Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ЧАСТЬ I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ

1.1 Исходные данные

1.2 Проектирование поперечного профиля насыпи

1.3 Определение нагрузки в теле насыпи

1.4 Определение требуемой плотности грунтов в теле насыпи

1.5 Расчёт устойчивости откоса насыпи графоаналитическим методом

1.5.1 Определение расчётных характеристик грунта насыпи и основания с учётом водонасыщения и подтопления

1.5.2 Определение высоты столбика грунта заменяющего вес верхнего строения пути (Pвс) и поездную нагрузку (Pо)

1.5.3 Определение коэффициента устойчивости откоса насыпи

1.6 Определение границ укрепления откосов, проектирование типа и конструкции укрепления

1.6.1 Укрепление из бетонных плит

1.6.2 Укрепление откосов каменной наброской

1.7 Определение ожидаемых осадок основания насыпи

ВВЕДЕНИЕ

Земляное полотно - наиболее ответственный элемент железнодорожного пути, оно является несущей конструкцией, воспринимающей нагрузки от подвижного состава и веса верхнего строения пути и упруго передающей её на основание. Земляное полотно должно быть надёжной конструкцией, то есть обеспечивать устойчивость земляных масс, прочность и стабильность. От надёжности земляного полотна зависят технические скорости движения поездов и разрешающая статическая нагрузка на рельсы, передаваемая от колесных пар вагонов, провозная и пропускная способность железнодорожных линий.

В данном курсовом проекте решаются следующие вопросы:

- проектируется поперечный профиль пойменной насыпи;

- определяются напряжения и требуемая плотность грунта пойменной

насыпи;

- выбирается укрепление откосов и определяется отметка бермы;

- производится расчет тела насыпи на устойчивость;

- определяются ожидаемые осадки основания насыпи;

- проектируется поперечный профиль выемки;

- производится расчет устойчивости грунтовых масс;

- проектируются противопучинные мероприятия;

- проектируются мероприятия по отводу грунтовых и паводковых вод.

Часть I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ

1.1 Исходные данные

Грунт тела насыпи - супесь пылеватая.

Грунт основания насыпи - суглинок легкий.

Таблица 1 - Физико-технические характеристики грунтов

№ п/п	Вид грунта	№ грунта	W,%	Характеристики грунта
				С, кН/м	, град	уд , кН/м3	Wм, Wр, %	WL, %	Jp, %	aкп, м	J0, доли	Kф, м/с
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
1	Супесь пылеватая	8в	20	6	22	26,9	14	20	6	0,8	0,05	1Ч10-7
2	Суглинок лёгкий	10б	18	16	21	27,0	16	24	8	1,0	0,07	1Ч10-8

Примечание: В таблице 1 приняты следующие обозначения:

W - природная влажность, %;

с - удельное сцепление грунта, кН/м;

- угол внутреннего трения грунта, град;

_уд - плотность частиц грунта, кН/м³;

W_м - максимальная молекулярная влагоемкость, %;

W_р - влажность на границе раскатывания, %;

W_L - влажность на границе текучести, %;

J_p - число пластичности, %;

a_кп - высота капиллярного поднятия воды, м;

J₀ - средний уклон кривой депрессии, доли;

К_ф - коэффициент фильтрации, м/с.

Таблица 2 - Данные для построения компрессионных кривых

№ грунта	Виды грунтов	Ветви компрессионной кривой	Значение коэффициентов пористости е при давлениях, кПа
			0	100	200	300	400	500	600
8в	Супесь пылеватая	Нагрузки	0,777	0,717	0,669	0,637	0,619	0,612	0,609
		Разгрузки	0,660	0,642	0,629	0,619	0,614	0,610	0,609
10б	Суглинок лёгкий	Нагрузки	0,796	0,738	0,703	0,680	0,660	0,646	0,634
		Разгрузки	0,682	0,664	0,654	0,646	0,641	0,636	0,634

По данным таблицы 2 строим компрессионные кривые для грунтов тела насыпи 8в и основания насыпи 10б (Рисунок 1 и 2).

1.2 Проектирование поперечного профиля насыпи

Определяем высоту пойменной насыпи:

, (1)

где ОПБ - отметка профильной бровки основной площадки (по заданию ОПБ=654,1 м);

ОЗ - отметка земли (по заданию ОЗ = 637,9 м).

м.

Ширина основной площадки земляного полотна зависит от категории дороги и количества путей. Для двухпутной линии II категории в кривом участке пути (радиус кривой по заданию R=299 м) ширина основной площадки будет равна:

, (2)

где В_н - ширина основной площадки земляного полотна новых железных дорог на прямых участках пути в пределах перегонов при использовании недренирующих грунтов для двухпутной линии (B_н=7,6 м), принимается по нормам СТН Ц-01-95;

Дгу - габаритное уширение междупутного расстояния на кривых участках при равном возвышении наружных рельсовых плетей для кривой радиусом 299 м (Дгу=0,34 м);

Дb - уширение основной площадки земляного полотна на линиях всех категорий на участках, расположенных в кривых, следует увеличивать с наружной стороны кривой при радиусе 299 м, на величину (Дb=0,5 м);

M - междупутное расстояние (M=4,1 м).

м.

Очертание основной площадки при использовании для тела насыпи супеси пылеватой (недренирующий грунт) на двухпутной линии имеет треугольную форму с высотой 0,2 м и с основанием, равным ширине земляного полотна. Крутизна откосов назначается по СТН Ц-01-95 в зависимости от грунта тела насыпи. Для супеси пылеватой откос 1:1,5 в верхней части до 6 м., далее до отметки бермы - откос 1:1,75. Подтопляемый откос берм должен быть запроектирован 1:2. Ширину берм назначаем не менее 3 м.

Бермы на пойменной насыпи предназначены для защиты её от разрушения водой, а также для усиления общей устойчивости. Отметка верхней границы укрепления откоса (отметка бермы) определяется по формуле:

, (3)

где ГВВ - отметка горизонта высоких вод (по заданию ГВВ=634,10 м);

Н_нак - величина превышения отметки ГВВ определяется по формуле:

 , (4)

где h_под - высота подпора воды за счет сужения русла мостом (по заданию h_под =0,27 м);

ДH - высота ветрового нагона (ДH=0,1 м);

а - запас для насыпей у больших и средних мостов (а=0,5 м);

h_нак - высота наката волны на откос определяется по формуле:

, (5)

где k_ш - коэффициент шероховатости и проницаемости (k_ш=0,9);

m - заложение откоса (m=2 м);

л - длина волны (по заданию л=7,6 м);

h - высота волны (по заданию h=0,53 м) ;

k =, (6)

где в - угол между направлением волны и линией уреза (по заданию в=30);

k == 0,666.

Определяем высоту наката волны на откос:

м.

Определяем величину превышения отметки горизонта высоких вод:

м.

Определяем отметку бермы:

м.

Поперечный профиль насыпи вычерчивается в масштабе 1:200 (Чертёж 1).

1.3 Определение нагрузки в теле насыпи

Силами, вызывающими напряженное состояние грунтов, являются:

- нагрузка от подвижного состава (Р_пс);

- вес верхнего строения пути (Р_всп);

Нагрузка от подвижного состава принимается в зависимости от скорости движения, типа вагонов, осевых нагрузок вагонов и типа верхнего строения пути (Р_пс=64 кПа).

Внешние нагрузки от веса верхнего строения пути принимаются в зависимости от типа верхнего строения пути (Р_всп=16 кПа).

Эпюры нагрузок от подвижного состава (Р_пс) и верхнего строения пути (Р_всп) принимаются трапецеидальной формы (Рисунок 3).



Рисунок 3 - Эпюра нагрузок от подвижного состава (Рпс) и верхнего строения пути (Рвсп)

1.4 Определение требуемой плотности грунтов в теле насыпи

Разбиваем насыпь на слои. 1 и 2 слой толщиной 3,1 м, 3 и 4 слои по 5 м. Точка 0 - отметка профильной бровки, точка 4 - отметка земли.

Общее напряжение у_о в данной точке от всех давлений определяют по формуле:

, (7)

где у_р - напряжение в теле насыпи от поездной (временной) нагрузки, кПа;

у_вс - напряжение в теле насыпи от веса верхнего строения пути, кПа;

у_г - напряжение в теле насыпи от веса столба грунта под рассматриваемым сечением, кПа.

Расчетное значение коэффициента пористости грунта определяется для грунта тела насыпи по формуле:

, (8)

где k_е - коэффициент многократности приложения нагрузки [k_е (т.0)=1,6; k_е (т.1)=1,4; k_е (т.2, т.3, т.4)=1,25];

е_ан-i - коэффициент пористости грунта тела насыпи по ветви нагрузки от действия постоянных нагрузок (по компрессионной кривой);

l_а-i - разность между коэффициентами пористости по ветвям нагрузки и разгрузки для грунта тела насыпи от действия постоянных нагрузок (по компрессионной кривой);

l_0-i - разность между коэффициентами пористости по ветвям нагрузки и разгрузки для грунта тела насыпи от действия общих нагрузок (по компрессионной кривой).

Далее определяется требуемая плотность (объемный вес скелета) грунта, кН/м³:

, (9)

Объемный вес грунта, кН/м³. Находится по формуле:

, (10)

где W - природная влажность грунта, %.

Затем находятся значения нормальных напряжений:

, (11)

По аналогии ведутся расчеты для точек 1, 2, 3 и 4.

Подсчеты напряжений и требуемой плотности грунта в теле насыпи выполнены в табличной форме (таблица 3).

По полученным величинам и строим графики (Рисунок 4).

Рисунок 4 - Графики напряжений и требуемой плотности грунта в теле насыпи

Далее определяем среднее значение величин , и вносим их в таблицу 3.

кН/м³

кН/м³.

1.5 Расчет устойчивости откоса насыпи графоаналитическим методом

Расчет устойчивости откосов насыпи целесообразно выполнять в табличной форме (таблица 4).

насыпь земляной грунт

1.5.1 Определение расчетных характеристик грунта насыпи и основания с учетом водонасыщения и подтопления

Определяем расчетные характеристики грунтов насыпи с учетом водонасыщения их в зоне подтопления. При этом учитываем, что при водонасыщении грунты существенно снижают прочностные характеристики и взвешиваются водой в затопленной зоне насыпи.

а) характеристики грунта тела насыпи выше границы подтопления, то есть выше кривой депрессии (I зона) принимается по данным расчета плотности и по исходным данным.

где и - данные угла внутреннего трения грунта и сцепления грунта для тела насыпи из песка средней крупности, соответственно равны 36и 3 кН/м.

б) характеристики грунта тела насыпи в зоне гравитационных вод (II зона).

 , (12)

кН/м³.

, (13)

.

, (14)

кН/м.

в) характеристики грунта основания насыпи (III зона) берем из исходных данных с учетом водонасыщения в зоне затопления.

, (15)

где - коэффициент пористости грунта основания насыпи (=0,747), берется по компрессионной кривой для грунта основания при нагрузке от собственного веса грунта насыпи под бермой низового откоса .

Для этого определяем напряжения от грунта бермы:

, (16)

где h_б - разность отметок земли и бермы, м:

h_б = ОБ - ОЗ, (17)

h_б = 644,74 - 636,29 = 8,45 м;

= 19,208,45 = 162,24 кПа;

кН/м³;

, (18)

где - угол внутреннего трения грунта для основания насыпи из суглинка легкого (=21).

.

, (19)

где - сцепление грунта для основания насыпи из суглинка легкого (=16 кН/м).

кН/м.

1.5.2 Определение высоты столбика грунта заменяющего вес верхнего строения пути (Р_ВС) и поездную нагрузку (Р_О)

Воздействие внешних нагрузок от ВСП и поездных (с учетом динамического состояния насыпей) заменяется весом фиктивного столбика грунта. Высота фиктивного столбика грунта определяется по формуле:

, (20)

Где b₀ - длина железобетонной шпалы (b₀ = 2,70 м);

b_вс-1 - ширина полосовой нагрузки от веса верхнего строения пути на однопутном участке (b_вс-1=4,60 м).

.

1.5.3 Определение коэффициента устойчивости откоса насыпи

Поперечный профиль насыпи вычерчивается в программе AutoCAD масштабом 1:200 с нанесением всех отметок - отметки земли, отметки бровки земляного полотна, отметки горизонта высоких вод, отметки бермы (Чертеж 2).

Намечаются точки, через которые пройдут возможные кривые обрушения. Подошва насыпи точка А и на основной площадке точка Б. Расчет ведется по кривой АБ. Находим центр кривой обрушения. Для этого соединяем точки А и Б прямой АБ и из середины отрезка середины отрезка восстанавливаем перпендикуляр, являющийся линией центра кривой обрушения. Затем проводим вспомогательную прямую под углом 36^о к поверхности фиктивного столбика грунта. Точка О является точкой центра кривой обрушения. Из этого центра проводим дугу АБ радиусом R_в.

Полученный блок разбиваем на отсеки шириной не более 5 м. В каждом отсеке определяем длины их оснований l, площади частей отсека угла и их синусы и косинусы. В площади включается эквивалентный столбик грунта. При определении синуса угла sin необходимо иметь ввиду, что х - это расстояние, замеряемое по горизонтали от середины основания отсека до вертикального радиуса R_в.

Коэффициент устойчивости к подсчитывается по формуле:

 , (21)

.

Коэффициент устойчивости К < 1, следовательно насыпь не достаточно устойчива и необходимо провести ряд дополнительных мероприятий по улучшению устойчивости откосов.

Сопротивление грунта сдвигу оценивается коэффициентом устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта к_дин:

к_дин=, (22)

где - коэффициент динамики (=1,0584);

- коэффициент ответственности сооружения (для железнодорожной линии II категории = 1,2);

- коэффициент сочетания нагрузок в сейсмических районах (=0,9);

- коэффициент условий работы (=1).

;

.

< -0,02 (0,731<1,08), корректируем поперечный профиль в зависимости от величины д:

 , (23)

.

Вывод: Так как , уполаживаем откосы и уширяем берму до 10 м.

1.6 Определение границ укрепления откосов, проектирование типа и конструкции укрепления

С целью предохранения откосов земляного полотна от разрушающего воздействия природных факторов применяют укрепительные и защитные устройства. Укрепления подтопляемых откосов выбирается в зависимости от расчетной скорости течения водотока V и от расчетной высоты волны h. Для укрепления подтопляемых откосов, как правило, применяют бетонные и железобетонные плиты, каменную наброску и др.

1.6.1 Укрепление откосов из бетонных плит

Большое достоинство этого вида укрепления в возможности комплексной механизации строительно-монтажных работ и снижении трудоемкости, а так же сроков строительства. Поперечный профиль укрепления откоса насыпи из бетонных плит вычерчивается в масштабе 1:100 (Чертеж 3).

В данном курсовом проекте принимаем укрепление откосов бетонными плитами, которые имеют следующие характеристики:

- размер: 0,5Ч0,5 м;

- толщина плиты: 8-12 см;

- допускаемая скорость течения воды: до 6 м/с;

- допускаемая высота волны: 0,4-0,8 м (по заданию h=0,53 м);

- объем одной плиты: 0,02-0,03 м³.

Толщина плит по условию устойчивости определяется по формуле:

, (23)

где - коэффициент запаса (=1,2);

- коэффициент для сборных плит (=1,1);

h - высота расчетной волны (по заданию h=0,53 м);

- длина расчетной волны (по заданию =7,6 м);

В - длина ребра плиты в направлении нормальном урезу воды (В=0,5 м);

- объемный вес плиты (=2,4 т/м³);

- объемный вес воды (=1 т/м³);

m - заложение откоса бермы (m = 2 м).

.

Зерновой состав и толщина обратного однослойного фильтра, препятствующего выносу частиц грунта насыпи, определяются по формуле:

, (24)

где в - ширина открытого шва сборных плит (в=1 см).

=21=2 см.

Определяем толщину обратного фильтра. Обратный фильтр состоит из слоя щебня или гравия с действующим диаметром частиц при коэффициенте неоднородности от 5 до 6, и его толщина должна быть равной .

, (25)

где и - поперечный разрез частиц фильтра и грунта, (для песка =0,008 см);

- параметр, который принимается в зависимости от высоты волны и от заложения откоса бермы, (=0,125).

.

1.6.2 Укрепление откосов каменной наброской

Укрепление откосов насыпей каменной наброской не требует ручного труда и может быть механизировано, что дает возможность укреплять таким способом большие поверхности откосов насыпей, дамб и берегов. В каменной наброске укладываются не менее двух слоев камня. Более крупный камень располагается в верхнем слое. Поперечный профиль укрепления откоса насыпи каменной наброской вычерчивается в масштабе 1:100 (Чертеж 4).

Расчетный вес камней верхнего слоя наброски определяется по формуле:

, (26)

где _к - объемный вес камня (_к=2,6 т/м³);

k_к - коэффициент для сортированных камней (k_к=1,5);

- коэффициент, учитывающий форму камня (=0,025);

h - высота расчетной волны (по заданию h=0,53 м);

л - длина расчетной волны (по заданию л=7,6 м).

.

Расчетный размер камня верхнего слоя определяется по формуле:

d_р-1=1,2408, (27)

d_р-1=1,2408.

Расчетный размер камня в нижнем слое определяется по формуле:

d_р-2=0,37 d_р-1, (28)

d _р-2=0,370,21 = 0,08 м.

Толщина каждого слоя каменной наброски t_i, определяется по формуле:

t_i=а d_p-i , (29)

где а - коэффициент, принимаемый равным 2.

Для первого слоя:

t₁=20,21 = 0,42 м;

Для второго слоя:

t₂=20,08 = 0,16 м;

Общая толщина наброски:

t=t₁+t₂ = 0,42+0,16 = 0,58 м.

Наброска укладывается на слой обратного фильтра. Определяем толщину обратного фильтра по формуле:

d_Ф=d_р-2 /5, (30)

d_Ф=0,08/5 = 0,016 м = 1,6 см;

.

Вывод: На основании расчетов выбираем вариант с меньшей толщиной обратного фильтра t₀. Так как t_кн<t_бп, то укрепление каменной наброской плит будет эффективнее.

1.7 Определение ожидаемых осадок основания насыпи

Расчет осадок производится на основе компрессионного уплотнения грунтов исходя из предпосылок о невозможности бокового уширения и выпирания грунта при уплотнении.

Для расчета ожидаемых осадок используем ветвь нагрузки компрессионной кривой грунта основания насыпи. Вычерчивается поперечный профиль запроектированной насыпи в масштабе 1:200 (Чертеж 5). При этом не учитывается уклон поверхности земли, т.е. основание насыпи считается расположенным горизонтально.

Определяем суммарные вертикальные напряжения, действующие по основанию насыпи в точках 0,1,2,3,4 и 5.

Расчеты ведем в табличной форме (таблица 5).

Строим эпюру суммарных напряжений по основанию насыпи, которую делим на элементарные фигуры. Далее определяем напряжения от каждой элементарной фигуры в точках, находящихся в створе оси земляного полотна.

Расчеты ведем в табличной форме (таблица 6).

Во время сооружения насыпи и в период ее эксплуатации грунта основания уплотняются. Компенсация осадок осуществляется дополнительным объемом грунта, который идет на заполнения строительной доли осадки и увеличением толщины балласта по мере реализации эксплуатационной доли осадки.

Таблица 5 - Подсчет напряжений по основанию насыпи

№ точек	напряжения от подвижного состава и веса всп	напряжения от веса грунта	Суммарные напряжения
	нагрузки	zi, м	bi, м	yi, м	zi/bi м	yi/bi м	Ji,доли	Pi, кПа	уi, кПа	hi, м	г0-ср, кН/м3	уг-i, кПа	у0-i, кПа
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
0	Рпр -1	16,2	3,51	2,22	4,62	0,63	0,1304	64	8,35	16,20	19,20	311,04	331,33
	Рпр -2		3,51	2,22	4,62	0,63	0,1304	64	8,35
	Рвс		10	0	1,62	0,00	0,2248	16	3,60
1	Рпр -1	16,2	3,51	8,49	4,62	2,42	0	64	0,00	16,20	19,20	311,04	321,03
	Рпр -2		3,51	4,05	4,62	1,15	0,1235	64	7,90
	Рвс		10	6,27	1,62	0,63	0,1304	16	2,09
2	Рпр -1	16,2	3,51	17,49	4,62	4,98	0	64	0,00	10,20	19,20	195,84	197,70
	Рпр -2		3,51	13,05	4,62	3,72	0	64	0,00
	Рвс		10	15,27	1,62	1,53	0,1163	16	1,86
3	Рпр -1	16,2	3,51	23,37	4,62	6,66	0	64	0,00	6,84	19,20	131,33	131,33
	Рпр -2		3,51	18,93	4,62	5,39	0	64	0,00
	Рвс		10	21,15	1,62	2,12	0	16	0,00
4	Рпр -1	16,2	3,51	26,37	4,62	7,51	0	64	0,00	6,84	19,20	131,33	131,33
	Рпр -2		3,51	21,93	4,62	6,25	0	64	0,00
	Рвс		10	24,15	1,62	2,42	0	16	0,00
5	Рпр -1	16,2	3,51	40,05	4,62	11,41	0	64	0,00	0,00	19,20	0,00	0,00
	Рпр -2		3,51	35,61	4,62	10,15	0	64	0,00
	Рвс		10	37,83	1,62	3,78	0	16	0,00

Для определения дополнительной осадки S_g основания ниже расчетного слоя грунта, строим график относительных осадок, экстраполируем его до пересечения с осью Z. Величина осадки этих слоев равна площади заштрихованной части графика (Рисунок 5).

Рисунок 5 - График относительных осадок основания насыпи

Дополнительная осадка основания определяется по формуле:

S_g=0,5, (31)

где ₃ - величина относительной осадки в 3-ей точке (₃=0,035).

S_g=0,5м.

Полная осадка по оси насыпи определяется по формуле:

S=У+ S_g, (32)

где У - сумма осадок слоёв грунта толщиной h_i (сумма значений 18 столбца таблицы 6).

S=0,501+0,2188=0,12 м.

Необходимо определить строительную и эксплуатационную доли полной осадки, в зависимости от которых определяют требуемое уширение основной площадки и необходимые объемы грунта и балласта для компенсации осадки основания в расчете на 100 м длины насыпи.

Строительная доля осадки рассчитывается по формуле:

 , (33)

где - доля реализации полной осадки основания в процессе строительства (=0,8).

.

Эксплуатационная доля осадки рассчитывается по формуле:

, (34)

.

Строительная доля осадки компенсируется дополнительным объемом грунта, м³/100м и определяется по формуле:

, (35)

Эксплуатационная доля осадки компенсируется подъемками пути на балласт, дополнительный объем которого определяется по формуле:

, (36)

где В - нормативная ширина основной площадки;

в_вс - средняя ширина балластной призмы;

у - расстояние от подошвы откоса до оси насыпи;

- уширение основной площадки для размещения балластной призмы увеличенной толщины, которая определяется по формуле:

, (37)

где - заложение откоса балластной призмы (=1,5 м).

;

;

.

Размещено на Allbest.ru