Институт пути, строительства и сооружений (ипсс)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

 

 

ИНСТИТУТ ПУТИ, СТРОИТЕЛЬСТВА И СООРУЖЕНИЙ (ИПСС)

 

 

Кафедра “ Путь и путевое хозяйство ”

 

 

Курсовой проект

 

«Проект земляного полотна»

 

по дисциплине

”Проектирование земляного полотна железной дороги ”

 

 

Выполнил:

ст-т гр. СЖД – 411

Трофимов И. В.

 

Принял:

Иванченко И. В.

 

 

Москва-2007

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение. 3-4

1. Проект пойменной насыпи.

1.1. Определение требуемой плотности грунта насыпи и проектиро-

вание защитного слоя. 5-11

1.2. Проектирование поперечного профиля насыпи, расчет на

устойчивость ее низового откоса (с учетом подтопления насыпи поводковыми водами). 11-13

1.3. Определение осадки основания насыпи и требуемого уширения

основной площадки. 13-26

1.4. Проектирование конструкции укрепления откосов. 26-33

2. Проект выемки

2.1. Проектирование нагорной канавы и ее укрепления при заданных уклонах продольного профиля по оси канавы и расхода воды в канаву. 34-51

2.2. Проектирование противопучинных мероприятий в выемке. 51-67

Приложение 1-6.

Список литературы 68

 

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. Его можно считать как бы фундаментом верхнего строения.

От надежности земляного полотна зависят техническая скорость движения поездов и разрешаемая статическая нагрузка на рельсы, передаваемая от колесных пар вагонов, а через них масса поезда, 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);

все поверхности земляного полотна, устройств при нем и полосы отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась и был бы обеспечен максимальный ее сток в стороны или в специальные водоотводные сооружения при минимальной впитываемости в грунт, а текущая вода не размывала бы 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.

Применяют групповые и индивидуальные конструкции (профили) земляного полотна.

Групповые решения представляют собой типовые поперечные профили земляного полотна, регламентируемые нормативными документами. Они созданы в результате последовательного обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна. Групповые решения применяются в основном без обоснования инженерными расчетами, но с привязкой к местным условиям, иногда специфическим, но уже хорошо изученным и апробированным многолетней практикой применения.

Индивидуальные решения (проекты) разрабатываются для сложных объектов земляного потна, сооружаемых в сложных физико-географических, климатических и инженерно-геологических условиях. Для составления такого проекта производят детальные инженерно-геологические изыскания, определяют в нужном объеме физико-механические и прочностные свойства грунтов и все принимаемые проектные решения обосновывают инженерными расчетами.

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.

В данном курсовом проекте представлены два основных раздела: проект пойменной насыпи и выемки. При проектировании пойменной насыпи были запроектированы и определены поперечный профиль с расчетом на устойчивость с помощью программы ДКУ 4.0, толщина защитного слоя и требуемая плотность грунта, осадка основания, конструкция укрепления откосов бермы.

Во втором разделе проекта рассмотрены вопросы проектирования и расчета мероприятий по защите земляного полотна от неблагоприятных условий, в частности проектирование нагорной канавы, подкюветного дренажа, теплоизоляционного покрытия.

 

 

 

 

Проект пойменной насыпи.

 

Защитного слоя.

 

1) ρ_d = k*ρ_d^max – плотность сухого грунта

k – min коэффициент уплотнения, h > 1м k = 0.95

ρ_d^max max плотность сухого грунта (1,65 т/м³)

 

ρ_d^I = 0.95*1.65 = 1.5675 т/м³

 

2) ρ = ρ_d (1+w) – плотность грунта насыпи

 

ρ^I = 1.5675 *(1+0.17) =1,834 т/м³

 

3) γ = ρ*g – удельный вес грунта насыпи

 

γ^I = 1,834 *9.81 = 17,99 kH/м³

 

4) - удельный вес грунта насыпи для зоны капиллярного

поднятия

 

γ_s – удельный вес частиц грунта (27,1 kH/м³)

e – коэффициент пористости

 

5)

 

 

γ_в – удельный вес воды (10 kH/м³)

 

kH/м³

 

6) - для водонасыщенного грунта

 

 

kH/м³

С^2,3=0,5С=0,5*27,2=13,6 кПа

φ ^2,3=0,75φ=0,75*19=14,25 град

 

 

 

 

 

Расчёт защитного слоя.

 

 

с_t – нормативное сцепление талого грунта (13,6 кПа)

к_с – коэффициент снижения сцепления грунта после оттаивания (1,7)

B – коэффициент, учитывающий снижение прочности грунта при

морозном пучении (70)

f – интенсивность пучения (0,017)

 

кПа

 

 

 

P_кр – критическая нагрузка

c_р – расчётное сцепление для оттаявшего грунта

φ – угол внутреннего трения грунта (14,25⁰)

γ – удельный вес грунта (17,99 kH/м³)

h – глубина рабочей зоны грунта (0….3 м)

 

 

кПа

 

 

кПа

 

кПа

 

 

кПа

 

 

σ₀ = σ_р + σ_всп + σ_γ

 

σ_р – напряжения от поездной нагрузки

σ_всп – напряжения от веса ВСП

σ_γ – напряжения от веса грунта

 

σ_р = Р_п* I_n (Р_п = 80 кПа - поездная нагрузка)

σ_всп = Р_всп* I_n (Р_всп = 16 кПа - вес ВСП)

I_n – коэффициент

 

 

σ_0-0 = 80 + 16 = 96 кПа

σ_0-1 = 80*0,971 +16*0,971+17,99*1= 111,19 кПа

σ_0-2 = 80*0,843 + 16*0,843 + 17,99*2 = 116,88 кПа

σ_0-3 = 80*0,594 + 16*0,594 + 17,99*3 = 110,99 кПа

 

 

 

h_защ = 1,7 м

 

Основной площадки.

 

Рассмотрим случай, когда основание стабильно, но за счет нагрузки от отсыпанного грунта насыпи, поездной нагрузки и веса ВСП будут происходить осадки основания за счет его уплотнения. Значение величины осадок основания необходимо учесть при строительстве земляного полотна для установленного запаса на ширину высоты насыпи, чтобы после осадки его ось находилась в проектном положении.

Табл. 1. Компрессионная кривая грунта насыпи.

Напряжения, кПа
Коэффициент пористости	е1	0,729	0,682	0,655	0,642	0,629	0,622	0,620

 

=6,22 – высота бермы

 

 

Расчет осадок производится в следующей последовательности:

1. Основание по глубине делится горизонтальными плоскостями на 3 слоя толщиной h_i.

2. Строится эпюра вертикальной составляющей нормальных напряжений по глубине основания от веса грунта основания σ_γ-пр и коэффициент пористости е_пр в природном состоянии до сооружения насыпи.

3. Эпюра напряжений от внешних нагрузок разбивается на элементарные прямоугольные и треугольные нагрузки.

4. От каждой элементарной нагрузки по оси насыпи на глубине выделенных слоев находится вертикальная составляющая нормальных напряжений, которые суммируются и определяются напряжения от внешней нагрузки σ_р.

5. Строится эпюра суммарных напряжений после сооружения насыпи и соответствующих им коэффициентам пористости е₀

6. Определяют осадку каждого i-го слоя

Сжатие основания происходит и ниже выделенных слоев, поэтому определяют S_доп дополнительную осадку, которая реализуются за счет нижележащей толщи.

 

 

Напряжения в основании насыпи в природном состоянии определяются с использованием компрессионной кривой грунта в следующих расчетных точках:

точка 0:

 

 

точка 1:

Удельный вес грунта определяется методом последовательных приближений.

Задаемся значением

Тогда

 

е _пр-1=0,711 (по компрессионной кривой)

 

Удельный вес грунта

Проверка

<0,05, то есть условие выполняется.

точка 2 :

Задаемся значением

Тогда

е _пр-2=0,685 (по компрессионной кривой)

 

Проверка

<0,05, то есть условие не выполняется.

задаемся следующим значением

Тогда

е _пр-2=0,684 (по компрессионной кривой)

Проверка

<0,05, то есть условие выполняется.

 

 

точка 3:

Задаемся значением

Тогда

е _пр-3=0,658 (по компрессионной кривой)

Проверка

<0,05, то есть условие не выполняется.

задаемся следующим значением

Тогда

е _пр-3=0,657 (по компрессионной кривой)

Проверка

<0,05, то есть условие не выполняется.

 

Задаемся значением

Тогда

е _пр-3=0,657 (по компрессионной кривой)

Проверка

<0,05, то есть условие не выполняется.

задаемся следующим значением

Тогда

е _пр-3=0,657 (по компрессионной кривой)

Проверка

<0,05, то есть условие выполняется.

 

Далее эпюру напряжений от внешних нагрузок разбиваем на элементарные прямоугольные и треугольные нагрузки (треугольные; прямоугольные).

 

 

Расчет сведен в таблицу 3.

 

Таблица 3

Напряжения в расчетном сечении основания насыпи от элементарных нагрузок. номер расчетной точки по вертикали характеристика I II III IV V VI ,   -34,7   34,7 -18,9   18,9 253,43             -2,078   2,078 -2,86   2,86                           101,7     151,73     -34,7   34,7 -18,9   18,9 254,03             -2,078   2,078 -2,86   2,86 0,12 0,054 0,12 0,31 0,08 0,31 0,0038   0,0038   0,9988   0,39 101,7 0,39   151,55     -34,7   34,7 -18,9   18,9 254,60             -2,078   2,078 -2,86   2,86 0,3 0,134 0,3 0,78 0,2 0,78 0,0258 0,995 0,0258   0,9765   2,62 101,2 2,62   148,16     -34,7   34,7 -18,9   18,9 255,03             -2,078   2,078 -2,86   2,86 0,6 0,27 0,6 1,56 0,4 1,56 0,092 0,96 0,092   0,914   9,36 97,63 9,36   138,68

 

 

Вычислим осадку слоев в любом вертикальном сечении основания по формуле

,

где - средние величины коэффициентов пористости слоя толщиной _i природном состоянии до сооружения насыпи;

- средние величины коэффициентов пористости грунта, полученные расчетом(после сооружения насыпи и реализации осадки).

Для расчета дополнительной осадки толщи основания, реализуемой ниже уровня 3 точки, определяются относительные и абсолютные осадки слоя грунта и по формулам

,

Таблица 4

Расчет относительной и абсолютной осадок

слои					,м
0-1		0,72	0,6455	0,043	0,086
1-2		0,6975	0,6395	0,034	0,102
2-3		0,6705	0,631	0,024	0,12

 

Определим осадку основания

,

где - суммарная осадка слоев грунта;

- дополнительная осадка толщи основания.

Определим запас на осадку по формуле

,

где - осадка грунтов насыпи, если они при соблюдении норм плотности;

- осадка основной площадки из-за сжатия основания:

,

где - доля осадки основания, реализуемая после сдачи насыпи в эксплуатацию ( =0.63);

- коэффициент погашения осадки в теле насыпи за счет её разуплотнения (i = 0,001).

 

 

 

Уширение основной площадки

,

где - показатель крутизны откоса балластной призмы.

 

принимаем 0,5м

Тогда проектная ширина основной площадки будет

.

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

 

 

ИНСТИТУТ ПУТИ, СТРОИТЕЛЬСТВА И СООРУЖЕНИЙ (ИПСС)

 

 

Кафедра “ Путь и путевое хозяйство ”

 

 

Курсовой проект

 

«Проект земляного полотна»

 

по дисциплине

”Проектирование земляного полотна железной дороги ”

 

 

Выполнил:

ст-т гр. СЖД – 411

Трофимов И. В.

 

Принял:

Иванченко И. В.

 

 

Москва-2007

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение. 3-4

1. Проект пойменной насыпи.

1.1. Определение требуемой плотности грунта насыпи и проектиро-

вание защитного слоя. 5-11

1.2. Проектирование поперечного профиля насыпи, расчет на

устойчивость ее низового откоса (с учетом подтопления насыпи поводковыми водами). 11-13

1.3. Определение осадки основания насыпи и требуемого уширения

основной площадки. 13-26

1.4. Проектирование конструкции укрепления откосов. 26-33

2. Проект выемки

2.1. Проектирование нагорной канавы и ее укрепления при заданных уклонах продольного профиля по оси канавы и расхода воды в канаву. 34-51

2.2. Проектирование противопучинных мероприятий в выемке. 51-67

Приложение 1-6.

Список литературы 68

 

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. Его можно считать как бы фундаментом верхнего строения.

От надежности земляного полотна зависят техническая скорость движения поездов и разрешаемая статическая нагрузка на рельсы, передаваемая от колесных пар вагонов, а через них масса поезда, 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);

все поверхности земляного полотна, устройств при нем и полосы отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась и был бы обеспечен максимальный ее сток в стороны или в специальные водоотводные сооружения при минимальной впитываемости в грунт, а текущая вода не размывала бы 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.

Применяют групповые и индивидуальные конструкции (профили) земляного полотна.

Групповые решения представляют собой типовые поперечные профили земляного полотна, регламентируемые нормативными документами. Они созданы в результате последовательного обобщения опыта проектирования, строительства и эксплуатации земляного полотна. Групповые решения применяются в основном без обоснования инженерными расчетами, но с привязкой к местным условиям, иногда специфическим, но уже хорошо изученным и апробированным многолетней практикой применения.

Индивидуальные решения (проекты) разрабатываются для сложных объектов земляного потна, сооружаемых в сложных физико-географических, климатических и инженерно-геологических условиях. Для составления такого проекта производят детальные инженерно-геологические изыскания, определяют в нужном объеме физико-механические и прочностные свойства грунтов и все принимаемые проектные решения обосновывают инженерными расчетами.

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.

В данном курсовом проекте представлены два основных раздела: проект пойменной насыпи и выемки. При проектировании пойменной насыпи были запроектированы и определены поперечный профиль с расчетом на устойчивость с помощью программы ДКУ 4.0, толщина защитного слоя и требуемая плотность грунта, осадка основания, конструкция укрепления откосов бермы.

Во втором разделе проекта рассмотрены вопросы проектирования и расчета мероприятий по защите земляного полотна от неблагоприятных условий, в частности проектирование нагорной канавы, подкюветного дренажа, теплоизоляционного покрытия.

 

 

 

 

Проект пойменной насыпи.