Защита пути от камнепадов на участке ВСЖД Тайшет-Нижнеудинск перегон камышет-УК 4637 КМ

 

4.5 Оценка скально-обвальных  явлений и подготовка исходных  данных для проектирования

 

В соответствии с [22] оценка состояния скально-обвального участка и его опасности для железнодорожного пути производится на основе проведения инженерно-геодезических и инженерно-геологических изысканий.

Скальные грунты, слагающие откосную часть (склон) с  соответствии с ГОСТ 25100-95 [1] должны быть классифицированы по минералогическому составу, их прочности, плотности, выветрелости, размягчаемости и растворимости, что определят дальнейшую оценку опасности, происходящих на участке скально-обвальных явлений.

Оценка состояния  скальных откосов (склонов) выполняется  в соответствии с нормами СНиП 22-02-2003 [2] в зависимости от морфометрических и инженерно-геологических характеристик по балловой характеристике (таблицы 4.1–4.3) [22].

 

Таблица 4.1 –  Балловая оценка опасности откоса (склона)

Характеристика	Степень опасности  состояния  скального откоса (склона)
	особо опасный	опасный	неопасный
Сумма баллов, оценивающих  степень нарушения устойчивости скального откоса (склона) по таблицам 4.2 и 4.3	45-37	36-8	7-0

 

Таблица 4.2 –  Оценка состояния скального откоса по морфометрическим характеристикам

Характеристика	Оценка состояния  скального откоса (склона), баллы
	0	2	4	6
Высота, м	3	3-6	6-12	12 и более
Крутизна, град.	менее 30	30-45	45-60	60 и более
Форма поверхности	ровная	неровная	с выступами	с нависающими выступами
Расстояние  от подошвы  откоса до пути, м	4 и более	4-3	3-2	менее 2

 

Таблица 4.3 –  Оценка состояния по инженерно-геологическим                 характеристикам

Характеристика	Оценка состояния  скального откоса (склона), баллы
	0	1	2	3
Среднее число  трещин на 1 м	1	2-10	11-20	21 и более
Ширина раскрытия трещин, см	0	0,5	0,5-1	1 и более
Глубина трещин, м	менее 0,1	0,1-1	1,0-10	10 и более
Направление угла падения трещин по отношению к пути, град.	менее 20	20-30	30-40	40 и более
Прочность скальных грунтов на одноосное сжатие RC, МПа	150-200	100-150	50-100	40
Степень выветрелости скального массива	невыветрелые	слабо выветрелые	выветрелые	сильно выветрелые
Сейсмичность, баллы	6	7	8	9

 

Оценка опасности  откоса по результатам проведенных  изысканий скально-обвального участка равна 26 баллов, что соответствует степени опасности «опасный».

По результатам  изысканий производится оценка общей  и местной устойчивости откоса (склона) на основе которой производится выбор противообвальных мероприятий и определение их параметров.

 

4.5.1 Оценка общей  устойчивости откосов

 

 Общую устойчивость откосов следует оценивать в зависимости от их очертания, характера и расположения поверхностей ослабления (трещиноватости, слоистости) по отношению к проектируемому откосу, группы пород по устойчивости к выветриванию и прочностных параметров.

При оценке общей  устойчивости следует руководствоваться расчетными схемами, представленными в [20] на рисунке 4 и в таблице 1, где отражены наиболее характерные условия, встречающиеся в практике. Расчет общей устойчивости сводится к определению предельной высоты устойчивого откоса заданной крутизны при принятом коэффициенте запаса.

Для исследуемого участка легковыветривающейся скальной выемки характерна схема III, представленная на рисунке 4.2.

Откос различной  крутизны (α), расположение поверхностей ослабления неблагоприятное (β < φ_ТР ;α > β).

Рисунок 4.2 – Схема для определения общей устойчивости откоса

Согласно методических указаний [20] для данной схемы характерна следующая расчетная формула

,

(4.1)

где С_тр – сцепление по контактам поверхностей ослабления;

φ_тр – угол внутреннего трения по контактам поверхностей ослабления;

γ₀ – объемный вес грунта, для песчаника 25,5–28,4 кН/м³;

α – крутизна откоса, α=35⁰;

β – угол залегания  трещин в откосе, β =30⁰.

Значения расчетного параметра С_тр и уменьшаем на величину коэффициента запаса k=1,3, т.е.

,	(4.2)
.	(4.3)

Полученная  расчетом высота откоса Н_расч должна быть больше высоты откоса на участке Н_пр.

Значения параметров С_тр и φ_тр берутся по таблице 1 в приложении 2 руководства [21] исходя из ширины раскрытия трещин и характеристик грунта. Для песчаника с пределом прочности на сжатие σ_сж=15-50 МПа, и шириной раскрытия трещин 2-20 мм, С_тр =50 кН/м² и φ_тр=39⁰.

 кН/м²;

;

.

По формуле (4.1) определяем расчетную высоту откоса выемки

м.

Полученная  расчетом высота откоса Н_расч=35,79 м получилась больше высоты откоса на участке Н_пр=20 м, следовательно, по результатам оценки общей устойчивости, откос достаточно устойчив.

 

4.5.2 Оценка местной  устойчивости откоса

 

Оценка местной  устойчивости выполняется для определения  интенсивности осыпания продуктов выветривания с откосов, вывалов отдельных обломков или возможности поверхностных сплывов рыхлых отложений [22].

Согласно [20], грунт выемки относится к IV группе – порода неустойчивая.

Проверка местной  устойчивости откосов в породах IV - V групп заключается в определении вероятности образования на них поверхностных сплывов выветрелого до состояния мелкозема грунта, что оценивается величиной коэффициента местной устойчивости.

Последовательность  расчетов местной устойчивости в  этом случае принимается следующей: для полученной по испытаниям на переменное высушивание и увлажнение группы пород, по величине соотношения  =1,25  и расчетного срока существования откоса t (примем t=40 лет) вычисляется мощность прогнозируемой зоны выветривания m_tФ по выражению

,

(4.4)

где – среднее значение мощности зоны выветривания выделенной группы i на расчетный срок существования откоса и определяемое по графику на рисунке 4.3 для IV группы грунтов [20].

При t=40 лет , м.

м.

Рисунок 4.3 – Зависимости изменения мощности зоны выветривания от времени для различных по степени устойчивости групп

 

Местная устойчивость выветрелого слоя оценивается путем определения величины К_местн, в условиях избыточного увлажнения (возникающего, например, весной при оттаивании грунта, осенью и летом после затяжных или ливневых дождей) по формуле

,

(4.5)

где n=tgα – заложение откоса, n=1;

γ₀ – объемный вес грунта, 25,5кН/м³=2,601 т/м³;

φ_тр – угол внутреннего трения по контактам поверхностей ослабления, с учетом коэффициента запаса =31,92⁰;

C – сцепление грунта, с учетом коэффициента запаса =3,9 т/м³;

Н – высота откоса, Н=20 м;

А и В –  безразмерные коэффициенты, определяемые в зависимости от соотношения по графику на рисунке 4.3, h_р – глубина зоны возможного сплывообразования, принимается равной 0,8 м.

Местная устойчивость откосов считается обеспеченной, если K ≥ 1,5 [19].

Рисунок 4.4 –  График для определения коэффициентов  А и В

Определяем  коэффициент местной устойчивости по формуле (4.5)

.

Исходя из того, что коэффициент местной устойчивости оказался меньше нормативного К=1,5, следовательно, необходимо предусмотреть мероприятия по усилению пути на скально-обвальном участке.

 

4.6 Расчет защитных  сооружений

 

Сетчатые конструкции (покровные сетки и сетчатые барьеры) применяются в виде удерживающих и улавливающих сооружений для защиты пути от обвалов, вывалов отдельных скальных обломков, осыпей и оползания рыхлых отложений продуктов выветривания пород.

 

4.6.1 Расчет оградительных вертикальных сетчатых заборов (барьеров)

 

При проектировании улавливающих сетчатых конструкций  следует предусматривать возможность очистки их в последующей эксплуатации от скопления продуктов выветривания, осыпей и скальных обломков.

Сетчатые оградительные вертикальные заборы состоят из стальных сеток, закрепленных на стойках из железобетона или металла.

Сетчатые барьеры (заборы) применяют двух типов жесткой  конструкции с натянутой сеткой и свободно висящей (слабо натянутой) сеткой.

Первый тип сетчатого барьера применяется вблизи от защищаемого пути у подошвы откоса, второй тип – на откосе (склоне) и при перекрытии логов.

Длина панели барьера (шаг между опорами) принимается  от 3 до 5 м. Конкретная величина определяется из условия прочности по расчету.

Высота забора определяется условием неперелета через  него скальных обломков.

В качестве панелей  заградительных барьеров используется оцинкованная стальная сетка двойного кручения с шестиугольными ячейками и кольчужная оцинкованная стальная сетка с кольцевыми ячейками. Выбор сетки определяется условием прочности. Для усиления сетки по панели могут быть пропущены диагональные растяжки из стальных канатов. Крепеж сеток к стойкам забора выполняется через контурные стальные канаты.

Стойки барьера выполняются из железобетонных или металлических столбов, расположенных как на фундаменте так и без фундамента. Конструкция стоек и фундаментов определяется конкретными условиями участка.

Расчетные величины (размер и вес)  падающих скальных обломков в расчетном поперечном сечении участка определены  по результатам анализа паспорта неустойчивого (деформирующегося) земляного полотна:

- размер обломков 0,25-0,5 м³;

- вес обломков 6,4-12,8 кН.

По приложению 11 Руководства [21] определяем расчетную скорость движения падающих обломков.

Расчетные скорости движения обломков скальных грунтов  по горным склонам и откосам следует  определять с учетом их конфигурации. На рисунке 4.5 дана схема поперечного профиля для вычисления расчетной скорости падения обломков. Согласно [21] исследуемый откос – ломаного профиля с отдельными участками вдоль склона длиной менее 10 м при разнице в углах крутизны до 5°.

Рисунок 4.5 –  Схема поперечного профиля для  вычисления расчетной 

скорости падения обломков

Расчетные скорости движения обломков можно определить как для однообразного склона (откоса) по спрямленному профилю по формуле