Проектирование конструкций земляного полотна и необходимых укрепительных, защитных и водоотводных сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

СОДЕРЖАНИЕ

откос дренаж насыпь грунт

ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОЕКТ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ

1.1 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА

1.1.1 Построение компрессионной кривой грунта насыпи

1.1.2 Определение максимального напряжения на основной площадке

1.1.3 Расчет плотности грунта

1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ (ОТМЕТКИ БЕРМЫ)

1.2.1 Определение параметров волнового воздействия в пойме реки

1.2.2 Определение верхней границы укрепления откосов (отметки бермы)

1.2.3 Расчет укрепления откоса

1.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

1.3.2 Расчетные характеристики грунта насыпи и основания

1.3.3 Расчет устойчивости проектируемой насыпи с учетом влияния подтопления

1.4 РАСЧЕТ ОСАДОК ОСНОВАНИЯ НАСЫПИ

1.4.1 Общая характеристика насыпи

1.4.2 Напряжения в расчетном сечении основания насыпи от элементарных нагрузок

1.4.3Напряжени то собственного веса грунта основания

1.4.4Суммарные напряжения в основании при загрузке его насыпью

1.4.5 Расчет осадки основания насыпи

2. ПРОЕКТ ВЫЕМКИ

2.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАГОРНОЙ КАНАВЫ

2.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОДКЮВЕТНОГО ДРЕНАЖА

2.2.1 Определение глубины заложения дренажа

2.2.2 Определение притока воды в дренаже

2.2.3Гидравлический расчет дренажных труб

2.2.4 Определение технической эффективности дренажа и срока его осушения

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

Земляное полотно - это инженерное сооружение из грунта, на котором размещается верхнее строение железнодорожного пути. Земляное полотно воспринимает статические нагрузки от верхнего строения пути и динамические от подвижного состава и упруго передает их на основание. Земляное полотно предназначено также для выравнивания земной поверхности в пределах железнодорожной трассы и придания пути необходимого плана и профиля.

Земляное полотно - наиболее ответственный элемент железнодорожного пути, его несущая конструкция.

От надежности земляного полотна зависят техническая скорость движения поездов и разрешаемая статическая нагрузка на рельсы, провозная и пропускная способность линии.

К земляному полотну предъявляются следующие основные требования:

- оно должно быть прочным (грунт должен иметь достаточное сопротивление воздействию нормальных напряжений), устойчивым (грунт должен иметь достаточное сопротивление воздействию касательных напряжений), надежным (работать без отказов), долговечным (иметь неопределенно долгий срок службы);

- вся поверхность земляного полотна, устройства при нем и полосы отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась, и был обеспечен ее максимальный сток в стороны или в специальные водоотводные сооружения при минимальной впитываемости в грунт, а текущая вода не размывалабы откосы и основание;

- конструкции земляного полотна должны обеспечивать минимальные расходы на их устройство, ремонты и содержание при максимальной возможности механизации и автоматизации работ.

Для защиты земляного полотна от неблагоприятных природных воздействий оно имеет также комплекс различных водоотводных, защитных и укрепительных сооружений и устройств.

При проектировании необходимо обеспечить заданный уровень надежности земляного полотна по прочности, устойчивости и стабильности с учетом опыта эксплуатации дорог и вибродинамического воздействия поездов при минимальных приведенных затратах, а также максимальном сохранении ценных земель и наименьшем ущербе природной среде.

Проектирование конструкций земляного полотна и необходимых укрепительных, защитных и водоотводных сооружений, как правило, производится вариантно, с последующим выбором путем технико-экономических расчетов наиболее рационального варианта.

1. ПРОЕКТ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ

Насыпи, располагаемые в поймах рек, на мостовых переходах через водотоки называются пойменными. При их проектировании необходимо учитывать ряд специфических требований, которые отсутствуют в случае проектирования суходольных насыпей. Земляное полотно (насыпь) на участках подтопления (берега морей, озер, водохранилищ, пересечения водотоков, прижимные участки трассы и пр.) проектируется с учетом постоянного или периодического воздействия водных масс водотоков или водоемов, которое выражается в виде обводнения грунтов тела насыпи, размывающего воздействия, вызываемого течением постоянного потока или волнением, разрушения и загромождения откосов земляного полотна льдом.

1.1 РАСЧЕТ ТРЕБУЕМОЙ ПЛОТНОСТИ ГРУНТА

Требуемая минимальная плотность сложения сухого грунта d,, т/м3, должна быть такой, чтобы грунт насыпи при воздействии временных поездных нагрузок работал практически в упругой стадии.

Требуемую в земляном полотне для песчаных и глинистых грунтов плотность сложения сухого грунта d определяют по формуле:

, (1.1)

где k - минимальный коэффициент уплотнения, для верхней и для нижней частей, см. табл.5.4 стр.297 [1];

- максимальная плотность сухого грунта, т/м3.

Таким образом:

 т/м3;

т/м3.

Плотность грунта насыпи с учётом влажности определяется по формуле:

, (1.2)

где: - оптимальная влажность.

т/м3;

т/м3.

Удельный вес грунта насыпи определяется по формуле:

; (1.3)

кН/м3;

кН/м3.

Защитный слой - слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтобы под ним не возникали пластические деформации. Защитный слой устраивается в верхней части земляного полотна для предотвращения пучения.

Согласно СТН Ц-01-95 толщина защитного верхнего слоя hзащ для насыпи, отсыпанной супесью составляет 0,5-0,7 м. К расчету принята величина hзащ=0,5\6 м. Защитный слой отсыпается из песчано-гравийной смеси с параметрами сопротивления сдвигу: с = 1 кПа; ц=33є.

Построение компрессионной кривой грунта насыпи.

Рисунок 1.2 Компрессионная кривая грунта насыпи

1.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ УКРЕПЛЕНИЯ ОТКОСОВ (ОТМЕТКИ БЕРМЫ)

При сооружении насыпей на поймах для защиты ее от повреждения паводковыми водами и ледоходом устраивают берменные присыпки (или просто бермы). Возвышение (отметка) бровки бермы Нбр над расчетным уровнем воды, а также выбор типа укреплений откосов насыпей определяется параметрами водного волнового воздействия.

1.2.1 Определение параметров волнового воздействия в пойме реки

Расчетной высотой hd волны называется вертикальное расстояние между ее вершиной и подошвой с заданной вероятностью превышения этой высоты i%.

Длиной волны d называется горизонтальное расстояние между смежными вершинами или подошвами волн.

Крутизной волны называют отношение hd/d, пологостью волны - отношение d/ hd.

Периодом Т волны называется время перемещения гребня волны в горизонтальном направлении (без учета скорости течения) на длину d.

Разгоном L ветровых волн называется протяжение по направлению ветра водной поверхности, охваченной ветром и вызывающим образование и развитие волн.

Глубина до дна водоема df у подошвы насыпи, которая принимается совпадающей с расчетным статистическим уровнем Нст, т.е. df= Нст.

Максимальная расчетная скорость ветра Vw (м/с) определяется на высоте 10 м над уровнем водоема.

Расчеты элементов волн hd, d, Т производятся с учетом деления водоема (прибрежного волнового поля) на следующие по глубине зоны: глубоководную, мелководную, прибойную и приурезовую.

В глубоководной зоне дно не влияет на основные характеристики волн (df>0.5d). В мелководной зоне дно оказывает влияние на развитие волн и основные их характеристики (df<0.5d). В этой зоне волна трансформируется, становится круче - увеличивается ее крутизна hd/d из-за сопротивления дна. В прибойной зоне начинается и завершается разрушение волн (df2hd). Волна достигает наибольшей крутизны, опрокидывается и образуется бурун. В пределах прурезовой зоны поток от разрушенных волн периодически накатывается на берег (df1.3hd).

1.2.2Определение верхней границы укрепления откосов (отметки бермы)

Величина отметки бермы Нбр принимается равной отметке верха укрепления откоса и вычисляется по формуле (рис. 1.3)

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рис.1.3 Схема к определению отметки незатопляемой бермы

, (2.1)

где df- глубина под подошвой насыпи (или Нст- статистический горизонт воды), м;

dподп - высота подпора воды, возникающего из-за стеснения живого сечения реки искусственными сооружениями, dподп=0,25 м;

hset - высота ветрового нагона воды, м; принимается по данным натуральных наблюдений, а при их отсутствии определяется расчетом;

hrun-1% - высота наката на откос, обеспеченностью 1% по накату, м;

а - конструктивный запас (0,25м).

Высота ветрового нагона воды hset определяется по формуле:

(2.2)

где Кw - коэффициент, зависящий от скорости ветра;

dL - средняя глубина воды на длине ветрового разгона;

Vw- скорость ветра на высоте 10 м;

L -длина разгона волны;

w - угол между продольной осью водоема и направлением ветра;

Величина hset находится подбором. Первоначально принимаем в правой части формулы hset = 0. Полученную величину снова подставляем в формулу. Если величины hset совпали, расчет сделан правильно.

Высота наката на откос волн hrun-1% равна:

hrun-1% = KrKpKspKrun hd-1% K, (2.3)

hrun-1%=1*0,9*1,5*1,3*0,95*1,63=2,72 (м)

где Kr и Kp - коэффициенты, учитывающие шероховатость и проницаемость покрытия Kr=1, Kp=0,9.

Ksp=1,5 - коэффициент, зависящий от крутизны поверхности наката.

Krun=1,3 - коэффициент, зависящий от крутизны поверхности наката и пологости волны d/ hd (где d - длина волны, hd-1% - высота волны).

K=0,95 - коэффициент, учитывающий изменение высоты наката в зависимости от угла подхода фронта волны к сооружению.

Найдя все коэффициенты и рассчитав все величины была найдена отметка бермы равная Нб=6,62 метра.

X	Eoп
3	34,7193
3,5	92,39922
4	149,6903
4,5	202,3464
5	248,7903
5,5	269,395
6	286,1794
6,5	298,4695
7	304,0071
7,5	304,7256
8	300,1875
8,5	290,1953
9	274,9168
9,5	254,5348
10	229,2465
11	179,3228
11,5	155,1891
12	127,1816
12,5	96,67513
13	64,97257
13,5	32,56304
14	-11,1803
14,5	-53,7391
15	-94,6503
15,5	-133,433
16	-169,582
16,5	-202,558
17	-231,776
17,5	-256,591
18	-276,283

Таблица 1.3 Проектирование поперечного профили насыпи.

1	Объект: ПК
2	Откос: Левый
3	Тип расчета: Статический
4	Вариант расчета: Фиксированная точка
5	Максимальная интенсивность нагрузки, кПа Pmax = 0
6	Минимальный коэфициент устойчивости, Kmin = 1,536
7	Координаты точки выклинивания на основную площадку, м: X,Y = (2,5; 0)
8	Координаты точки выклинивания на откос, м: X,Y = (18,25; 7,09)
9	Угол наклона вспомогательной прямой, град U = 0
10	Радиус кривой скольжения, м R = 9,4
11	Допускаемый коэффициент устойчивости [К] = 1,2
12	Оползневое давление в последнем блоке,кПа Eop = -276,29
13	Характеристики элементов
	Наименование элемента	Нагрузка	Поперечник	ИГЭ 1	ИГЭ 2	ИГЭ 3	ИГЭ 4
	Уд.сцепление С, кПа			22,26	11,13	11,13	29,3
	Угол внутр.тр. j, град			26,6	19,95	19,95	14
	Уд.вес g, кН / м^3			20,21	21,39	11,58	10,84
	Показатель текучести Jl
	Наименование ИГЭ
	X1	0	0	0	0	0	0
	Y1	0	0	9,38	10,66	13,42	50
	X2	1,5	7,6	26,46	29,02	35,49	60
	Y2	0	0	9,38	10,66	13,72	50
	X3	1,5	18,25
	Y3	-0,79	7,1
	X4	2,45	22,25
	Y4	-0,79	7,1
	X5	2,45	35,49
	Y5	-4,75	13,72
	X6	5,15	60
	Y6	-4,75	13,72
	X7	5,15
	Y7	-0,79
	X8	6,65
	Y8	-0,79
	X9	6,65
	Y9	0
	X10	7,6
	Y10	0

Так как коэффициент устойчивости грунта для данной насыпи меньше нормативного (удельный вес частиц грунта равен 27,0 кН/м3,

сцепление С=29,3 кПа, угол внутреннего трения ц=14° ), мы меняем грунт на другой с увеличением сцепления и угла внутреннего трения на 40%. сцепление С=41,02 кПа, угол внутреннего трения ц=19,6° ),

Таблица 1.3 Проектирование поперечного профили насыпи.

1	Объект: ПК 1
2	Откос: Левый
3	Тип расчета: Статический
4	Вариант расчета: Общий
5	Максимальная интенсивность нагрузки, кПа Pmax = 0
6	Минимальный коэфициент устойчивости, Kmin = 1,138
7	Координаты точки выклинивания на основную площадку, м: X,Y = (2; 0)
8	Координаты точки выклинивания на откос, м: X,Y = (35,49; 13,72)
9	Угол наклона вспомогательной прямой, град U = 2
10	Радиус кривой скольжения, м R = 19,8
11	Допускаемый коэффициент устойчивости [К] = 1,2
12	Оползневое давление в последнем блоке,кПа Eop = 146,14
13	Характеристики элементов
	Наименование элемента	Нагрузка	Поперечник	ИГЭ 1	ИГЭ 2	ИГЭ 3	ИГЭ 4
	Уд.сцепление С, кПа			22,26	11,13	11,13	29,3
	Угол внутр.тр. j, град			26,6	19,95	19,95	14
	Уд.вес g, кН / м^3			20,21	21,39	11,58	10,84
	Показатель текучести Jl
	Наименование ИГЭ
	X1	0	0	0	0	0	0
	Y1	0	0	9,38	10,66	13,42	50
	X2	1,5	7,6	26,46	29,02	35,49	60
	Y2	0	0	9,38	10,66	13,72	50
	X3	1,5	18,25
	Y3	-0,79	7,1
	X4	2,45	22,25
	Y4	-0,79	7,1
	X5	2,45	35,49
	Y5	-4,75	13,72
	X6	5,15	60
	Y6	-4,75	13,72
	X7	5,15
	Y7	-0,79
	X8	6,65
	Y8	-0,79
	X9	6,65
	Y9	0
	X10	7,6
	Y10	0

1.1.4 Расчет укрепления откоса

Тип укрепления откоса выбирается, исходя из определенных выше параметров волнового воздействия и высоты бермы. Наиболее распространенными являются два способа:

укрепление железобетонными плитами;

укрепление каменной наброской.

Окончательное решение вопроса о выборе типа укрепления принимается на основе технико-экономического сравнения этих двух способов.

Рассмотрим укрепление откосов насыпи железобетонными плитами. Необходимая толщина плит определяется, исходя из требования обеспечения плиты от всплытия (из-за противодавления), сдвига и опрокидывания расчетной волной:

(2.4)

где Кб - коэффициент запаса;

пл - коэффициент, учитывающий тип покрытия;

hd - высота волны;

d - средняя длина волны;

В - размер плиты;

пл - удельный вес материала плиты (24 кН/м3);

а - удельный вес воды (9,81 кН/м3);

m=2 - показатель заложения откоса.

Принимаем железобетонную плиту с размерами 250 300 15 см.

1.3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНОГО ПРОФИЛЯ

1.3.1 Нормативные требования к проектированию поперечного профиля насыпи

При проектировании используется СТН Ц-01-95.

Ширина основной площадки земляного полотна для дороги I категории, двухпутной, суглинок, Bo1 = 7,6 м.

Крутизна откосов для типовой конструкции насыпи до 12 м принята равной:

в верхней части насыпи высотой 6 м - 1:1,5;

при высоте 6 - 12 м - 1:1,75;

при высоте > 12 м - 1:2.

Согласно СТН ширина бермы Вбн 3 м. Расчет минимальной ширины бермы производится по формуле: Вб = Вбн + а,

где Вбн - нормативная ширина бермы (3 м);

а - конструктивный запас из условия безопасности производства работы по укреплению откоса (1 м).

Таким образом, Вб = 4 м. Крутизна откоса ниже отметки бермы должна быть 1:2. Отметка бермы Нб = 6,62 м получена расчетом в пункте 1.2. проекта. Уклон местности i = 0,011.

На основании учета всех этих требований построен поперечный профиль насыпи (рис. 1.3.1).

Рисунок 1.3. Поперечный профиль насыпи

1.3.2 Расчетные характеристики грунта насыпи и основания

Определим все необходимые характеристики грунта, требующиеся для расчета устойчивости насыпи в условиях ее подтопления водой. Для этого условно насыпь разбивается на три зоны:

I - естественного состояния грунта (при заданной W = 20%);

II - капиллярного поднятия (условие полного водонасыщения грунта W=100%);

III - гравитационных вод (грунт насыпи и основания находится во взвешенном состоянии).

В том случае, если кривая возможного обрушения захватывает основание насыпи, то выделяется еще и зона IV. Определим расчетные характеристики в отдельных зонах.

I зона насыпи с грунтом в естественном состоянии W = 20%.

Средний удельный вес грунта насыпи равен (для точек 0,1,2);

Средний коэффициент пористости е0 равен (для точек 0,1,2):

.

II зона капиллярного поднятия (W = 100%).

Удельный вес грунта в состоянии полного водонасыщения бр:

,

где s - удельный вес частиц грунта насыпи;

в - удельный вес воды (9,81 кН/м3);

еo - среднее значение коэффициента для зоны I.

Для сдвиговых характеристик грунта (удельного сцепления Сбр и угла внутреннего трения бр) в этой зоне действуют следующие соотношения: Сбр = 0,5С, кПа; fбр = 0,75f = 0,75tg

III зона гравитационных вод (грунт насыпи находится во взвешенном состоянии).

Сдвиговые характеристики грунта (Св и fв) в этой зоне принимаются такими же, как и в зоне капиллярного поднятия (зона II).

IV зона грунта основания.

Учитывается в том случае, если кривая обрушения будет захватывать основание. Здесь следует различать два вида основания: водопроницаемое и водонепроницаемое.

При водонепроницаемом основании (суглинок):

Удельный вес равенгосн _взв=гs_осн

где s-осн - удельный вес частиц грунта основания.

1.3.3 Расчет устойчивости проектируемой насыпи с учетом влияния подтопления

Коэффициент устойчивости Куст определяется для рассматриваемого случая по формуле:

Здесь кроме известных обозначений Туд-i иТсдв-i - соответственно удерживающие и сдвигающие составляющие силы Qi отсека;

Д0 - гидродинамическая сила, равная:

,

где 0 = 0,050- средний уклон кривой депрессии;

в = 9,81 кН/м3 - удельный вес воды;

- площадь поперечного сечения водонасыщенного грунта снизу ограниченная кривой обрушения.

Для i-го отсека i равна:

i = взв,н-i + взв,осн-i,

где взв,н-i и взв,осн-i - соответственно площади поперечного сечения в зоне гравитационных вод и основания.

Вес массива грунта Qi, ограниченного кривой обрушения, определяется по формуле:

Qi= +брбр + взввзв +осносн.

Динамический характер поездной нагрузки учитывается через приведенную величину Рпр по формуле:

Рпр = Р0I,

где I - интегральный параметр, учитывающий динамическое состояние насыпи.

Заменим нагрузки от движущегося поезда Рпр и веса верхнего строения пути (ВСП) Рвс соответствующими им столбами грунта высотой м.

, .

Расчетная схема для определения устойчивости приведена на рис. 1.3.2. Расчет - в приложении 1.3.1 и 1.3.2.

1.4 РАСЧЕТ ОСАДОК ОСНОВАНИЙ НАСЫПИ

1.4.1 Общая характеристика насыпи

Линия 1 категории; двухпутная насыпь высотой Н=16,48 м; грунт насыпи - суглинок; удельный вес частиц грунта s=26,97 кН/м3; влажность W=20%. В соответствии с СТН Ц-01-95, ранее выполненными расчетами принимаются следующие данные: ширина основной площадки В=7,6м; h1=6 м; m1=1,5; h2=4,04 м, m2=1,75; Нбр=6,62м; Вбр=4,0 м; mбр=2.

1.4.2 Напряжения на контакте насыпи с основанием

Построенная по данным прил. 1.4.1 эпюра напряжений сложной конфигурации (рис. 1.4.1) делится на элементарные нагрузки прямоугольной и треугольной формы. От каждой элементарной нагрузки определяются напряжения в основании насыпи:

z-i = 0-iIz-i

Iz-i = f(yi/bi,zi/bi)

1.4.3 Напряжения в расчетном сечении основания насыпи от элементарных нагрузок

Расчет выполняется в табличной форме (прил. 1.4).

Приложение 1.4 Расчет параметров напряжений в природном состоянии и после нагружения насыпью и действующими нагрузками.

Рисунок 4.4

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Рисунок 4.5. Эпюра относительных осадок

Рисунок 4.6

2.ПРОЕКТ ВЫЕМКИ

Выемка - заглубленное линейное сооружение, построенное на трассе дороги посредством изъятия грунта на заданную глубину и обеспечивающее размещение верхнего строения пути на заданных в проекте ж. д. отметках ниже поверхности земли. Элементы выемки: основная площадка, кюветы, закюветные полки (при необходимости), откосы, банкеты или соответствующие планировки грунтовой поверхности (с нагорной стороны), забанкетная и нагорная канавы. Вдоль выемки с одной или обеих сторон часто размещают кавальеры, сооружаемые планировкой грунта, полученного при разработке выемки. Ширина основной площадки в выемке регламентируется Строительными Нормами и Правилами и зависит от категории ж.-д. линии. В необходимых случаях для предупреждения пучин и других деформаций заменяют грунт в слое под проектным очертанием основной площадки, соответственно изменяя конструкцию выемки. Крутизна и очертания откосов зависят от свойств и состояния грунтов, прорезываемых выемкой. При глубине выемки до 2 м откосы нередко делают более пологими для уменьшения заносов снегом и песком. Откосы выемок глубиной до 12 м в глинистых, супесчаных и песчаных грунтах при благоприятных природных условиях имеют крутизну 1:1,5. Поверхностный водоотвод осуществляют обычно по кюветам, банкетам, забанкетной и нагорной канавам. Откосы выемок глубиной 2-12 м укрепляют, как правило, травосеянием; при большей глубине травосеяние применяют при устройстве, например, железобетонной обрешетки на откосе выемки; для предупреждения сплавов, ветровой эрозии (в пустынях) иногда используют специальные способы крепления. Для обеспечения стабильности земляного полотна в выемках при размещении их в скальных породах, на неустойчивых косогорах, при наличии грунтовых вод, на подходах к тоннелям и в других сложных условиях может потребоваться сложный комплекс защитных и укрепительных сооружений (подпорных стенок,дренажей)

2.1 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ НАГОРНОЙ КАНАВЫ

При проектировании канав необходимо выполнять следующие условия:

1. Канава должна пропускать весь расчетный расход воды без переполнения. Чтобы канава не переполнялась, ее сечению придается запас по глубине не менее 0,20м.

2. Строительные расходы должны быть минимальными.

3. Эксплуатационные расходы должны быть минимальными.

Для выполнения этих условий необходимо, чтобы выполнялось условие:

[ Uзаил]<U;

[ Uразм ]>U,

где [Uразм ] и [Uзаил ] - допускаемые скорости воды в канаве соответственно

по условиям размыва и заиливания.

Значение [Uразм ] зависит от типа крепления канавы. Применяются три типа крепления:

1. одерновка-травосеяние [Uразм ]=0,9м/с

2. с помощью каменной наброски [Uразм ]=2м/с

3. бетонное укрепление [Uразм ]=5-6м/с

Проектирование канав ведется по участкам при соблюдении рассмотренных выше требований. При их выполнении для каждого участка расчетом подбирается такое сечение канавы и такой уклон дна, при которых заданный расход воды Qз отличался бы от расчетного Qр не более, чем на 5%.

Для трапецеидального сечения канавы равна:

, (2.1)

где К для случая m1=m2=1,5 равно

(2.2).

Значение для канав обычно R1 м).

Гидравлически наивыгоднейшая площадь живого сечения м2:

(2.3).

Если окажется, что b<0,6 м, принимаем b=0.6 м. Производится перерасчет h при сохранении площади живого сечения = 1,018 м2 по формуле:

,

решая это уравнение относительно h, получаем:

(2.4).

Гидравлический радиус будет равен:

,

где - площадь живого сечения;

- смоченный периметр.

Для трапецеидального сечения: = b + Kh,

Коэффициент Шези С равен:

(2.5).

Скорость течения воды в канаве:

м/с (2.6).

После расчета производится проверка, допустима ли данная скорость для принятого типа укрепления. Допускаемые (неразмывающие) средние скорости течения для искусственных укреплений, м/с принимаются в соответствии с табл. 4 учебного пособия "Проектирование железнодорожного пути"

Если для расчета была принята площадь наивыгоднейшего живого сечения, которая не сохраняется для b=0,6 м, определяется расчетный расход:

м3/с. (2.7)

Расчетный расход Qр не должен отличаться от заданного Q более чем на допустимые 5%.

Расчет параметров канавы приведен в приложении 2.1

Приложение 2.1 Расчет продольного профиля нагорной канавы по методу верхового “сухого” сечения

2.2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОДКЮВЕТНОГО ДРЕНАЖА

Рассматривается двухсторонний подкюветный дренаж для выведения уровня грунтовых вод из зоны промерзания. Его проектирование состоит из следующих этапов:

определение глубины заложения дренажа;

определение притока воды в дренажах;

гидравлический расчет дренажных труб (расчет пропускной способности труб);

определение технической эффективности дренажа и срока его осушения.

Приложение 2.2. Проектирование подкюветного дренажа

2.2.1 Определение глубины заложения дренажа

Здесь приняты следующие обозначения:

I0 - средний уклон кривой депрессии

Lm - длина междудренажного пространства;

; (2.8)

В0 - ширина основной площадки выемки (7,6 м);

hk - глубина кювета, hk=0,6 м;

m - заложение откоса кювета, m=1,5.

L0 - длина горизонтальной проекции кривой депрессии до места пересечения несниженного уровня грунтовых вод (НУГВ) и сниженного уровня грунтовых вод (СУГВ);

H - глубина от НУГВ до дна дренажа;

h0 - расстояние от дна дренажа до верха трубы;

h0 = d +0,15,

d - диаметр трубы;

Z - глубина промерзания;

е - конструктивный запас;

f0 - стрела кривой депрессии:

f0 = I0Lm;

ак - высота капиллярного поднятия

2а - ширина дренажной траншеи, зависит от искомой глубины заложения дренажа;

Т - расстояние от дна дренажа до водоупора;

0 - высота высачивания.

Из геометрических соображений глубина заложения h дренажа будет:

h = Z + е + ак + f0 + h0 - hk (2.9)

Глубина от НУГВ до дна дренажа определяется по формуле:

Н = h + hk - (Абр-Агв) (2.10)

где Абр-Агв - разница в уровнях бровки основной площадки и горизонта грунтовых вод.

2.2.2Определение глубины заложения дренажа

#п/п	Название	Обозначение	ед измер.	Value for single parameter	Условие
1	Глубина промерзания	z	м	1,59	задание п.2.0
2	Запас, учитывающий колебания глубины промерзания и положения кривой депрессии, недопускающего вхождения грунтовых вод в зону промерзания	?	м	0,2	задать
3	Глубина кювета	k	м	0,60	задать
4	Крутизна откосов кювета со стороны пути	m1	-	1,50	задать
5	Крутизна откосов кювета в полевую сторону (равна крутизне откосов выемки)	m2	-	1,50	задать
6	Ширина основной площадки	B	м	7,00	по СТН Ц-01-95
7	Толщина балластного слоя вместе со сливной призмой	hб	м	0,50	задание п.4 (насыпь)
8	Высота капиллярного поднятия	dкап	м	0,93	задание п.1.5
9	Расстояние от оси выемки до ближней подошвы кювета (или ближней грани дренажа)	Lм	м	4,40	=(В / 2)+k*m1
10	Средний уклон кривой депрессии	iкд	-	0,058	задание п.1.8
11	Стрела кривой депрессии	f0	м	0,255	=Lм*iкд
12	Диаметр дрены (трубофильтра) - внутренний, табл.П.5.7, рис.5.36[2])	dдрены_внтр	м	0,150	по таблице П.5.7(стр.499) В.И.Грицык, 1998г. для круглых фальцевых трубофильтров
13	Толщина стенок	?тр	м	0,050	то же
14	Диаметр дрены (трубофильтра) - внешний	dдрены_вншн	м	0,200	=dдрены_внтр+?тр
15	Толщина песчаной подушки под дрену	hпп	м	0,150	>=0,15
16	Конструктивный размер	h0	м	0,35	=dдрены_вншн+hпп
17	Размер	f	м	0,61	=f0+h0
18	Глубина заложения дренажа	h	м	2,23	=z+?+dкап+f-hб-k

2.2.3 Гидравлический расчет дренажных труб

Транзитный расход воды, подходящей к верхнему сечению данного участка:

Qтр = трV (2.11)

Для круглой трубы: тр=рd2/4, м2(2.12)

Определим скорость движения воды: V=CvRIv, м/с;

ч=рd, м (2.13)

R=тр/ч, м; (2.14)

(2.15)

Необходимо соблюдение условия Qтр1,5 Qдоп, где Qдоп - допустимый расход воды.

2.2.4 Определение технической эффективности дренажа и срока его осушения

Техническая эффективность дренажа определяется коэффициентом водоотдачи m0. Порядок расчета следующий:

вычисляется коэффициент пористости:

(2.16)

где nГ- пористость грунта выемки;

удельный вес скелета грунта:

, кН/м3; (2.17)

где S - удельный вес грунта;

определяется водоотдача:

mo=nГ-(1+б)*Wм*гd/гe (2.18)

где - величина капиллярно связанной воды.

коэффициент водоотдачи

м=mo/nГ

Дренаж эффективен, если м?0,2

Срок осушения грунта t0 - это время, в течение которого найденная эффективность дренажа будет осуществлена, т.е. кривые депрессии грунтовой воды займут свое стационарное положение. Величина t0 определяется по формуле (в секундах, затем переводим в сутки, разделив результаты на 86400 секунд):

(2.19)

где m0 - водоотдача;

L0 - длина проекции кривой депрессии по горизонтам с правой стороны, м;

Kf - коэффициент фильтрации;

В - коэффициент определяемый по формуле:

(2.20)

а - полуширина траншеи дренажа;

1, 2 - некоторые функции осушения, зависящие от вида дренажа.

Для полевой стороны:

(2.21)

2 = 0

Для междудренажной стороны:

,

где А - коэф., определяемый по таблицам в зависимости от h0/H.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Железнодорожный путь. Под ред. Т.Г. Яковлевой - М.: Транспорт, 2001

2. Расчеты и проектирование железнодорожного пути. Под ред. В.В. Виноградова и А.М. Никонова - М.: Маршрут, 2003

3. Железные дороги колеи 1520 мм, СТН Ц-01-95 МПС РФ, 1995

ПРИЛОЖЕНИЕ

	Исходные данные к расчету устойчивости откоса 1лист
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
#п/п	Название	Обозначение	ед измер.	Значение	Условие
1	Удельный вес частиц грунта насыпи	?s	кН/м^3	27	задание п.5.2
2	Удельный вес грунта насыпи	?	кН/м^3	20,21	расчет в п.1.1
3	Коэффициент пористости грунта насыпи	есред	-	0,484	расчет в п.1.1
4	Угол внутреннего трения грунта насыпи	?	град	19,00	задание п.5.4
5	Удельное сцепление грунта насыпи	с	кПа	15,9	задание п.5.5
6	Удельный вес частиц грунта основания	?sосн	кН/м^3	27,10	задание п.6.2
7	Напряжения на контакте насыпи с основанием (по оси насыпи)	?осн=?0 т.2.насыпи	кН/м^2	270,814	расчет в части 1.1.
8	Коэффициент пористости грунта основания	еосн	-	0,595	определяется по компрессионной кривой основания от напряжения на контакте насыпи с основанием (по оси насыпи)
9	Угол внутреннего трения грунта основания	?осн	град	14,00	задание п.6.4
10	Удельное сцепление грунта основания	сосн	кПа	29,30	задание п.6.5
11	Удельный вес воды	?в	кН/м^3	9,81	задать
12	Ширина нагрузки от ВСП	bвс	м	4,6	из справочников
13	Нагрузка от верхнего строения	pвс	кПа	16	из справочников
14	Ширина поездной нагрузки	bп	м	2,7	Длина шпалы
15	Интенсивность поездной нагрузки	pп	кПа	80	задать
16	Поперечный уклон местности	iосн	-	0,01	задание п.5.8
17	Глубина воды при расчетном уровне (взята с обеспеченностью 0.33%)	d=df	м	3,06	задание п.8.0
18	Уклон кривой дипрессии	I0	-	0,07	задать
19	Высота капиллярного поднятия	dкап	м	1,28	задание п.5.6
20	Высота фиктивного столба грунта от ВСП	zвсп	м	0,79	=pвс/?
21	Высота фиктивного столба грунта от поездной нагрузки	zп	м	3,96	=pп/?
22	Вес грунта насыпи с водой в капиллярах	?брутто	кН/м^3	21,39	=(?s+?в*е)/(1+е)
23	Вес грунта насыпи взвешенного в воде	?sв	кН/м^3	11,58	=(?s-?в)/(1+е)
24	Угол внутреннего трения грунта насыпи в водонасыщенном состоянии	?sat	град	14,25	=??- 0,25*?
25	Удельное сцепление грунта насыпи в водонасыщенном состоянии	сsat	кПа	7,95	= c - 0,50*c
26	Вес грунта основания взвешенного в воде	?sвосн	кН/м^3	10,84	=(?sосн-?в)/(1+еосн)
27	Угол внутреннего трения грунта основания в водонасыщенном состоянии	?satосн	град	10,50	=??осн- 0,25*?осн
28	Удельное сцепление грунта насыпи в водонасыщенном состоянии	сsatосн	кПа	14,65	= cосн - 0,50*cосн
29	Допускаемый коэффициентустойчивости	[К]	-	1,2	по формулам в СТН-Ц 95

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//



	Исходные данные к расчету устойчивости откоса 1лист
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
#п/п	Название	Обозначение	ед измер.	Значение	Условие
1	Удельный вес частиц грунта насыпи	?s	кН/м^3	27	задание п.5.2
2	Удельный вес грунта насыпи	?	кН/м^3	20,21	расчет в п.1.1
3	Коэффициент пористости грунта насыпи	есред	-	0,484	расчет в п.1.1
4	Угол внутреннего трения грунта насыпи	?	град	26,60	задание п.5.4
5	Удельное сцепление грунта насыпи	с	кПа	22,26	задание п.5.5
6	Удельный вес частиц грунта основания	?sосн	кН/м^3	27,10	задание п.6.2
7	Напряжения на контакте насыпи с основанием (по оси насыпи)	?осн=?0 т.2.насыпи	кН/м^2	270,814	расчет в части 1.1.
8	Коэффициент пористости грунта основания	еосн	-	0,595	определяется по компрессионной кривой основания от напряжения на контакте насыпи с основанием (по оси насыпи)
9	Угол внутреннего трения грунта основания	?осн	град	14,00	задание п.6.4
10	Удельное сцепление грунта основания	сосн	кПа	29,30	задание п.6.5
11	Удельный вес воды	?в	кН/м^3	9,81	задать
12	Ширина нагрузки от ВСП	bвс	м	4,6	из справочников
13	Нагрузка от верхнего строения	pвс	кПа	16	из справочников
14	Ширина поездной нагрузки	bп	м	2,7	Длина шпалы
15	Интенсивность поездной нагрузки	pп	кПа	80	задать
16	Поперечный уклон местности	iосн	-	0,01	задание п.5.8
17	Глубина воды при расчетном уровне (взята с обеспеченностью 0.33%)	d=df	м	3,06	задание п.8.0
18	Уклон кривой дипрессии	I0	-	0,07	задать
19	Высота капиллярного поднятия	dкап	м	1,28	задание п.5.6
20	Высота фиктивного столба грунта от ВСП	zвсп	м	0,79	=pвс/?
21	Высота фиктивного столба грунта от поездной нагрузки	zп	м	3,96	=pп/?
22	Вес грунта насыпи с водой в капиллярах	?брутто	кН/м^3	21,39	=(?s+?в*е)/(1+е)
23	Вес грунта насыпи взвешенного в воде	?sв	кН/м^3	11,58	=(?s-?в)/(1+е)
24	Угол внутреннего трения грунта насыпи в водонасыщенном состоянии	?sat	град	19,95	=??- 0,25*?
25	Удельное сцепление грунта насыпи в водонасыщенном состоянии	сsat	кПа	11,13	= c - 0,50*c
26	Вес грунта основания взвешенного в воде	?sвосн	кН/м^3	10,84	=(?sосн-?в)/(1+еосн)
27	Угол внутреннего трения грунта основания в водонасыщенном состоянии	?satосн	град	14,00	=??осн
28	Удельное сцепление грунта насыпи в водонасыщенном состоянии	сsatосн	кПа	29,30	= cосн
29	Допускаемый коэффициентустойчивости	[К]	-	1,2	по формулам в СТН-Ц 95

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на Allbest.ru