для лекции 4зао

1. Введение

В зависимости от категории
состояния земляного полотна
и эксплуатационных условий
диагностические
исследования полотна
(изучение признаков,
характеризующих его
техническое состояние)
подразделяются на
детальные,
рекогносцировочные
(предварительные) и
режимные. Детальная
диагностика проводится на
объектах земляного полотна
с уже обнаруженными или с
явными признаками
проявления деформаций (I,
II, III категории) и имеет
своей целью получение
исходных данных для
разработки мероприятий по
усилению земляного полотна

2. Цели и задачи работы

Изучить методы детальной диагностики земляного
полотна.

3. Основные понятия

Земляное полотно - основание из грунта для
устройства на нем верхнего строения пути железной
дороги и дорожной одежды автомобильных дорог
Диагностика - определение значений параметров
системы, характеризующих её состояние.
Дорожная одежда это - многослойная конструкция в
пределах проезжей части автомобильной дороги,
воспринимающая нагрузку от автотранспортного
средства и передающая её на грунт.

4. Детальная диагностика земляного полотна

Различные методы диагностики применяют в зависимости от
поставленных задач и вида наблюдений: предварительные,
детальные и режимные.

5. Традиционные методы

Традиционные методы
могут использоваться при
необходимости на
различных стадиях
диагностирования
земляного полотна.
Передвижные
диагностические
комплексы (ПНК) в виде
эталонных нагрузочных
лабораторий,
путеизмерительные
вагоны-лаборатории (ВП),
в том числе с
радиолокационными
комплексами применяют
при предварительной
диагностике и при
режимных наблюдениях.

6.

Так же включают эксплуатационные наблюдения
(визуальный осмотр, учет выправок пути, замеры
смещений масс грунта по маякам и маркам, проверка
положения и роста трещин); геодезические методы
(нивелирование по точкам створов и головкам рельсов,
проверка сдвижки пути, съемка поперечных и
продольных профилей земляного полотна); инженерногеологические методы (бурение скважин, устройство
шурфов, прорезей, расчисток, отбор проб грунта и их
лабораторные испытания для определения физикомеханических свойств). В отдельных случаях
применяются специальные механические методы
испытаний грунтов в массиве.

7. Геофизические методы

Геофизические методы, как правило, применяют
при детальной диагностике, когда необходимо
получить наиболее полную и конкретную
информацию о состоянии земляного полотна с
указанием вида и размеров имеющихся
деформаций.

8. Диагностика основной площадки

Диагностика основной площадки. Сейсмическим
методом и на отдельных участках для более
детального разделения слоев грунта методом
электроконтактного динамического зондирования
определяют: углубления в основной площадке в виде
балластных корыт, лож, мешков, а также выделяют
водонасыщенные и ослабленные по прочности зоны
грунта.

9.

Сейсмический метод в модификации профилирования,
продольного (вдоль пути) и кругового (на откосах насыпей)
зондирования, просвечивания (сейсмотомографии) тела
насыпи с противоположных откосов позволяет решать
подавляющее большинство задач, которые встречаются при
всех видах диагностических исследований земляного
полотна. Среди них детальные исследования внутреннего
строения земляного полотна, определение водонасыщенных
зон в насыпях и уровня грунтовых вод в их основании;
оценка показателей свойств грунта и определение
ослабленных по прочности зон в насыпях и их основании;
обследование земляного полотна, эксплуатируемого в
сложных инженерно-геологических условиях

10.

ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО - основание из грунта для
на
нем
верхнего
строения
пути
дороги и дорожной одежды автомобильных дорог.
устройства
железной
К
земляному
полотну
относятся
связанные
с
отводные
сооружения:
кюветы,
канавы,
дренажные устройства.
ним
водорезервы,

11.

Земляное полотно работает в сложных условиях,
подвергается
значительной
поездной
нагрузке
и
природных факторов.
так как
влиянию
От целостности и состояния земляного
исправность всего железнодорожного пути.
зависит
полотна
Чтобы
земляное
полотно
исправно
служило,
предъявляются следующие основные требования:
к
нему
прочность — способность выдерживать нагрузку от подвижного
состава
(передаваемую
через
верхнее
строение)
без
разрушений;
устойчивость — неизменность своей формы и положения, как от
пере даваемой нагрузки, так и от влияния природноклиматических воздействий;
надежность и долговечность

12.

Одной из проблем на сети дорог, связанных с обеспечением
безопасности
движения
транспорта,
является
состояние
эксплуатируемого земляного полотна.
Главные
причины
ухудшения
состояния
земляного
полотна
Ухудшение
условий
эксплуатации
Увеличение
интенсивност
и движения
Изменение
климатическ
их условий

13.

Дефекты — отступления геометрических
полотна от современных норм.
размеров
земляного
Деформации — изменение формы земляного полотна в процессе
эксплуатации.
Изменение формы земляного полотна
происходит под воздействием:
Нагрузок
Под
влиянием
гидрогеолог
и-ческих
факторов
Из-за
низкого
качества
строительства

14.

искажение формы
основной площадки
Основными видами
деформаций
земляного полотна
являются:
просадки
пучины
сплывы откосов насыпей и
выемок
осыпи и обвалы
Наиболее распространенной деформацией земляного полотна является
искажение формы основной площадки — балластные корыта,
балластные ложа, балластные мешки.
Деформации основной площадки земляного
полотна:

15.

Анализ состояния земляного полотна показывает, что чаще
всего причинами деформаций и разрушений являются сплывы
откосов высоких насыпей, размывы и другие причины, связанные
с действием атмосферных и грунтовых вод.
Целью определения состояния земляного полотна является
определение количества, видов дефектов и причин их
возникновения для последующего принятия решения по их
устранению или локализации.
Из-за особенностей
деформирования
элементов часто
оценка производится
по своим
поэлементно не
совпадающим
специфическим
показателям.
Однако в целом она
производится двумя
последовательными
операциями:
визуальная оценка и
инструментальное
обследование.

16.

Система диагностики земляного полотна основана на применении как
традиционных, так и новых геофизических методов, современной
измерительной аппаратуры и компьютерных технологий. В системе
диагностики
также
используются
специально
разработанные
передвижные диагностические лаборатории. Основу системы
диагностики земляного полотна составляют геофизические методы,
которые основаны на изучении аномалий физических полей.

17.

Обследование проводят на всем протяжении дороги с целью
общей оценки устойчивости земляного полотна, состояния его
откосов и разработки конкретных мероприятий, обеспечивающих
нормальную работу земляного полотна.
Анализ земляного полотна включают в себя сбор данных о
состоянии обочин, откосов, водоотвода.

18.

Анализ земляного полотна проводят для оценивания состояния
съездов и пересечений с дорогами местного значения, фиксируют
наличие и длину их укрепления.
При
анализе
грунта
земляного
полотна
определяют
гранулометрический
состав,
физико-механические
характеристики и степень уплотнения грунта, абсолютную и
относительную влажность, положение уровня грунтовых вод.

19.

Обследование земляного полотна включает в себя геодезическую и геологическую
съёмку. В результате которых определяются соответствие геометрических параметров
существующего
земляного полотна проектным значениям
или соответствие
нормативным документам в области технического регулирования в строительстве.
Геологическая съёмка выявляет соответствие
земельного полотна проектным значениям.
коэффициента
уплотнения
грунта
Обследуя балластный слой, определяют степень загрязнения, гранулометрический
состав, прочностные характеристики материала балластного слоя.
По итогам представляют отчёт, включающий в себя таблицы с данными
характеризующими
состояние
земельного
полотна,
графические
материалы
иллюстрирующие наличие или отсутствие отклонений от проектных значений и отчёт
об обнаруженных скрытых дефектах рельс.

20.

Причинами большинства дефектов земляного полотна,
возникающих в процессе эксплуатации автомобильной дороги,
являются атмосферные осадки, просачивающиеся через
покрытие и обочины, а также вода, застаивающаяся на
обочинах, в кюветах и резервах из-за необеспеченности
поверхностного стока; увлажнение грунтов насыпи вследствие
капиллярного поднятия грунтовых вод из обводненного
основания; вода, перемещающаяся в результате миграции влаги
к фронту промерзания, и т.д. В результате периодически
повторяющихся циклов промерзания и оттаивания, увлажнения
и высыхания снижается сопротивление грунта сдвигу. Эти
процессы имеют тенденцию скрытого накапливания, могут
продолжаться длительное время с трудно прогнозируемыми
периодами и границами их проявления.

21.

К повреждениям относят местные
нарушения элементов земляного
полотна при сохранении его общей
устойчивости. Разрушением земляного
полотна являются случаи полного
нарушения его целостности.

22.

Основной причиной повреждений и
разрушений земельного полотна
считается недопустимое накопление
остаточных деформаций из-за
дефектов, возникающих в нем в
процессе строительства и
эксплуатации. Деформации
земляного полотна разделяются на
упругие, вязкопластичные и
просадочные, равномерные и
неравномерные, допускаемые и не
допускаемые. Особенно
неблагоприятно сказываются на
состоянии дорожных покрытий
неравномерные остаточные
деформации.

23.

24.

25.

26.

27.

28.

29.

30.

31. Опасности второй группы для земляного полотна

32.

Дефекты земляного полотна – отдельное
несоответствие его конструкции по какому-либо
нормативному параметру. Их появление – следствия,
возникающих на участке опасностей, которые можно
разделить на три группы.
Рассмотрим основные факторы, относящиеся ко второй
группе:
ухудшение физикомеханических свойств грунтов земляного
полотна, основания или прилегающего массива;
суффозионные явления;
мерзлотные процессы и явления;
выветривание грунта;

33. ухудшение физикомеханических свойств грунтов земляного полотна, основания или прилегающего массива

Это общий фактор. Включающий в себя, как влияние
природно-климатических воздействий, так и многократные
циклические воздействия автомобильной нагрузки.
Под воздействием процессов выветривания, промерзанияоттаивания, увлажнения- высушивания, размывания
атмосферными осадками и талыми водами происходит
снижение прочностных характеристик грунтов земляного
полотна.
Воздействие движения автомобиля на земляное полотно
вызывает колебания (вибрации), которые приводят к
временному снижения прочности грунтов. Степень снижения
прочности увеличивается с повышением амплитуды и частоты
вибрации. В свою очередь, эти параметры увеличиваются с
повышением скоростей движения машин и их массы.

34. суффозионные явления

Суффозия (от лат. suffosio — подкапывание) — процесс
механического выноса частиц грунта потоком подземных вод.
Данный процесс, на территориях застройки практически
всегда развивается мгновенно и способен привести к
природно-техногенным катастрофам разного масштаба, а
также к значительным экономическим потерям.

35. мерзлотные процессы и явления

Криогенные (мерзлотные) процессы и явления – это
являются экзогенными геологическими процессами и
явлениями, обусловленными, в первую очередь, сезонным
или многолетним промерзанием и протаиванием горных
пород/ грунтов. Наиболее важное практическое значение
имеют:
пучение;
морозобойное трещинообразование;
подземные льды;
термокарст;
наледи;
солифлюкция и др.

36. выветривание грунта

Выветривание — совокупность процессов физического и
химического разрушения грунтов, горных пород и
слагающих их минералов на месте их залегания под
воздействием колебаний температуры, циклов замерзания
и химического воздействия воды, атмосферных газов и
организмов.
Результатом выветривания является усиление
трещиноватости и снижение прочности скальных и
полускальных грунтов в выемках.

37. Определение состояния земляного полотна. Радиолокационный метод.

38. Общие сведения

Земляное полотно автомобильной дороги является
геотехнической (техноприродной) системой, которая,
находясь во взаимодействии с геологической средой,
воспринимает природные воздействия и транспортные
нагрузки. В процессе жизненного цикла земляного полотна
в нем возникают дефекты, снижающие его
эксплуатационную надежность.
Дефект земляного полотна – отдельное несоответствие
его конструкции по какому-либо параметру, установленному
проектом или нормативным документом (СНиП, ГОСТ, ОДН и
т.д.). При определенных условиях дефекты являются
причиной развития остаточных деформаций, повреждений и
разрушений земельного полотна.

39. Радиолокационный метод

Основан на использовании излучаемых
радиопередатчиком коротких электромагнитных
сигналов, проникающих в грунт через
передающую антенну. Отражаясь
от слоев грунта, имеющих
различные электромагнитные
свойства, сигналы с
информацией о состоянии
Среды улавливаются
приемной антенной.

40.

41.

По времени запаздывания между
зондирующим и отраженным сигналами (t)
и скорости распространения радиоволн (v)
определяется эхо-глубина залегания
отражающего контакта: h=v. t/2. Скорость
распространения радиоволн зависит от
диэлектрической проницаемости грунтов
(е). Различие величин е для разных
грунтов позволяет определять границы
между слоями грунта в земляном полотне и
обнаруживать различные неоднородности.

42.

Радиолокационный метод характеризуется
большой разрешающей способностью,
технологичностью и высокими техникоэкономическими показателями. Это объясняется
возможностью непрерывных бесконтактных
измерений с использованием транспортного
средства.

43.

44.

45. Вибрационный метод

Основан на использовании вибраций грунта насыпей,
возникающих от воздействия подвижного состава.
Определенному состоянию эксплуатируемых насыпей
соответствует группа диагностических признаков
динамического процесса, что является предпосылкой
применения вибрационного метода.

46.

Вибрационный метод разработан для диагностики
насыпей, которые рассматриваются в виде системы,
преобразующей входное динамическое воздействие в
виде поездной нагрузки в выходную реакцию (отклик
системы), например в изменяющиеся во времени
колебательные процессы.

47. Преимущество

Существенным преимуществом такого метода
является возможность оценивать динамическое
состояние насыпи во время ее функционирования, то
есть в процессе воздействия подвижного состава.

48.

Вибрационный метод применяется при
рекогносцировочной диагностике насыпей с
выделением аномальных объектов; при мониторинге
состояния насыпей в процессе эксплуатации ж.-д.
пути в круглогодичном цикле с целью
прогнозирования их состояния, в том числе при
организации скоростного движения пассажирских
поездов; для обнаружения насыпей,
предрасположенных к внезапным аварийным
деформациям в процессе следования подвижного
состава.

49.

Геофизические методы составляют основу
современной системы диагностики земляного
полотна.
Они базируются на изучении закономерностей
изменения различных физических полей в грунтах
земляного полотна в зависимости от их сложения,
свойств и состояния.
Физические поля в земляном полотне могут
возникать, в частности, от движущегося
большегрузного транспорта (вибрационный
метод).
Он разработан для диагностики насыпей, которые
рассматриваются в виде системы, преобразующей
входное динамическое воздействие в виде
поездной нагрузки в выходную реакцию (отклик
системы), например, в изменяющиеся во времени
колебательные процессы.

50.

Определенному
состоянию
эксплуатируемой насыпи
соответствует группа
признаков,
проявляющихся в виде
различных параметров
колебаний.
В результате
исследований на
эталонных объектах
земляного полотна
разработана
классификация
диагностических
признаков для различных
видов деформаций.

51.

Существенным преимуществом такого метода
является возможность оценивать динамическое
состояние насыпи во время ее функционирования, т.
е. в процессе воздействия подвижного состава.
Вибрационный метод применяется:
- при рекогносцировочной диагностике насыпей с
выделением аномальных объектов;
- при мониторинге состояния насыпей в процессе
эксплуатации ж/д путей в круглогодичном цикле с
целью прогнозирования их состояния, в т. ч. при
организации скоростного движения пассажирских
поездов;
- для обнаружения насыпей, предрасположенных к
внезапным аварийным деформациям в процессе
следования подвижного состава.

52.

Принципиальная схема применения
геофизических методов состоит в следующем:
возбуждение физических полей в земляном полотне
—» прием и преобразование ответных сигналов
(отклик системы) -» регистрация сигналов
измерительной аппаратурой -» автоматизированная
система обработки полученной информации ->
интерпретация и инженерно-геологическое
истолкование результатов диагностики.
Геофизические методы, как правило, применяются в
комплексе с небольшим объемом контрольного
бурения (обычно 10-15% от общего объема бурения,
выполняемого при традиционном обследовании), что
необходимо для более достоверной интерпретации и
инженерно-геологического истолкования полученных
данных.

53.

• Диагностика насыпей
высотой 6— 8м (а) и более 8
м (б):
• 1 — динамическая
поездная нагрузка;
• 2 — электромагнитный
отметчик проход осей
экипажа;
• 3 —соединительный
кабель;
• 4 — провод отметчика
осей;
• 5 — регистрирующая
аппаратура.

54. Эксплуатируемое земляное полотно с позиций диагностирования подразделяется на следующие категории:

55. I категория – аварийное земляное полотно, т. е. имеются участки, где произошли крупные деформации и остановлено движение

поездов
(например, разрушение насыпей, карстовые
провалы). В этом случае происходит срочное
восстановление
земляного
полотна
и
одновременно
оперативно
выполняется
обследование не только разрушенного участка,
но и смежных с ним участков земляного полотна.

56.

57. II категория – эксплуатируемые участки с обнаруженными деформациями земляного полотна, на которых действуют предупреждения об

ограничении скоростей движения поездов.

58. III категория – участки земляного полотна, расположенные в сложных инженерно-геологических условиях, поэтому требующие

III категория – участки земляного полотна,
расположенные
в
сложных
инженерногеологических условиях, поэтому требующие
повышенного внимания из-за возможности
проявления на них деформаций (районы
распространения карста, болот, оползней, вечной
мерзлоты).

59. Рис. 3.44. Двухэтапная схема сооружения земляного полотна из мерзлых песков: I — контур грунтового массива, отсыпаемого зимой;

Рис. 3.44. Двухэтапная схема сооружения земляного полотна из
мерзлых песков: I — контур грунтового массива, отсыпаемого зимой;
II — контур проектной конструкции земляного полотна,
формируемый летом
Рис. 3.45. Двухэтапная схема сооружения земляного полотна из
твердомерзлых (I) и сухомерзлых (II) песчаных грунтов: ярус I
отсыпают зимой; ярус II — следующей зимой

60. IV категория – высокие насыпи из глинистых грунтов, которые, как правило, потенциально ненадежны. V категория – стабильное

земляное полотно, но
его состояние необходимо оценить при
назначении сроков ремонта пути

61. Передвижная лаборатория с прибором КП-208: 1 - датчик пути (мерное колесо); 2 - блок гироскопических датчиков; 3 - пульт

управления; 4 - гибкий вал (привод
лентопротяжных механизмов в каротажных регисторах); 5 каротажные регисторы
Традиционные методы могут
использоваться при
необходимости на различных
стадиях диагностирования
земляного полотна. Передвижные
диагностические комплексы
(ПНК) в виде эталонных
нагрузочных лабораторий,
путеизмерительные вагонылаборатории (ВП), в том числе с
радиолокационными
комплексами применяют при
предварительной диагностике и
при режимных наблюдениях.
Диагностические исследования
перечисленными комплексами
выполняются с рельсового пути и
охватывают только рабочую зону
земляного полотна на глубину не
более 3—4 м.

62.

Традиционные
методы включают
эксплуатационные
наблюдения
(визуальный
осмотр, учет
выправок пути,
замеры смещений
масс грунта по
маякам и маркам,
проверка
положения и роста
трещин);

63.

Геодезические методы
(нивелирование по точкам створов и
головкам рельсов, проверка сдвижки
пути, съемка поперечных и
продольных профилей земляного
полотна); инженерно-геологические
методы (бурение скважин,
устройство шурфов, прорезей,
расчисток, отбор проб грунта и их
лабораторные испытания для
определения физико-механических
свойств)

64.

В отдельных случаях
применяются специальные
механические методы
испытаний грунтов в массиве.
Методы эксплуатационных
наблюдений и геодезические
методы характеризуют
внешние признаки проявления
деформаций; инженерногеологические методы
определяют внутреннее
строение и состояние грунтов
земляного полотна;
механические методы
позволяют оценивать
прочностные характеристики
грунтов в массиве без отбора
проб.

65. Оврагообразование

66. Основные причины повреждений и разрушений

Неблагоприятное сочетание природных факторов:
сухой климат, бедная растительность, бурные
паводки или сильные ливни, характерный рельеф
(превышение водоразделов), легкоразмываемые
грунты (лессы, супеси, черноземы). Нарушение
естественного растительного покрова (вырубка леса,
распашка земель, выпас скота), недостаточное
крепление

67. Характер и интенсивность протекания, внешние проявления

Появление в руслах постоянных или временных
водотоков, на откосах и дне водоотводных
сооружений одиночных или разветвленных промоин с
крутыми бортами, интенсивно размываемых в период
паводков и ливней.
Крутые борта обнажены, растительность на них не
успевает приживаться, поверхность бортов покрыта
трещинами, создающими системы столбчатых
отдельностей (особенно в лессовых грунтах).
Профиль дна оврага крутой у вершины, постепенно
выполаживается к устью, где овраг имеет широкое
распластанное дно и более пологие борта. Подмыв и
обрушение бортов, иногда с полным разрушением
земляного полотна

68.

Профилактика: осмотр трассы вблизи оврагов после паводка
или ливней, регулирование стока, укрепление канав и
кюветов, запрещение вырубки леса, распашки склонов,
восстановление растительного покрова на размываемых
участках.

69.

Восстановление: упорядочение поверхностного стока,
устройство лотков, быстротоков, перепадов, донных запруд,
укрепление водоотводных устройств, посадка кустарников и
деревьев. Перехват и отвод в безопасные места водотоков,
частичное или полное заполнение оврага грунтом с
упорядочением поверхностного стока, повышение
устойчивости бортов оврагов путем планировки,
уполаживание, террасирование с посадкой растительности

70. Подмыв основания земляного полотна водными потоками

Опознавательные признаки:
размыв берега у основания откоса земляного полотна
с отложениями наносов в излучинах и подмывами
нижних частей откосов;
загромождение русла карчами, валунами, мелким
камнем и песком с образованием местных подпоров
воды и поднятием ее до верха земляного полотна;
при обильных атмосферных осадках, таянии
ледников вероятно полное затопление пути с
размывами балластного слоя, повреждениями и
разрушениями регуляционных сооружений, опор
мостов, водопропускных труб;
при катастрофических паводках возникает угроза
безопасности движения поездов.

71.

72. Причины:

несвоевременное устранение повреждений и дефектов в
конструкциях защитных и укрепительных устройств и
сооружений;
неудовлетворительное содержание регуляционных,
струенаправляющих сооружений и их креплений;
недостаточная сопротивляемость грунтов и защитных
конструкций волновым, ледовым воздействиям и течению воды;
изменение режима водотока (водоема), связанное со
спрямлением русел, устройством плотин.

73. Методы профилактики

выполнение защитных работ в соответствии с планами
водоборьбы, местными инструкциями, указаниями оперативного
штаба, создаваемого на опасный период начальником дистанции
пути, а при необходимости начальником отделения или
начальником дороги;
наращивание имеющихся регуляционных сооружений или
возведение их вновь на участках угрозы размыва (отсыпка
горной массы, обвалование и другие мероприятия);
устранение местных завалов русла, создающих подпор воды;
надзор за состоянием участка пути и устранение возникающих
неисправностей.

74. Причиной размыва открытых водоотводов являются неудовлетворительное текущее содержание и несвоевременное устранение

повреждений, чрезмерно большая скорость
водного потока, наличие легкоразмываемых
грунтов,
неправильное
расположение
перепадов, быстротоков, выходов канав и их
поворотов, недостаточное или некачественное
укрепление водоотводных устройств.

75. Это приводит к местным разрушениям и изменениям очертаний откосов, дна продольных канав, кюветов, отводных русел от дренажей,

мест соединений водотоков,
выпусков воды из канав на поверхность земли
с
образованием
промоин,
накоплений
размытого грунта, деталей и обломков
креплений дна и откосов водотоков. Могут
происходить застои воды и проявляться
начальная стадия проявления оврга.

76. Рис. 1. Размывы открытых водоотводов (канав, кюветов и др.):1- построечный поперечный профиль канавы; 2 - очертание размываемой

канавы

77. Восстановление возможно посредством заделки повреждений креплений, устранения начинающихся размывов местными материалам,

устройством нового качественного крепления,
снижения
скорости
течения
воды
путем
устройства водобойных колодцев.