Проектирование пойменной насыпи

Содержание

 

Введение 5

1. Проектирование пойменной насыпи 8

1.1 Определение необходимой плотности грунта насыпи 8

1.2. Проектирование поперечного профиля насыпи­­­­­­­­____________ 13

1.2.1 Определение высоты наката волны 13

1.2.2 Расчет устойчивости насыпи 13

2. Проектирование и оздоровление выемки 17

2.1 Расчет водоотводной канавы 17

2.2 Вариант каменной наброски 20

2.2.1 Вариант плитного покрытия 22

2.3 Проектирование дренажа 23

2.3.1 Определение технической эффективности дренажа 24

2.3.2 Определение размерных параметров дренажной траншеи 25

2.3.3 Определение срока осушения междренажного пространства 25

2.3.4 Гидравлический расчет дренажа 27

2.3.5 Выбор дренажных труб, смотровых колодцев 29

2.4 Проектирование противопучинных конструкций 31

2.4.1 Вариант противопучинной подушки 31

2.4.2 Вариант термопокрытия 32

Заключение 35

Список литературы 36

 

 

Введение

Развитие транспортных коммуникаций для освоения природных богатств России, строительство новых, в том числе высокоскоростных железных дорог, необходимость ремонтов и усиления железнодорожного пути требует решения сложных многопараметрических инженерных задач по обеспечению стабильности земляного полотна, которая оценивается по многим критериям. Согласно ПТЭ железных дорог земляное полотно, все элементы железнодорожного пути по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с наибольшими установленными скоростями. Земляное полотно должно обеспечивать долговременную стабильность при пропуске перспективного подвижного состава с максимальными скоростями, расчетной грузонапряженностью, должно быть равнонадежным и ремонтопригодным при малой ресурсостоимости.

Земляное полотно железных дорог представляет собой сложны комплекс грунтовых объектов, функционирующих в условиях природно-климатической среды и динамических поездных нагрузок, которые, изменяя состояние грунтовой среды, влияют на уровень надежности земляного полотна. Особенностями земляного полотна железных дорог являются значительные рабочие отметки, наличие верхнего строения, поездных нагрузок

Причем допустимые напряжения на основную площадку земляного полотна (до 0,08 МПа) в сотни и тысячи раз меньше, чем элементы верхнего строения пути (например, в рельсах 240 МПа). Сложность объектов земляного полотна, случайный характер проявления факторов природной среды функционирования существенно влияют на темпы строительства, долговременную стабильность земляного полотна и эксплуатационную надежность движения поездов, что наглядно проявлялось на Байкало-Амурской магистрали.

Стабильность и надежность объектов земляного полотна зависят от управляющих инженерных воздействий, технических решений, начиная от изысканий и проектирования до содержания и ремонтов. Практическая инженерная деятельность связана с непрерывным решением многих технических задач либо по расчетам и проектированию конструкций, либо по планированию, организации работ и оперативному управлению. Принятие решения предусматривает анализ условий проектирования, производственных ситуаций, прогнозных оценок, разработку вариантов, выбор оптимального (при ограничениях технических, природных, ресурсных), удовлетворяющего целевым потребностям.

Целевое назначение объектов земляного полотна соответствует состоянию стабильности, регламентируемой нормативными значениями критериев качества земляного полотна. Стабильность характеризуется совокупностью критериев состояния в некоторых нормативных пределах изменчивости бытового состояния.

Поскольку факторы внешней среды влияют на состояние внутренней грунтовой и существует доминирование

То стабильность можно выразить опосредованной зависимостью

 

 

Стабильность определяется некоторым множеством размерных параметров, показателей напряженного состояния, устойчивости от смещения, осадок и других, которые являются метрическими характеристиками технического состояния объектов земляного полотна.

Расчеты и проектирование земляного полотна выполняется на двух этапах: первый при изысканиях и проектировании новых железнодорожных линий, вторых путей, с учетом природных и экологических условий, когда нарушаются водосборные бассейны, формируются пойменные насыпи, на рушаются лесные, грунтовые массивы в карьерах и т.д.; второй – после длительных многократных циклов посезонного воздействия природно-климатической среды при разработке проектов ремонта, реконструкции, усиления (при увеличении силовых нагрузок) по данным обследования объекта земляного полотна и состоянию их грунтовой среды. Возможны аварийные ситуации, когда необходимы срочные проектные решения. Целесообразно сочетание автономных расчетов элементов и системного проектирования объекта земляного полотна на основе системного анализа.

Технические решения, как мера управления нормальным функционированием и стабильностью объекта земляного полотна, реализуемые на системотехнических принципах структурного синтеза, параметрического анализа и оптимизации с использованием экономико-математических методов, являются перспективными.

 

Проектирование пойменной насыпи

 

1.1. Определение необходимой плотности грунта насыпи

 

Необходимая (нормативная) плотность грунта , которая обеспечивает прочность насыпи, т.е. ее работу в период эксплуатации в упругой стадии (без осадочных деформаций), определяется расчетом как функция напряженного состояния грунта насыпи по формуле:

 

; ,

 

где – плотность частиц грунта, т/м³;

– коэффициент пористости;

W – влажность грунта, %;

g – ускорение силы тяжести, м/с².

 

Расчетный коэффициент пористости (показатель состояния грунта насыпи в упругой стадии), характеризующий необходимую плотность грунта, вычисляется по формуле:

 

, , ,

 

где К_е – коэффициент многократности приложения нагрузки. К_е = 1,65;

е_сн, е_ск – коэффициенты пористости, начальное и конечное его значение при статической нагрузке ;

е_он, е_ок - коэффициенты пористости, начальное и конечное его значение при полной нагрузке .

 

Напряжения в насыпи от прямоугольных полосовых нагрузок Р_п, Р_вс можно рассчитать по формуле:

,

 

где I_ji – коэффициент рассеяния напряжений, табличные значения доли напряжений вертикальной составляющей, соответствующей интенсивности нагрузки Р_j = 1,0 кПа в i -й точке.

 

Известно: насыпь однопутная, сечение насыпи находится на ПК 1754+30. На этом пикете отметка земли равна О_з = 197,1 м, а отметка бровки равна О_бр = 212,94 м, тогда высота насыпи определяется по формуле:

 

, м

м

 

Категория дороги 3, шпалы деревянные, грунт - супесь: т/м³; влажность W = 20%; поездная нагрузка Р_п = 80 кПа; ширина полосовой нагрузки от поезда b_п = 2,70 м; нагрузка от верхнего строения пути Р_вс = 14 кПа; ширина полосовой нагрузки от верхнего строения b_вс = 4,30 м; ширина основной площадки земляного полотна В_оп = 6,6 м.

 

В точке 0 (x₀ = 0,0: y₀ = 0,0); h₀ = 0 м.

 

В соответствии с координатным положением точки (рис. 1.2) находятся вертикальные составляющие напряжений от единичной нагрузки. Вертикальная составляющая напряжений от поездной нагрузки выразится как функция:

I_по = f (x / b_п; y / b_п);

I_по = f (0,0/2,70; 0,0/2,70) = f (0,0; 0,0) = 1,0.

 

Тогда напряжение от поездной нагрузки будет равно:

 

, кПа;

кПа.

 

Вертикальная составляющая от верхнего строения пути выразится так:

I_вс = f (x / b_вс; у / b_вс);

I_вс0 = f (0,0/4,90; 0,0/4,90) = f (0,0; 0,0) = 1,0.

 

Напряжения от верхнего строения пути будет равно:

 

, кПа;

кПа.

 

Далее находится общее напряжение:

 

, кПа;

 

где – статическое напряжение;

, кПа;

 

кПа;

кПа.

 

По компрессионной кривой, построенной по данным задания, находятся коэффициенты пористости грунта при статической и общей нагрузках

(рис 1.1):

при кПа е_сн = 0,735; е_ск = 0,623;

при кПа е_он = 0,676; е_ок = 0,603.

 

Вычисляем: ;

.

 

Рассчитываем коэффициент пористости:

 

Рассчитываем необходимую плотность грунта:

 

т/м³.

 

Находим объемный вес грунта:

 

кН/м³.

 

Дальнейший расчет для точек 1, 2, 3, 4 приведен в табличной форме (таблица 1.1).

По результатам расчета вычерчиваются эпюры сжимающих напряжений σ_i, а также е_оi, , γ_i (рис. 1.2).

 

Находим средние значения:

 

,

 

т/м³;

 

 

кН/м³.

 

Таблица 1.1 – Определение плотности грунта по оси насыпи

Расчетные величины	Значение величин для точек
yi, м	0,00	3,96	7,92	11,88	15,84
hi = yi- yi-1, м	0,00	3,96	3,96	3,96	3,96
xi, м	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
bп, м	2,70
xi / bп	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
yi / bп	0,00	1,5	2,93	4,4	5,87
Iпi = f (xi / bп; yi / bп)	1,00	0,4	0,2	0,148	0,113
рп, кПа	80,0
σпi = Iпрп, кПа				11,84	9,01
xвсi, м	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
bвсi, м	4,30
xi / bвci	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
yi / bвci	0,00	0,766	1,533	2,299	3,065
Iвci = f (xi / bвci; yi / bвci)	1,00	0,6359	0,3934	0,2801	0,2068
pвc, кПа	14,0
σвсi = Iвсiрвс, кПа	14,0	8,134	4,69	3,276	2,464
γ´01, кН/м3	18,6	18,6	18,62	18,93	19,3
σγi = σγ(i-1) + 0,5(γo(i-1) + γoi) hi, кПа		73,7	147,4	221,7	292,2
, кПа		81,8	152,1		294,6
, кПа		113,8	168,1	236,9	303,6
при : еснi	0,735	0,687	0,650	0,619	0,599
ескi	0,623	0,606	0,590	0,577	0,566
	0,112	0,081	0,06	0,042	0,033
при : еонi	0,674	0,668	0,643	0,614	0,596
еокi	0,603	0,598	0,588	0,575	0,565
	0,073	0,07	0,055	0,039	0,031
	0,671	0,669	0,642	0,614	0,596
, т/м3	1,58	1,582	1,62	1,64	1,65
, кН/м3	18,6	18,62	18,93	19,3	19,42

 

1.2. Проектирование поперечного профиля насыпи