Мостовое полотно при езде на поперечинах и на балласте. Типы балластного корыта. Отвод воды. Охранные приспособления. Противопожарные мероприятия
В зависимости от рода езды (на поперечинах или на балласте) конструкция проезжей части железнодорожных мостов и устройство мостового полотна могут быть различными.
При езде на поперечинах рельсы прикреплены к деревянным мостовым брусьям, опирающимся непосредственно на балочную клетку проезжей части пролетного строения.
Балластное корыто, передающее нагрузку пролетному строению, может быть из дерева, стальных листов, лотковой стали или железобетонных плит.
Рис. 1. Типы проезжей части при езде на поперечинах при пролетных строениях:
а — со сплошными главными балками и с ездой понизу; б — со сквозными главными фермами и с ездой понизу; в— из прокатных двутавров; а— со сплошными главными балками и с ездой поверху
Кроме того, существуют конструкции с непосредственным прикреплением рельса к стальному или железобетонному плитному пролетному строению.
МОСТОВОЕ ПОЛОТНО ПРИ ЕЗДЕ НА ПОПЕРЕЧИНАХ
Выбор рода езды зависит от многих факторов и обычно определяется индивидуальными требованиями для каждого отдельного сооружения.
Мостовое полотно при езде на поперечинах (рис. 1) является более дешевым, но связано с применением воспламеняющихся материалов; при пересечении улиц или автодорог оно требует специальных мер, предотвращающих попадание угля и воды с проходящих поездов. Рельсовый путь при езде на поперечинах имеет строго фиксированный уровень. Часто оказывается, что в результате работ по содержанию пути на подходах к мосту толщина балластного слоя здесь увеличивается до такой степени, что в пределах моста образуется яма в профиле пути.
Требования к мостовым брусьям.
Древесина для мостовых брусьев должна обладать достаточно высоким сопротивлением смятию, срезу и изгибу, особенно если расстояние между осями продольных балок больше ширины колеи. Для мостовых брусьев употребляются лесоматериалы, способные противостоять ударам и, желательно, в минимальной степени подверженные короблению и растрескиванию.
Твердые породы древесины, обладая высокими механическими свойствами, склонны к образованию радиальных и продольных трещин.
Возрастающая дефицитность лесоматериала, пригодного для мостовых брусьев, и увеличение его стоимости привели к применению только пропитанных поперечин.
Средний срок службы непропитанного бруса не превосходит 10 лет. Заметное продление срока службы мостовых брусьев достигается антисептирующей пропиткой с предварительной обработкой брусьев, включая и сверление всех отверстий. Этой цели способствуют также такие меры уменьшения механического износа и растрескивания, как применение упругих прокладок, увеличение размеров подрельсовых подкладок, использование прикреплений специальной конструкции и приспособлений против радиальных трещин. Пропитка брусьев позволила применять для их изготовления некоторые породы леса, прежде считавшиеся непригодными из-за легкой загниваемости.
Для успешного применения пропитанных брусьев необходима планомерная заготовка их. После выдержки лесоматериалов, тщательного осмотра и отбора, но до пропитки антисептиком производят всю необходимую механическую обработку (обрезку, сверление отверстий и др.). Необходимо принять меры против развития радиальных трещин в твердых породах леса. Мелкие надрезы (накол), специально устраиваемые до выдержки леса, ограничивают распространение в длину радиальных трещин в березе и буке. Против развития продольных трещин широко применяются скобы и спиральные хомуты. При надлежащем расположении они приносят существенную пользу не только в процессе выстойки материала, но и во время службы брусьев в сооружении.
В тех случаях, когда под каждой нитью рельсов находится не менее двух балок, обычно применяют брусья сечением 20 х 20 см, длиной 3,05 м. На второстепенных линиях, где обращаются легкие нагрузки, брусья таких размеров, по-видимому, достаточны и в том случае, когда мостовое полотно поддерживается двумя балками, расстояние между осями которых не превосходит 1,98 м. При большем расстоянии между балками и увеличении веса нагрузки высота поперечин возрастает; сечение их может достигать 20 X 36 см и более. Длину брусьев также можно увеличить, но не более чем до 3,66 м, кроме особых случаев. Зазор в свету между поперечинами обычно составляет не менее 10 см.
Возвышение наружного рельса.
При расположении мостов на кривых возвышение наружного рельса достигается следующими способами: а) косой обрезкой голов свай или стоек в деревянных эстакадах; б) приданием поперечного уклона пролетным строениям из сплошных металлических балок малой высоты; в) расположением продольных балок не в одном уровне в мостах с ездой понизу; г) клиновидной затеской мостовых брусьев; д) укладкой клиновидных подкладок под один или оба рельса и е) увеличением толщины балластного слоя под одним из рельсов при езде на балласте.
Методы «а», «б», «г» и «е» применяются достаточно часто и могут считаться вполне удовлетворительными; метод «в», давая удовлетворительные результаты, связан с конструктивными затруднениями и излишними расходами; метод «д» применяется в настоящее время значительно реже, чем прежде.
Вопросы, связанные с расположением пути в плане и возвышением наружного рельса, приобретают большое значение с увеличением скорости движения поездов. Наличие эксцентриситета между рельсом и элементами пролетного строения приводят к тому, что в одноименных частях проезда получаются неодинаковые напряжения.
Необходимо тщательной проверкой установить отсутствие перенапряжений в отдельных элементах.
Обработка мостовых брусьев. Для закрепления пути на мосту в плане по нижней поверхности брусьев иногда устраивают врубки в местах опирания на верхние пояса балок. Устройство этих врубок может повести к появлению горизонтальных трещин от скалывания брусьев в верхней части врубки. При устройстве таких врубок необходимо свести к минимуму их глубину и тщательно проверить расчетом достаточность оставшегося сечения.
Для укладки всех поперечин на одном уровне по балкам, в верхних поясах которых имеются обрывающиеся листы, применяют деревянные прокладки или металлические планки, укладываемые на верхний пояс балки. Иногда с этой целью к нижней поверхности брусьев прикрепляют металлическими поковками специальные деревянные прокладки.
Для головок заклепок в нижней поверхности брусьев выбирают гнезда или проделывают пазы.
Рис. 2. Типы проезжей части при езде на балласте:
а— на поперечных прокатных балочках, являющихся элементами пролетного строения со сплошными главными балками, с ездой понизу; б — на железобетонной плите, уложенной по поперечным балочкам, при езде поверху: в —волнистый металлический настил с поперечными корытами, заполненными бетоном; г— из забетонированных поперечных прокатных балочек; д— железобетонное балластное корыто, опирающееся на продольные балки; е — плитное железобетонное пролетное строение с жесткой арматурой
Рис. 3. Балластное корыто из пропитанной древесины
МОСТОВОЕ ПОЛОТНО ПРИ ЕЗДЕ НА БАЛЛАСТЕ
Путь на балласте (рис. 2) создает лучшие условия для движения поездов. При этом путь на мосту и на насыпи обладает одинаковой жесткостью, благодаря чему отсутствуют толчки при входе на мост. Содержание пути на мосту является обязанностью путевых рабочих, которые бывают на мосту гораздо чаще, чем персонал, обслуживающий искусственные сооружения. Важно также и то, что ответственность за содержание пути у конца моста не разделяется между мостовиками и путейцами. Однако необходимо следить за тем, чтобы в процессе ремонта пути сохранялся профиль пути на мосту и на подходах к нему с тем, чтобы на пролетном строении не накапливалось излишнее количество балласта.
При езде на балласте требуется принимать специальные меры по защите металлических частей пролетного строения от коррозии, а также против повреждений в случае схода поезда с рельсов.
Род балласта.
Надежная работа балластного корыта железнодорожных мостов в значительной степени зависит от рода балласта и его толщины. Можно считать достаточной толщину балласта под подошвой шпалы 15—20 см; толщина более 30 см нежелательна вследствие увеличения постоянной нагрузки, за исключением тех случаев, когда эта перегрузка учтена проектом.
Хороший балласт для мостов состоит из мелкого щебня или гравия однородных размеров, достаточно твердого и неразмельчающегося, плотного и не впитывающего влагу, обладающего формой, которая способствует легкой укладке.
Такой балласт обеспечивает: 1) прочное основание для шпал, чем создается равномерное распределение нагрузки; 2) упругое основание для пути, что улучшает ездовые качества последнего; 3) быстрый отвод всей воды с мостового полотна, что содействует содержанию балласта чистым и сухим; 4) надежное закрепление пути в профиле и плане.
Мостовое полотно.
При езде на балласте конструкция мостового полотна не отличается от верхнего строения пути на земляном полотне.
Проезжая часть мостов с ездой на балласте неизбежно должна отличаться по конструкции от мостов с ездой на поперечинах.
Типы проезжей части.
В настоящее время применяют следующие типы проезжей части для мостов с ездой на балласте: 1) перпендикулярно оси пути по стальным или металлическим балкам укладывают толстые доски, пропитанные креозотом; 2) перпендикулярно оси пути по главным балкам или продольным балкам укладывают железобетонные плиты; 3) балластное корыто устраивают из стальных листов, уложенных по главным балкам малых пролетных строений или по поперечным прокатным балочкам, прикрепленным к продольным элементам — в пролетах большей длины; 4) стальные корыта располагают вдоль оси моста для малых пролетов и поперек оси для более длинных пролетов и заполняют в нижней части бетоном; 5) металлические плиты укладывают на ряд поперечных балочек таврового сечения переменной высоты со скошенными стенками, что обеспечивает сток воды вдоль и поперек оси моста; эти балочки опираются посредством широкополочных балок или планок на поперечные балки, лежащие на главных балках. Помимо описанных, наиболее употребительных, систем применяют и некоторые другие конструкции.
Широкое распространение получили балластные корыта из пропитанной древесины (рис.3), обладающие рядом преимуществ по сравнению с другими типами. Стоимость сооружения деревянного балластного корыта, его содержания и замены в эксплуатационных условиях относительно невысока; эта конструкция не требует устройства сложной системы водоотвода, необходимой для стального корыта, которое должно быть защищено надежной гидроизоляцией.
На рис. 4 показана установка сборного железобетонного балластного корыта.
Железобетонные плиты.
Некоторые дороги широко применяют в мостах с ездой на балласте железобетонные плиты, уложенные непосредственно по главным балкам. Конструкции таких настилов различаются особенностями опирания. Для фиксации положения в плитах устраивают углубления над поясами главных балок, а по концам последних ставят упоры. Верхние поверхности плит покрывают слоем асфальтовой мастики или обмазочной гидроизоляции. В плитах устраивают водоотводные отверстия.
Настилы из металлических листов для мостов малых пролетов.
Начиная с 1900 г., на железных дорогах США широко применяют малые металлические пролетные строения с металлическими листами, уложенными по верхним поясам прокатных двутавров, расположенных близко один к другому. Борта балластного корыта образуются швеллерами, нижние полки которых приклепаны к поясам крайних балок.
Верхние поверхности листов покрывают асфальтовой мастикой или оклеечной гидроизоляцией. В течение многих лет службы эта конструкция проявила себя как надежная и дешевая в эксплуатации. В некоторых случаях в связи с увеличением толщины балластного слоя в пути потребовалось произвести подъемку пролетных строений, чтобы избежать перегрузки их от добавления балласта.
Этот тип мостового полотна устроен на многих старых путепроводах. При этом проезжая часть пролетных строений составлена из поперечных прокатных двутавровых балок, прикрепленных к сплошным главным балкам с ездой понизу, а тротуары имеют ту же конструкцию, что и в обычных однопутных пролетных строениях. Вода с этих пролетных строений отводится в колонны, расположенные под бордюрами.
Настилы из металлических листов для мостов больших пролетов. С появлением широкополочных двутавров расширились экономически целесообразные пределы применения прокатных балок для железнодорожных пролетных строений. Благодаря возможности перекрыть сравнительно большой пролет при малой строительной высоте широкополочные двутавровые балки идеально приспособлены для путепроводов, а также для перекрытия судоходных рек, где их применяют в пролетных строениях с ездой поверху при балластной и безбалластной конструкциях мостового полотна.
Существуют различные конструкции проезжей части из стальных листов. Из них можно указать, например, конструкцию, в которой листы приклепаны или приварены к балочной клетке проезжей части, а уклоны дна корыта для стока воды образованы битумной мастикой, покрытой оклеечной гидроизоляцией. В другой конструкции листы уложены на поперечные прокатные балочки, прикрепленные к главным балкам. Дну балластного корыта уклона не придают, если не считать общего уклона пути. В пролетных строениях меньших пролетов листы жестко прикрепляют к поперечным балочкам, при пролетах большей величины применяют подвижное закрепление. В обоих случаях дно балластного корыта покрывают оклеечной гидроизоляцией. Вдоль стенок балластного корыта этой конструкции устраивают полукруглые водоотводные трубы из волнистого железа и плоские лотки (корытного сечения).
На рис. 5 показано балластное корыто из лотков сварочного железа.
Сплошной волнистый настил.
Первоначально эти конструкции нашли применение для путепроводов в черте городов, где их малая строительная высота является крупным достоинством. В тех случаях, когда улица пересекалась приблизительно под прямым углом и в середине ее длины оказалось возможным установить опору, волны располагали вдоль оси моста и опирали на ригель промежуточной опоры. Крайние стенки двух наружных волн поднимали вверх, чтобы образовать борта балластного корыта.
Рис. 5. Балластное корыто этого моста устроено из лотков сварочного железа (см. на вагонетке правого пути)
После монтажа отдельные желоба заполняли бетоном на глубину около 7,6 см ниже верха желоба по концам пролета и около 10 см в середине пролета. Вдоль бортов пролетного строения бетонное заполнение устраивают выше. Поверхности бетона придают соответствующие уклоны для отвода воды в трубки, расположенные ниже уровня подферменных площадок. Чтобы избежать появления в бетоне поперечных трещин от деформаций под нагрузкой, необходимо укладывать арматуру в верхней части бетонного заполнения, особенно над поперечными балками.
При косых пересечениях или большой ширине проезда моста приходится располагать корыта в поперечном направлении, прикрепляя их к главным балкам или главным фермам с ездой понизу. Конструктивные части таких настилов в основном не отличаются от конструкций, применяемых при продольном расположении корыт.
Чтобы уклоны дна балластного корыта не были слишком пологи на большой длине, в таких мостах приходится устраивать ряд водоотводных отверстий и предусматривать систему стоков для удаления воды.
Проезжая часть, образованная из металлических корыт, обладает следующими достоинствами: а) простотой изготовления, связанной с тем, что корыта образованы из многих однотипных уголков и листов сравнительно малых размеров; б) легкостью монтажа, обусловленной тем, что размеры отдельных частей настила ограничиваются условиями перевозки и наличным оборудованием для сборки;
в) относительно малой строительной высотой (расстояние от высшей точки гидроизоляции до нижней точки корыта редко превосходит 60 см); г) расположение путей на мосту не стеснено конструкцией проезжей части, которая допускает также устройство на мосту стрелочных переводов и съездов; д) проезжей части можно придать водонепроницаемость, защитив ее оклеечной гидроизоляцией и отведя воду трубками за устои и далее в систему канализации.
Водоотвод.
Основными требованиями к мостовым настилам являются наименьшая стоимость и наименьший вес, водонепроницаемость, прочность и малая строительная высота. При этом, сравнивая экономические показатели, следует учитывать стоимость материалов, изготовления и монтажа. Вода, попавшая на мостовой настил, обычно в той или иной степени задерживается им. Строительная стоимость настила достаточно высока; замена его связана с трудностями и большими затратами. Поэтому необходимо принять меры к возможному продлению срока службы настила, защищая его гидроизоляцией предпочтительно оклеечного типа.
Во избежание застоя атмосферной влаги на поверхности гидроизоляции необходимо принять соответствующие меры по быстрому отводу воды. Быстрому стоку осадков способствует содержание балласта в чистоте и правильно запроектированная система водоотвода. Последняя включает в себя поперечные уклоны, по которым вода стекает к полукруглым желобам в настиле, расположенным у бортов балластного корыта; из желобов вода выпускается через отверстия в настиле или в трубы, помещенные за устоями. Для обеспечения фильтрующих свойств очень важно применять балласт из таких пород камня, которые не раздробляются от воздействия поездных нагрузок и при ремонте пути.
Прикрепление мостовых поперечин.
Мостовые поперечины прикрепляют к главным или продольным балкам болтами, пропущенными сквозь брусья вдоль кромки пояса балки. Обычно на каждой третьей, четвертой или пятой поперечине ставят по два болта; для этого уже много лет применяют лапчатые болты. Взамен их предлагалось много других конструкций кованых и штампованных. Некоторые из них образуют плоский контакт с подошвой бруса, проходят под поддерживающий элемент и имеют отверстие для пропуска вертикального болта сквозь брус; другие представляют собой прокладки с ребрами, которые при натяжении болта вдавливаются в брус и таким образом препятствуют его продольному перемещению.
Охранные брусья.
Сохранение постоянного расстояния между поперечинами обеспечивается охранными или противоугонными брусьями, расположенными вдоль пути у концов поперечин и прикрепленными к ним болтами или шурупами (глухарями). Охранные брусья делают сечением 10 X 20 см, 15 X 20 см или других размеров. В охранных брусьях в местах пересечения с поперечинами делают врубки при ширине бруса 15 см; в брусьях шириной 10 см врубки не устраивают. Некоторые дороги, чтобы избежать дорогостоящих работ по выделке врубок, широко применяют металлические скрепления разных типов.
Обычно охранные брусья изготовляют из тех же пород леса, что и мостовые поперечины. Иногда в охранных брусьях заранее просверливают отверстия для болтов. Однако правильная разбивка дыр, которые должны совпасть с осями мостовых брусьев, представляет собой трудоемкую работу. Чаще всего эти отверстия просверливают на месте, после чего их подвергают пропитке с помощью имеющихся специальных приспособлений или промазывают креозотом.
Контррельсы.
На мостах, длина которых требует этого, помимо охранных брусьев, укладывают две внутренние нити контррельсов.
Контррельсы бывают двух типов; стальные уголки по деревянным брусьям и рельсы. Контррельсы из уголков ставят на более важных сооружениях.
Для контррельсов применяют рельсы, снятые с пути, и укладывают их таким образом, чтобы расстояние между подкладкой путевого рельса и костылем контррельса было не менее 6,3 мм. Контррельсы должны быть пришиты к каждому брусу, а все стыки их перекрыты накладками. Концы контррельсов протягивают не менее чем на 15 м за концы моста навстречу движению поездов и сводят здесь остряком или просто тщательно скрепляют концы. Направляя таким образом колеса, сошедшие с рельсов, в зазор между рельсом и контррельсом, добиваются уменьшения ущерба, который иначе мог бы произойти.
Рис. 6. Покрытие мостовых брусьев листами оцинкованного железа для защиты от возгорания
Противопожарные мероприятия. Американские железные дороги, на мостах и эстакадах которых находится большое количество дерева, принимают ряд мер для уменьшения опасности их возгорания. Из наиболее старых методов защиты деревянных конструкций от огня можно указать кадки с водой, расставленные на определенных расстояниях, покрытие настила тонким листовым металлом (рис. 6) или деревянной обшивкой, засыпанной гравием. В последнее время находят широкое распространение различные жидкие покрытия, обладающие огнезащитными свойствами. Сюда относятся краски различного состава, посыпаемые песком, а также составы из асфальта, наносимые толстым слоем и покрываемые затем высевками щебня и гравия, которые частично проникают в толщу асфальта.
На протяжении многих лет железные дороги Америки ведут кампанию по ознакомлению всех заинтересованных с мерами, способствующими предотвращению опасности пожара.