Определение требуемой плотности грунта насыпи и проектирование

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

 

Проектирование поперечного профиля насыпи, расчёт

На устойчивость её низового откоса.

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.

В первую очередь необходимо определить расчетную отметку бровок таких насыпей или незатопляемых берм, если последние необходимы. Эти отметки рассчитывают с учетом требований СТН Ц-01-95, СНиП 2.04.06-82 таким образом, чтобы бровки или незатопляемые бермы были надежно защищены от воздействия ветровых волн с учетом их наката, которые могут возникать при ветреной погоде во время максимального подъема паводковых вод.

При расчетах устойчивости пойменных насыпей должны также приниматься в расчет те соображения, которые относятся к воздействию воды на грунты насыпей. Это воздействие разнообразно, а наихудшие условия создаются тогда, когда паводковая вода, полностью насыщая грунты насыпи до наивысшего расчетного уровня воды (НРУВ),очень быстро уходит из поймы.

 

Ширина основной площадки для однопутной железной дороги 3-й категории равна 7,3 м. С учетом защитного слоя принимается 6,9 м.

 

 

Для учета ВСП и поездной нагрузки рассчитаем их высоту:

 

где g=17,99 кН/м³ – удельный вес грунта слагающего защитный слой.

 

 

 

- допустимый коэф. устойчивости

коэф. надежности по назначению сооружения

коэф. сочетания нагрузок, учитывающий уменьшение вероятности появления расчетных нагрузок

- коэф. условий работы

Динамич. коэф. устойчивости <

<

- коэф. динамики для насыпи

Вывод: Требуется провести мероприятия для укрепления

Определение осадки основания насыпи требуемого уширения

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

.