Применение геополимеров для стабилизации пути
Инъекции расширяющихся геополимеров, например, полиуретановых смол, которые можно закачивать в грунт под высоким давлением с помощью специального оборудования с целью заполнения пустот и стабилизации почв, за рубежом с успехом применяют для дорожных и аэродромных сооружений на слабых основаниях. Потенциально использование геополимеров возможно и на железных дорогах.
Эти материалы обладают рядом уникальных технических достоинств:
- быстро затвердевают (обычно менее чем за минуту, т. е. практически мгновенно). При этом в зависимости от параметров геополимерной смеси это время можно регулировать;
- легкость (плотность от 150 до 300 кг/м3);
- высокая прочность на сжатие и растяжение. В зависимости от выбранной расчетной плотности геополимера может быть достигнута прочность на сжатие без ограничения. Выявлена экспоненциальная зависимость между ними — чем больше плотность геополимера, тем выше прочность на сжатие;
- контролируемый модуль жесткости (зависит от выбранной расчетной плотности геополимера и может изменяться от 30 до 80 МПа для указанных плотностей);
- высокая устойчивость к усталостным дефектам, способность противостоять усталостному разрушению при циклических нагрузках, вызванных воздействием подвижного состава (срок службы более 150 лет);
- безводная основа смеси (вода не нужна для начала процесса отверждения и затвердевания, поэтому влажность в обработанных грунтах не увеличивается). Фактически затвердевание геополимеров происходит в результате экзотермической химической реакции полимеризации;
- материал экологически чистый (молекулярная структура геополимеров очень стабильна, поэтому они не загрязняют почву и воду и менее восприимчивы к химическим воздействиям).
Геополимер допустимо вводить непосредственно под путевую плиту, расположив инъекционное сопло под углом к горизонту. Во время инъектирования можно регулировать положение пути по уровню. Этот процесс хорошо контролируется, что обеспечивает достижение желаемого результата.
Места пустот под путевыми плитами могут быть определены при обследовании участка, после чего в них через сопло диаметром 14—16 мм закачивают геополимеры (рис. 1). Это же относится и к карстовым воронкам.
Помимо заполнения пустот под плитами геополимер можно вводить непосредственно в слабые глинистые грунты. Он проникает внутрь и распространяется вследствие гидравлического разрыва, образуя корнеподобные линзы (размерами до 1 м), своего рода арматуру, улучшая тем самым несущие свойства слабого грунта (прочность на сдвиг и модуль упругости) примерно втрое.
В случае особо слабых грунтов закачиванием можно создать микросваи диаметром до 400 мм (рис. 2). Инъек-тированный материал расширяется и затвердевает, создавая арочный эффект, способствуя восприятию бульшей части нагрузки от земляного полотна и подвижного состава. В результате уменьшаются осадки пути и повышается допустимая скорость движения.
Инъектирование геополимера позволяет обеспечивать постепенное изменение жесткости пути, например, на подходах к мосту, как это показано на рис. 3.
Применение геополимера позволяет при последующих реконструкциях пути уменьшить высоту его конструкции (при скоростях движения до 80 км/ч — почти на треть, при более высоких скоростях — на 20 %).
КОСМИН В.В.
