Проектирование пойменной насыпи

Проектирование пойменной насыпи

Проектирование основной площадки

По заданной грузонапряженности Г=21 млн. ткм/км, участок пути, согласно СТН-Ц-01-95 /1/, относится ко II категории пути.

Используя номера грунтов и согласно данным приложения А /4/, приводим их физико – механические характеристики.

Таблица 1.1 – Грунты и их физико – механические характеристики

Тип грунта	ρ _s, т/м³	а_кп, м	I₀, доли	К_Ф, м/с	W_м, W_p, %	W_L, %	J_p, %	Условный № грунта	W, %	С, кПа	φ, град
Супесь легкая	2, 69	0, 6	0, 04	1· 10^-7				7б
Суглинок легкий	2, 70	1, 0	0, 07	1· 10^-8				10г	23, 5

где - плотность частиц грунта;

- высота капиллярного поднятия воды в грунтах;

- средний уклон кривой депрессии;

- коэффициент фильтрации;

- максимальная молекулярная влагоемкость;

- влажность на границе раскатывания глинистых грунтов;

- влажность на границе текучести;

- влажность природная;

- удельное сцепление грунта;

– угол внутреннего трения.

Ширина основной площадки В назначается из условия размещения на ней верхнего строения пути и обочин земляного полотна с учетом категории линии, числа путей и радиуса кривой.

На однопутных участках

(1.1)

где b – нормативная ширина основной площадки на прямом однопутном участке;

Δ b – уширение основной площадки на кривых участках пути;

Исходя из того, что путь относится к II категории железнодорожных линий и грунт тела насыпи – недренируюий, определим нормативную ширину основной площадки b на однопутном участке из таблицы 1.1 /4/.

Уширение основной площадки Δ b на кривых участках определяем из таблицы 1.2 /4/, а габаритное уширение Δ m из таблицы 1.3 /4/.

Δ b=0, 4 м, следовательно, используя формулу (1.1) получим:

Для отвода атмосферной воды от верха земляного полотна, сооружаемого из глинистых грунтов и недренирующих песков, основная площадка проектируется в виде трапеции с шириной поверху 2, 3 м и высотой 0, 15 м на однопутном участке.

Рисунок 1.1- Конфигурация верха основной площадки

Проектирование откосного укрепления

Выбор типа укрепления

Откосы в зоне подтопления для защиты от волнового воздействия укрепляются:

1) грунты 1-7 укрепляются бетонными или железобетонными плитами;

2) грунты 8-16 укрепляются каменной наброской.

Подтопляемые откосы укрепляются названными видами по слою обратного фильтра из щебня (гравия) или геотекстиля.

Выше границы подтопления откосы укрепляются:

1) крупнообломочной обсыпкой (грунты 1-5);

2) посевом семян многолетних трав по слою растительной земли (грунты 6-16).

В связи с тем, что тело насыпи сложено «супесью лёгкой», принимаем укрепления бетонными или железобетонными плитами в зоне подтопления и посевом семян многолетних трав выше границ подтопления откосов.

Назначение крутизны откосов

Для установления величины крутизны откосов необходимо определить показатель текучести:

J_L (1.2)

К грунтам твёрдой консистенции относятся глинистые грунты с показателем текучести JL< 0, полутвёрдой – с показателем 0≤ JL≤ 0, 25, тугопластичной – с величиной 0, 25≤ JL≤ 0, 50 и пластичной с показателем JL≥ 0, 5.

J_L

Грунт полутвёрдой консистенции, значит откос в верхней части насыпи до 6 м составляет 1: 1, 5, а в нижней части от 6 до 12 м – 1: 7, 5

Размеры берм

Бермы пойменных насыпей предназначены для обеспечения их общей устойчивости и защиты откосов от размыва. По первому условию определяется минимально необходимая ширина берм, а по второму – их высота.

Отметка бровки бермы определяется по формуле:

, (1.3)

где ГВВ – отметка горизонта высоких вод;

- высота наката на откос фронтально подходящих вод, при плитном покрытии , м; (1.4)

h_p – высота подпора воды у моста, принимаем из задания, м;

Δ z – высота ветрового нагона, принимаем из задания, м;

а – величина запаса, принимаемая равной для насыпей у больших и средних мостов 0, 5 м;

- длина и высота волны, принимаем из задания, м.

, следовательно,

Ширина бермы поверху определяется вариационным методом расчета устойчивости низового и верхового откосов насыпи и обычно находится в интервале от 3 до 10 м. Первоначально она принимается равной 5 м, а затем уточняется в зависимости от результата расчета. Её поверхности придается поперечный уклон 40‰ в сторону бровки бермы. Крутизна откосов бермы 1: 2.

Рисунок 1.2 - Схема укрепления откосов бермы бетонными плитами

Цель и методика расчета

Цель расчета – оценить сопротивление сдвигу низового откоса насыпи и по величине этого сопротивления назначить оптимальную крутизну откосов и размеры берм.

Расчет ведется графоаналитическим методом в предположении круглоцилиндрической поверхности возможного смещения с использованием формулы К. Терцаги и с учетом подтопления насыпи

(1.7)

где К_ст – коэффициент устойчивости при статическом состоянии грунта в теле насыпи;

и - соответственно сумма моментов сил, удерживающих откос от смещения и сдвигающих его;

n – суммарное количество отсеков блоков смещения;

m – количество отсеков блоков смещения, в которых действуют удерживающие касательные составляющие силы веса;

C_i и f_i – соответственно удельное сцепление и коэффициент внутреннего трения грунта в основании i – го отсека длиной l_i;

N_i и T_i – нормальная и касательная к основанию i – го отсека составляющие силы его веса, кН;

D₀ – гидродинамическая сила, возникающая при вытекании воды из насыпи и действующая в центре тяжести водонасыщенной части блока смещения.

1.3.2 Расчетная схема и исходные характеристики

Наносим поверхность основания с заданным поперечным уклоном местности 1: 18, показываем ось земляного полотна.

Откладываем высоту насыпи Н_нас=15, 31 м.

Показываем бровки основной площадки для однопутного участка на расстоянии от оси 0, 5b=3, 8 м.

Показываем депрессионную поверхность с уклоном J₀=0, 01 для грунта насыпи от отметки ГВВ.

Проводим откос нормативной крутизны: от основной площадки на 6 м вниз – 1: 1, 5, ниже до Г_б= – 1: 1, 75, подтопляемой бермы 1: 2.

Ширина бермы принимается равной 5м, крутизна откосов 1: 2.

На основной площадке по оси каждого пути строят фиктивный столбик грунта, эквивалентный поездной нагрузке Р₀ и весу верхнего строения пути P_вс, шириной b₀ и высотой z_ф, определяемой по формуле

(1.8)

где b_вс-1 –ширина полосовой нагрузки от веса верхнего строения пути на однопутном участке.

Находим центр возможной кривой смещения. Затем от верха фиктивного столбика проводим вспомогательную прямую под углом 36º к горизонту.

Точка О пересечения вспомогательной линии с линией центров является центром возможной кривой смещения, из которого проводим дугу радиусом R=49, 10м.

Полученный блок смещения необходимо разбить на отсеки, границы которых должны проходить через точки перелома поперечного контура насыпи, точки пересечения кривой смещения с депрессионной поверхностью и поверхностью основания, а так же по вертикальному радиусу.

В случае если ширина какого-либо отсека окажется более 5м, он разбивается на два отсека.

С учетом водонасыщения грунта в зоне подтопления насыпи в блоке смещения выделяют три слоя, границами которых являются депрессионная поверхность и поверхность основания.

В верхнем слое I характеристики грунта насыпи принимают по результатам расчета требуемой плотности.

кН/м³

(1.9)

(1.10)

кПа

где и - угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта природного сложения (приложение А /4/);

1, 15 – коэффициент, учитывающий повышение прочностных характеристик при отсыпке и уплотнении грунта.

В среднем слое II характеристики грунта насыпи определяют с учетом взвешивающего действия воды и дополнительного увлажнения после подтопления.

(1.11)

кН/м³

(1.12)

(1.13)

кПа

где – плотность частиц грунта насыпи (приложение А /4/);

ρ _w – плотность воды, равная 1 т/м³;

0, 75 и 0, 5 – коэффициенты, учитывающие снижение прочности переувлажненного грунта.

В нижнем слое III грунта основания расчетные значения характеристик определяются с учетом его насыщения водой.

(1.14)

кН/м³

(1.15)

(1.16)

где , и - характеристики грунта основания природного сложения (приложение А /4/);

- коэффициент пористости грунта основания, принимаемый по ветви нагрузки компрессионной кривой при напряжении от веса бермы.

(1.17)

где м – высота бермы в сечении по ее бровке, 7, 85 м.

кПа

Выводы

Нормативное значение коэффициента устойчивости [K] устанавливается по формуле

, (1.22)

где η _n– коэффициент ответственности сооружения (η _n=1, 20 для I и II категории пути);

η _f - коэффициент сочетания нагрузок (η _f=1)

η _с – коэффициент условий работы (η _с=0, 95)

Расчетный коэффициент устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта определяется по формуле

, (1.23)

где а_д – коэффициент динамики (таблица 1.6 /4/)

Полученная величина сравнивается с допускаемым значением [K], на основании чего уточняются крутизна откосов и ширина берм.

Следовательно, принятый профиль следует скорректировать в зависимости от величины

(1.24)

Т.к. , то для усиления устойчивости откосов необходимо назначить их на 0, 25 положе нормативной крутизны и принять ширину бермы 10м.

Заключение к проекту пойменной насыпи

В данном разделе проекта приводятся основные результаты выполненных расчетов и строится поперечный профиль в масштабе 1: 200 запроектированной насыпи с указанием проектных отметок, отметок земли и расстояний, рисунок 1.5.

Высота запроектированной насыпи составила Н=15, 31м.

Основная площадка имеет форму трапеции с высотой 0, 15м. Ширина основной площадки В=8, 0м.

Уширение основной площадки в кривой Δ b=0, 4 м, делается в наружную сторону, то есть с внутренней стороны кривой расстояние от бровки до оси насыпи B_внутр=3, 8 м, а с наружной B_наруж=4, 2 м.

Крутизна откосов в верхней части до 6м равна 1: 1, 75, в нижней части насыпи до Г_б=735, 86м равна 1: 2, подтопленной бермы 1: 2.

Ширина бермы равна 10 м. Незатопляемая часть откосов насыпи выше Г_б укрепляется бетонными плитами.

Откосы укреплены многолетними травами.

Расстояние между подошвой верхового откоса насыпи и боковой водоотводной канавы 3 м с уклоном 0, 04 в сторону канавы.

Глубина канавы 0, 6 м, ширина по дну 0, 6 м.

Допускаемое значение коэффициента устойчивости [K]=1, 073, коэффициента устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта К_дин=0, 66. Так как К_дин< [K] – 0, 02, откосы уполаживаются на ступень 0, 25 от нормативной крутизны, ширину бермы принимаем 10, 0.

Рисунок 1.4 – Поперечный профиль пойменной насыпи

Выбор конструкции ВСП

Конструкция ВСП устанавливается в зависимости от класса пути. Для линии 3 класса: бесстыковой путь на железобетонных шпалах, рельсы Р65 старогодные I группы годности профилированные, скрепления новые и старогодные(в т. ч. отремонтированные), шпалы железобетонные старогодные, эпюра шпал: в прямых 1840 шт/км(в кривых радиусом 1200 и менее – 2000 шт/км), балласт – щебень II категории по ГОСТ Р 54748 – 2011с толщиной слоя не менее 40см под ЖБ шпалами.

Основные параметры стрелки

Начальный угол остряка:

, (4.1)