Балластный слой — это слой сыпучих материалов (щебня, отходов асбестового производства, гравия, крупно- и среднезернистого песка, ракушки) в виде трапеции на основной площадке земляного полотна. На балластный слой укладывают рельсовые опоры (шпалы, брусья, иногда — железобетонные рамы) и балласт под ними уплотняют подбивочными машинами или электрическими шпалоподбойками. Назначение балластного слоя:
· оказывать необходимое сопротивление вертикальным, боковым и продольным смещениям рельсошпальной решетки;
· равномерно распределять воспринимаемое от рельсовых опор давление на большую поверхность земляного полотна, амортизируя при этом ударные и вибрационные воздействия проходящего подвижного состава;
· отводить от пути поверхностную воду и не допускать увлажнения подшпального основания капиллярной влагой из грунтов земляного полотна;
· допускать выправку положения рельсошпальной решетки в плане и профиле.
Соответственно назначению материалы для балластного слоя должны быть высокопрочными, хорошо противостоять механическому разрушению и износу; обладать большим Внутренним трением и сцеплением частиц, чтобы обеспечивать высокую стабильность пути; хорошо пропускать воду, обладать амортизационными свойствами, быть морозостойкими; в возможно меньшей мере подвергаться дроблению при подбивочных работах, не выветриваться, не размываться дождями и не быть слишком крупными, чтобы рельсовые опоры равномерно опирались на балластную призму. Наиболее полно всем этим требованиям отвечает асбестовый балласт.
Асбестовый балласт — это отходы асбестового производства. Он представляет собой дробленую гравийно-песчаную массу с примесью до 5% мелких волокон асбеста, обладает высокими несущей способностью и сопротивлением сдвигу шпал, не допускает засорения, не увлажняется, не подвергается пучению, удобен для выправки пути. Асбестовый балласт разрешено применять на главных и станционных путях всех категорий, в том числе и для бесстыкового пути с железобетонными шпалами. Поскольку приготовление асбестового балласта практически почти не требует затрат, то экономически оправдана дальность его возки на расстояние до 2000—2500 км (среднесетевая дальность возки щебня 350 км).
Частицы путевого щебня должны иметь размеры 25—50 и 25—60 мм. Допускается в составе этого балласта и некоторое количество частиц крупнее и мельче.
Так как щебень получают дроблением, то он отличается от других балластных материалов, например гравия и песка, острыми гранями, что придает ему высокое сопротивление сдвигу и обеспечивает прочное механическое сцепление с деревянными шпалами. Особенно высокими эксплуатационными свойствами обладает щебень, приготовленный из высокопрочных скальных горных пород (гранита, базальта, диорита и др.)- Щебень фракций 5—25 мм, получаемый как попутный продукт дробления, разрешается использовать для балластировки малодеятельных главных путей, а также путей на станциях.
Гравий и песок получают из естественно образовавшихся отложений этих материалов. Гравий пригоден для балластного слоя, если более половины его состава представлено частицами крупнее 3 мм, а остальная часть — песок.
Гравий и гравийно-песчаный балласт применяют на линиях с грузонапряженностью брутто менее 25 млн. ткм/км в год.
Чтобы балластный слой наилучшим образом отвечал своему назначению, ему придают определенные размеры и форму, которые в совокупности образуют так называемую балластную призму. Для различных балластных материалов и конструкций пути типовые поперечные профили балластной призмы различны.
В качестве примера на рис. 106 приведены поперечные профили балластной призмы из щебня с песчаной подушкой для главных путей с грузонапряженностью брутто от 25 до 50 млн. ткм/км в год. При большей грузонапряженности толщина слоя щебня и расстояние от концов шпал до бровки балластной призмы на 5 см больше, а при меньшей — на 5 см меньше. Наименьшая толщина балластного слоя под шпалами на приемо-отправочных путях станций принята 30 см, а на прочих станционных путях — 25— 30 см. Почти все деятельные главные пути уже переведены на щебеночное или асбестовое основание, а размеры балластной призмы увеличены до предельно допускаемых шириной основной площадки земляного полотна. Но и такой балластный слой остается одним из наиболее уязвимых элементов верхнего строения пути. До 45% всех затрат труда на текущее содержание
Рис. 106. Поперечные профили балластного слоя из щебня с песчаной подушкой (деревянные
и железобетонные шпалы):
а—на прямом двухпутном участке пути; б— то же, на кривой # = 600 м; в — на прямом однопутном участке, г — то же, на кривой /? = 600 м, /г= 100 мм; / — щебень; 2 — песок
пути с деревянными шпалами и до 70% с железобетонными шпалами обусловлены расстройствами балластного слоя.
Изыскиваются способы повышения несущей способности балластной призмы. В частности, испытывается щебеночный балласт, превращенный в монолит с помощью вяжущих полимерных материалов. Рассчитывают, что это позволит в несколько раз снизить интенсивность остаточных деформаций балластного слоя, но осуществление данного мероприятия встречает большие затруднения технологического характера.
Большой ущерб щебеночному балласту наносит засорение его высыпающимися из вагонов грузами (уголь, руда, торф), в некоторых случаях щебень требует сплошной очистки через каждые один-два года. Чтобы уменьшить засорение щебня и потери грузов, следует не допускать их погрузки в полувагоны с неисправным полом и дверями, а после нее надо обязательно обметать уголь с рам и тормозных устройств вагонов.