Закрепление железобетонных и металлических опор.

Действующие на опору контактной сети нагрузки передаются на грунт. При этом напряжения в грунте должны быть такими, чтобы не приводили к разрушению его и к наклону опоры, иначе невозможна нормальная эксплуатация контактной сети.

Все типы и виды устройств, обеспечивающие устойчивость опоры, называют закреплениями опор в грунте. Если такое устройство состоит из нескольких отдельных частей, то под закреплением опоры понимают совокупность всех этих частей.

Опоры контактной сети могут быть закреплены непосредственной заделкой их нижней (фундаментной) части в грунт или с использованием различных фундаментов — массивных элементов, заглубляемых в землю примерно на 2 м и более.

Часть грунта, воспринимающую давление фундамента, называют основанием. Основания, грунт которых используется в естественном состоянии, называют естественными. Если для повышения несущей способности уплотняют или упрочняют основание, то его называют искусственным (например, свайным). Основаниями фундаментов опор контактной сети служат грунты в естественном состоянии.

Расстояние от подошвы фундамента до поверхности грунта в месте его установки называют глубиной заложения фундамента (глубиной заделки опор — при непосредственной установке ее в грунт). Глубину заложения фундамента определяют расчетом; наименьшее ее значение ограничивают экономическими соображениями, а также условиями промерзания грунта.

За расчетную поверхность грунта при расчете одиночного фундамента принимают горизонтальную плоскость, проходящую через точку пересечения вертикальной оси фундамента с поверхностью грунта, а при наличии насыпного неуплотненного слоя (песчаный балласт, шлак и пр.) — с нижней поверхностью этого слоя.

Проектированию закреплений опор контактной сети в грунте предшествуют геологические и гидрогеологические изыскания, на основании которых определяют физические и механические характеристики грунтов.

Существующие способы закрепления опор контактной сети в грунте можно разделить на две основные группы: закрепления, при которых подземная часть опоры или фундамент работают на выворачивание (рис. 12.1, а), и закрепления, при которых часть фундаментов работает на выдергивание из грунта, а другие — на вдавливание в грунт (рис. 12.1, б, в, г).

Закрепления опор по схемам рис. 12.1, а в основном применяют для консольных опор и опор жестких поперечин, несущих сравнительно небольшие нагрузки и передающих небольшие усилия на грунт. Закрепления по схемам рис. 12.1, б, в, г используют для консольных, анкерных и опор гибких поперечин.

Рис. 12.1. Схемы различных способов закрепления опор:

а — непосредственное и на одиночных фундаментах; б — с помощь анкера; в — на двух фундаментах; г — на сваях

Консольные железобетонные опоры устанавливают непосредственно в грунт в заранее отрытые или пробуренные котлованы, а в условиях сульфатной агрессивности грунтов — на одиночные фундаменты.

Схемы установки опор длиной 13,6 м на насыпях и в выемках при ширине земляного полотна 5,8 м показаны на рис. 12.2. На этом рисунке ВГР — верх головки рельса; УОФ — условный обрез фундамента; РПГ — расчетная поверхность грунта; ВЛ — верх лежней; ДК — дно котлована. При установке опор на насыпях с габаритом 3,4 м грунт присыпают. Для усиления закрепления опор применяют лежни — железобетонные плиты шириной 500 мм и длиной 1000 мм (тип I) или 1800 мм (тип II), устанавливаемые вертикально по отношению к опорам. Лежни крепят к опоре мягкой проволокой диаметром 6 мм.

Струнобетонные центрифугированные опоры контактной сети могут быть соединены с фундаментом только телескопическим (стаканным) стыком. Такое соединение после омоноличивания стыка делает конструкцию неразъемной, что является ее недостатком, так как значительно затрудняет замену опоры при ее повреждении.

Рис. 12.2. Схемы установки опор длиной 13,6 м на насыпи (а) ив выемке (б)

Для установки центрифугированных железобетонных консольных опор и опор жестких поперечин применяют трехлучевые ТС (рис. 12.3, а, б) и двутавровые ДС стаканные фундаменты, а также сваи со стаканным оголовком.

Рис. 12.3. Трехлучевой стаканный фундамент

Фундаменты ТС разработаны взамен фундаментов ДС. По сравнению с двутавровыми трехлучевые фундаменты при одной и той же длине и несущей способности по грунту дают значительное снижение (в среднем на 23 %) расхода бетона фундаментов.

Маркировка фундаментов принята в одну строчку, например ТС-8-0-3,5, и характеризует тип, нормативный изгибающий момент в килоньютон-метрах (кН·м) и длину фундамента в метрах. Буквенные индексы ТС и ДС означают соответственно трехлучевой стаканный и двутавровый стаканный.

Фундаменты ТС и ДС состоят из двух основных конструктивных частей: верхней — стакана и нижней — фундаментной части. Верхняя часть фундаментов представляет собой железобетонный стакан прямоугольного сечения. Размеры фундамента 0,67×0,67 м приняты исходя из условия работы гидрозахвата вибропогружателя агрегата АВСЭ. Нижняя фундаментная часть у фундаментов ТС имеет трехлучевое сечение с расположением лучей в плане через 120° один относительно другого. Лучи имеют толщину стенки в крайней внешней части луча 80 мм и 90 мм — в месте схождения лучей в центральной части сечения. Один луч на конце имеет уширение для ориентации при установке фундамента: уширенным лучом фундамент устанавливают «от пути». Сопряжение верха фундамента (стакана) с нижней трехлучевой частью выполнено в виде пирамидального конуса.

Схемы установки опор длиной 10,8 м на фундаментах ТС на насыпях и в выемках при ширине земляного полотна 5,8 м показаны на рис. 12.4. На этом рисунке L — длина фундамента; h_р — глубина его заложения; ОП — опорная плита, устанавливаемая под анкерными опорами (другие обозначения см. рис. 12.2). При установке опор на насыпях с габаритом 3,4 м грунт присыпают.

Рис. 12.4 Схемы установки опор длиной 10,8 м с фундаментами типа ТС на насыпи (а) и в выемке (б)

Рис. 12.5. Сваи типов С-8И и С-10И

Свайные фундаменты состоят из двух основных конструктивных элементов: железобетонной сваи (рис. 12.5) сечением 350x350 мм длиной 8 или 10 м (соответственно марки сваи С-8И или С-10И; буквенный индекс С означает свая, цифровой индекс — длину сваи в метрах, второй буквенный индекс И — в конструкции сваи есть какие-то изменения) и двухблочного железобетонного оголовка стаканного типа из блоков СТ-1. Один блок оголовка закрепляют на свае после ее забивки, а другой — на опоре посредством омоноличивания бетоном. Объединены блоки оголовка монтажными элементами с последующим омоноличиванием стыков.

Свайные фундаменты для установки центрифугированных железобетонных опор используют в тех случаях, когда доля постоянной нагрузки на опору в суммарной превышает 35 % и устройство присыпки к насыпи невозможно или технически нецелесообразно, а также при сложных геологических условиях (сильно обводненные грунты, сильно пучинистые грунты — при ежегодном пучении грунта на 100 мм и более).

Устанавливают опоры длиной 10,8 м на сваях со стаканным оголовком в соответствии с рис. 12.6. На этом рисунке 1 — стойка опоры; 2— стаканный оголовок; 3 — свая; НС — низ стойки опоры; ВС — верх сваи; ВГР — верх головки рельса; УГВ — уровень грунтовых вод.

Рис. 12.6 Схемы установки опор дли­ной 10,8 м на сваях С-8И и С-10И со стаканным оголовком на насыпи

Трехлучевые и свайные фундаменты изготавливают из бетона марки 400 или из сталеполимербетона.

Для закрепления оттяжек анкерных железобетонных опор в грунте (см. рис. 12.7) используют трехлучевые анкеры ТА (Т — трехлучевой, А — анкер), двутавровые ДА (Д — двутавровый), стоечные СА с плитой в основании (С — стоечный) и свайный СА (С — свайный).

В качестве основного типа принят трехлучевой анкер ТА (рис. 12.7). Анкер изготовляют таких же размеров, как фундамент ТС, но без стаканной части. Для закрепления оттяжек в верхнюю часть анкера перед бетонированием закладывают проушины из полосовой стали. Верхняя часть анкера представляет собой железобетонный оголовок прямоугольного сечения 0,67 х 0,67 м. Выпускают анкеры длиной L 4 и 4,5 м, их соответственно обозначают ТА-4 и ТА-4,5. Длину анкера выбирают в зависимости от нормативного усилия в оттяжках анкерной опоры, условного расчетного сопротивления грунта, ширины земляного полотна и места установки опоры.

Рис. 12.7. Анкеры для оттяжек железобетонных опор типа ТА

По сравнению с применявшимися ранее двутавровыми анкерами ДА анкеры ТА при одной и той же несущей способности по грунту дают значительное снижение расхода бетона.

Стоечные анкеры типов СА-4,5-1 и СА-4,5-2 состоят из стойки и плиты. Стойки и плиты изготавливают раздельно, а при установке соединяют сваркой.

Стоечные анкеры устанавливают на условно благоприятных (II тип) и неблагоприятных (III тип) участках земляного полотна при уровне грунтовых вод выше 2,8 м.

Свайный анкер СА-10 с поперечным сечением 0,35 х 0,35 м и длиной 10 м (расход бетона М-300 составляет 1,25 м³, стали — 399 кг, масса сваи 3,13 т) применяют в случаях, когда устройство присыпки грунта к насыпи невозможно или технически нецелесообразно, а также при сложных геологических условиях. Глубина забивки свайного анкера по условиям устойчивости на выпучивание должна быть не менее 9 м.

Опоры гибких поперечин с нормативными изгибающими моментами 450 кН·м и более устанавливают на свайно-ростверковые фундаменты. Такие фундаменты состоят из железобетонной плиты-ростверка (рис. 12.8) и четырех — восьми свай сечением 0,3 х 0,3 м и длиной 5, 6, 8 или 10 м.

Рис. 12.8. Железобетонный ростверк

Имеется семь типов свай. В их обозначении, например С5-1, С19-2, буквы С — свая, первая цифра — длина сваи в метрах, вторая — условный тип армирования (прочность) сваи. В обозначении ростверков, например , буква П указывает, что ростверк предназначен для промежуточных опор гибких поперечин, ПА — для анкерных; цифры в числителе — нормативный изгибающий момент в килоньютон-метрах (кН·м), в знаменателе — высота опор в метрах.

Сваи погружают в грунт, пропуская их через отверстия в ростверке, и соединяют с ним сваркой. Металлическую опору на ростверке закрепляют анкерными болтами. Применение свайно-ростверковых фундаментов позволяет значительно сократить затраты труда и расход материалов на установку металлических опор на станциях.

В тех случаях, когда отсутствует возможность сооружения свайно-ростверковых фундаментов (наличие сложных подземных коммуникаций, грунты с большим количеством включений валунов и т.п.), для установки опор гибких поперечин и опор используют блочные закапываемые фундаменты РФ, состоящие из двух различных блоков (рис. 12.9). Блоки фундаментов РФ выпускают семи типов, В обозначении фундаментов, например РФ1-1, РФ4-2, буквы Р—раздельный, Ф — фундамент, первая цифра указывает условно размеры фундамента, вторая — диаметр, количество и расположение анкерных болтов.

Рис. 12.9. Фундамент типа РФ для металлических опор гибких поперечин

Металлические опоры и устанавливают на типовые закапываемые призматические фундаменты П2-2.

Заделка в грунт железобетонных (одиночных и спаренных) стоек жестких поперечин должна обеспечивать устойчивость их поперек и вдоль пути. В случае необходимости установки по изгибающему моменту вдоль пути лежней их устанавливают перпендикулярно к оси пути, располагая симметрично с обеих сторон стоек.

Закрепление опор в грунте в особых условиях.

К особым условиям закрепления опор относят следующие схемы и условия установки опор контактной сети: в пучинистых грунтах и в районах вечной мерзлоты, на свежеотсыпанных насыпях и в слабых грунтах с условным расчетным сопротивлением менее 0,1 МПа, в скальных грунтах, в болотистых грунтах, на насыпях нестандартного очертания, с откосом круче 1:1,5.

Рис. 12.10. Способы закрепления опор контактной сети в слабых грунтах:

а — блочный фундамент с уширенной полкой; б — свая-стойка со сборным стаканным ого­ловком; в — двухсвайный фундамент с ростверком и висячими сваями; 1 — присыпка; 2 — торф; 3 — корка; 4 — глина

Установка опор и анкеров в пучинистых грунтах и в районах вечной мерзлоты.

При расположении уровня грунтовых вод на глубине 2,3 м ниже бровки земляного полотна опоры устанавливают в котлованы, огражденные деревянными коробами, с засыпкой пазух дренирующим грунтом. Во время работ изготовленные щиты пропитывают антисептиками или обмазывают битумом, собирают короба таким образом, чтобы между щитами не было щелей, перед опусканием короба в котлован имеющиеся в коробах отверстия заделывают битумом, для засыпки коробов используют гравий или щебень с примесью частиц размером менее 0,1 мм не более 3 % и с наибольшими фракциями не более 50 мм.

В сильно обводненных грунтах, когда установка опор с деревянными коробами затруднена, опоры устанавливают с противопучинной или полиэтиленовой обмоткой, чередующейся с несмерзающейся смазкой. Противопучинную обмотку устраивают на глубину активной зоны пучения, но не менее 2 м; пазухи котлована засыпают непучинистым грунтом.

При уровне грунтовых вод на глубине 2,8 м и ниже применяют анкеры ТА, выше 2,8 м — стоечные анкеры СА-4,1-1 или СА-4,5-2 в зависимости от сил морозного пучения.

Закрепление опор в слабых грунтах.

Фундаменты опор контактной сети в слабых грунтах располагают так, чтобы они находились в слое обычных грунтов. Допускается использование фундаментов, низ которых располагается в слое торфа.

Для закрепления консольных опор и стоек жестких поперечин в слабых грунтах применяют следующие конструктивные решения:

блочные фундаменты с уширенной полкой (1,3 м) и опорной плитой (рис. 132, а); для повышения несущей способности таких фундаментов и уменьшения глубины промерзания с полевой стороны устраивают присыпку шириной 1м;

свайные фундаменты из одиночных свай-стоек сечением 0,25х 0,35 м длиной от 6 до 10 м, которые опираются на плотный грунт, расположенный ниже слабого (рис. 132, б);

двухсвайные фундаменты с ростверком и висячими сваями сечением 0,3×0,3 м, длиной не менее 6 м (рис. 132, в); нижняя поверхность ростверка должна опираться на непучинистые грунты (тело земляного полотна) и иметь расстояние от верха слабого грунта не менее 0,5 м. Такие фундаменты применяют при расположении нижнего горизонта слабых грунтов на глубине 10 м от верха головки рельсов.