Призначення земляного полотна та його елементи

Споруда з ґрунту, що зводиться при будівництві залізничної колії, називається земляним полотном. Для того, щоб залізнична лінія мала ухили не крутіші заданих, доводиться у понижених місцях (яри, пойми) підсипати землю, а у підвищених місцях (при переході через горби) виймати землю. Якщо ґрунт був зрізаний утворилася виїмка, якщо насипаний – насип. Місця де немає ні виїмок, ні насипів, називають нульовими. Насипи, виїмки та нульові місця складають земляне полотно. Земляне полотно представляє собою комплекс ґрунтових споруд, що є основою для верхньої будови колії та забезпечує залізничну колію ухилами, що допускаються. Земляне полотно працює у складних умовах дії динамічних факторів від РС з одночасною та постійною дією природних факторів – води, вітру, температури повітря. Земляне полотно складається з насипів та виїмок з водовідвідними та захисними спорудами. Лінія, уявно проведена посередині земляного полотна вздовж нього, називається віссю земляного полотна.

Земляне полотно повинно мати таку форму та розміри, які можуть надійно витримувати навантаження від рухомого складу, що проходить, а також забезпечувати довговічність при впливі атмосферних явищ, Земляне полотно утворює нижню будову колії. Поперечним профілем земляного полотна називається поперечний розріз його вертикальною площиною, перпендикулярною осі земляного полотна. Поперечний профіль визначає ширину земляного полотна зверху, крутість укосів та інші основні його елементи, розташування водовідвідних пристроїв. Верхня частина земляного полотна, на яку укладається верхня будова колії (шпали, рейки, баласт), називається основною площадкою. Обрис основної площадки земляного полотна повинен виключати застій на ній води та забезпечувати можливість укладання верхньої будови колії без пошкоджень земляного полотна.

Поперечний переріз земляного полотна: а – виїмка, б – насип

Площа ґрунту, на яку обпирається насип, утворює її основу. Лінія, що сполучає основну площадку з укосом, називається брівкою, а сполучення укосу з основою – підошвою укосу. На одноколійних лініях основна площадка має форму трапеції, де середній елемент шириною 2,3 м піднято над рівнем бровки земляного полотна на 0,15 м. На двоколійних лініях основна площадка має форму трикутника, вершина якого на 0,2 м вище рівня брівок, частини основної площадки, які не закриті верхньою будовою колії, називаються обочинами. Висотою насипу вважається відстань від рівня брівок до її основи, а глибиною виїмки відстань від рівня бровок основної площадки до точки перетину осі земляного полотна з лінією, що з'єднує бровки укосів виїмки. Горизонтальна проекція лінії укосу називається його закладанням, а відношення висоти укосу до закладання – крутістю укосу. Звичайно крутість укосу приймають 1:1; 1:1,5; 1:1,75, а у деяких випадках 1:2. При проходженні залізничної лінії по косогорах у поперечному розтині може утворюватися напівнасип, напіввиїмка або напівнасип-напіввиїмка. Вздовж насипу, для осушення її основи на болотистих місцях та в рівнинній місцевості, будуються поздовжні водовідвідні канави з обох боків полотна, а на косогірних ділянках тільки з верхньої сторони. Якщо насип споруджувався з ґрунту, узятого біля насипу, то для відведення води від полотна використовуються утворені при цьому сплановані заглибини, що називаються резервами. Вийнятий при спорудженні виїмки ґрунт, що не використовується для спорудження насипу, укладається за укосом виїмки в правильні призми, що називаються кавальєрами. У виїмках з кожного боку основної площадки споруджуються поздовжні канави для відведення води, що називаються кюветами. Крім того, для перехвату та відведення поверхневих вод, що притікають до виїмки, на верховій стороні вздовж укосу виїмки за кавальєрами споруджуються нагірні канави. На смузі між кавальєрами та брівкою укосу виїмки відсипається банкет з уклоном в бік від укосу для відведення води у забанкетну канаву, що розташована вздовж лінії. При будівництві залізниць застосовуються нормальні типові поперечні профілі земляного полотна та спеціальні. За нормальними поперечними профілями будується земляне полотно із ґрунтів задовільної якості, що найчастіше зустрічаються, перевірені багаторічним досвідом і не вимагають спеціальних розрахунків. На дорогах, які будуються, ширина основної площадки на прямих дільницях приймається для двоколійних ліній 1 категорії при всіх ґрунтах, крім скельних, щебеневих, крупно та середньозернистих піщаних, - 11,1 м, а при скельових, щебеневих та піщаних – 10,1 м. На одноколійних лініях відповідно – 7,0 м та 6,0 м. На кривих ділянках колії земляне полотно розширюється з зовнішнього боку кривої на 0,1-0,5 м у залежності від величини радіуса і категорії лінії. На двоколійних дільницях основна площадка земляного полотна у межах кривих, крім того, розширюється ще й у зв'язку зі збільшенням міжколійя. Перехід від збільшеної ширини основної площадки до нормальної робиться поступово. На станціях, де крім головних розташовуються й інші колії, основну площадку земляного полотна споруджують значно ширше у залежності від колійного розвитку станції, умов роботи на ній, необхідності установки в міжколійях різних пристроїв (стовпів зв'язку, опор контактної мережі, стрілочних постів). Поверхні земляного полотна на станціях надають односторонній або двосторонній ухил, що забезпечує стікання води. При спорудженні насипів вище 12 м та виїмок глибше 12 м земляне полотно будується за спеціальними поперечними профілями. За такими профілями будуються також і насипи висотою менше 12м, якщо вони розташовані на крутих нестійких косогорах і на основах із слабких ґрунтів та на болотах, а також насипів, що споруджуються відсипкою ґрунту у воду, що підтоплюються або схильні до розмиву; що споруджуються за допомогою гідромеханізації, а також у всіх випадках, коли земляне полотно споруджується у несприятливих інженерно-геологічних умовах. Поперечні профілі для таких місць установлюються в кожному окремому випадку на основі інженерно-геологічних обстежень. За виїмками передбачено спорудження кюветів, нагірних та інших канав, таким чином земляному полотну надається форма, що забезпечує безперешкодне стікання води з нього до водовідводів. Однак у багатьох випадках для забезпечення стійкості земляного полотна доводиться вживати додаткових заходів щодо регулювання поверхневого стоку, зниження та перехвату ґрунтових та поверхневих вод, укріплення земляного полотна від розмивів. Роботи із регулювання стоку поверхневих вод полягають в основному у плануванні поверхні, що виключає можливість застою води, тау будові мережі водозбірних та водовідвідних канав. Розташування канав визначається за планом на карті місцевості у горизонталях. Поздовжній ухил канав відповідає крутості схилів місцевості та може бути у межах 2-8‰, а при укріпленні дна та укосів канав проти розмивів уклон роблять від 10 до 15‰. Розміри канав встановлюються гідравлічним розрахунком з тим, щоб вони пропускали максимальну розрахункову витрату води. При крутому падінні місцевості канаву улаштовують дільницями з пологими ухилами, що виключають розмивання укосів та дна, а на стику цих дільниць будують спеціальні споруди: перепади, водобійні колодязі або швидкотоки. Ґрунтові води дуже впливають на стійкість земляного полотна (ґрунт у вологому стані має менший опір зсуву, ніж у сухому, і несуча здатність його зменшується). Для зниження рівня ґрунтових вод, а також для їх повного відведення застосовують різні пристрої: дренажі горизонтальні, вертикальні, комбіновані – відкритого типу, до яких належать канави та лотки, і закритого типу, до яких належать дренажі траншейного типу та штольні. Найбільше поширені горизонтальні дренажі, з яких простішим видом є дренажна канава. До інших простих дренажних пристроїв належать лотки залізобетонні, бетонні, кам'яні і, як виняток, у лісних районах – дерев'яні. Із закритих дренажів найбільше розповсюдження одержали підкюветні дренажі, значення яких полягає у зниженні рівня ґрунтових вод під основною площадкою земляного полотна. Поверхні укосів земляного полотна укріплюють посівом трав, одернуванням, мощеним камінням. Для запобігання руйнування укосів хвилями, а також видування ґрунтів вітром укоси укріплюються кущовими заростями. Для закріплення частини укосу, що підмивається, застосовуються або кам'яне накидання, або залізобетонні плити.

3.8. Ширина земляного полотна зверху на прямих ділянках колії має відповідати верхній будові колії. На існуючих лініях до їх реконструкції допускається ширина земляного полотна не менша: на одноколійних - 5,5 м, двоколійних - 9,6 м, а в скельових та дренуючих ґрунтах - не менша: на одноколійних - 5,0 м, двоколійних - 9,1 м. Мінімальна ширина узбіччя земляного полотна зверху має бути 0,4 м з кожного боку колії. На кривих ділянках радіусом, меншим 2000 м, земляне полотно розширюється за встановленими нормами. Для залізничних колій, що будуються, та других колій ширина земляного полотна зверху має відповідати вимогам Держбуднорм. Брівка земляного полотна у місцях розливу води має бути не менш ніж на 0,5 м вище максимальної висоти накочування хвилі при сильних вітрах.