ВСН 205-87. Проектирование земляного полотна железных дорог из глинистых грунтов с применением геотекстиля

(утв. Минтрансстроем СССР, МПС СССР 29.09.1987 № 370-р/А 4997у)

ВЕДОМСТВЕННЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ НОРМЫ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ИЗ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ ГЕОТЕКСТИЛЯ

ВСН 205-87

1 января 1988 года

Разработаны Всесоюзным ордена Октябрьской Революции научно-исследовательским институтом транспортного строительства (ЦНИИС) Министерства транспортного строительства СССР и Всесоюзным ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) Министерства путей сообщения СССР при участии Главного технического управления Министерства транспортного строительства СССР и Главного технического управления Министерства путей сообщения СССР.

Авторы: кандидаты технических наук П.Г. Пешков, С.Г. Жорняк, Г.С. Переселенков, Е.А. Яковлева, Л.Н. Юдин (ЦНИИС), П.И. Дыдышко (ВНИИЖТ), инж. В.В. Соколов (ЦП МПС).

Внесены Всесоюзным ордена Октябрьской Революции научно-исследовательским институтом транспортного строительства Министерства транспортного строительства СССР.

Подготовлены к утверждению Главным техническим управлением Министерства транспортного строительства СССР и Главным техническим управлением Министерства путей сообщения СССР.

Согласованы Госстроем СССР № АЧ-4291-8 от 19.08.1987.

Введены впервые.

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие Нормы разработаны в развитие СНиП «Железные дороги» в связи с усложняющимися условиями эксплуатации железных дорог:

повышением осевых нагрузок четырехосных вагонов до 27 т;

использованием восьмиосных вагонов, увеличивающих нагрузку на путь до 10 т/м;

ростом грузонапряженности;

увеличением длины и веса, а также скоростей движения поездов;

переходом на механизированные способы текущего содержания пути;

увеличением дальностей возки дренирующих грунтов.

Нормы распространяются на проектирование земляного полотна новых железных дорог и вторых путей всех категорий, кроме особогрузонапряженных или строящихся в районах вечной мерзлоты.

При разработке норм в основу положены следующие эксплуатационные требования к земляному полотну из глинистых грунтов:

обеспечение необходимой прочности грунтов в зоне основной площадки под расчетной нагрузкой при разупрочнении грунтов под совместным действием поездной нагрузки и природных условий;

ограничение величины равномерного пучения с учетом свойств и состояния грунтов, а также глубины их промерзания;

ограничение интенсивности накопления остаточных деформаций земляного полотна.

Обеспечение эксплуатационных требований с учетом экономичности конструкций и рациональной технологии их возведения обусловило необходимость при сооружении земляного полотна из глинистых грунтов комплексного использования геотекстиля и защитных слоев из крупнообломочных (с максимальным размером фракций 300 мм) и песчаных грунтов (кроме пылеватых). Геотекстиль задерживает мелкие частицы грунта, обладает существенной механической прочностью в сочетании с эластичностью и способностью к удлинению, а также большой водопроницаемостью.

Прослойки материала могут выполнять функции обратного фильтра, армирующего, дренирующего и разделительного элементов.

Несущая способность глинистых грунтов под геотекстилем увеличивается, деформации от морозного пучения снижаются.

Конструкции земляного полотна разработаны с учетом отечественного и зарубежного опыта их применения при строительстве новых линий и усилении эксплуатируемых железных дорог.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Требования настоящих Норм распространяются на проектирование земляного полотна железнодорожных линий из глинистых грунтов всех видов, кроме супесей, содержащих песчаные частицы размером от 2 до 0,05 мм в количестве более 50% по массе, а также на проектирование конструкций укрепления подтопляемых откосов и насыпей из барханных песков, подверженных выдуванию, и насыпей на слабых основаниях.

1.2. Для усиления земляного полотна новых линий и вторых путей в зоне основной площадки предусматривается укладка геотекстиля на ее поверхность непосредственно под балластную призму или укладка геотекстиля на глинистые грунты с устройством защитного слоя над ним. Защитный слой не устраивается при грунтах с влажностью на границе текучести W_{i} < 0,23 или при глубине промерзания менее 1,0 м и толщине балластного материала под шпалой более 0,85 м. Толщина слоев балластной призмы назначается в соответствии со СНиП «Железные дороги» (как для земляного полотна из глинистых грунтов).

1.3. Конструктивные решения настоящих Норм предусматривают применение геотекстиля — нетканого синтетического материала, типа «Дорнит», выпускаемого по ТУ 21-29-81-81, и материала «Терфил» производства ВНР.

Без дополнительных обоснований разрешается применять другие материалы, если они изготовлены на основе долговечных полиэфирных и полипропиленовых волокон, устойчивых к воздействию природных факторов,(замачивание, промерзание, гниение, коррозия) и их разрывное усилие, Н/см, в направлении:

продольном . . . . . . . . . . . . . . . >= 100;

поперечном . . . . . . . . . . . . . . . >= 50.

Применение материалов, не отвечающих указанным требованиям, допускается при дополнительном технико-экономическом обосновании.

1.4. Конструкции земляного полотна с применением геотекстиля, в том числе конструкции укрепления откосов, приведенные в настоящих Нормах, разработаны на основе типовых решений в соответствии с Альбомами Мосгипротранса, Ленгипротрансмоста и ЦНИИСа [1 - 4] и Методическими рекомендациями [5].

1.5. Требования настоящих Норм не распространяются на проектирование железнодорожных линий с грузонапряженностью нетто выше 80 млн. т x км/км на 10-й год эксплуатации.

1.6. Применение защитных слоев с геотекстилем на железных дорогах IV и V категорий, а также в районах с засушливым климатом (IV и V климатические зоны) допустимо только при технико-экономическом обосновании.

2. КОНСТРУКЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Проектирование защитных слоев

2.1. При проектировании защитных слоев для земляного полотна из глинистых грунтов необходимо иметь следующие расчетные значения:

влажности глинистых грунтов на границе текучести W_{L} ;

консистенции грунтов в условиях естественного залегания, характеризуемой показателем текучести J_{L} ;

глубины промерзания глинистых грунтов в зоне строительства h_{\text{пр}} .

Вид глинистых грунтов определяется по ГОСТ 25100-82.

2.2. Влажность глинистых грунтов на границе текучести определяется по ГОСТ 5180-84, а ее расчетное значение для участка или объекта проектирования — по ГОСТ 20522-75.

2.3. Расчетное значение глубины промерзания глинистых грунтов в районе строительства принимается по СНиП 2.01.01-82 или по данным ближайшей метеостанции.

Земляное полотно новых линий

2.4. При укладке геотекстиля с защитным слоем толщину последнего h_{\text{з}} следует назначать в зависимости от вида грунта (по показателю влажности на границе текучести W_{L} ) и глубины промерзания грунтов в районе строительства h_{\text{пр}} по табл. 1 и от состояния грунта (показателя текучести J_{L} ) по табл. 2. При этом для грунтов с W_{L} > 0,23 принимается большее из значений, приведенных в табл. 1 и 2.

Таблица 1

Значение влажности грунта на границе текучести W L	Толщина защитного слоя по оси пути <*>, см, при глубине промерзания h , м пр
	до 1,5	1,5 — 2	2 — 2,5
0,23 — 0,35	30	30	30
0,36 — 0,40	30	30	40
0,41 — 0,45	40	50	50
0,46 — 0,50	60	70	80
0,50 — 0,55	80	90	100

---

<*> Толщину защитного слоя для грунтов с особыми свойствами (монтмориллонитовых, оталькованных, меловых, избыточно засоленных хлоридами и сульфатами, сильно гумусированных, выветрелых кристаллических сланцев) назначают индивидуально. При глубине промерзания h_{\text{пр}} > 2,5 м и в выемках в грунтах в мерзлом состоянии, имеющих III и IV категории просадочности, толщину защитного слоя назначают с учетом мерзлотных свойств грунтов индивидуально.

Таблица 2

Грунты земляного полотна	Толщина защитного слоя по оси пути при показателе текучести выемка, нулевое место (---------------------) насыпь
	J < 0,25 L	0,25 < J <= 0,5 L	J > 0,5 L
Супеси (за исключением указанных в п. 1.1) Глинистые с W > 0,23 L	0 — 0 30 -- 30	40 -- 30 40 -- 30	>50 -------------- Не допускается >= 50 -------------- Не допускается

2.5. В насыпи и выемки, сооружаемые с применением геотекстиля без защитного слоя, в том числе в V климатической зоне и из барханных песков, геотекстиль укладывается на поверхность основной площадки по схеме рис. 1. Защитным слоем в этом случае является балластная подушка.

5 — глинистый грунт

Насыпи с защитным слоем сооружаются в верхней части по схеме рис. 2,а; выемки - рис. 2,б.

а

б

5 — глинистый грунт; \rightarrow — уклон i = 0,04

2.6. Для устройства защитного слоя следует применять крупнообломочные (с максимальным размером фракций 300 мм), крупнообломочные с песчаным заполнителем или песчаные грунты (за исключением пылеватых).

2.7. Принципы назначения конструкций земляного полотна с геотекстилем в зоне основной площадки, сооружаемого под одновременный ввод двухпутного движения, не отличаются от изложенных выше.

2.8. Геотекстиль укладывают под защитный слой на поверхность глинистого грунта, спланированную на одно- и двухпутных линиях в обе стороны от оси земляного полотна с уклоном 0,04. Как правило, следует применять продольную схему размещения полотен как более технологичную.

Допускается соединение полотен внахлест с перекрытием 15 — 20 см. При показателе текучести грунта земляного полотна J_{L} > 0,25, а также для земляного полотна из грунтов с W_{L} > 0,4 следует применять только поперечную схему размещения полотен.

2.9. При возведении насыпей на слабых основаниях, сооружаемых с сохранением слабого грунта под насыпью, геотекстиль используется как конструктивно-технологическая прослойка для перераспределения нагрузки, выравнивания осадки и предупреждения локального продавливания грунта в основание.

На болотах глубиной менее четырех метров и при частичном выторфовывании геотекстиль применяется при технико-экономическом обосновании.

Геотекстиль (предпочтительно тканый или термоупрочненный материал) укладывают непосредственно на поверхность болота или на выравнивающий слой грунта в перпендикулярном по отношению к оси пути направлении и концы полотнищ закрепляют в теле насыпи (рис. 3).

6 — слабый грунт

Земляное полотно вторых путей

2.10. В настоящих Нормах рассматриваются конструкции земляного полотна вторых путей для случая, когда второй путь устраивается рядом с существующим путем на общем земляном полотне в одном с ним уровне.

Конструкции земляного полотна с использованием геотекстиля, при расположении первого и второго пути в одном уровне (выше или ниже существующего положения пути), а также конструкции насыпей и выемок на раздельном и на общем двухпутном полотне по новой трассе принципиально не отличаются от приведенных в пп. 2.4 - 2.9 для вновь строящихся железных дорог.

2.11. Геотекстиль в конструкции земляного полотна улучшает условия отвода воды из балластной призмы существующего и сооружаемого пути, упрочняет земляное полотно второго пути и снижает его деформируемость, упрочняет основание и снижает осадку присыпаемой насыпи на слабом основании.

Схема размещения геотекстиля в конструкции насыпи для случая возможного удаления балластного шлейфа с откоса существующего земляного полотна приведена на рис. 4,а; схема конструкции выемки — на рис. 4,б.

а

б

I, II — оси путей; \leftarrow — уклон i = 0,04

2.12. Толщину защитного слоя над нетканым материалом определяют из условия обеспечения требуемой прочности подстилающих глинистых грунтов и непревышения допустимой величины пучения (по табл. 1, 2); толщина должна быть не меньше толщины слоя балластных материалов на действующем пути.

Для отсыпки защитного слоя вторых путей допускается применять дренирующие грунты (крупнообломочные с максимальным размером фракций 300 мм, крупнообломочные с песчаным заполнителем и песчаные, кроме пылеватых). При этом требуется дополнительная проверка достаточности толщины защитного слоя h_{\text{з}} , м, по формуле

h_{\text{з}} \geq h + h_{\text{к}} + 0,1 ,

где h — мощность зоны фильтрации свободной воды при максимальной суточной интенсивности дождя, м. При отсутствии других данных принимают h = 0,2 м;

h_{\text{к}} — высота капиллярного поднятия в песках дренирующего слоя, м.

2.13. Укладка геотекстиля в основании насыпей на болотах при сооружении вторых путей осуществляется по индивидуальным проектам.

Укрепление подтопляемых откосов

2.14. В защитных покрытиях геотекстиль предотвращает вынос грунта через неплотности конструкции при действии течения, волнения и фильтрационного потока.

2.15. В конструкции геотекстиль должен быть защищен от прямого облучения солнцем, истирания взвешенными наносами и влекомыми телами, разрушения корневищами кустарника, а также деятельности человека и животных.

2.16. Полотна геотекстиля взамен обратного фильтра или подготовки из песчано-гравийных и щебеночных материалов применяют в покрытиях, типовые решения которых приводятся в Альбомах Мосгипротранса [3], Ленгипротрансмоста [4], а также в Методических рекомендациях [5].

2.17. Каменную наброску (рис. 5) располагают на сплошном полотне геотекстиля [3]. При расчетном диаметре d_{50} \leq 30 см требования к фракционированию наброски по ее толщине не предъявляют. При большем расчетном диаметре на геотекстиль необходимо предварительно отсыпать подушку из песка, каменной мелочи толщиной не менее 20 см.

синтетический материал — НСМ); УВ — уровень воды

Под наброской из несортированной горной массы с коэффициентом неоднородности d_{80}/d_{10} > 6 противосуффозионная защита из геотекстиля не требуется.

2.18. Сборные плиты с открытыми швами (рис. 6) укладывают на комбинированный фильтр [3]. Он представляет собой слой толщиной 10 — 15 см рядового щебня или гальки расчетного диаметра d_{50} > 1,5b, отсыпанный по полотну геотекстиля, где b — ширина шва между плитами «в свету».

1 — бетонные и железобетонные плиты; 2 — рядовой щебень; 3 — геотекстиль (НСМ)

В случае плотной без зазоров стыковки со связями плит, боковые грани которых перпендикулярны основаниям, допускается укладывать плиты непосредственно на геотекстиль.

2.19. Для защиты откосов регуляционных сооружений плиты 10 x 15 x 40 см и 49 x 49 x 8 см [4] располагают на геотекстиле без щебеночной подготовки. Плиты 49 x 49 x 8 см омоноличивают только в углах, не устраивая цементной стяжки под плитами.

2.20. Омоноличиваемые по контуру сборные плиты (рис. 7) выполняют с измененной конфигурацией торцов с целью устройства фильтрующей шпонки ЦНИИС, позволяющей исключить из защитной конструкции железобетонные подкладки и щебеночную подготовку [3]. Плиты располагают на сплошном полотне геотекстиля.

3 — два слоя геотекстиля (НСМ); 4 — бетон омоноличивания; 5 — два слоя геотекстиля, приклеенного (адгезированного) к бетону плиты и шпонки

Для дренирования грунта откоса в швах омоноличивания или в плитах устраивают отверстия диаметром 25 — 40 мм из расчета одно отверстие на 2 м2 поверхности откоса. С нижней поверхности покрытия отверстия перекрывают двумя слоями из лоскута геотекстиля размером 10 x 10 см, адгезируемого к шпонке или плите во время бетонных работ.

2.21. Гибкие железобетонные плиты толщиной 5 — 15 см [5] располагают непосредственно на геотекстиле. На подтопляемых откосах в картах швы между плитами омоноличивают бетоном; на постоянно затопленных при эксплуатации откосах швы между плитами не омоноличивают.

2.22. Если откосы сложены пылеватыми песками, супесями, суглинками и глинами, при всех указанных типах покрытий под геотекстиль необходимо уложить слой песка толщиной h >= 10 см с коэффициентом фильтрации K_{\text{ф}} \geq 0,5 м/сут и содержанием частиц размером 0,1 мм в количестве не более 10%.

2.23. Проектирование защитных конструкций (пп. 2.17 - 2.21), содержащих в своем составе геотекстиль, следует вести с использованием норм, приведенных в соответствующих документах [1 - 6]. Толщину плит, располагаемых непосредственно на геотекстиле, при отсутствии щебеночной подготовки назначают по расчету в соответствии с рекомендуемым Приложением.

2.24. Перед укладкой геотекстиля в соответствии с требованиями действующих нормативов должна быть выполнена планировка откоса, а грунт на откосе должен быть уплотнен до установленной проектом плотности.

Поверхность откоса, разрушенная ветром, с промоинами от потоков воды или поврежденная другими воздействиями, должна быть восстановлена отсыпкой щебня, песчано-гравийного грунта или крупного песка с последующим уплотнением.

2.25. При наличии в основании откоса упора (зуба) полотно геотекстиля, идущее с откоса, должно заводиться в траншею под упор, а между упором и геотекстилем выполняют щебеночную призму.

2.26. Полотна геотекстиля на откосе располагают перпендикулярно или параллельно бровке откоса.

Между собой полотна геотекстиля стыкуются «внахлест». Стыки в направлении, перпендикулярном бровке откоса, должны быть грунтонепроницаемы, для чего кромки полотен между собой непрерывно сваривают факелом паяльной лампы или склеивают разогретым битумом. Нахлест полотен в этом случае делают не менее 10 см. Стыки, идущие параллельно бровке откоса (укладку полотен ведут от бровки к основанию), могут выполняться прерывистым швом длиной 20 см с шагом 1,5 м; нахлест при этом должен быть не менее 20 см.

2.27. При раскатке рулона геотекстиля и при укладке на него щебня, камня, плит необходимо принимать меры, исключающие его смещение (контурная пригрузка, фиксация шпильками и т.п.).

2.28. Укладку геотекстиля на откос следует производить захватками с опережением относительно наброски или монтажа плит не более одних суток.

Рекомендуемое

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ

Минимальная толщина плиты \delta_{\text{пл}} , при которой грунтовое основание остается устойчивым, определяют по формуле

\delta_{\text{пл}} = (dh + b\lambda) \cdot (0,95 + 0,075 \sqrt{h}) ,

где h — высота волны, м;

\lambda — длина волны, м;

d = C_{4} - C_{5}b и b = C_{1} + (C_{2} - C_{3}h) .

Коэффициенты C_{1} - C_{5} определяют в зависимости от вида грунта и заложения откоса m по таблице.

Заложение	Коэффициенты <*>
откоса	C 1	С 2	C 3	С 4	C 5
2,0	0,62 (0,39)	0,39 (0,22)	0,06 (0,03)	10,82 (10,75)	9,01 (11,19)
2,5	0,42 (0,37)	0,20 (0,13)	0,03 (0,02)	11,24 (11,48)	12,87 (16,12)
3,0	0,37 (0,34)	0,12 (0,12)	0,02 (0,02)	11,65 (11,53)	16,84 (18,95)
3,5	0,37 (0,35)	0,11 (0,09)	0,02 (0,01)	12,04 (11,87)	20,04 (21,69)
4,0	0,37 (0,36)	0,08 (0,08)	0,01 (0,01)	12,80 (12,59)	27,74 (25,16)

---

<*> В скобках даны значения коэффициентов для средне- и крупнозернистых песков, без скобок — для пылеватых и мелкозернистых.

Расчет применим для песчаных грунтов и при следующих условиях:

0,5_{\text{м}} \leq h \leq 4,0_{\text{м}} ; 7 \leq \frac{\lambda}{h} \leq 18 ; 2 \leq m \leq 4 .

Плиты должны быть также проверены на прочность в соответствии с требованиями СНиП 2-06.04-82* [6].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Поперечные профили земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. Новые железные дороги. Инв. № 1223, 1980.

2. Поперечные профили земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. Вторые пути. Инв. № 1224, 1980.

3. Альбом конструкций крепления откосов земляного полотна железных и автомобильных дорог общей сети Союза ССР. Инв. № 750, 1970.

---