PZ_Senkin

Введение

Железнодорожный транспорт появился на рубеже XVIII—XIX вв. За двухсотлетнюю историю накоплен интереснейший опыт проектирования, строительства и эксплуатации железных дорог в том числе со сложными инженерно-геологическими условиями.

В 2007 г. разработана и одобрена Правительством РФ «Стратегия развития железнодорожного транспорта Российской Федерации до 2030 года». За период до 2030 года планируется построить около 20000 км новых железнодорожных линий. Как правило, перспективные железнодорожные линии будут проходить по участкам со сложными инженерногеологическими условиями, характеризующиеся распространением специфических грунтов в основании будущих железных дорог, обладающих неблагоприятными физико-механическими свойствами. Особое место среди них занимают слабые грунты - грунты с избыточным увлажнением, с низкими прочностными и деформативными свойствами.

Проектирование и строительство железных дорог на основаниях, сложенным этими грунтами, связано со значительными трудностями, вызванными низкой несущей способностью оснований, их высокой деформативностью и длительным периодом консолидации грунтов под внешней нагрузкой от сооружаемого земляного полотна.

Слабыми принято называть молодые (в геологическом понимании) наносы различного состава и генезиса, которые не получили в естественных условиях достаточного уплотнения. Они достаточно широко распространены на территории России. Как правило, это районы в недавнем геологическом прошлом освободившихся от ледникового покрова последнего континентального оледенения, в условиях избыточного увлажнения и затрудненного стока подземных и поверхностных вод. Эти грунты образуют залежи на дне и по берегам морей и озер, в поймах и дельтах рек, на заболоченных водоразделах. Слабые грунты обычно водонасыщены, имеют высокую влажность, большую пористость и весьма большую сжимаемость; они чувствительны к воздействию вибрации и других факторов, связанных со строительным производством.

Строительство железных дорог на участках залегания слабых грунтов – сложная проблема, в состав которой входят исследование свойств грунтов и условий их образования, учет специфики работы земляного полотна, особенностей технологии производства работ. Существенный вклад в решение этой задачи внесли советские ученые Н.М. Герсеванов, Н.Н. Маслов, М.Н. Гольдштейн, В.А. Флорин, Н.А. Цытович, С.С. Вялов, Ю.К. Зарецкий и другие, а также зарубежные исследователи К. Терцаги, Л. Лемб, А. Бишоп, Р. Пек, А. Скемптон и другие.

В настоящее время, в области совершенствования методов расчета земляного полотна железных дорог на слабых грунтах, разработки новых современных конструктивных решений, а также технологий сооружения земляного полотна железных дорог на слабых грунтах работают научные коллективы: Петербургского государственного университета путей сообщения, Московского государственного университета путей сообщения, Дальневосточного государственного университета путей сообщения, коллективы ведущих проектных институтов (ПАО «Ленгиротранс», ЦНИИС и др.) и различных инжиниринговых компаний.

Лист

Пояснительная записка

5

1. Описание района строительства

1.1. Климат

Климат Карелии характеризуется как переходный от морского к континентальному. Близость Балтийского, Белого и Баренцева морей обуславливает на территории Каре-

лии интенсивную циклоническую деятельность, высокую относительную влажность воздуха, большое количество атмосферных осадков и неустойчивость погодных условий во все времена года.

Территория Карелии относится к зоне избыточного увлажнения, среднегодовое количество атмосферных осадков возрастает в направлении с севера на юг и составляет 550—750 мм. Максимальное среднемесячное количество осадков приходится на июль — август и составля-

ет 80—90 мм.

Количество дней в году со среднесуточной влажностью более 80 % составляет в среднем 150—170 суток, с влажностью менее 30 % составляет 5—10 суток. Наибольшая влажность наблюдается в ноябре — январе, наименьшая — в мае — июне.

Преобладающими в течение года на территории Карелии являются ветры южного и юго-западного направлений. В летнее время среднемесячные скорости ветра составляют 2,5— 3,5 м/с, на открытых побережьях крупных водоёмов и островах — до 4—5 м/с.

Наибольшие значения облачности наблюдаются осенью и составляют по 10-балльной системе 8,8—9,2 балла. В марте — июле облачность не превышает 6,5 баллов.

Продолжительность солнечного сияния составляет не более 37 % от возможного, на севере республики составляет в среднем 1560 часов за год, на юго-западе — 1749 часов за год. Максимальное число солнечных дней приходится на июнь — 29 дней.

Среднегодовая температура воздуха по республике составляет от 0,0 °C на севере и до + 3,0 °C на юге. Самый холодный месяц года — январь (среднемесячная температура составляет от −9,0 °C до −13,0 °C), самый тёплый месяц года — июль (среднемесячная температура составляет от + 14,0 °C до + 17,0 °C). Абсолютный минимум температуры воздуха был зафиксирован в 1940 году в Олонце и составил −54,0 °C. Абсолютный максимум температуры воздуха + 36,0 °C был зафиксирован в 1972 году в Пудоже, а также в 2010 году в Олонце.

В конце апреля месяца вся территория республики, как правило, освобождается от снежного покрова, хотя в северных районах, в некоторые годы, снежный покров сохраняется до третьей декады мая.

Лето наступает в конце мая — начале июня, когда среднесуточные температуры воздуха устойчиво переходят через + 10,0 °C. Средняя продолжительность летнего сезона составляет 2,5—3,5 месяца.

Осень начинается в конце августа — начале сентября и продолжается в среднем около

2месяцев.

1.2.Рельеф

Республика Карелия расположена на северо-западе Восточно-Европейской (Русской) равнины, в восточной части Балтийского щита. Карелия представляет собой холмистую равнину со множеством озёрных котловин, плоских и возвышенных скал, одиночных глыб и валунов, скоплений песка, глины, гальки, валунов в форме холмов и гряд. Вдоль северозападной границы Карелии протянулся хребет Манселькя, на западе расположилась Западно-

Лист

Карельская возвышенность, а в прилегающих к Белому морю и озёрам районах — низменности.

1.3. Почвы

Почвы Карелии — поверхностный слой литосферы, обладающий плодородием на территории Республики Карелия.

Почвенный покров Республики Карелия неоднороден, представлен подзолистыми и торфяными почвами. В целом почвы Карелии мало пригодны к ведению сельского хозяйства ввиду высокой кислотности и каменистости[1].

Встречаются также болотно-подзолистые почвы, бурозёмы, литозёмы и уникальные шунгитовые почвы. Сельхозугодья на дерновых шунгитовых почвах Заонежья — одни из самых плодородных земель Русского Севера. О высоком плодородии осушенных торфяных почв на Олонецкой равнине Карелии было известно уже в начале XIX века. На побережье Белого моря распространены азональные для Карелии маршевые почвы.

Основная ценность почв Карелии определяется их способностью обеспечивать высокое разнообразие лесных экосистем Республики Карелия.

1.4. Внутренние воды

На территории Республики Карелия насчитывается 27,6 тысяч рек, относящихся к бассейнам Белого и Балтийского морей, незначительный участок на юго-востоке республики относится к водосбору Каспийского моря (река Волга). Суммарная протяжённость рек Карелии составляет 83 тыс. км. Преобладают малые реки длиной до 10 км (95 % от общего числа рек на территории Карелии), тридцать рек относятся к классу средних и имеют длину более

100 км.

Площадь водосбора более 10000 км² имеют 5 озёрно-речных систем — реки Кемь, Выг, Шуя, Ковда и Водла, площадь более 1000 км² имеет 51 система, более 100 км² — имеют 366 водных систем.

Густота речной сети в среднем составляет 0,53 км/км², средняя скорость течения колеблется от 0,1 до 6,0 м/с, средняя глубина русла рек составляет от 0,3 м на порогах до 15,0 м на плёсах.

Выделяются три основных типа крупных рек по характеру их размещения на водосбо-

ре:

Верховой, при котором озёра лежат в верхней части водосбора — Кемь, Суна, Олонка и другие.

Каскадный, при котором озёра размещены равномерно по длине главной реки — Ковда, Лендерка, Лужма и другие.

Низовой, при котором наиболее крупное озеро находится в нижней части бассейна и река представляет короткий сточный канал.

Русла рек изобилуют порогами, создающими водопады — «Юканкоски» на реке Кулисмайоки (общее падение 18,7 м), «Куми» на реке Войница (общее падение 13,6 м), «Ковакка (Большой Падун)» на реке Оланга (12, 0 м), «Кивач» на реке Суна (10,7 м), «Кумский» на реке Кумса (5,5 м) и другие. Многие водопады, такие как Пор-Порог (падение 16,8 м) и Гирвас (падение 14,8 м) на реке Суна, Воицкий (7,2 м) на реке Нижний Выг, Ужма (11,8 м) на реке Кеми, Софьянговский (9 м) на реке Ковде, оказались затоплены в результате выполнения

Лист

гидротехнических работ по сооружению каскадов ГЭС — кемского, выгского и других гидротехнических сооружений.

1.5. Характеристика болота

Карелия один из самых заболоченных регионов мира. Болота и заболоченные леса занимают более 30 % территории Республики Карелия. На открытые болота приходится 3,6 млн. га, на лесные болота и заболоченные леса — 1,8 млн га.

Заболоченность территории в Приладожье составляет 15-20 %, территории прибеломорской низменности — до 80 %.

Болота Карелии соединены в сложные болотные системы со значительными запасами торфа, которые составляют, по оценкам специалистов, 8,7 млрд тонн.

В период 1950—1980-х годов в Карелии было осушено более 700 тыс. га болот для целей развития сельского хозяйства.

Более 130 тыс. га болот, а также ценных ягодников клюквы и морошки взяты под охрану государства в составе особо охраняемых природных территорий Карелии — Водлозерский национальный парк, «Паанаярви», «Кивач» и «Костомукшский». Всего на территории Карелии создано 84 болотных памятника природы.

Водно-болотные угодья

Всписок водно-болотных угодий России на территории Карелии, имеющих международное значение, включены — южная часть Кандалакшского залива и Онежская губа Белого моря, входящих в региональный ландшафный заказник «Кузова».

Вперспективный список водно-болотных угодий России, для придания им международного статуса включены болота Юпяужшуо, Важинское и верховые болота в окрестностях деревни Нюхча

Лист

По таблицам, приведенным в [25 (табл. 10.15) или 28], нахожу:

где – глубина залегания рассматриваемой точки от поверхности основания, в данном случае = 0,0 м.

Тогда суммарные вертикальные напряжения в точке 0 составят:

Напряжения в точке 5 от собственного веса грунта насыпи определю по номограмме Остерберга.

Вмоем случае будем иметь:

а= 1,5 * 3,0 = 4,5 м, b = 6,6 м, z = 4,0 м;

Лист

Глубина активной зоны находится из условия: 0,2 ∙ = . На глубинах, где 0,2 ∙ > , величина внешней нагрузки настолько незначительна, что ею можно пренебречь при определении осадки. Для этой цели на рис. 2 построена дополнительная линия, отражающая измене-

Таким образом, в моем случае расчетные слои предопределены прежде всего геологическим строением толщи. Однако, и в пределах однородного слоя может возникнуть необходимость выделить слои, однородные с точки зрения напряженного состояния. Проверю, есть ли необходимость делить слой торфа на несколько слоев, отличающихся по величине вертикальных нормальных напряжений. С этой целью найду значение величины вертикальных напряжения на нижней грани слоя торфа.

Лист

Рис. 2. Эпюры напряжений в основании насыпи от внешней нагрузки и от собственного веса грунтов основания

2.3.Расчет осадки графоаналитическим методом

По данным нахожу:

жение σ1 составит

σ1= ɑ1* 0.

Для оси симметрии первое главное напряжение совпадает с вертикальным, следовательно,

σz = ɑ1* 0.

Возьму три различные нагрузки: соответствующую половине нагрузки от насыпи заданной высоты, полную и в два раза большую. Нагрузка от насыпи заданной высоты (3 м) составит:

0 = н ∙ н = 1,88 ∙ 3,00 = 5,64 т/м2.

Соответственно в два раза меньшая и в два раза большая нагрузки будут равны 2,82 т/м2 и

11,28 т/м 2.

Если на поверхности слоя торфа приложить нагрузку = 2,82 т/м 2, на нижней грани слоя по оси симметрии вертикальные нормальные напряжения составят:

Лист