CC BY
7
УДК 625.12.044
Г. О. ЛИННИК (Укрзалiзниця),
В. Д. ПЕТРЕНКО, О. Л. ТЮТЬКИН, I. М. ПЕТР1ВСЬКА (Д11Т)
КОМПРЕС1ЙН1 ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЩЕБЕНЕВО-ГРУНТОВО? СУМ1Ш1 ДЛЯ ПОВТОРНОГО ЗАСТОСУВАННЯ
В статп наведеш результати компресшних дослщжень щебенево-грунтово! сум1ш1 для повторного засто-сування i3 наведенням рекомендацш.
Ключовi слова: земляне полотно, компресшш дослiдження, щебенево-грунтова сумiш
В статье приведены результаты компрессионых исследований щебеночно-грунтовой смеси для повторного использования с приведением рекомендаций.
Ключевые слова: земляное полотно, компрессионные исследования, щебеночно-грунтовая смесь
In the article the results of compression researches of the crushed stone-ground mixed for the repeated use with adduction of recommendations are resulted.
Keywords: earthen linen, compression researches, crushed stone-ground mixed
Збшьшення об'eмiв робгг з ремонту та реконструкцп баластного шару та земляного полотна залiзниць Укра!ни, в тому чи^ i при пере-ходi на швидюсний рух, потребуе вирiшення тако! актуально! задачi як повторне застосуван-ня або утилiзацiя щебенево-грунтово! сумiшi (ЩГС) баластного шару в процесi реконструк-цi!' залiзничних колiй. При проведенш катта-льного ремонту або модершзацп залiзниць ви-никае необхiднiсть в посиленш насипiв рiзними способами або зведенш нових. Для улаштуван-ня насипiв використовують грунти, що вщповь дають вимогам [1, 2].
Зокрема, такими матерiалами е щебiнь, який зшмаеться при роботi машини RM-80 при ре-конструкцi! верхньо! будови коли, тобто деяю об'еми забрудненого щебеню. Утилiзацiя такого щебеню шляхом його очищення та класиф> кацi! потребуе достатнiх грошових затрат по вивезенню !х до вiдвалiв або кар'ерних дроби-льно-сортирувальних заводiв. Але при визна-ченнi його належних фiзико-механiчних характеристик, яю регламентуються ДБН, можливе повторне застосування забрудненого щебеню, наприклад, для вщсипки насипiв земляного полотна для друго! колi! при реконструкцп шлях1в i контрбанкетiв, посилення наситв захисними шарами, будiвництвi автомобiльних дорп\ Таке застосування може дати значну економда кош-тiв, так як щебшь застосовуеться повторно, тобто робота галузi не потребуе збiльшення об'емiв щебеню. Крiм того, покращуеться пла-нування територiй бiля залiзничних колш.
Разом з тим, задача повторного застосуван-ня потребуе наукового обгрунтування, так як ЩГС, яка знята при реконструкцп шляховою
машиною ЯМ-80, мае деякий вщсоток домiшок рiзного характеру (мастила, частки перевезених сипучих матерiалiв (руда, вугiлля та iншi), яю характернi кожнiй залiзницi, частки грунту земляного полотна та оргашчш включення), якi змiнюють властивостi щебеню i негативно вщ-биваються на його мщшсних та деформацiйних характеристиках.
Тому науковi дослiдження повиннi базува-тись на визначеннi фiзико-механiчних власти-востей ЩГС баластного шару з метою встанов-лення фактичних характеристик i придатностi для будiвництва наситв, !х посилення та iнше. Для визначення област повторного застосування ЩГС в робот проведенi компресшш ви-пробування iз визначенням модулю деформаци. Пiсля аналiзу результатiв виконаних досл> джень на !х основi розробленi рекомендацi! щодо застосування ЩГС. Для визначення фiзи-ко-механiчних характеристик ЩГС вщбраш проби з рiзних дiльниць залiзниць Укра!ни: Львiвсько!, Придшпровсько! та Донецько!. Ро-змiр проб визначаеться на основi [2, 3] з ураху-ванням гранулометричного складу масою 80 _ 120 кг i з вiдбором окремих проб по 10...12 кг в рiзних мiсцях складованого щебеню.
Результати компресшних випробувань ви-користовуються для розрахункiв осiдання. Метою компресшних випробувань е визначення деформативних характеристик щебеню: коеф> щент стисливост т0, питому стисливiсть ту ,
модуль лiнiйного стиску Е i модуль компресi! Д.. Модуль деформаци е основною деформа-цшною характеристикою, яку використовують
© Линник Г. О., Петренко В. Д., Тютькин О. Л., Пет^вська I. М., 2012
в обчисленш основ споруд за другим гранич-ним станом (за деформащями). З низки методiв визначення модуля деформаци компресiйне випробування Грунту е найбiльш поширеним завдяки простотi i малим витратам. Модуль де-формаци - це коефщент, що пов'язуе тиск на Грунт i його деформащю. Випробування на компресiю виконуеться стиском зразка Грунту в компресшному приладi (одометр^, який ви-ключае можливiсть бiчного розширення Грунту при його стиску вертикальним навантаженням. Таю умови наближуються до умов деформаци масиву при навантаженш. Вимiрювання дефор-мацiй виконуеться за допомогою шдикатора го-динникового типу (месури) з точнютю 0,01 мм.
Компресiйний прилад (рис. 1) складаеться з металевого зарядного кiльця для Грунту (1); ци-лшдрично'1 обойми (2), перфорованого вклади-ша пiд зарядне кшьце (3) та пiддону або ванни з емнютю для води (4); перфорованого поршня (5); стоячка для кршлення месури (6), наванта-ження вщ пресу (7).
Рис. 1. Принципова схема компресшного приладу
До компресшного обладнання входить: компресшний прилад; мехашзм для вертикального навантаження (важшьний прес); iндикатор годинникового типу для вимiрювання величини вертикального стиску зразка Грунту (месура).
Збирання приладу виконуеться у такш пос-лщовностк
1. На перфорований вкладиш в обойму ставиться кiльце з щебенем рiжучим краем до верху i обойма закручуеться до упору.
2. Зверху на зразок кладеться перфорований поршень. Верхня i нижня поверхнi зразка покриваються паперовим фшьтром для захисту отворiв вкладиша i поршня вiд попадання час-тинок щебеню.
3. На поршень приладу встановлюеться коромисло з тягами, як з'еднують його з важе-лем пресу для передачi навантаження.
4. Для вимiрювання осщання щебеню тс-ля навантаження на стоячку кршиться месура таким способом, щоб 11 нiжка опиралась на верх коромисла i була тдтиснута догори. При цьому для спрощення пiдрахункiв осiдання ве-лику i малу шкалу месури встановлюють на нуль.
Виконання роботи виконуеться наступним чином:
1. Важшь пресу звiльнюеться вщ фжсато-ра, установлюються початковi нульовi показан-ня на месурi i зразок Грунту пiддаеться першо-му ступеню тиску шляхом прикладання рiзно-ваги на пiдвiску важеля, що вщповщае тиску 0,05 МПа.
2. Стабшзований вiдлiк деформаци за ме-сурою знiмаеться пiсля спостереження стабш-зацЙ деформацiй (0,01 мм за 4 години) i запису-еться в журнал спостережень.
3. Зразок Грунту довантажуеться наступним ступенем навантаження, який вщповщае тиску 0,1 МПа.
4. Повне випробування Грунту на компре-сто виконуеться при ступенях тиску 0,15, 0,2, 0,25, 0,3, 0,35, 0,40, 0,45 та 0,5 МПа. Всi пока-зання стабЫзованих деформацш заносяться в журнал.
5. Пюля закшчення випробування щебеню на стиск прилад розвантажуеться в наступнш послщовностк
- вщкршлюеться месура;
- зшмаеться вантаж з тдвюки;
- прилад з Грунтом виймаеться з ванни, роз-бираеться i ретельно насухо витираеться.
За результатами дослщжень будуються гра-фiки залежноот коефiцiента пористостi Грунту вiд тиску (компресп) е = / (р) та вiдносноl деформаци вщ тиску (компресiйноl деформаци) £ = / (р), як допомагають проконтролювати
результати дослiду.
Для iнтервалу вертикального тиску рпоч = 0,05 МПа i pкiн = 0,1 МПа визначаються:
1. Коефiцiент стисливостi (м2/мН):
(1)
Рк,н - Рп
2. Питома (в1дносна) стисливiсть (м2/мН):
тп
1 + еп
(2)
е — е ■
поч Kiн
т0 =
3. Модуль деформацп або лшшного стис-ку (МПа):
E =
ß
f — F
К1Н поч
504ß, E .
mV
4. Модуль компресй' (МПа):
. Ркт Рпоч
F — F
К1Н поч
(3)
(4)
В формулах (1)-(4):
епоч , екш , епоч i £кш - коефЩенти п0рист0стi i
значення вщносно! деформацп грунту , як вщ-
повiдають тиску рп
i mv - вщпо-
вiдно коефiцieнт стисливосп i питома стисли-вють, що вiдповiдають iнтервалу тиску вiд рпоч i pкiн ; ß - коефщент, який враховуе вщсут-шсть поперечного розширення грунту в комп-ресiйному приладi i який обчислюеться за формулою ß = 1 — 2V , де V - коефiцiент попереч-1 — V
но1 деформацп (коефiцiент Пуассона, для вщп-рацьованого щебеню приймаеться рiвним 0,35, а ß = 0,623).
Результати обробки результат за допомо-гою Microsoft Excel для дiльницi Чаплине (3 дослщи), Львiв (3 дослщи) та Кривий Pir (3 дослщи) вiзуалiзовано у виглядi дiаграм (рис. 1-9).
Пюля аналiзу дiаграм можна зробити висно-вок, що модуль деформацп вщпрацьованого щебеню складае: 1) для дшьнищ Чаплине -140...170 МПа; 2) для дiльницi Львiв -92...138 МПа; 3) для дшьнищ Кривий Pir -178.230 МПа. Так як для глинястих группв (частше усього суглинок), як складають земляне полотно, модуль деформацп складае 30.35 МПа (для швидюсних дорп закордон-них залiзниць - не менше 50 МПа), можна зробити висновок, що вщпрацьований щебшь мо-же бути доцшьною замiною суглинку.
За проведеними дослiдженнями можна зробити наступш висновки. ЩГС вiдносяться до II та III категорш якостi, таким чином дослщжеш матерiали можна укладати: 1) у автодорожньо-му будiвництвi згiдно [4]; 2) у контрбанкети; у захисш шари згiдно [5]; 3) у земляне полотно для других колш [1].
Чаплине/Дослщ № 1
0,0300 ■ 0,0250 ■ к га 0,0200 • s О 0,0150 • ^ 0,0100 ■ 0,0050 ■ ( 5 1Я
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 Напруження, МПа -»-Напруження-деформаи
Чаплине /Дослщ № 2
0,0350 ■ 0,0300 • Щ 0,0250 • а S 0,0200 • £Р £ 0,0150 ■ е а 0,0100 • 0,0050 •
5 1Я
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 Напруження, МПа -»-Напруження-деформа
Чаплине/Дослiд № 3
0,0500 ■ к 0,0400 ■ а S 0,0300 ■ СР 0 0,0200 • 01 Д 0,0100 • 5 я
0,0000 0,05 0,1 0,1 5 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 Напруження, МПа Напруження-деформац
Рис. 1. Графки залежносп e = f ( р ) для Чаплине
Львiв/Дослщ № 1
..........i шЬеис1офэ0 1 5 я
0,05 0,1 0,1 5 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 Напруження, МПа -«-Напруження-деформа
Рис. 2. Графки залежносп e = f ( р ) для Львова
i Ркш ; m 0
Кривий Р^/Дослщ № 3
Львiв/Дослщ № 3
0,0400 • 0,0350 ■ о; 0,0300 ■ га 0,0250 • 2 0,0200 • о а 0,0100 ■ 0,0050 • 5 ¡я
0,05 0,1 0,1 5 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 Напруження, МПа -*-Напруження-деформа
Рис. 3. Графки залежносп е = / (р) для Львова
0,0300 0,0250 ■ о; 0,0200 ■ га 2 0,0150 ■ ср О ** 0,0100 . а 0,0050 . Кривий Рiг/Дослiд № 1
5 ¡я
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0 Напруження, МПа -»-Напруження-деформа
Кривий Р1г/Дослщ № 2
0,0350 0,0300 0,0250
д и,и I Ф
0,0100 0,0050 0,0000
0,1 0,2 0,3
Напруження, МПа
Напруження-деформацiя
Рис. 4. Графiки залежностi е = / (р) для Кривого Рогу
Рис. 5. Графки залежносп е = / (р) для Кривого Рогу
0,4201
0,420!
0,4199с
0,4198с
0,4197'
0,4196'
0,4195'
0,4194
0,4193'
0,4192'
0,4191
0,4702 с 0,470( 0,4698 с 0,
0,4694 с 0,4692 с 0,4690 с 0,4688 0,
0,4684
Чаплине /Дослщ № 1
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Коеф1ц1ент пористост е
■Коеф1ц1ент пористост-деформац1я
Чаплине/Досл1д № 2
0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Коефiцieнт пористост
■Коеф1ц1ент пористост-деформ ац1я
Чаплине /Дослщ № 3
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
Коеф1ц1ент пористост е
■КоефЩ1ент пористост-деф ормаця
Рис. 6. Графiки залежностi е = / (р) для Чаплине
0
0,35
0,4
0,45
0,5
0
0,35
0,4
0,45
0,5
| 0,0200
0
сы
0,5
0,35
0,4
0,45
0,5
Львiв/Дocлiд № 1
Koeфiцieнт пopиcтocтi
04
- KoeфiLiент пopиcтocT-дeфopмaцi я
Львiв/Дocлiд № 2
Koeфiцieнт пopиcтocтi
~ Koeфi Liент пopиcтocтi-дeфopмaцiя
Львiв/Дocлiд № 3
Q,1 0,2 0,3
Koeфiцieнт пopиcтocтi
Q4
- Koeфi L i ент nopMcrocr-дeфopмaLi я
Рис. 7. Гpафiки залежнoстi e = f ( p ) для Львoва
^ивий Piг/Дocлiд № 1
0,3901 0,3900 0,3899 0,3898 0,3897 0,3896 0,3895 0,3894 0,3893
Q,1 Q,2 Q,3
Koeфiцieнт пopиcтocтi e
Q,4_Q,5
Koeфiцi ент пopиcтocт i-дeФopмaLiя
Рис. 8. ^афки залежнoстi e = f ( p ) для Kprnoro Рoгy
Kpивий Piг/Дocлiд № 2
0,1 0,2 0,3
Koeфiцieнт пopиcтocтi e
_05
Koeфi Liент пopиcтocт i-дeфopмaLiя
Kpивий Piг/Дocлiд № 3
0: 0
ё. 0.. S. 0 Ï 0:
S 0
S 0
па0 1 0: 0
0,1 0,2 0,3
Koeфiцieнт пopиcтocтi e
Koeфiцiент пopиcтocт i-дeфopмaцiя
Рис. 9. Гpафiки залежнoстi e = f ( p ) для Kprnoro Рoгy
Всi дoслiднi матеpiали вiднoсяться дo вiдxo-дiв пpoмислoвoстi, щo малo впливають на мщ-нiсть i стiйкiсть землявдго пoлoтна пiд дieю пoгoднo-клiматичних фактopiв, i тoмy ïx засто-сування у автoдopoжньoмy бyдiвництвi дoзвo-ляеться без oбмеження, згiднo з п. 6.4.1 [4]. Ви-кopистання ЩГС пpи бyдiвництвi кoнтpбанке-тiв (беpм) дoзвoляeться без oбмеження пpи дo-тpиманнi yмoв вoдoвiдведення.
Згiднo дo [5] дoзвoляeться викopистання ЩГС ^и yлаштyваннi oснoвнoï плoщадки пpи витонанш капiтальнoгo pемoнтy та мoдеpнiзацiï толп за типoм 3-2: кoнстpyкцiя земляшго го-лoтна, щo пеpедбачаe улаштування заxиснoгo кoнстpyктивнoгo шаpy з викopистанням reora-нтетичних матеpiалiв. В ятост геoсинтетичниx матеpiалiв oбoв'язкoвo пoвиннi викopистoвyва-тись геoмембpани.
Земляне пoлoтнo для дpyгиx кoлiй залiзниць iз ЩГС слщ пpoектyвати iз дoтpиманням нopм та вимoг [2] та [6], щo пеpедбачають такi скла-дoвi як щiльнiсть, вoлoгiсть, кpyтизнy в^тошв, кoнстpyктивнi poзмipи та iншi oснoвнi паpаме-тpи та заxoди, щo забезпечують мiцнiсть i стш-юсть землянoгo пoлoтна. Земляне пoлoтнo для дpyгиx кoлiй з таких матеpiалiв неoбxiднo пpo-
0
0,1
0,2
0,3
0
0,4
Q
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
0,4
0
0
ектувати в ув'язщ зi затвердженими ршеннями по реконструкцп коли та використанню земляного полотна юнуючо! залiзноl дороги, в тому числi з урахуванням схем розмiщення друго! коли.
Будiвельнi роботи по спорудженню земляного полотна для друго! коли, автодор^ або контрбанкет1в повиннi виконуватись згiдно з спецiально розробленою i затвердженою ш-струкцieю, яка повинна враховувати конкретш умови будiвництва.
Б1БЛЮГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. ДБН В.2.3-19-2008 Споруди транспорту. З^з-ницi коли 1520 мм [Текст] / Наказ Мшктерства репонального розвитку та будiвництва Укра!ни вiд 26.01.2008 р. № 42. -143 с.
2. ГОСТ-7392-85 Щебень из природного камня для балластного слоя железнодорожного пути [Текст]. - М.: Транспорт, 1986.
3. ДСТУ Б В.2.1-4-96 Грунти. Методи лабораторного визначення характеристик мщносл i де-формативностi [Текст]. - Ки!в, 1997. - 101 с.
4. ДБН В.2.3-4-2007 Споруди транспорту. Авто-мобiльнi дороги. Частина I. Проектування. Ча-стина II. Будiвництво [Текст] / Наказ Мшстер-ства регiонального розвитку та будiвництва Укра!ни (Мiнрегiонбуд) вiд 31.10.2007 р. № 292 - 92 с.
5. Правила улаштування основно! площадки земляного полотна при виконанш каттального ремонту та модершзаци коли [Текст]: ЦП-0204 Затв.: Наказ Мштрансу та зв'язку Укра!ни вщ 25.12.2008, № 557-ЦЗ / Мш-во трансп. та зв'язку Укра!ни. - К., 2009. - 44 с.
6. Правила розрахунюв залiзничноl коли на мщ-нiсть i стшюсть [Текст]: ЦП-0117 Затв.: Наказ Мштрансу та зв'язку Укра!ни вiд 13.12.2004, № 960-ЦЗ/ Мiн-во трансп. та зв'язку Укра!ни. -К., 2004. -170 с.
Надшшла до редколегп 23.12.2011.
Прийнята до друку 10.01.2012.
