопучинных покрытий: а – подъёмка пути на балласт; б – накладная теплоизолирующая подушка; 1 – пучинистые грунты; 2 – граница промерзания после устройства противопучинного мероприятия

Коэффициент m для районов с сезонным промерзанием, где величина многолетней средней суммы градусосуток отрицательных температур воздуха W ≤ 2500 °С×сут, определяется по формуле:

(2.32)

где W₁₀ – максимальная в десятилетнем периоде сумма градусосуток отрицательных температур воздуха; W – принимается равной 2500 °С×сут.

Для районов глубокого сезонного промерзания и вечной мерзлоты при W₁₀ > 2500 °С×сут коэффициент принимают равным 1,0.

Величину Z_max определяют по графику в зависимости от величины W₁₀.

Толщина накладной подушки из асбестового балласта или шлака (при использовании в балластной призме щебня), показанной на рис. 18, б определяется по формуле:

(2.33)

где S – коэффициент, принимаемый для асбестового балласта равным – 0,95 и для шлака равным - 0,85; h_б – проектная толщина балластной призмы, считая от её верха, для принятого класса пути.

Если толщина накладной подушки, полученная по ф-ле (2.33), окажется меньше 0,2 м, то подушку не устраивают, а проектируют подъёмку пути на балласт.

Толщину врезной или комбинированной подушки из шлака (см. рис. 20) можно определить по формуле:

(2.34)

Здесь Z_max определяется по графику в зависимости от того, будет устраиваться подушка из асбестового балласта или шлака.

 

Дополнение:

 

Противопучинные покрытия из шлака могут быть накладными, врезными и комбинированными. Обычно эти покрытия называют подушками.

Накладные шлаковые подушки применяют на участках пути, где допускается значительная подъемка пути, т. е. линия неэлектрифицированная, на участке нет мостов, тоннеля, пассажирской платформы и др. Накладная подушка размещается над старой балластной призмой (рис. 2.14).

Врезная подушкана всю ее толщину врезается в грунт ниже основной площадки (рис. 2.15). Применяют их на электрифицированных линиях, когда подъемка пути не допускается или допускается на малую величину (до 10 см) и при этом толщина слоя старого балласта h_бс не превышает проектную высоту балластной призмы h_б.

Рис. 2.14. Схема устройства накладной шлаковой подушки: 1 – старая балластная призма; 2 – новая балластная призма; 3 – шлаковая подушка; 4 – засыпка дренирующим грунтом; 5 – дренажная труба; 6 и 6 ¢ – границы сезонного промерзания соответственно до устройства подушки и после устройства; 7 – пучинистый грунт

 

Рис. 2.15. Схема устройства врезной шлаковой подушки: П_в – толщина врезной подушки; h_б – высота новой балластной призмы из щебня (1);
2 – врезная шлаковая подушка; 3 – дренаж мелкого заложения; 4 и 4 ¢ – границы сезонного промерзания соответственно до устройства подушки и после устройства; 5 – пучинистый грунт