Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 53034 10.20295/1815-588X-2022-3-411-420 Проблематика транспортных систем PROBLEMATIC OF TRANSPORT SYSTEM Проблематика транспортных систем Ways to Improve Hydrological Efficiency of Railway Subgrade Drainage Пути повышения гидрологической эффективности осушения земляного полотна железных дорог Канцибер Юрий Алексеевич Kanciber Yuriy Alekseevich kanziber3@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Штыков Валерий Иванович Shtykov Valeriy Ivanovich shtykov41@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Пономарев Андрей Борисович Ponomarev Andrey Borisovich pol1nom@yandex.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Васильева Марина Александровна Vasil'eva Marina Aleksandrovna Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University Russian Federation 25 09 2022 25 09 2022 19 3 411 420 23 09 2022 https://atjournal.ru/en/nauka/article/53034/view

Цель: Гидрологическое обоснование конструкций дренажных систем, эффективно осушающих слабоводопроницаемые грунты земляного полотна. В результате переувлажнения грунтов атмосферными осадками и грунтовыми водами верхнее строение пути подвергается деформации и теряет свою прочность. Для исключения неблагоприятных процессов применяют различные водоотводные устройства и дренажные системы. В современном мире значительно возросли скорость движения и количество грузоперевозок и увеличилась нагрузка на верхнее строение пути. Для снижения рисков к конструкциям дренажных систем необходимо применять гидрологические требования по обеспечению влажностного режима грунтов земляного полотна. Методы: Применительно к новым конструкциям используется традиционный воднобалансовый метод оценки эффективности дренажа, учитывающий два основных типа увлажнения: атмосферный и смешанный. Для атмосферного питания приводятся данные по расчетному притоку воды к дренажу в Северо-Западной зоне России. Атмосферное питание может отсутствовать в случае применения геомембран на основной площадке земляного полотна. Расстояние между коллекторами определено по авторской методике, полученной аналитическим методом. Результаты: Предложена новая конструкция бесполостной дрены. Доказано, что предложенная конструкция в слабоводопроницаемых грунтах дренирует земляное полотно эффективнее, чем подкюветный дренаж. Приведен пример гидравлического расчета такой дрены, определено расстояние между отводящими коллекторами в заданных условиях. Практическая значимость: Благодаря применению бесполостного дренажа влажность грунтов земляного полотна снизится, что приведет к увеличению его несущей способности. Результаты могут быть использованы в слабоводопроницаемых грунтах, распространенность которых достаточно велика. Конструкции, включающие бесполостной дренаж, могут использоваться в комплексе с традиционными.

Purpose: Hydrological rationale for drainage system buildings that effectively drain poorly permeable subgrade soils. As a result of watering of soils by rainfalls and groundwaters, track upper structure undergoes deformation and loses its strength. To exclude adverse processes, various drainage devices and drainage systems are used. In the modern world, traffic speed and freight transportation quantity have risen and the load on track superstructure has significantly increased. To reduce risk for drainage system buildings it is necessary to apply hydrological requirements to ensure moisturizing regime of subgrade soils. Methods: For new structures, traditional water-balance method for drainage efficiency assessment is used. The method takes into account two main types of moisturizing: atmospheric and mixed ones. For atmospheric watering, we used the data on water estimated inflow to a drainage in Russia North-West zone. Atmospheric nutrition may be absent in the case of geomembrane usage on subgrade major platform. The distance between collectors is determined by the author’s methodology obtained by an analytical method. Results: The new structure of gravel drain is proposed. It has been proven that the proposed structure in poorly permeable soils drains a subgrade more efficiently than a subditch drainage does. An example of a hydraulic calculation of such a drain is given, the distance between outlet collectors in the set conditions is determined. Practical significance: Due to the use of gravel drainage, subgrade soil moisture will decrease that will lead to the subgrade bearing capacity increase. The results can be used in poorly permeable soils which prevalence is quite high. Structures, including gravel drainage, can be applied in combination with traditional ones.

 Земляное полотно слабоводопроницаемые грунты дренаж инфильтрация грунтовые воды атмосферные осадки сроки осушения геотекстильный материал геомембрана расчетный приток водный баланс расчетная обеспеченность Subgrade poorly permeable soils drainage infiltration rainfalls groundwaters timeframes for draining geotextile material geomembrane predicted inflow water balance predicted sufficiency

СП 32-104-98. Проектирование земляного полотна железнодорожной колеи 1520 мм. - М.: Госстрой России. 2001. SP 32-104-98. Proektirovanie zemlyanogo polotna zheleznodorozhnoy kolei 1520 mm. - M.: Gosstroy Rossii. 2001. Канцибер Ю. А. Гидрологические требования к режиму осушения грунтов земляного полотна / Ю. А. Канцибер, А. Б. Пономарев, М. А. Васильева // Сборник трудов X Международной конференции по проблемам прочности материалов и сооружений на транспорте. СПб.: Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, 2018. Kanciber Yu. A. Gidrologicheskie trebovaniya k rezhimu osusheniya gruntov zemlyanogo polotna / Yu. A. Kanciber, A. B. Ponomarev, M. A. Vasil'eva // Sbornik trudov X Mezhdunarodnoy konferencii po problemam prochnosti materialov i sooruzheniy na transporte. SPb.: Peterburgskiy gosudarstvennyy universitet putey soobscheniya Imperatora Aleksandra I, 2018. Штыков В. И. Гидравлический расчет дрен треугольного профиля, усиленных дренажной трубой / В. И. Штыков, А. Б. Пономарев // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 1. - С. 144-156 Shtykov V. I. Gidravlicheskiy raschet dren treugol'nogo profilya, usilennyh drenazhnoy truboy / V. I. Shtykov, A. B. Ponomarev // Izvestiya Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. SPb.: PGUPS, 2020. - T. 17. - Vyp. 1. - S. 144-156 Пономарев А. Б. Влияние систем бесполостного дренажа на несущую способность железнодорожного земляного полотна / А. Б. Пономарев, В. В. Конюшков, В.В. Лушников и др. // Вода и экология: проблемы и решения. - 2019. - № 4(80). С 47-53 Ponomarev A. B. Vliyanie sistem bespolostnogo drenazha na nesuschuyu sposobnost' zheleznodorozhnogo zemlyanogo polotna / A. B. Ponomarev, V. V. Konyushkov, V.V. Lushnikov i dr. // Voda i ekologiya: problemy i resheniya. - 2019. - № 4(80). S 47-53 Штыков В. И. Гидравлический расчет бесполостных дрен треугольного поперечного сечения при переходном режиме / В. И. Штыков, А. Б. Пономарев // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2019. - Т. 16. - Вып. 3. - С. 523-532 Shtykov V. I. Gidravlicheskiy raschet bespolostnyh dren treugol'nogo poperechnogo secheniya pri perehodnom rezhime / V. I. Shtykov, A. B. Ponomarev // Izvestiya Peterburgskogo gosudarstvennogo universiteta putey soobscheniya. - SPb.: PGUPS, 2019. - T. 16. - Vyp. 3. - S. 523-532 Штыков В. И. Гидравлический расчет бесполостного пластового дренажа при грунтовом напорном питании / В. И. Штыков, А. В. Козлова // Известия ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева. - 2007. - Т. 247. - С. 84-90. Shtykov V. I. Gidravlicheskiy raschet bespolostnogo plastovogo drenazha pri gruntovom napornom pitanii / V. I. Shtykov, A. V. Kozlova // Izvestiya VNIIG im. B. E. Vedeneeva. - 2007. - T. 247. - S. 84-90. Shtykov V. I. The performance of geotextile materials used for filtration and separation in different structures as an important part of geotextiles requirements / V. I. Shtykov, L. S. Blazhko, A. B. Ponomarev // Procedia Engineering. - 2017. - Pp. 247-251. Shtykov V. I. The performance of geotextile materials used for filtration and separation in different structures as an important part of geotextiles requirements / V. I. Shtykov, L. S. Blazhko, A. B. Ponomarev // Procedia Engineering. - 2017. - Pp. 247-251. Blazhko L. S. Enhancement of Subgrade's Bearing Capacity in Low Water Permeable (Clay) Soils / L. S. Blazhko, V. I. Shtykov, E. V. Chernyaev // Procedia Engineering. - 2017. - Vol. 189. - Pp. 710-715. Blazhko L. S. Enhancement of Subgrade's Bearing Capacity in Low Water Permeable (Clay) Soils / L. S. Blazhko, V. I. Shtykov, E. V. Chernyaev // Procedia Engineering. - 2017. - Vol. 189. - Pp. 710-715. Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СНиП 2.05.02-85). - М.: Стройиздат. 1989. - 97 с. Posobie po proektirovaniyu metodov regulirovaniya vodno-teplovogo rezhima verhney chasti zemlyanogo polotna (k SNiP 2.05.02-85). - M.: Stroyizdat. 1989. - 97 s. Канцибер Ю. А. Расчетная приточность к дренируемым площадям в условиях Северо-Запада России / Ю. А.Канцибер, В. И. Штыков // Сб. Акад. чтения к 200-летию ПГУПС. - СПб: ПГУПС. 2009. - С. 88-90. Kanciber Yu. A. Raschetnaya pritochnost' k dreniruemym ploschadyam v usloviyah Severo-Zapada Rossii / Yu. A.Kanciber, V. I. Shtykov // Sb. Akad. chteniya k 200-letiyu PGUPS. - SPb: PGUPS. 2009. - S. 88-90. Справочник по климату СССР. ч. 1-1У. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. Spravochnik po klimatu SSSR. ch. 1-1U. - L.: Gidrometeoizdat, 1972. Технические указания по устройству дренажей для осушения основной площадки земляного полотна в комплексе с ремонтами пути. - М.: Изд. МГУПС, 1999. - 33 с. Tehnicheskie ukazaniya po ustroystvu drenazhey dlya osusheniya osnovnoy ploschadki zemlyanogo polotna v komplekse s remontami puti. - M.: Izd. MGUPS, 1999. - 33 s. Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях. Спр. пособие к СНиП 2.06-15-85. - М.: Стройиздат, 1991. - 272 с. Prognozy podtopleniya i raschet drenazhnyh sistem na zastraivaemyh i zastroennyh territoriyah. Spr. posobie k SNiP 2.06-15-85. - M.: Stroyizdat, 1991. - 272 s. Shtykov V. Hydraulic Design of a Component Cavity-Free Drains at Transient Water Flow in the Aggregate / V. Shtykov, A. Ponomarev; A. Manakov, A. Edigarian (eds.) // International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia - 2021. TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. - Springer, Cham, 2022. - Vol 402. - DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_36. Shtykov V. Hydraulic Design of a Component Cavity-Free Drains at Transient Water Flow in the Aggregate / V. Shtykov, A. Ponomarev; A. Manakov, A. Edigarian (eds.) // International Scientific Siberian Transport Forum TransSiberia - 2021. TransSiberia 2021. Lecture Notes in Networks and Systems. - Springer, Cham, 2022. - Vol 402. - DOI: 10.1007/978-3-030-96380-4_36.