№ п\п
|
z
|
σпр
|
eпр
|
γпр
|
σγ
|
Ʃσi
|
σo
|
γo
|
eo
|
𝜼
|
Δh
|
1
|
0
|
0
|
0,720
|
17,97
|
0
|
328,38
|
328,38
|
19,64
|
0,574
|
0,085
|
0,16 0,183 0,1875
|
2
|
2
|
36,62
|
0,697
|
18,22
|
39,38
|
326,84
|
366,22
|
19,7
|
0,569
|
0,075
|
|
3
|
5
|
93,53
|
0,642
|
18,83
|
59,67
|
316,27
|
375,94
|
19,75
|
0,565
|
0,047
|
|
4
|
10
|
195,18
|
0,608
|
19,23
|
101,4
|
288,46
|
389,86
|
19,78
|
0,563
|
0,028
|
|
Расчет первой части таблицы - природных характеристик грунта:
Точка 1:
Удельный вес грунта природного сложения в точке 0:
Здесь
подразумевается, что грунт на поверхности не нагружен.
Точка 2:
Предположим,
что нарастание удельного веса с глубиной для данного слоя составит:
Тогда,
удельный вес грунта на нижней границе слоя составит:
Напряжения
от собственного веса грунта по подошве слоя составят:
По
компрессионной кривой для грунта основания:
Тогда
удельный вес грунта по подошве слоя:
Расхождения
предположения с фактическим поведением грунта при данных условиях:
Следовательно,
проверка не сходится, предположение не верно. Продолжаем расчет:
Проверка сходится, предположение верно.
Предполагаем, что:
Следовательно,
проверка не сходится, предположение не верно. Продолжаем расчет:
Проверка сходится, предположение верно.
Точка 4:
Предполагаем, что:
Проверка
не сходится предположение неверно, продолжаем расчет:
Проверка
сходится, предположение верно.
Значения
колонки ∑σ берем из таблицы 2.
Расчет
второй части таблицы - характеристик грунта под нагрузкой и осадки слоев
основания:
Расчет
проводится так же методом приближения по той же методике.
Точка 1:
Напряжения
в данной точке:
Коэффициент
пористости при данном напряжении определим по компрессионной кривой:
Удельный
вес грунта с учетом, что он уплотнился под нагрузкой:
Точка 2:
Предполагаем,
что:
Проверка
сходится, предположение верно.
Точка 3:
Предполагаем,
что:
Проверка
не сходится предположение неверно, продолжаем расчет:
Проверка
сходится, предположение верно.
Точка 4:
Проверка
не сходится предположение неверно, продолжаем расчет:
Проверка
сходится предположение верно.
Рассчитываем
осадку и добавочную осадку:
Полная
осадка основания:
Осадка
основной площадки:
Требуемое
по расчету уширение основной площадки земляного полотна:
2.3 Расчет устойчивости откосов
При кругло-цилиндрической поверхности возможного смещения используется
приближенное решение. Схема расчета в плоской задаче представлена на рис. В
этой схеме приняты следующие допущения:
смещение блока рассматривается как вращение его вокруг оси круглого
цилиндра;
силы веса и внешние воздействия Qi приложены к основанию отсека,
внешние нагрузки (pп и pвс)
заменяются фиктивными столбами грунта удельного веса и высотою
соответственно:
Тогда:
Для
удобства расчетов составляющих куст составляют таблицу, в которую
заносят:
расстояние
от вертикального радиуса до середины отсека по горизонтали xi;
синус
и косинус угла между векторами веса отсека и тангенциальной и нормальной его
составляющими, определяемыми как:
;
площади
с чертежа соответствующие зоне состояний грунта (сухой, капиллярно-насыщенный,
водонасыщеный грунт насыпи, водонасыщеный грунт основания);
вес
соответствующей зоны грунта
;
касательные,
сдвигающие и удерживающие силы:
нормальные
составляющие веса грунта для определения сил трения отсека грунта по
поверхности скольжения:
Силы
трения и силы сцепления грунта по поверхности определяются как:
где fi - коэффициент трения грунта по
грунту определяется для каждой зоны в зависимости от влажностного состояния
грунта;
Ci - удельное сцепление, также зависящее от влажностного
состояния грунта;
li - длина кривой скольжения в пределах отсека.
Вышеперечисленные характеристики грунтов по зонам определяются в
следующем порядке:
I зона - сухой грунт:
II зона -
капиллярно-насыщенный грунт:
е принимают равным e0=0,698, а γв=10 кН/м3
- плотность воды.
Для
этой зоны считают, что:
III зона
- влажный грунт насыпи:
В
этой зоне грунт насыпи считается водопроницаемым и взвешенным в воде, поры
грунта считаются полностью заполненными и характеристики грунта определяются
как:
IV зона -
влажное основание:
Грунт
зоны считается водопроницаемым и испытывающим взвешивающее действие воды.
Коэффициент
пористости принимается равным коэффициенту пористости основания в точке О.
При
прекращении паводка, вода, заполнившая поры грунта, отступает и этим самым
создает дополнительное усилие D которое учитывается как:
Коэффициент
устойчивости рассчитываем по суммам соответствующих граф таблицы 4.
На
основании полученного расчета можно сделать вывод о том, что пойменная насыпь
находится в состоянии устойчивости, т.е. при ее эксплуатации не требуется
постоянный контроль за состоянием ее откосов и выполнение мер, предупреждающих
их оползание в период межсезонья.
С
помощью полученных данных определим коэффициент динамики Кдин:
,
где
Куст - коэффициент устойчивости насыпи;
2.4 Расчет защитных укреплений откосов пойменной насыпи
Мероприятия по защите земляного полотна от неблагоприятных природных
воздействий.
. Регулирование поверхностного стока
.1. Планировка поверхности;
.2. Устройство водоотводных и водосборных сооружений (канав, лотков);
.3. Устройство защитных укреплений.
. Регулировка подземных вод
.1. Вентиляционные дренажи;
.2. Биологические дренажи;
.3. Гравитационные дренажи.
. Регулирование теплотехнических устройств
.1. Теплоизоляционные конструкции;
.2. Применение теплотехнических устройств.
. Регулирование гравитационных процессов
.1. Террасирование территории;
.2. Устройство поддерживающих сооружений;
.3. Устройство удерживающих сооружений.
. Мелиорация грунтов - улучшение свойств грунта за счет:
.1. Силикатизация;
.2. Цементация;
.3. Битумизация;
.4. Электрохимическое закрепление;
.5. Тепло обжиг.
Рисунок 1
где - высота подпора, образованна сужением русла реки
опорами ИССО;
- высота ветрового нагона;
- высота наката волны 1% обеспеченности;
- величина запаса (0,25 - для незатопляемой бермы, 0,5 - для
затопляемой);
Определение глубинной зоны водоема
Любой водоем можно выделить 4 зоны:
I −
глубоководная зона, в которой глубина водоема больше, чем половина длины волны d > λ/2;
II −
мелководная зона, если λ/2 > d > 2hi (hi - высота волны)
III −
зона прибойных волн;
IV −
приурезная зона, волна опрокидывается последний раз и разрушается.
В основе расчета и определении зоны, лежит сравнение средней глубины
водоема у подножия насыпи с половиной длинны волны.
Для этого выполним следующий расчет:
где
g=9,8=10м/с2 − ускорение
свободного падения;
L=1,8 км
− разгон волны;
V10=18 м/с − скорость ветра на высоте 10 над
поверхностью воды.
По
полученному в выражении значению определим с помощью графика 5.2 приведенному в
пособии следующие выражения:
Выразив
из данных выражений средние высоту и период волн получим:
Длина
волны определится как:
Сравнивая
глубину водоема у подножия насыпи в период половодья с половиной средней длины
волны, делаем вывод о глубинной зоне водоема:
Следовательно,
зона у подножия насыпи является мелководной.
Определение
вероятностных характеристик волны для глубоководной зоны
Определение
производят по формуле:
Для
расчета высоты укрепления принимается вероятность превышения средней высоты 1%
(1 раз в 100 лет), а для толщины крепления откоса 2% (1 раз в 50 лет). При этом
значения коэффициентов принимаются по графику 5.3 для глубоководной зоны,
следующими:
Тогда
по формуле:
Определение высоты наката волны
При ударе волны о крепление откоса вода за счет кинетической энергии,
которую она приобрела при разгоне волны, поднимается по откосу. При этом
кинетическая энергия расходуется на удар волны об откос, преодоление сил трения
по поверхности откоса и на преодоление потенциальной энергии, на поднятие по
откосу.
В общем, виде высоту наката воды можно выразить как:
где
kr=0,8 и kp=0,7 −
коэффициенты, зависящие от типа укрепления, определяются по табл. 5.5
ksp=1.1
− коэффициент зависящий от скорости ветра и крутизны откоса насыпи,
определяется по табл. 5.6 интерполяцией для скорости ветра 15,1 м/с.
krun1%=1,99
− коэффициент учитывающий пологость волны и крутизну откоса определяется
по табл. 5.7 интерполяцией при:
kβ = 0,92 коэффициент учитывающий изменение высоты
наката в зависимости от угла подхода фронта волны к сооружению.
Подставив
эти величины в выражение, получим:
Определение
высоты ветрового нагона воды
Высота
ветрового нагона воды, как правило, принимается по данным натурных наблюдений,
а при их отсутствии, без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине
воды по направлению ветрового нагона, определяется методом последовательных
приближений по формуле:
,
где L=1800 м - расчетный разгон волны;
dl=3,5 м - средняя глубина водоема;
-
предыдущее значение;
α=600 - угол между направлением ветра и потоком воды.
kb=2,1·10-6
− коэффициент учитывающий параметры ветрового потока, принимается по
таблице 5.4. для ветра со скоростью 18 м/с;
В
первом приближении принимаем =0:
Определение
высоты бермы
Тогда
высота бермы:
Сравниваем
полученную и ту, которая нам дана в исходных данных, если меньше , то
незатопляемая берма, если больше, то затопляемая:
Следовательно,
в данной курсовой работе - незатопляемая берма.
Определяем высоту укрепления откоса
Определение потребной толщины каменного мощения
Рисунок 2 - Укрепление откосов каменным мощением.
) Внешний слой
Масса камня :
где - плотность камня 2,3÷2,6 т/м3;
- плотность воды 1 т/м3;
2) Диаметр частиц:
3) Толщина слоя:
где а - для двух слоев равна 2;
По гранулометрическому составу должно выполняться условие для каменной
наброски:
d50-ф
³ м,
где d50-ф - диаметр частиц фильтра, мельче
которых в данном грунте содержится 50% от его массы;
d30-ф − диаметр частиц мельче
которых в данном грунте содержится 30 % от общего веса:
h− коэффициент
разнозернистости:
Толщину
обратного фильтра расчитываем по формуле:
где
в свою очередь коэффициент, зависящий от крутизны откоса и пологости волны
можно определить как:
Коэффициент
φот
принимаем равным 0,16755 по таблице справочника в зависимости от его показателя
и высоты волны интерполяцией.
Коэффициент
междуслойности принимаем равным:
Подставив
полученные значения, получаем:
. Проектирование мероприятий по стабилизации выемки
.1 Расчет нагорной канавы
Канавы должны уплотнятся по-разному:
засев травой (дно не засеивается, т.к. трава задерживает мелкие частицы);
габионы;
монолитный бетон;
на брызг бетона;
объемная георешетка.
Основные правила при проектировании водоотводных канав
. Проектируют прямолинейными участками, перпендикулярно основному
направлению стока воды;
. Канавы желательно проектировать параллельно оси земляного
полотна;
. Дополнительные кривые в канавах, радиус которых не меньше 20 м;
. Может быть запроектирована в виде сети, т.е. возможно примыкание
канав друг к другу под углом 45̊ , если основная и примыкающая канава
имеют разную глубину, то дно примыкающей канавы должна быть выше основной
канавы на величину м; и - глубина стояния воды в основной и
примыкающей канаве;
. Если устье канавы находится на склоне к пониженному месту, то на
расстоянии 5 м от устья, дно канавы уширяется под углом 30 ̊ в обе
стороны, а откосы уполаживаются, чтобы снизить скорость течения воды. Склон на
выходе канавы обязательно укрепляется (щебнем, бетоном);
. Желательно укрепить поверхность земли и на входе в канаву (чтобы
укрепление дало меньше пылеватых частиц);
. Уклон дна канавы желательно назначать параллельно уклону
местности, что обеспечит уменьшение объёмов земляных работ;
. Минимальный уклон дна канавы не меньше 3‰ на болотах, не менее
2‰ в поймах рек и не менее 1‰ в исключительных случаях;
. Максимальный уклон ограничивается уклоном местности и типом
укрепления;
. Уклон дна канавы от участка к участку должен увеличиваться или
как минимум не уменьшаться, что обеспечит нарастание скорости течения воды от
участка к участку.
. Дно канавы по ширине стараются делать одинаковыми по всей ее
длине, если ширина канавы по дну меняется, то это должно выполнятся при
соблюдении следующего условия , где l - длина участка на котором происходит это изменение.
Гидравлический расчет канавы
1. Канава должна пропускать весь расчетный расход, и даже транзит;
. Канава должны не размываться, чтобы часто не ремонтировать;
. Должна быть дешевая, минимум строительных расходов.
Из задания на курсовой проект имеем следующие исходные данные:
1 2 3
Расход воды, м3/с: 1.45 0.58 1,1
Уклон, ‰: 15 21 23
Длина участка, м: 250 300 200
Участок №1
Определим минимально необходимую площадь живого сечения канавы:
где n=0,033 - коэффициент гидравлической шероховатости, в
первом приближении принимаем канаву правильной формы в плотном лессе или мелком
гравии;
,
где
k - коэффициент, определяемый по формуле:
где
m=1.5 -
показатель откоса канавы.
Геометрические
характеристики канавы:
По
ωmin, определим h:
h-глубина стояния воды в канаве
При
известном значении h найдем b:
Размер
b сравниваем с минимально допустимым [b]=0.6 м:
так
как 0,48 м<0.6 м, то есть b<[b], то принимаем b=0.6 м.
Новое
значение ωmin пересчитаем по формуле:
.5h2+0.6h-1,36
=0
h=0.77м
Проверим, может ли канава, имея размеры, равные 0,6 м и h=0,77 м, пропустить потребный расход воды:
Смоченный
периметр:
Гидравлический
радиус:
Так
как R<1, то y
определим по формуле:
Скорость
тока воды в канаве:
Тогда расход через сечение канавы:
Полученный
расход сравниваем с потребным значением расхода. Разница не должна превышать
5%.
Участок №2
.
.
Участок №1
.
.
Если
, то
1) Можно уменьшить размер канавы (b и l), то это может привести к удорожанию канавы, особенно в верховых
сечениях;
) Можно уменьшить уклон, сделав его круче, то можно привести к
углублению канавы;
) Можно изменить коэффициент шероховатости.
3.2 Расчет под кюветного дренажа
Грунтовые воды могут быть:
. Безнапорные (верховодка, собственно грунтовые воды,
межпластовые);
. Напорные (грунтовые, межпластовые);
Верховодка - находится в верхнем слое грунта, и не уходит вниз из - за
водоупора. Питается атмосферными водами, занимает большую площадь, но она не
постоянна. Область питания и распространения не совпадают.
Межпластовые воды - располагаются в грунтах между двумя слоями водоупоров.
Находится под определенным давлением, напором. Может происходить суффозия под
действием напора воды, обрушение земляного полотна.
Жидкая фаза воды может быть:
) Свободной;
) Связной (прочно - связной, рыхло - связной);
) Капиллярной.
Гравитационные дренажи могут быть:
. Вертикальными (с откачкой воды, водоспускные колодцы);
. Горизонтальными ( открытые - канавы, лотки; закрытые -
биологические, вентиляционные, траншейные штольни);
. Горизонтальные поперечные (кротовый, дренажные прорези).
. Трубчатые (труба, перфорированная на глубине 2,5 м);
. Без трубные (камни);
. Галерея.
Штольня - глубиной 6 м, пропускает большой поток воды.
Прорезь проще выполнять и проще эксплуатировать, но для нее нужно «окно»,
что не всегда хорошо.
Гравитационные дренажи необходимы для перехвата понижения и отвода
грунтовой воды для ликвидации коренных пучин, повышение несущих способов грунта
основной площадки и для обеспечения устойчивости откосов выемок, в случае если
водоносный горизонт отклинивается на откос.
Дренажи могут быть:
. Одиночные (одна траншея);
. Групповые (по обе стороны от оси пути);
. Дренажная сеть;
. Совершенные;
. Несовершенные.
Характеристика грунта выемки:
Суглинок
Удельный
вес частиц грунта
Средний
уклон кривой депрессии Iо = 50%
Высота
капиллярного поднятия акап = 0,6м
Пористость
nг = 42 %
Коэффициент
фильтрации К =
Максимальная
молекулярная влагоёмкость Wм =12 %
Естественная
влажность W = 24 %
Глубина
промерзания 2,05м.
Отметка
ГГВ ниже уровня бровки ЗП 1,3 м.
Отметка
водоупора ниже уровня бровки ЗП 5.2 м.
3.3 Определение эффективности
дренажа
Основной характеристикой эффективности дренажа является коэффициент
водоотдачи который определяется как:
где
n - пористость грунта;
m0 - объем пор из которых вытечет вода при осушении:
Объем
пор из которых вытечет вода при осушении:
где:
α=
0,05¸0,1 -
количество капиллярнозастрявшей воды;
Wм = W0 - максимальная молекулярная влагоёмкость;
-
плотность воды;
-
плотность сухого грунта с учетом пор.
где
е - коэффициент пористости, которую определим из соотношения:
Тогда:
>0,2
Т.к.
полученный коэффициент водоотдачи больше чем 0,2, то эффективность применения
данного сооружения оправдана.
3.4 Определение глубины заложения
дренажа
Глубину дренажа определяют из условия, что при его устройстве
естественный уровень грунтовых вод упадет ниже расчетного горизонта промерзания
грунта в данном сечении земляного полотна. В расчетах закладывают возможность
колебания уровня грунтовых вод во времени путем введения запаса к минимально
необходимому уровню воды в грунте.
Глубина заложения дренажа:
,
где:
z10 =
2,05- глубина промерзания за 10 лет наблюдений;
е
= 0,2 м - запас на переменный
уровень грунтовых вод;
акап
= 0,6 - высота капиллярного
поднятия воды в грунте;
h0
= 0,4 м - расстояние от точки
выклинивания кривой депрессии в траншее до дна траншеи;
hк- 1,38 м - высота от бровки балластной призмы
до дна кювета
Так
как глубина кювета меньше 2,5 м, то ширина траншеи 2а принимается
равной 0,8 м;
Стрела
изгиба кривой депрессии f определяется как:
где
I - уклон кривой депрессии;
Lм - расстояние от оси пути до стенки траншеи:
Для
однопутного участка железной дороги с шириной основной площадки 7,6 м:
,
где:
В = 7,6 м - ширина земляного полотна поверху;
0,9
м - ширина откоса кювета;
0,2
м - половина ширины кювета понизу;
0,4
м - половина ширины траншеи;
Тогда
глубина заложения дренажа:
Геометрические
параметры дренажа:
где:
b = 5,2 м - отметка водоупора ниже уровня бровки
земляного полотна.
C =1,3 м
- отметка ниже уровня бровки земляного полотна.
3.5 Определение сроков осушения грунта
При осушении грунта очень важно знать за какое время дренаж понизит
уровень грунтовых вод до расчетной отметки. Связано это с тем, что нужно знать
срок время, по прошествии которого грунт выемки промерзнет до расчетной отметки
и как следствие требуется определить сроки начала работ по устройству дренажа.
Сроки осушения определяют для междудренажной и полевой сторон, причем
определяющим с точки зрения технологии строительства является срок осушения
междудренажной стороны.
Итак, срок осушения для междудренажной стороны:
где
к= - коэффициент фильтрации;
В - коэффициент, определяемый по формуле:
где
а = 0,4 - половина ширины траншеи;
η1 -
функция, определяющая время от начала осушения, до смыкания ветвей кривой
депрессии;
η2 -
функция, определяющая время от момента перехода кривой депрессии в стационарное
положение;
Функция
А определяется в зависимости от соотношения h и H
по таблице 4.14
В
конечном итоге время осушения междудренажной стороны составит:
Срок
осушения для полевой стороны:
земляной полотно дренаж
где
L - расстояние от стенки траншеи до того места, где
кривая депрессии смыкается с уровнем грунтовой воды определяемое как:
η1 - функция, определяющая время от
начала осушения, до перехода кривой депрессии в стационарное положение:
Для
полевой стороны функция η2 принимается равной
нулю т.к. смыкание ветвей с полевой стороны отсутствует:
3.6 Определение уровня воды в дренаже (гидравлический
расчет)
Гидравлический расчет дренажа заключается в определении расхода воды
через проектируемый дренаж с целью подбора конструктивного исполнения.
Для данного несовершенного дренажа расход на 1 погонный метр составит:
,
где
qА+Б
и qВ - расходы из соответствующих зон;
q - расходы
из соответствующих зон.
Расход
из зоны А+Б:
где
к - коэффициент фильтрации;
I - уклон кривой
депрессии
Тогда:
Расход
в зоне В составит:
где
qr - расход с данной зоны, определяемый по формуле:
где
qr’ - расход,
определяемый по графику на рис. 5.12 в зависимости от коэффициентов α и β,
определяемых по формулам:
Т.к.
β>3, то α определим как:
По
графику определяем расход qr’ при β = 3,0:
Тогда:
Расход
в зоне Г:
Расход
в зоне Д+Е:
Расход на 1 погонный метр дренажа:
Полный
расход через дренаж:
где
l = 750 м
- длина дренажа, принимаемая равной длине нагорной водоотводной канавы.
Дренажная
труба необходима для отвода потребного расхода воды из грунта. Ее диаметр
подбирается на отвод расхода воды полученного в предыдущем расчете. Для этого
должны выполняться условия:
−
труба работает полным сечением;
−
минимальный диаметр трубы 150 мм по условию удобства проведения работ по
чистке трубы в период эксплуатации;
Расчет
является проверкой на то, справится ли труба принятого диаметра с расчетным
расходом воды из грунта.
Принимаем
диаметр трубы равным d =
150 мм.
Площадь
живого сечения:
Гидравлический
радиус трубы:
По
вычисленному гидравлическому радиусу подбираем коэффициент формулы для
вычисления показателя степени y:
где
n =
0,012 − шероховатость керамической дренажной трубы.
Коэффициент
C:
На
протяжении трубы следует предусмотреть смотровые колодцы для обслуживания
дренажа. Конструкция колодца предусматривает устройство водобойного колодца
предназначенного для гашения скорости воды и отстоя органических и механических
частиц грунта.
В
этом случае уклон трубы составит:
где:
iдр =
(5¸10)%0 − уклон дренажа;
a = 0.25 м
− перепад в водобойном колодце между впуском и выпуском;
lд = (50¸70) м −
расстояние между смотровыми колодцами
Скорость потока в трубе:
Расход воды в трубу:
Проверяем
условие пропуска расчетного расхода в трубу данного диаметра:
Сравниваем
и
Т.е.
условие выполнено с запасом, то увеличивать диаметр трубы не требуется.
3.7 Подбор дренажного заполнителя
Расчет ведется исходя из двух условий:
− не должно быть выноса мелких частиц осушаемого грунта в поры дренажного
заполнителя или мелких частиц заполнителя в отверстие трубы;
−
дренирующий заполнитель не должен чисто механически забивать отверстие трубы.
Наиболее крупными его частицы диаметром должны
образовывать на входе в отверстие устойчивые своды препятствующие вываливанию
более мелких частиц в отверстие трубы;
дренирующий
заполнитель не должен механически проникать в отверстие трубы.
Эти
расчеты производятся для контактов грунт-заполнитель и заполнитель-труба.
Контакт
грунт-заполнитель:
Выполнение
первого условия обеспечивается соотношением:
где
Vвх −
скорость на входе в заполнитель (трубу);
[V]
− допускаемая скорость на входе в заполнитель (трубу).
Допускаемую
скорость на входе в трубу можно найти как:
где
kф-г =
7∙10-7м/с − коэффициент фильтрации грунта выемки.
Определим
скорости притока воды в дренаж из различных зон сбора воды:
−
полевая сторона:
где:
полевая сторона;
скорость
притока воды с междудренажной стороны;
скорость
притока воды снизу.
Из приведенного расчета видно, что условие выполняется.
Выполнение второго условия выражается соотношением:
где:
с = 2 − коэффициент пропорциональности;
еi=eз −
пористость заполнителя, определяемая по коэффициенту разнозернистости η:
Делаем
проверку:
,0486<2∙0,57=1,14
Проверка
выполнена, следовательно грунт не проникает в дренажный заполнитель и далее в
дренажную трубу.
Контакт
заполнитель-труба:
В
расчете так же проводится проверка двух условий изложенных выше:
−
первое условие:
Скорость
на входе в дренаж:
где
ζ =0,4− коэффициент использования площади щелей
(0,25 - 0,35)
∑Fт − суммарная площадь щелей трубы приходящаяся на
1 погонный метр:
dтр =150 мм - диаметр керамической трубы;
мм
- ширина щели.
Тогда:
Допускаемая
скорость на входе в щель дренажа:
,
Коэффициент
фильтрации заполнителя в данном случае можно рассчитать по формуле:
где
dп −
средневзвешенный размер частиц заполнителя
где
gi −
процентное содержание частиц определенного диаметра в долях единицы.
В
свою очередь:
Рассчитывается
для каждой крупности частиц:
Суммируя
полученный значения имеем:
Из
расчета видно, что условие выполняется
и при таком размере щелей дренажной трубы в неё не будет происходить вынос
частиц грунта. Т.е. принимаем размер щели равным 2 мм.
−
второе условие:
- 2 мм
По
графику гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя определяем d90-з:
Условие выполняется, этот заполнитель на контакте с трубой в щели между
трубами проваливаться не будет.
3.8 Расчет противопучинной подушки
Расчет толщины подушки
В процессе эксплуатации земляного полотна железных дорог (и не только
железных) в зимний период наблюдается постепенное поднятие грунта, которое
увлекает за собой всю конструкцию верхнего строения пути. Этот процесс
продолжается в течение всей зимы пока грунт не промерзнет до максимальных для
данного региона глубин. Но наибольшие трудности в эксплуатации вызывает не
собственно само пучение, а неравномерное вспучивание отдельных участков
земляного полотна. Как правило, такие процессы наиболее интенсивно наблюдаются
в выемках большой глубины в силу близости поверхности грунтовых вод и
использовании в качестве основания для верхнего строения пути грунтов в
природном состоянии. В предыдущем разделе был рассмотрен один из способов
устранения явления пучинистости путем устройства дренажа, однако эффективность
этого способа ограничена удельной молекулярной влагоемкостью грунта.
При устройстве противопучинной подушки исходят из тех соображений, что
грунт подверженный морозному пучению в течение всей зимы не должен промерзать,
т.е. градиент температур должен быть достаточно высок за счет устройства именно
противопучинной подушки.
Запроектируем противопучинную подушку при следующих начальных условиях:
− район строительства: Тюменская область;
− высота равномерного пучения: h0=50 мм;
− материал подушки: Шлак;
Рассчитываем накладную подушку:
Глубина промерзания эталонного грунта:
(5.2)
По
СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология» для Тюмени среднемесячные
температуры составят:
1) -17,4 ̊С
) -16,1 ̊С
) -7,7 ̊С
) -7,9 ̊С
) -13,7 ̊С
Тогда:
(5.3)
Исходя
из уравнения эквивалентности:
где
mщ ,mп ,mгр − толщины промерзающих щебня, песка, грунта;
nщ ,nп ,nгр −
коэффициенты эквивалентности соответственно щебня, песка грунта.
В
расчетах принимают: - отношение толщины снега после уборки снегоуборочной
машиной к коэффициенту плотного снега.
Для
однопутного участка железной дороги II категории с железобетонными
шпалами:
mщ =0.4 м nщ =1.3
mп =0.2 м nп =1.3
Коэффициент
эквивалентности супесчаного грунта при влажности 25% составляет:
nгр =0,95
Из
уравнения эквивалентности выразим глубину промерзания грунта:
Определим
толщину подушки :
По
таблице находим ближайшее значение и
соответствующее значение ему значение толщины ПС - 1 - 85 − mпод=0.15 м.
Подушка
трехслойная.
Расчет
сопряжения подушки
В
расчете сопряжения подушки считаем, что эпюра промерзания грунта имеет
прямоугольный вид.
Длина
сопряжения:
где
[i]=0.0015 − допускаемый отвод возвышения.
Для пенопласта:
На
каждом участке должны уложить блоки, шириной по 3 м и на каждом участке должно
быть целое число блоков, поэтому
n - количество
блоков;
Для пенополистерола:
Находим
, для этого находим произведение температур и количества дней в месяце
1) -17,4С · 31 = 539,4 (Январь);
) -16,1 ̊С · 28 = 450,8 (Февраль);
) -7,7 ̊С · 31 = 238,7 (Март);
) -7,9 ̊С · 30 = 237 (Ноябрь);
) -13,7 ̊С · 31 = 424,7 (Декабрь).
Отсюда по рисунку 4.16 находим
Блок увеличиваем на 1 см, т.к. вдавливается щебень, поэтому , далее
необходимо запроектировать сопряжение. После укладывают вплотную плиты на 1 см
меньше, т.е. 10 см. Ширина плиты 60 см. До 4 см укладывают, т.к. меньше не
существует.
Далее плиты могут укладываться с зазором или с уменьшением ширины плиты.
Литература
1. Грицык В.И. Расчеты земляного полотна железных дорог.
Учеб. Пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: УМК МПС, 1998.-520 с.
. Рейш А.К., А.В. Куртинов, А.П. Дегтярев и др. Земляные
работы. Справочник строителя. Под ред. А.К. Рейша. − 2-е изд., переработ.
и доп. − М.: Стройиздат, 1984.-320 с.
. Фришман М.А., Хохлов И.Н., Титов В.П. Земляное полотно
железных дорог. М.: Транспорт, 1972.-288 с.
. Т.Г. Яковлева, Н.И. Карпущенко, С.И. Клинов и др.
Железнодорожный путь. Под ред. Т.Г. Яковлевой. М.: Транспорт, 1999.-405 с.