В зоне соприкосновения устоев мостовых сооружений и насыпей перед ними возникают просадки и деформации земляного полотна. Это происходит из-за неоднородности их физических свойств. В результате насыпь становится неровной и может разрушаться. Чтобы избежать проблемы, ее укрепляют с помощью свай. Ученые Пермского Политеха оценили эффективность этого способа, разработав математическую модель железнодорожной насыпи. С ее помощью можно отследить проседание грунтового массива в различных климатических условиях. Исследование выполнено в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Результаты исследования разработчики представили в журнале «Транспорт. Транспортные сооружения. Экология» (2022). В работе также приняли участие специалисты Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина.
— Мы использовали данные о механических характеристиках грунтов, на которых расположены мостовые сооружения. Нашей группе удалось смоделировать нагрузки от поездов, проходящих по насыпи на подходах к железнодорожным мостам. В результате мы установили, насколько эффективен метод укрепления с помощью свай в различных климатических условиях, — рассказывает руководитель проекта, профессор кафедры «Автомобильные дороги и мосты» Пермского Политеха, доктор технических наук Игорь Овчинников.
По словам ученых, обеспечение бесперебойного соединения подъездных насыпей с мостами, путепроводами и водопропускными трубами соответствует долгосрочной программе развития ОАО «Российские железные дороги», которая была утверждена Правительством РФ в 2019 году. Для эффективного укрепления подъездной насыпи перед мостом необходимо определить оптимальное расстояние между сваями. Кроме того, важно учитывать климатические характеристики строительной площадки.
— Мы провели исследование с помощью математической модели, которую создали в программном комплексе Midas GTX NX. Разработка позволила рассчитать проседание земли для различных случаев: при температуре грунта и насыпи −30 °С и +30 °С; при укреплении сваями шириной 0,5 м и длиной 10 м и без него. Мы изучили процессы деформации почвы в пяти дорожно-климатических зонах. Математическое моделирование показало, что при температуре грунта −30 °С применение свай не снижает осадку. Но в +30 °С проседание насыпи уменьшается за счет усиления грунта, — объясняет исследователь.
По словам разработчиков проекта, результаты использования математической модели смогут улучшить эффективность мостостроения в южных климатических зонах России и функционирование уже существующих сооружений. Это позволит выбирать наиболее экономичную и долговечную схему укрепления подходной насыпи к мостам.
Для справки
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.