Проектирование мероприятий по стабилизации земляного полотна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство путей сообщения

Уральский государственный университет путей сообщения

Кафедра: «Путь и железнодорожное строительство»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО СТАБИЛИЗАЦИИ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Выполнил: студент

Гр. СЖД-441

Смирнов Д. В.

Проверил: аспирант

Смердов М. Н.

Екатеринбург 2004

Исходные данные

1. Категория дороги - 3

2. Участок дороги - двухпутный

2. Характеристика пути - тип рельсов Р65, материал шпал железобетонный

4. Высота пойменной насыпи - 15,6м

5. Тип укрепления откосов - каменная наброска

6. Скорость течения воды в русле реки - 0,98м/с

7. Высота подпора воды - 0,20м

8. Средняя глубина водоёма - 5,1м

9. Максимальная скорость ветра - 17,6м/с

10. Угол между направлением потока воды и урезом воды - 30

11. Угол между направлением ветра и направлением потока воды - 60

1 Расчётный разгон волны - 900м

12. Глубина водоёма у подошвы насыпи в период половодья (ГВВ) - 6м

14. Поперечный уклон основания насыпи - 0,03

15. Характеристика грунта насыпи: наименование - супесь

16. Номер компрессионной кривой (таблица №4.2) - 17

17. Удельный вес частиц грунта - 26,2кН/м

18. Влажность - 24%

19. Угол внутреннего трения - 26град.

20. Удельное сцепление - 29кн/м

21. Средний уклон кривой депрессии - 0,06

22. Высота капиллярного поднятия - 0,5м

22. D(50г насыпи) - 0,16мм

24. Характер грунта основания: наименование - суглинок

25. Номер компрессионной кривой (таблица №4.2) - 54

26. Удельный вес частиц грунта - 26,6кН/м

27. Влажность - 17%

28. Угол внутреннего трения - 24град.

29. Удельное сцепление - 41кн/м

30. Реализация полной осадки основания в процессе строительства - 63%

1. Проект пойменной насыпи

1.1 Расчёт защитных укреплений откосов от размыва

1.1.1 Расчёты параметров волновых воздействий

Параметрами волнового воздействия является расчётная высота волны () - вертикальное расстояние между её вершинами и подошвами с задаваемой вероятностью превышения этой высоты (расчётная обеспеченность i=1%).

- средняя длина волны, горизонтальное расстояние между смежными её вершинами или подошвами.

- крутизна волны

- пологость волны

= 900м - величина разгона ветровых волн, протяжение водной поверхности акватории по направлению ветра вызывающая образование волн

Высота наката волны на откос

(1)

где - глубина водоёма в период половодья у подошвы насыпи

- высота подпора воды у бермы насыпи

- высота ветрового нагона воды и определяется по формуле:

(2)

- коэффициент, определяемый по следующей формуле:

(3)

- максимальная скорость ветра

- угол между направлением потока воды и розы ветров

g=9,81м/с - ускорение свободного падения

(4)

где - коэффициенты, зависящие от типа защитного покрытия

бермы, защитное покрытие из каменной наброски.

- коэффициент, зависящий от крутизны поверхности на которую осуществляется накат

- коэффициент, зависящий от крутизны откоса и от пологости волны, он определяется следующим расчётом:

При = 900м: :

Тогда по меньшим значениям параметров определяем:

Проверяем условие глубоководной зоны:

Находим крутизну и пологость волны и определяем коэффициент:

По формуле 4 находим :

На основании исходных и расчётных данных определяем высоту наката волны на откос по формуле №1, где ai=0,25м высота запаса волны для берм.

1.1.2 Укрепление низовой части откоса

Расчёт конструкции сборного покрытия из железобетонных плит для укрепления низовой части откоса пойменной насыпи

Определяем длину откоса по формуле:

(5)

Выбираем плиты 3,0 на 2,5м. Определяем количество плит:

(6) плит

Ширина швов между плитами

Определяем толщину плиты покрытия грунтового откоса:

(6)

где - коэффициент запаса

- коэффициент для сборного покрытия

- длина ребра плиты, нормально урезу воды

- удельный вес плиты

- удельный вес воды

При действии воды, текущей вдоль откоса со скоростью течения, толщина плиты проверяется по формуле:

(7)

где - коэффициент запаса

- коэффициент избыточного давления

Приближённо:

(8)

Окончательно толщину плиты принимаю

Расчёт однослойного обратного фильтра.

Зерновой состав материала обратного фильтра принимается для плитного покрытия со следующими характеристиками:

; ;

;

Пологость волны: >15 - тогда считаем по формуле:

(9)

Принимаю толщину фильтра

1.2 Расчёт потребной плотности грунтов

Определяем удельный вес грунта:

(10)

где - удельный вес частиц грунта

W - весовая влажность

- расчётный коэффициент пористости:

(11)

где =1,3 - коэффициент учитывающий многократность приложения нагрузки

=0,75 - коэффициент учитывающий высоту насыпи на основной площадке.

=0,73

(12)

(13)

(14)

1.3 Расчёт осадки основания насыпи и потребного уширения основной площадки

1.3.1 Расчёт напряжений в подошве насыпи

точка	Характеристики	Нагрузки,	h
1	2	3	4	5	6	7	8
а	y z y/b z/b I	0 15,6 0 5,8 0,114 9,12	0 15,6 0 5,8 0,114 9,12	0 15,6 0 1,8 0,346 5,54	15,6	300,22	324
б	y z y/b z/b I	5,7 15,6 2 5,8 0,09 7,2	5,7 15,6 2 5,8 0,09 7,2	5,7 15,6 0,65 1,8 0,25 4	15,6	300,22	319
в	y z y/b z/b I	13,6 15,6 5 5,8 0,03 2,4	13,6 15,6 5 5,8 0,03 2,4	13,6 15,6 1,5 1,8 0,125 2	9,6	184,75	192
г	y z y/b z/b I	18,2 15,6 6,7 5,8 0,01 0,8	18,2 15,6 6,7 5,8 0,01 0,8	18,2 15,6 2 1,8 0,075 1,2	6,45	124,13	127
д	y z y/b z/b I	24,2 15,6 9 5,8 0,007 0,56	24,2 15,6 9 5,8 0,007 0,56	24,2 15,6 2,8 1,8 0,045 0,72	9,15	124,13	126
е	y z y/b z/b I	37,2 15,6 13,8 5,8 0 0	37,2 15,6 13,8 5,8 0 0	37,2 15,6 4,2 1,8 0 0	0	0	0

1.3.2 Определение напряжений в основании насыпи по оси земляного полотна

В предыдущем разделе мы определяли потребную плотности грунта насыпи, при котором насыпь будет работать в упругой стадии. То есть остаточной деформации у грунтов насыпи не будет. Однако остаточные деформации грунтов насыпи могут появляться в следствии осадок её основания. Для решения вопроса о допустимости ожидаемой деформации основания или необходимого их ограничения надо предварительно рассчитать ожидаемые значения осадок. Для расчёта вся нагрузка по подошве насыпи принимается постоянно действующей.

точка	№ фигуры	Z	Y	B	Z/B	Y/B	I	Pi
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	1	1	-37,2	13	0,08	-2,86	0	126	0	318,75
	2		0	48,4	0,02	0,00	1	126	126
	3		37,2	13	0,08	2,86	0	126	0
	4		-24,2	6	0,17	-4,03	0	1	0
	5		0	36,4	0,03	0,00	1	1	1
	6		24,2	6	0,17	4,03	0	1	0
	7		-18,2	4,6	0,22	-3,96	0	65	0
	8		0	27,2	0,04	0,00	1	65	65
	9		18,2	4,6	0,22	3,96	0	65	0
	10		-13,6	7,9	0,13	-1,72	0	127	0
	11		0	11,4	0,09	0,00	0,998	127	126,75
	12		13,6	7,9	0,13	1,72	0	127	0
	13		-5,7	5,7	0,18	-1,00	0	5	0
	14		5,7	5,7	0,18	1,00	0	5	0
2	1	3	-37,2	13	0,23	-2,86	0	126	0	317,67
	2		0	48,4	0,06	0,00	1	126	126
	3		37,2	13	0,23	2,86	0	126	0
	4		-24,2	6	0,50	-4,03	0	1	0
	5		0	36,4	0,08	0,00	1	1	1
	6		24,2	6	0,50	4,03	0	1	0
	7		-18,2	4,6	0,65	-3,96	0	65	0
	8		0	27,2	0,11	0,00	0,998	65	64,87
	9		18,2	4,6	0,65	3,96	0,003	65	0,195
	10		-13,6	7,9	0,38	-1,72	0	127	0
	11		0	11,4	0,26	0,00	0,96	127	121,92
	12		13,6	7,9	0,38	1,72	0,015	127	1,905
	13		-5,7	5,7	0,53	-1,00	0,003	5	0,015
	14		5,7	5,7	0,53	1,00	0,353	5	1,765
	1		-37,2	13	0,77	-2,86	0	126	0	279,36
	2		0	48,4	0,21	0,00	0,97	126	122,22
	3		37,2	13	0,77	2,86	0,009	126	1,134
1	2	3	4	5	6,00	7,00	8	9	10	11
3	4	10	-24,2	6	1,67	-4,03	0	1	0
	5		0	36,4	0,27	0,00	0,93	1	0,93
	6		24,2	6	1,67	4,03	0	1	0
	7		-18,2	4,6	2,17	-3,96	0	65	0
	8		0	27,2	0,37	0,00	0,91	65	59,15
	9		18,2	4,6	2,17	3,96	0	65	0
	10		-13,6	7,9	1,27	-1,72	0,017	127	2,159
	11		0	11,4	0,88	0,00	0,66	127	83,82
	12		13,6	7,9	1,27	1,72	0,05	127	6,35
	13		-5,7	5,7	1,75	-1,00	0,55	5	2,75
	14		5,7	5,7	1,75	1,00	0,17	5	0,85

Для каждого слоя основания насыпи определяем природный коэффициент пористости:

(15) (16)

Задаёмся плотностью грунта в точке 1 на глубине 1м. Принимаем, что плотность грунта ниже лежащей точки отличается от плотности выше лежащей на величину , а в точке .

(17)

Определив предполагаемую плотность в точках 1,2,3 можно определить природное напряжение в каждой расчётной точке.

(18)

(19) (20)

Сравнивая с величиной и если разница больше на 0,05кН то расчёт повторяем варьируя . Так как разница больше то изменяем величину для 3 точки. .

Расчёт осадок слоёв грунта на глубину 10м

№ точки	Z
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
а	0	0	0,718	0,68	324	324	0,634	0,716	0,049
1	1	1,86	0,713	0,68	318,75	320,61	0,635	0,716	0,046	0,05
2	3	7,44	0,706	0,69	317,67	325,11	0,633	0,716	0,042	0,09
3	10	28,49	0,682	0,70	279,36	307,85	0,636	0,715	0,027	0,24

Чтобы определить на какую глубину будет происходить осадка основания, поэтому строим график.

(21) м

Полная осадка основания с учётом определяется по формуле:

(22) м

В период строительства насыпи осадка основания насыпи происходит не полностью, поэтому ожидаемая осадка в процессе эксплуатации определяется по формуле: грунт железнодорожный насыпь

(23)

где =30% - доля полной осадки основания, которая не реализована к моменту завершения строительства

=1% - коэффициент погашения осадки для связанных грунтов

- высота насыпи

м

Необходимое уширение основной площадки:

(24)

где - заложение откоса балластной призмы.

м

1.4 Расчёт устойчивости откосов насыпи

(25)

1. Определяем графоаналитическим способом удельный вес, и заключается в следующем.

2. Строим расчетную схему для коэффициента устойчивости.

3. Заменяем нагрузку верхнего строения и подвижного состава на эффективные столбики грунтов.

4. На поперечном профиле земляного полотна находим точки А и В.

5. Соединяем точки А и В прямым отрезком и от середины этого отрезка откладываем вверх перпендикуляр.

6. Оползающую часть насыпи делим на отсеки. Границами отсека является перелом профиля, вертикальный радиус и ширина отсека должна быть небольше 4 метров.

7. Производим нумерацию отсеков.

8. Производим расчетную характеристику грунтов в зонах сухого, влажного водонасыщенного грунта насыпи и в зоне водонасыщенного грунта основания.

Расчет в первой зоне:

(26) (27)

Расчет во второй зоне:

, (28) (29) (30)

Расчет в третей зоне:

(31) (32)

(33) (31)

Расчет в четвертой зоне:

(32) (33)

(34) (35)

Составляем таблицу для расчета коэффициента устойчивости и затем рассчитываем коэффициент устойчивости по формуле 36

(36)

где Д - гидродинамическая сила, которая воздействует в период спада воды в районе реки, сила давления воды на частицах грунта при движении её в порах и рассчитывается по формуле 37

(37)

где I0 - средний уклон кривой депрессии

=10 - удельный вес воды

(кН)

Так как - то насыпь устойчива, но требуется наблюдение за её состоянием.

2. Проектирование мероприятий по стабилизации выемки

2.1 Расчёт нагорной канавы

Определение размеров нагорной канавы в плотных связных грунтах без укрепления

Расход воды на участках:

Верховом Низовом

Выполняем гидравлический расчёт низового участка канавы.

Принимаем

Вычисляем расчётные значения по формулам:

() ()

(м)

(м)

(м)

Составляем уравнения:

Решаем уравнения совместно

После подстановки в первое уравнение получим:

Откуда (м)

(м)

(м)

Глубина канавы

(м)

2.2 Проектирование противопучинных мероприятий

Проектирование дренажа

Определение технической эффективности дренажа

Техническая эффективность дренажа определяется коэффициентом водоотдачи и величиной весовой влажности снижаемая дренажом грунта. Вычисляем коэффициент пористости грунта:

(2.6)

где - пористость грунта

Определяем водоотдачу:

где =12% доля застрявшей капиллярной воды в грунте

- максимальная молекулярная влагоёмкость

Определяем коэффициент водоотдачи:

1. Величина снижения влажности:

Определение глубины заложения и ширины траншеи дренажа:

где - глубина промерзания

- толщина балластного слоя

=0,2 - величина запаса

- высота капиллярного поднятия

- стрела кривой депрессии и определяется по формуле:

- расстояние между стенками дренажа и определяется по формуле:

- ширина основной площадки

=1,5 - заложение откоса

=0,6 - глубина кювета

=0,03 - высота высачивания воды и определяется по формуле:

=0,4 расстояние от дна дренажа до верха трубы

(м)

(м)

(м)

Определение ширины траншеи дренажа:

Так как м то м

Выбор трубы дренажа:

Определяем фактический расход воды в конце дренажа:

где =1,5 - коэффициент, учитывающий возможное засорение труб

Выбираем круглые керамические трубы, (м) длиной 0,5м

Вычисляем:

Скорость воды в трубе

Пропускная способность:

Выбранные трубы обеспечивают пропуск полного расхода воды

Определение сроков осушения грунтов дренажом межкюветного пространства

где - отметка грунтовых вод

- отметка бровки

(м)

(м)

Вычисляем проекцию кривой депрессии:

(м)

(м)

Вычисляем функцию определения время осушения для двухстороннего дренажа межкюветного пространства:

(м)

;

лет

Размещено на Allbest.ru

...