Изобретение к патенту

Об этом же свидетельствует  резкое увеличение срока службы балластной призмы и земляного полотна без ремонта.

Способ укрепления железнодорожного полотна основан на внесении в  грунт железнодорожного полотна  укрепляющих композиций.

Железнодорожное полотно  представляет собой земляное полотно  с балластной призмой из дренирующего грунта и расположенной в ней рельсошпальной решетки. Балластная призма изначально выполнена из щебня фракции 30-70 мм, который с течением времени истирается, образуя пылеватые частицы загрязнителя балласта.

Укрепляющая композиция, используемая для укрепления грунта, содержит в качестве гидравлического вяжущего бруситовую известь, в качестве минерального адсорбента бруситовый отсев и воду. Указанные компоненты выбирают из интервала, мас.%:

бруситовая известь	15-20
бруситовый отсев	25-30
вода	остальное

Объем укрепляющей композиции выбирают из интервала 8-12% от объема балластной призмы.

Необходимый объем укрепляющей  композиции вносят в верхний слой балластной призмы, например в щебень, перемешивают их и уплотняют до полного  обволакивания составляющих грунта балластной призмы укрепляющей композицией.

Осуществление способа  раскрыто на примере укрепления железнодорожного земляного полотна на КМ 359 Тында-Ургал  ДВЖД филиала ОАО «РЖД».

Деформирующийся участок  железнодорожного земляного полотна  представляет собой насыпь высотой 1,2 м протяженностью 50 м, шириной по верху 6,3 м с балластной призмой в виде трапеции (нижнее основание - 4,5 м, верхнее основание - 3,2 м, высота - 0,6 м, объем - 115,0 м³) из щебня фракции 30-70 мм и рельсошпальной решетки. Балластные углубления размером от 0,2-0,5 м выявлены на всем протяжении участка. Участок ежегодно подвергался пучению головки рельса от 50 до 170 мм, что нарушало безопасность и бесперебойность движения поездов. Зимой ограничение скорости доходило до 5 км/ч при существующей скорости 60 км/ч.

Для укрепления земляного  полотна расчетным путем определялся  объем укрепляющей композиции, который  составил 11,5 м³ (10% от объема балластной призмы). Сухие компоненты укрепляющей композиции составляли 1,1 м ³ бруситовой извести (18%) и 3,1 м³ бруситового отсева (27%) при расходе 25 л воды.

Бруситовая известь  является в укрепляющей композиции гидравлическим вяжущим. Она в своем  составе содержит окиси кальция CaO, магния MgO, железа Fe₂O₃ и кварц SiO₂.

Бруситовый отсев является в укрепляющей композиции адсорбентом. Он в своем составе содержат брусит Mg(OH)₂, серпентинит Mg[(OH)₈]Si₄O₁₀, кальцит CaCO ₃, доломит CaMgCO₃, гидромагнезит Mg₅ [CO₃]₄(OH)₂·4H₂ O, магнезит MgCO₃, кварц SiO₂, карбонатную и бруситовую пыль, которая служит катализатором кристаллообразования в процессе гидратации.

В технологическую цепочку  машин для укрепления земляного  полотна на данном участке входят путевые машины: хоппер-дозаторная вертушка, пожарный вагон и ВПО-3000, перемещающиеся по рельсошпальной решетке.

Для обработки грунтов  железнодорожного полотна с помощью  хоппер-дозаторной вертушки на верхней  слой балластной призмы по периметру  дозированно наносят укрепляющую  композицию. Затем щебень с композицией  увлажняют водой из шланга пожарного  вагона.

Далее смесь из щебня, укрепляющей композиции и воды уплотняют  проходом вибрационной путевой машиной  ВПО-3000, которая перемешивает в призме щебень, загрязнитель балласта, укрепляющую  композицию и одновременно уплотняет  их до полного обволакивания укрепляющей композицией загрязненного щебня по периметру балластной призмы.

Под воздействием вибрирования увлажненная укрепляющая композиция постепенно перемещается в основание  призмы, перемешиваясь с пылевато-глинистыми частицами загрязненного щебня  балластной призмы, и в дальнейшем проникает в пучинистые глинистые грунты верхнего слоя основной площадки земляного полотна и балластные углубления.

При взаимодействии пылеватых  и глинистых грунтов с укрепляющей  композицией и влагой в балласте и балластных углублениях происходят их химическое и физико-химическое взаимодействие с ростом кристаллических новообразований различных типов солей силикатов и карбонатов Ca и Mg.

В процессе гидратации происходит ионообмен между катионами Ca++ и Mg++, гидроксильной группы (OH) карбонатной и бруситовой пыли с пылеватыми и глинистыми частицами грунта с образованием более крупных малорастворимых солей силикатов и карбонатов Ca и Mg. На частицах разложения серпентинита (форстерита и энстатита), как на дополнительных центрах кристаллизации, происходит также образование нерастворимых солей гидросиликатов и гидроаллюминатов Ca и Mg. За счет дополнительных центров кристаллизации и наличия катионов Ca и Al в глинистых частицах грунта балластной призмы и балластных углублений в земляном полотне происходит быстрый и интенсивный рост кристаллов различных размеров с образованием прочных кристаллических конгломератов, в процессе роста которых расходуется вся свободная вода балластных углублений.

Бруситовый отсев адсорбирует  свободную и связанную воду грунтов основной площадки земляного полотна, что приводит к дополнительному осушению пустот балластных углублений. Адсорбированная бруситовым отсевом вода участвует в процессе дальнейшего кристаллообразования.

В результате все пылеватые  и глинистые частицы балластной призмы принимают участие в образовании солей кристаллов, тем самым очищая от загрязнений щебень балластной призмы, а образовавшиеся кристаллические конгломераты заполняют пустоты в балластных углублениях, уплотняя грунт верхнего слоя основной площадки земляного полотна и цементируя его грунтами основания балластной призмы.

Полная стабилизация земляного полотна наступает  за короткий период времени, практически  одновременно с осуществлением способа.

В процессе дальнейшей эксплуатации поступившие в грунты балластной призмы пылеватые частицы и свободная вода продолжают процесс кристаллобразования в призме. При этом грунт призмы постоянно очищается и осушается, что препятствует проникновению влаги в грунты основания призмы и образованию новых балластных углублений.

Таким образом, осушение грунтов земляного полотна носит  циклический характер, что обеспечивает стабильное состояние грунтов верхней  части основной площадки земляного  полотна и основания балластной призмы, а также устраняет причины  пучинообразования.

Испытания физико-механических показателей грунтов проводились  в лаборатории НИЛ «Основания и фундаменты» ДВГУПС.

Для определения физико-механических показателей из укрепленного грунта изготавливались образцы - керны  в виде цилиндров диаметром 5 см и высотой 10 см. Испытаниям подвергалась серия образцов 28-дневного возраста в количестве 3 штук для каждого примера. Результат взят как средний из трех образцов. Испытания на прочность проводились в соответствии с ГОСТ 10100-90 «Методы определения механических свойств глинистых пород при одноосном сжатии», на морозостойкость - в соответствии с ГОСТ 10060-87 «Методы определения морозостойкости», водостойкость - по ГОСТ 10180-90 « ».

Физико-механические показатели укрепленного грунта приведены в  таблице.

Пример 1. Способ укрепления железнодорожного полотна осуществляли на образце, в котором 100 кг загрязненного до 10% пылевато-глинистыми составляющими щебня фракции 30-70 мм обрабатывали укрепляющей композицией в количестве 8 кг (8%), содержащей бруситовую известь в количестве 1,6 кг (20%), бруситовый отсев в количестве 2,4 кг (30%) и воду. Все компоненты перемешивали и помещали в емкость, заполненную суглинком влажностью 20%. Затем сверху увлажняли и вместе с глинистым грунтом уплотняли. Затем из глинистых грунтов основания балластной призмы вырезали керны.

Пример 2. Способ осуществляли, как в примере 1. Грунт обрабатывали композицией в количестве 10 кг (10%), содержащей бруситовую известь в количестве 1,5 кг (15%), бруситовый отсев в количестве 2,5 кг (25%) и воду.

Пример 3. Способ осуществляли, как в примере 1. Грунт обрабатывали композицией в количестве 10 кг (10%), содержащей бруситовую известь в количестве 2,0 кг (20%), бруситовый отсев в количестве 3,0 кг (30%) и воду.

Пример 4. Способ осуществляли, как в примере 1. Грунт обрабатывали композицией в количестве 12 кг (12%), содержащей бруситовую известь в  количестве 2,4 кг (20%), бруситовый отсев в количестве 3,6 кг (30%) и воду.

Пример 5. Способ осуществляли, как в примере 1. Грунт обрабатывали композицией в количестве 7 кг (7%), содержащей бруситовую известь в  количестве 1,05 кг (15%), бруситовый отсев  в количестве 1,75 кг (25%) и воду.

Пример 6. Способ осуществляли, как в примере 1. Композиция в количестве 13 кг (13%) содержит бруситовую известь  в количестве 1,95 кг (15%), бруситовый отсев  в количестве 3,25 кг (25%) и воду.

Состав укрепленного грунта и результаты испытаний приведены в таблице.

Использование укрепляющей  грунтовой композиции для стабилизации деформирующихся грунтов по сравнению  с прототипом при сохранении достаточных  прочностных свойств повышает морозостойкость  в 2 раза, водостойкость в 1.5 раза, что позволяет увеличить период неизменной стабильности ТС в 3-4 раза.

Источники информации

1. А.с. СССР № 1073375, E02D 3/12, С09K 17/00. Способ укрепления  грунта / Е.Н.Баринов, В.В.Вебер, Н.Н.Беляев (СССР). - Заявлено 21.12.82; опубл. 15.02.84, бюл.  № 6.

2. Патент РФ на изобретение  № 2192517, МПК 7 E02D 3/12. Способ укрепления грунтов / Шильникова Г.П., Жданова С.М., Воронин В.В. - Заявлено 12.02.2001; опубл. 10.11.2002 г., бюл. № 31.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ  укрепления железнодорожного полотна, представляющего собой земляное полотно с расположенной на нем балластной призмой с рельсошпальной решеткой, заключающийся в обработке грунтов железнодорожного полотна укрепляющей композицией из гидравлического вяжущего, минерального адсорбента и воды с последующим их уплотнением до полного обволакивания частиц грунта балластной призмы укрепляющей композицией, отличающийся тем, что обработку грунтов земляного полотна укрепляющей композицией осуществляют в верхнем слое балластной призмы, при этом укрепляющую композицию берут в количестве 8-12% от объема балластной призмы, а в укрепляющей композиции в качестве гидравлического вяжущего используют бруситовую известь и в качестве минерального адсорбента - бруситовый отсев, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

бруситовую известь	15-20
бруситовый отсев	25-30
вода	остальное