Усиление земляного полотна эксплуатируемых линий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МПС РОССИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Одобрено кафедрой

«Путь и строительство железных дорог»

Заведующий кафедрой З.Л. Крейнис

Деканом факультета

«Транспортные сооружения и здания»

Т.И. Милых

Задание на курсовую работу с методическими указаниями

для студентов V курса

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ

Усиление земляного полотна эксплуатируемых линий

специальности

291100. МОСТЫ И ТРАНСПОРТНЫЕ ТОННЕЛИ

Составитель: доц. П.Г. Пешков

Москва 2001

Задание на курсовую работу «Усиление земляного полотна эксплуатируемых линий»

Курсовая работа состоит из трех самостоятельных заданий:

Оценка местной устойчивости откоса эксплуатируемой насыпи из глинистых грунтов.

Проектирование укрепления откоса пойменной насыпи.

Проектирование осушения рабочей зоны земляного полотна в выемке.

Исходные данные для выполнения курсовой работы приведены в табл. 1. Варианты 1-10 предназначены для студентов, у которых сумма цифр шифра нечетная, варианты 11-20 - для студентов у которых сумма цифр четная. Учитываются цифры, идущие после года приема и обозначения специальности.

Номер заданного варианта определяется последней цифрой шифра, для студентов с четной суммой цифр - последней цифрой шифра плюс 10.

Курсовые работы, выполненные не по заданному варианту, не рассматриваются и не рецензируются.

Оформление курсовой работы

Курсовая работа, предоставляемая на кафедру для зачета, должна состоять из пояснительной записки и схем.

Пояснительная записка должна содержать исходные данные из табл. 1, необходимые расчеты и пояснения к ним. По каждому заданию представляются схемы рассмотренных конструкций земляного полотна в масштабах 1:100 - 1:200 на миллиметровой бумаге форматом А4.

В конце работы приводится список использованной литературы.

Исходные данные

Показатели	Значения показателей
	1	2	3	4	5	6	7
Задание 1 Высота насыпи H, м	8,0	8,6	9,2	9,8	10,3	11,0	11,2
Показатель крутизны откоса, m	1,9	1,8	1,7	1,6	2,4	1,8	1,8
Толщина слоя дренгрунта, hбм, м	0,7	0,8	0,9	1,0	0,7	1,1	1,0
Влажность предела текучести глин, WL	0,50	0,47	0,45	0,40	0,52	0,44	0,42
Коэффициент кривой, Kt	0,20	0,16	0,17	0,14	0,15	0,13	0,18
Задание 2 Отметка бровки бермы, yб, м	69,6	70,2	70,6	49,0	70,0	67,7	66,0
Отметка наивысшего уровня воды, yнув, м	59,0	69,0	69,0	47,5	68,0	66,2	65,0
Расчетная ширина реки, B, км	2,2	2,4	2,3	2,7	2,5	2,0	1,9
Расчетная глубина реки, H, м	3,6	3,6	4,1	3,5	3,4	3,0	4,2
Расчетная скорость ветра, W10, м/сек	11	13	12	15	11	14	12
Угол между направлением ветра и урезом воды, град.	35	45	40	50	60	45	50
Скорость течения реки, V, м/сек	1,0	1,2	0,8	0,7	0,5	1,1	1,0
Задание 3 Показатель неоднородности песков, Си	2,4	5,2	4,7	3,9	6,3	2,7	3,8
Содержание фракций d?0,1мм, A0,1, %	12	8	10	10	6	14	11
Содержание фракций d?2мм, A2, %	63	70	92	83	87	96	88

Таблица 1

по вариантам
8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
11,8	12,4	13,0	13,1	13,6	14,0	12,3	15,0	14,2	12,9	12,4	10,6	12,3
2,1	2,4	2,0	1,9	2,3	2,0	2,2	2,2	2,4	2,3	1,7	2,5	2,1
1,2	0,9	1,3	1,2	0,7	1,0	0,9	0,8	1,3	0,9	0,7	0,6	0,8
0,49	0,53	0,43	0,40	0,46	0,40	0,43	0,48	0,45	0,47	0,46	0,55	0,43
0,16	0,17	0,15	0,18	0,14	0,12	0,19	0,14	0,16	0,20	0,14	0,20	0,16
71,5	57,4	56,5	51,4	47,7	66,3	46,5	61,4	77,7	49,4	67,7	69,9	57,4
69,5	56,6	55,7	50,2	46,2	64,7	45,0	60,2	76,7	47,8	66,2	68,3	53,5
2,1	1,8	2,6	2,8	2,9	3,0	1,8	2,4	2,0	2,1	2,5	2,8	3,0
3,4	3,2	3,0	3,0	3,2	3,4	3,7	3,8	2,9	3,4	3,7	4,0	4,1
16	12	14	15	16	12	13	8	11	14	13	12	11
35	45	60	35	40	45	40	50	60	65	55	50	45
0,9	1,6	0,5	1,2	1,6	1,7	1,8	0,5	1,4	1,3	1,5	1,4	1,6
4,2	6,1	7,4	3,0	3,7	2,9	4,6	5,4	2,9	3,8	4,4	3,4	5,0
9	5	5	10	13	14	8	9	15	7	8	5	10
75	54	56	82	90	96	75	68	92	85	70	80	68

Показатели	Значение показателей
	1	2	3	4	5	6	7
Глубина промерзания, Z, м	1,37	1,41	1,49	1,52	1,50	1,46	1,36
Толщина балласта, hб, м	0,65	0,60	0,65	0,70	0,60	0,65	0,65
Отметка бровки, yб, м	78,8	91,0	80,0	83,0	75,0	63,0	60,5
Отметка уровня грунтовых вод, yгв, м	79,6	91,6	80,8	83,6	75,6	63,6	61,0
Отметка водоупора, yв, м	73,0	82,2	72,4	75,4	68,0	55,0	52,0
Уклон дна кювета, i, ‰	5	8	4	6	3	7	10

1. Оценка местной устойчивости откоса эксплуатируемой насыпи из глинистых грунтов

Исходя из опыта сооружения и эксплуатации железнодорожного земляного полотна, утвержденным сводом правил «Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм» (СП32-104-98) существенно ограничено использование глинистых грунтов с влажностью предела текучести W_L> 0,40 (табл. 4.1, стр. 3). Отсутствие таких ограничений в ранее действовавших нормативных документах привело к тому, что на сети дорог, в т.ч. на отдельных магистральных линиях, находятся в эксплуатации насыпи, сооруженные из тяжелых суглинков и глин, потенциально опасные в части возможности образования сплывов откосов при экстремально неблагоприятном сочетании погодных условий (прохождения ливневых осадков после засушливого периода, бурном снеготаянии весной и других). Традиционные способы оценки устойчивости откосов по показателям состояния глинистых грунтов (естественной плотности, влажности и прочности, установленных в произвольных момент проведения инженерно-геологического обследования) не отражают возможностей их изменения в экстремальных ситуациях. Более перспективным для этой цели является использование показателей водно-физических свойств глинистых грунтов, позволяющих определить значения плотности, влажности и прочности при возможности полной реализации их способности к усадке и набуханию в зависимости от глубины залегания.

Настоящим заданием предусматривается прогнозная оценка местной устойчивости откоса эксплуатируемой насыпи из глинистых грунтов в зависимости от их влажности на пределе текучести W_L и геометрических характеристик насыпи при заданных кривизне, а также точках входа и выхода кривой смещения.

При этом принимаются следующие допущения:

интенсивному выветриванию под влиянием климатических факторов подвергаются грунты откоса насыпи, грунты под основной площадкой, перекрытые слоем накопленных балластных материалов, изменяют свойства в меньшей степени;

вследствие указанного выше наиболее вероятным и чаще наблюдаемым в практике является нарушение местной устойчивости откосов с образованием срыва у концов шпал.

глинистые грунты насыпи с влажностью предела текучести W_L? 0,40 относятся к полиминеральным разновидностям и подчиняются установленным зависимостям показателей состояния от бытового давления (глубины залегания) рассматриваемого грунта.

Проверочный расчет местной устойчивости откоса эксплуатируемой насыпи с использованием исходных данных табл. 1 по каждому варианту выполняется аналитическим способом в следующем порядке с определением:

длины хорды AB по формуле:

(1),

значения t

t=K_t•H

радиуса кривой скольжения R

(2)

угла наклона хорды б

(3)

половины центрального угла кривой скольжения

(4)

координаты центра кривой скольжения

x_R = nH+R•sin(б?м)(5)

y_R=R•cos(б?м)(6)

ширины отсеков в откосной части насыпи

,

где N - число отсеков выбирается по условиям N?4 и b?6 м.

Ширина первого отсека b₁=x₁=2,2 м принимается для всех вариантов постоянной по условию ширины основной площадки земляного полотна B=7,0 м и длины шпалы l_ш=2,7 м.

Далее расчет производится в табличной форме применительно к учебным схемам [2,3,4] с определением для каждого отсека.

координаты левой грани

x_in=x_(i-1)л+b_i

ординаты середины отсека

угла в_i

отметка поверхности середины отсека

отметка кривой скольжения в середине отсека

y_iк=y_R-Rcosв_i

высота отсека

h=y_in-y_iк

вес отсека

g_i=2b_ih_i

(для всех вариантов принимает объемный вес грунта с=2 т/м³)

f=tg(ц-2)

Далее для каждого отсека определяются:

удерживающая сила по сцеплению

удерживающая сила по углу внутреннего трения

T_удц=fg_icosв_i

сдвигающая сила

T_сд=g_isinв_i

Коэффициент местной устойчивости откоса определяется по формуле:

,

где с_W = 1 т/м³ - объемный вес воды,

h_max - максимальная высота отсека из числа определенных.

При К_m?1,1 и отсутствии признаков деформирования устойчивость откоса считается обеспеченной, при К_m<1,1 имеется потенциальная опасность деформирования откоса, необходимо обследование насыпи и назначение, при необходимости мероприятий по ее усилению.

Пример расчета коэффициента местной устойчивости откоса

эксплуатируемой насыпи из глинистых грунтов

При расчете используются следующие исходные данные:

высота насыпиH=10 м

показатель крутизны откосаn=2,0

толщина слоя балластных материаловh_бм=1,0 м

влажность предела текучестиW_L=0,50

показатель кривизны кривойK_t=0,16

Последовательно вычисляем:

длину хорды

м

d=12 м, d²=144

глубину кривой в середине хорды

t=K_t•H=0,16•10=1,6 м; t²=2,56

радиус кривой

м

угол наклона хорды

половину центрального угла кривой

координаты центра кривой

x_R=nH+x₁+R•sin(б?м)=2•10+2,2+45,8•sin(22,024-15,189)=27,65 м

y_R=R•cos(б?м)=45,8•cos(22,024-15,189)=45,47

ширину отсека на откосе

м

Дальнейшие вычисления проводим в табличной форме для каждого отсека.

Таблица 1.1 Расчет устойчивости откоса

Показатели	Значения для отсеков
	1	2	3	4	5
Ширина отсека b, м	2,2	5,0	5,0	5,0	5,0
Абсцисса левой грани Xл, м xni=xл (i-1) +b	2,2	7,2	12,2	17,2	22,2
Абсцисса середины отсека, м	1,1	4,7	9,7	14,7	19,7
Центральный угол, град	35,43	30,07	23,07	16,42	10,00
Ордината поверхности среднего отсека	10	8,75	6,25	3,75	1,25
Ордината кривой yk=yR-R cosвi	8,15	5,83	3,33	1,54	0,37
Высота отсека h=yn-yk	1,85	2,86	2,92	2,21	0,88
Вес отсека при с=2 т/м3 g=2•h•b	4,07	28,6	29,20	22,10	8,80
C	0,85	1,15	1,18	0,90	0,50
Удельная сила по сцеплению	2,30	5,75	6,41	4,69	2,54
Коэффициент трения f=tg(ц-2)	f=tg(16-2)=0,249
Удельная сила по трению Tудц=f•g•cosв	0,83	6,16	6,69	5,28	2,16
Сдвигающая сила Tсд=g•sinв	2,36	14,33	11,44	6,25	1,53

Насыпь относится к потенциально опасным, требует обследования и, в зависимости от его результатов, назначения мероприятий по усилению.

2. Проектирование укрепления откоса пойменной насыпи

С использованием исходных данных табл. 1 по каждому из вариантов определению подлежат:

параметры волнового воздействия на укрепляемый откос

достаточность высоты бермы

вес и размеры камня верхнего и нижнего слоя укрепления

достаточность укрепления по заданной скорости потока

По всем вариантам задания соблюдаются условия:

тип водоема мелководный с диапазоном средней глубины реки 2,5<H<4,0 м;

максимальная ширина реки изменяется в диапазоне 1,6<B<3,2 км;

расчетная скорость ветра на высоте 10 м над уровнем воды изменяется в диапазоне 8<W₁₀<16 м/сек;

крутизна откоса низовой бермы принята 1:2.

В указанных условиях возможно графические зависимости расчетных величин высоты h_Р и длина л волны [1,2] заменить аналитическими, а также в запас надежности укрепления не учитывать трансформации волн в отсутствии глубоководных участков.

С использованием приближенных зависимостей расчетной высоты волны от средней глубины реки H (рис. 100 и 101 пособия (2)) принимается:

при W₁₀=10 м/секh_р=0,23+0,11H

при W₁₀=20 м/секh_р=0,23+0,22H

Значение длины волны л/h=f(h_р, W₁₀) принимается по табл. 2.

Таблица 2 Значение л, м

hр	W10
	8	12	16	20
0,5	5,6	5,5	5,4	5,3
0,75	9,1	8,8	8,5	8,3
1,00	12,8	12,3	11,7	11,4
1,25	16,6	15,8	15,1	14,4

Промежуточные значения л для заданных h_p и W₁₀ определяются последовательной линейной интерполяцией.

Порядок и пример расчета укрепления откоса пойменной насыпи приведен ниже. земляной откос глинистый

При расчете используются следующие исходные данные (по вариантам задания и в примере)

отметка бровки низовой бермыy_б=101,8 см

отметка наивысшего уровня водыy_нув=100,00 м

минимальная ширина реки в зоне ветрового разгонаB=2,6 км

средняя глубина рекиH=4,2 м

расчетная скорость ветра на высоте 10 м

над уровнем воды W₁₀=15 м/сек

угол между направлением ветра и урезом водыв=40є

скорость течения воды вдоль откосаV_в=1,5 м/сек

показатель крутизны откосаm=2,0

Последовательно определяем с использованием зависимостей настоящей методики:

длину разгона ветровых волн Д

Д=5•B=5•2,6=13,0 км

(отмечаем, что 8<Д<18 км)

расчетную высоту волны при скорости ветра W₁₀=10 м/сек

h₁₀=0,23+0,11H=0,23+0,11•4,2=0,69 м

расчетную высоту волны при скорости ветра W₁₀=20 м/сек

h₂₀=0,23+0,22H=0,23+0,22•4,2=1,15 м

расчетную высоту волны при заданной скорости ветра W₁₀=15 м/сек

м

по табл. 2 определяем длину волны л=11,6

высоту наката волны h_н

м

высоту ветрового нагона ДZ

м

верхнюю границу укрепления y_y

y_ук=y_нув+h_н+ДZ+a=100,00+1,17+0,16+0,25=101,58 м

(отмечаем y_ук<y=101,80 м, наращивания бермы не требуется)

вес отдельных камней наброски Q_к

т

средний размер камня

м

минимальную толщину каменной наброски

м

вес камня нижнего слоя наброски

q_к=0,05Q_к=0,05•0,288=0,0144 т

средний размер камня нижнего слоя

м

толщину нижнего слоя каменной наброски t₂

м

допустимую скорость течения воды по наброске V_д

м/сек

(отмечаем, что V_д>V_в=1,5 м/сек)

Полученная конструкция укрепления представляется в виде схемы с указанием конкретных размеров. В основании нижнего слоя предусматривается укладка геотекстиля во избежание суффозионного повреждения тела насыпи.

3. Проектирование осушения рабочей зоны земляного полотна в выемке

Осушение подбалластного основания в выемках и на нулевых местах, как правило, имеет целью предупредить неравномерное пучение при промерзании, а также снизить интенсивность накопления остаточных осадок пути при вибродинамическом воздействии поездной нагрузки.

Настоящим заданием предусматривается проектирование дренажа для осушения однопутной выемки, прорезающей водоносный слой песчаного грунта с заданными показателями гранулометрического состава.

Одинаковыми для всех вариантов являются:

ширина на основной площадке B=7,0 м

глубина кювета h_к=0,6 м, показатели заложения его путевого и полевого откосов 1:m=1:1,5;

ширина дренажной траншеи 2d=0,5 м применительно к технологии ее сооружения экскаватором типа ЭТЦ-202

высота капиллярного поднятия песчаного грунта основания h_к=0,35 м

расстояние от верха дренажной трубы до дна дренажа h₀=0,30 м

величина запаса на колебание уровня капиллярных вод и глубины сезонного промерзания e=0,25 м

В качестве исходных данных для проектирования в табл. 1 приведены:

С_и=d₆₀/d₁₀ - коэффициент неоднородности песков, отражающий соотношение диаметров фракции, составляющих соответственно 60% и 10% от веса пробы грунта;

A_0,1 - весовое содержание в песке пылеватых фракций диаметром менее 0,1 мм

A_2,0 - весовое содержание песчано-пылеватых фракций диаметром менее 2 мм

y_гв - условная отметка уровня грунтовых вод;

y_в - условная отметка водоупора;

y_б - условная отметка бровки основной площадки земляного полотна;

h_б - толщина балласта;

L - длина участка;

i - продольный уклон дна кювета в ‰;

Z- глубина промерзания.

Расчету подлежат:

глубина дренажной траншеи

гидравлические характеристики песков водоносного слоя (коэффициент фильтрации K_ф и средний уклон линии депрессии)

удельный и общий расход дренажа

диаметр полимерных дренажных труб.

Ниже приводится порядок и пример расчета названных показателей. Пример расчета дан для следующих исходных данных:

C_и=3,2;A_0,1=13%;A_2,0=60%;y_гв=75,0 м

y_в=68,4 мy_б=74,6 м;Z=1,45 м;L=650 м;i=0,005

Последовательно определяются

коэффициент фильтрации песчано-пылеватых скелетообразующих фракций

м/сутки

весовая доля песчано-пылеватых фракций

относительная плотность песчано-пылеватых фракций

объемная доля песчано-пылеватых фракций

коэффициент фильтрации песка

м/сут

средний уклон кривой депрессии

высота линии депрессии в междренном пространстве

f=4,4•J₀=4,4•0,028=0,12 м

глубина дренажной траншеи

h_д=z+e+h_к+f+h₀-h_к-h_б=1,45+0,25+0,35+0,12+0,3-0,60-0,55=1,32 м

отметка дна дренажной траншеи

y_д=y_б-h_к-h_д=74,6-0,6-1,32=72,68 м

толщина водоносного слоя над дном дренажа

H=y_гв-y_д=75,0-72,68=2,32 м

толщина водоносного слоя под дренажом

T=y_гв-y_в-H=75,0-66,4-2,32=6,28 м

длина линии депрессии с полевой стороны

м

При и

показатель водопроницаемости q₂ будет равен

приток воды в дренаж с полевой стороны будет равен

=0,213 м³/сут

Для междренной стороны, когда

и

значение q₂=0,35 и постоянно для всех вариантов

расход с междренной стороны будет равен

q_м=K_фJ₀|J_ом(J₀+q₂)+2h₀|=1,17•0,028|4,4(0,028+0,35)+2•0,30|=0,074 м³/сут

общий удельный расход на 1 п. м трубы

q=q_n+q_м=0,213+0,074=0,287 м³/сут

расход в конце дренажа

Q=qL=0,287•650=186,6 м³/сут

расчетный расход

Q_р=1,5Q=1,5•186,6=280 м³/сут

Или

м³/сек

расчетный диаметр дренажной трубы

м

Согласно [7] по условиям коптирования инфильтрующих вод, продления срока службы и обеспечения механизированной очистки при засорении принимаем к укладке трубы диаметром d=160 мм.

Литература

«Основы устройства и расчетов железнодорожного пути», под ред. С.В. Амелина и Т.Т. Яковлевой, М., Транспорт, 1990 г.

Фришман М.А., Хохлов И.Н., Титов В.П. Земляное полотно железных дорог, М., Транспорт, 1972 г.

Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. М., Транспорт, 1978 г.

Временные методические указания по расчету устойчивости эксплуатируемых насыпей и проектированию конрбанкетов. М., Транспорт, 1979 г.

Пособие по проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна (к СниП 2.05.02-85 «Автомобильные дороги»), М., Стройиздат, 1989 г.

Стандартные проектные решения и технологии усиления земляного полотна при подготовке полигонов сети для введения скоростного движения пассажирских поездов МПС, М., вып. 1 1997 г., вып. 2 1998 г.

Альбом стандартных решений водоотводных устройств на железных дорогах МПС, М., 2000 г.

Технологические указания по сооружению продольных закрытых дренажей механизированным способом, М., Транспорт, 1986 г.

Крейнис З.Л., Федоров И.В. «Железнодорожный путь». Учебник для колледжей и техникумов железнодорожного транспорта, М., УМК МПС, 2000 г.

Размещено на Allbest.ru