Первые сведения о неблагоприятном воздействии сурового климата на железнодорожные водопропускные трубы появились вскоре после постройки первых железных дорог в районах вечной мерзлоты Забайкальской (1895 1900) и Амурской (1908 1916). Основными факторами сурового климата, оказывающими неблагоприятное воздействие на мосты и трубы, в то время считались морозное пучение грунтов и вечная мерзлота. Этот период и последующие 20 30-е гг. прошлого столетия характеризуется: применением тех же конструктивных решений труб, что и в обычных условиях; рекомендациями по применению только тех конструктивных решений, которые в меньшей степени подвергались воздействию факторов сурового климата; началом исследований по влиянию вечной мерзлоты и морозного пучения грунтов на искусственные сооружения, и в том числе на трубы; разработкой и использованием временных нормативов на проектирование и строительство мостов и труб для конкретных линий, строящихся (предполагавшихся к строительству) в районах вечной мерзлоты и сурового климата.Так, при строительстве первого пути на упомянутых выше Забайкальской и Амурской железных дорогах возводили трубы, которые в конструктивном отношении практически не отличались от таких же труб, применявшихся ранее в районах с умеренным климатом. Важнейшим их недостатком, как выяснилось позже, являлось то, что глубина заложения фундаментов принималась меньшей, чем глубина промерзания грунта она составляла 1,5 2,0 м при глубине промерзания 3,0 и более метров.На периодически действующих водотоках возводили, главным образом, круглые железобетонные (рис. 1.2) и каменные трубы с полуциркульным сводом (рис. 1.3). Рис. 1.2. Круглая железобетонная труба (1916 г., Забайкальская ж. д.) Рис. 1.3. Каменная труба с полуциркульным сводом (1909 г., Забайкальская ж. д.) Круглые железобетонные трубы применяли отверстиями 0,4 0,6 м и строили без фундаментов, железобетонные звенья (длиной 3 4 м) укладывали на грунт или на щебёночную или шлаковую подушку толщиной 0,8 1,6 м. Портальные оголовки труб возводили на фундаментах, заложенных на ту же глубину, что и подушки под звеньями. Практика эксплуатации показала непригодность такой конструкции трубы для пучинистых грунтов. К 70-м годам прошлого столетия все круглые железобетонные трубы на упомянутых дорогах заменили новыми.Основными причинами переустройства были расстройство каменной кладки оголовков (главным образом, от воздействия сил морозного пучения грунтов), а также осадки и растяжки самой трубы. Каменные трубы с полуциркульным сводом имели более высокий уровень капитальности, чем рассмотренные выше круглые железобетонные. Фундаменты под звеньями в них заложены на глубину 2,13 м (одна сажень), а под оголовками на 3 м. Это отразилось на их устойчивости. В процессе эксплуатации деформации в виде выпучивания и осадок, а также расстройство кладки возникли лишь в концевых частях отдельных труб. Большинство этих труб, находящихся в удовлетворительном состоянии, эксплуатируются и в настоящее время. Это объясняется ещё и тем обстоятельством, что в большинстве случаев трубы возведены на непросадочных после оттаивания вечномёрзлых грунтах. На постоянных водотоках, при больших расходах воды и при сложных мерзлотно-грунтовых условиях (вечная мерзлота, пучинистые грунты) при строительстве первого пути Забайкальской железной дороги применяли каменные трубы с вертикальными стенами и пологими сводами и каменные трубы со звеньями коробового очертания. Такие трубы возводили с отверстиями до 6,0 м одно- и двухочковыми. Фундаменты выполнялись из бутовой кладки. При этом при больших отверстиях трубы фундаменты под звеньями и оголовками выполняли раздельного типа, а при малых отверстиях сплошными. Эти трубы, в особенности двухочковые, подверглись деформациям и повреждениям в значительно большей мере, чем трубы с полуциркульным сводом. Многие из них ремонтировались уже при строительстве вторых путей. Часть таких труб в 40 60-х гг. прошлого столетия была полностью переустроена ввиду аварийного состояния.Расчёты труб этого периода строительства по устойчивости на воздействие нормальных к подошве фундаментов сил морозного пучения грунтов (выполненные в соответствии со СНиП 2.02.04-88 [3]) показывают, что силы, выпучивающие фундамент, более чем на порядок превышают силы, удерживающие его от выпучивания.Трубы этого, первого, периода строительства в районах сурового климата в целом подверглись деформациям и повреждениям в значительно большей мере, чем трубы, построенные в последующие периоды. Основные неисправности труб этого периода постройки следующие: значительные по размерам общие деформации (выпучивание, осадки, растяжки трубы, отжатие оголовков от трубы), продольные и поперечные трещины в сводах каменных труб, трещины и сколы в порталах и откосных стенках оголовков, разрушение кладки оголовков. Трубы этого периода постройки имеют низкий уровень ремонтопригодности. Обеспечить устойчивость элементов таких труб, деформированных от воздействия нормальных к подошве фундаментов сил морозного пучения грунтов или вследствие оттаивания вечной мерзлоты под фундаментами (в большинстве случаев неравномерной по длине трубы), как правило, было невозможно, а экономически нецелесообразно. Ряд труб этого периода постройки на Забайкальской и бывшей Амурской железных дорогах были переустроены на новые.Описанные конструкции труб, не имели каких-либо противопучинных мероприятий. По этой причине их условно можно назвать трубами для пучинистых грунтов первого поколения [17]. Уместно заметить, что трубы, запроектированные по этим принципам, возводились не только при строительстве Транссиба, их возводили и в последующие годы, например, при переустройстве неисправных малых мостов на Забайкальской железной дороге, а также в при возведении труб в существующих насыпях закрытыми способами взамен неисправных труб.С появлением первых сведений о массовых деформациях и повреждениях мостов, труб и других инженерных сооружений, возведенных в районах с суровым климатом, начались научные исследования морозного пучения грунтов и вечномёрзлых грунтов, их воздействия на сооружения (в том числе на водопропускные трубы). Основная цель исследований разработка эффективных мер учёта неблагоприятного воздействия этих факторов на сооружения. Первые описания, а также анализ деформаций и повреждений труб в условиях сурового климата, пучинистых и вечномёрзлых грунтов содержатся в работах М.И. Евдокимова-Рокотовского, И.Д. Белокрылова, О.И. Финка [4, 5, 6], опубликованных в 1931 году. За ними последовали работы К.Д. Морозова, В.В. Еленевского и Г.А. Низовкина [7, 8] и других исследователей. Во всех работах отмечалось, что морозное пучение грунтов оказывает неблагоприятное воздействие на трубы, приводя к возникновению в них деформаций и повреждений. Большинство авторов считало морозное пучение грунтов одной из главных причин (наряду с оттаиванием вечной мерзлоты) возникновения деформаций и повреждений в трубах, возведенных в районах с суровым климатом и вечномёрзлыми грунтами. С воздействием морозного пучения грунтов они связывали выпучивание оголовков и звеньев, крены оголовков и отжатие их от трубы, трещины в элементах оголовков, продольные трещины в сводах звеньев каменных труб. В большинстве работ отмечалось, что в наибольшей мере неблагоприятному воздействию морозного пучения грунтов подвержены концевые части труб. Воздействие морозного пучения грунтов на трубы, по мнению большинства исследователей, проявляется в виде касательных сил пучения, действующих по боковым поверхностям фундаментов оголовков; нормальных сил пучения, действующих на подошвы фундаментов оголовков и звеньев; а также нормальных сил пучения, действующих на оголовки со стороны грунта насыпи. С оттаиванием вечной мерзлоты связывали такие деформации и повреждения, как неравномерная просадка звеньев и оголовков, растяжка труб, трещины в звеньях и оголовках.Следует отметить, что это был начальный период исследований по данной проблеме. Специальные исследования морозного пучения грунтов и его воздействия на сооружения только начинались. Приведенные же выше выводы упомянутых авторов были сделаны по материалам разовых осмотров и обследований труб, а также на основе теоретических соображений, основывающихся на известных к тому времени сведениях о морозном пучении грунтов, вечной мерзлоте и их воздействии на фундаменты сооружений. Несмотря на такой, начальный, характер исследований, в большинстве научных работ содержались рекомендации по противопучинным мероприятиям и конструктивному оформлению труб, предназначенных для возведения на пучинистых и вечномёрзлых грунтах. В тот период рекомендовались: устройство фундаментов трапецеидальной формы; «оштукатурка вгладь» стенок фундамента; смазка их боковых поверхностей дёгтем, битумом и другими материалами, уменьшающими смерзание фундамента с грунтом; засыпка котлована при возведении фундамента песком, гравием, щебнем; увеличение нагрузки на фундамент путём устройства столбчатых фундаментов вместо непрерывных; отвод воды; анкеровка фундаментов; выполнение опалубки из строганых досок, пропитанных креозотом, из досок, прикреплённых к фундаменту и не извлекаемых после его возведения. Предлагалось балочные перекрытия в трубах предпочитать арочным, каменные трубы с коробовым очертанием свода устраивать на сплошных фундаментах или железобетонных плитах, предлагались «перемычки-локализаторы» из гальки, пропитанной мазутом.В большинстве работ перечисленные выше противопучинные мероприятия предлагались авторами в целом для искусственных сооружений. Привязки их к конкретным конструктивным решениям мостов и труб не приводилось. В работах же [4, 7] авторы описали конструкцию овоидальной железобетонной трубы с необходимыми и достаточными, по мнению авторов, противопучинными и учитывающими вечную мерзлоту мероприятиями (рис. 1.4). Проивопучинными мероприятиями в этих схемах были глиняный экран, дёрн, штукатурка боковых поверхностей фундамента цементным раствором, гладкая затирка этой поверхности и смазка её дёгтем, сухой песок, галька, шпунтовое ограждение, наклон боковых поверхностей фундамента в пределах деятельного слоя; мероприятиями, направленными на сохранение вечной мерзлоты заглубление фундамента в мерзлоту не менее чем на 1,5 м, глиняный экран, дёрн, шпунтовое ограждение, деревянный ростверк под подошвой фундамента. Эффективность ряда из упомянутых противопучинных мероприятий в тот период и в последующие годы была проверена в лабораторных условиях, а также в натурных условиях на фундаментах сооружений или на их моделях [9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 и др.]. Исследования показали, что эти противопучинные мероприятия недостаточно эффективны для обеспечения полной устойчивости сооружений, а многие из них, кроме того, не долговечны (такие, например, как обмазки, засыпка фундаментов гидрофобным грунтом и др.). Рис. 1.4. Противопучинные и противомерзлотные мероприятия для водопропускных труб: а по предложению М.И. Евдокимова-Ро]ко]товского (1931); б то же, К.Д. Морозова (1936); 1 глина; 2 дёрн; 3 штукатурка цементным раствором; 4 сухой песок; 5 деятельный слой; 6 вечная мерзлота; 7 шпунт; 8 гладкая затирка и смазка дёгтем; 9 галька Некоторые из этих мероприятий в 30-х гг. прошлого столетия и в последующие годы включались в нормы проектирования, применялись, в том числе в массовом порядке, при строительстве труб в районах с суровым климатом. Однако их применение (вследствие недостаточной эффективности) существенно не изменило уровень защищённости труб от неблагоприятного воздействия морозного пучения грунтов.В 30 50-х гг. прошлого столетия осуществлялось строительство второго пути Транссиба, велась подготовка к строительству БАМа, было начато строительство выходов с
Комментариев нет:
Отправить комментарий