Проектирование пойменной насыпи для железнодорожного пути

1. Проектирование пойменной насыпи

1.1 Проектирование основной площадки

По заданной грузонапряженности Т =48 млн.ткм/км участок пути относится к І категории согласно СТН-Ц 01-95.

Радиус круговой кривой при проектировании железнодорожной линии назначается по нормам СТН Ц 01-95 согласно приложению Г /5/.

При проектировании железных дорог радиус круговой кривой принимают по приложению Е /5/. Для І категории и трудных условий радиус принимаем R=2000 м.

Согласно заданию принимаем:

- Вид грунта тела насыпи 3б – песок средней крупности;

- Грунт основания насыпи 11б –суглинок легкий пылеватый;

Физико-механические характеристики грунтов принимаем в соответствии с приложением А /5/.

Вид грунта	Тип грунта	ρS, т/м3	акп, м	i0, доли	Кф, м/с	Wm Wp,   %	WL, %	Jp,  %	№ грун-та	W, %	С, кПа	φ, гра- дусы
Тело насыпи	песок средней крупности	2,65	0,2	0,007	1*10-4	6	-	-	3б	12	2	38
Основание насыпи	суглинок легкий пылеватый	2,71	1,2	0,08	1*10-9	18	28	10	11б	19	20	20

Таблица 1.1 – Физико-механические характеристики грунтов.

Примечание:

– плотность частиц грунта т/м³;

– высота капиллярного поднятия воды в грунтах м;

i₀ - средний уклон кривой, депрессия;

К_ф – коэффициент фильтрации;

W_m – максимальная молекулярная влагоемкость;

W_p – влажность на границе пластичности глинистых грунтов;

W_L – влажность на границе текучести;

J_p – число пластичности;

W –  природная влажность;

С – удельное сцепление грунта;

Ширина площадки назначается из условия размещения на ней верхнего строения пути и обочин с учётом категории линии, вида грунта насыпи, числа путей и радиуса кривой. На однопутных участках

                                                          ;                                                (1.1)

где - нормативная ширина основной площадки на прямом участке, назначаемая по таблице 1.1 ;

 - уширение основной площадки на кривых участках в наружную сторону для обеспечения необходимой ширины обочины при устройстве возвышения наружной рельсовой нити, назначаемое по таблице 1.2 /5/.

Где М – межпутное расстояние на прямом участке.

- уширение межпутного расстояния на кривых участках.

Так как в курсовой работе задан грунт тела насыпи 6в, из приложения А /5/, получаем песок средней крупности. Учитывая то, что задана I категория железнодорожной линии  7,6.По заданию, радиус кривой в расчётном сечении равен 2000 м. поэтому 0,3 м.,М = 4,1 м., = 0,04 м.

7,6+0,3 +4,1+0,04=12,04 м.

Для отвода атмосферной воды от верха земляного полотна, сооружаемого из глинистых грунтов и недренирующих песков, основная площадка имеет горизонтальную форму.

Рисунок 1.1 Форма основной площадки.

Рисунок 1.2 - Схема укрепления откоса бермы бетонными свободно лежащими плитами на геотекстиле.

1.2.3 Размеры берм.

          Бермы пойменных насыпей предназначены для обеспечения их общей устойчивости и защиты откосов от размыва. Отметка бровки бермы, которая является одновременно отметкой верха ее укрепления каменной наброской, определяется по формуле:

Г_Б = ГВВ + h_н + h_п + Δz+a,                                                                                   (1.3)

где ГВВ – отметка горизонта высоких вод, м;

h_н – высота наката на откос фронтально подходящих волн, м, при плитном покрытии:

h_н = ;                                                                                                        (1.4)

 h_п и Δz – соответственно высота подпора воды у моста и высоты ветрового нагона волны на откос, м;

а – величина запаса, принимаемая для насыпей  у средних и больших мостов равной 0,5 м;

λ и h – соответственно длина и высота волны, м.

          Подставляем известные значения в формулу (1.3) и (1.4)

          Ширина берм поверху определяется вариационным методом расчета устойчивости низового и верхового откосов насыпи и обычно находится в интервале от 3–10м. Первоначально принимаем равной 5м, а затем уточняем в зависимости от результата расчёта. Её поверхности придаётся поперечный уклон 40‰ в сторону бровки бермы.       

        1.3 Расчет требуемой плотности грунта насыпи.

        1.3.1 Методика расчета плотности и напряжений грунта насыпи.

        Цель расчёта – определить дифференцированные по высоте  насыпи значения требуемой плотности грунта для их достижения в процессе послойной отсыпки и уплотнения грунта.

    Характеристикой плотности грунта является его плотность в сухом состоянии, т.е. масса частиц в единице объёма грунта, т/м³.

         ρ_d=,                                                                                                      (1.5)

где - плотность частиц грунта /приложение 1, 2/, т/м³;

 - расчетное значение коэффициента пористости грунта, при котором обеспечивается его работа в упругой стадии под воздействием нагрузок от подвижного состава, веса верхнего строения пути и собственного веса грунта.

 ,                                                                                          (1.6)         = и  - определяются из компрессионной кривой (рисунок 1.3), которая строится по данным приложения Б;  и - коэффициенты пористости грунта, определяемые, соответственно, по ветвям нагрузки и разгрузки при напряжении ;  и  - коэффициенты пористости грунта при напряжении ;

 и  - напряжения от веса верхнего строения пути, подвижного состава и собственного веса грунта;

К – коэффициент, учитывающий многократность, продолжительность и способ приложения нагрузки, равный 1,1 – 1,6 в зависимости от положения расчётного слоя грунта.

         Таким образом, расчёт требуемой плотности грунта сводится к определению напряжений в наиболее напряжённом сечении насыпи. Каким является ось пути. Величины  и  вычисляются в соответствии с линейной теорией упругости /4/.

 Таблица 1.2 Данные для построения компрессионной кривой.

σ, кПа	0	100	200	300	400	500	600
e	0.630 0.540	0.578 0.520	0.550 0.506	0.528 0.496	0.510 0.490	0.494 0.485	0.482 0.482

Напряжение от собственного веса грунта определяется по формуле

 ,                                                                                                    (1.7)

где  - средний удельный вес грунта i-го слоя насыпи, кН/м,

,                                                                                              (1.8)

 и  - удельный вес грунта соответственно в  (i-1) и i-й точках, кН/м;

h_i – толщина i-го слоя насыпи, м.

Удельный вес грунта вычисляется по формуле:

,                                                                                        (1.9)

где W–влажность грунта, доли ед.; g -ускорение свободного падения, g=9,81 м/с.

     1.3.2 Расчетная схема и действующие нагрузки.

  На расчётной схеме (рисунок 1.4) изображена основная часть насыпи, высота которой определяется как разность отметок проектной бровки Г_пр и земли Г_з. При дренирующих грунтах, а так же при устройстве защитного дренирующего слоя под балластом проектная бровка превышает профильную на высоту сливной призмы и толщину песчаной подушки, т.е. на 0,4м при двух путях. Поперечный уклон основания не учитывается, так как грунты при возведении насыпи уплотняются горизонтальными слоями.

H = Г_пр - Г_з;

Г_пр = Г_бр + 0,4;

Г_пр = 135,1 + 0,4=135,5 м;

H = 135,5 – 119,2=16,3 м;

  На основной площадке показывают действующие давления в виде полосовых прямоугольных нагрузок от подвижного состава и верхнего строения пути.  

  Интенсивность вибродинамической нагрузки от подвижного состава определяется по формуле

,                                                                                       (1.10)

где P – осевая нагрузка расчётной подвижной единицы, кН;

n – число осей в тележке;

 - длина жёсткой базы тележки, м;

- длина шпалы,м (для I категории линии шпалы железобетонные,=2,7 м).

Значение P, n и  принимаем из приложения В.

Для пассажирского вагона значения  P =235 кН, n=2, =3,0 м.

кПа

При Р₀ < 80кПа необходимо принять для дальнейших расчетов P₀=80 кПа, как предельно допустимую нагрузку на перспективу.

Давление p_вс от веса верхнего строения пути и ширину b_вс этой полосовой нагрузки можно назначать по таблице 1.5  с учетом типа рельсов и рода шпал.

Для двухпутной I категорийной линии принимаем рельсы – Р75, шпалы железобетонные, Р_вс=17,8кПа, b_вс=9,3м.

1.3.3  Расчет необходимой плотности грунта насыпи

При определении напряжений от полосовых нагрузок значение P принимается равным P₀, если рассчитывается σ₀, и равным P_вс, если рассчитывается σ_вс. Ширина поездной нагрузки соответственно принимается равной длине шпалы b₀ или средней ширине балластной призмы b_вс.

       В точке 0 (на основной площадке земляного полотна) σ_γ-0=0 кПа

σ_а-0=σ_вс-0+σ_γ-0,                                                                                                     (1.11)

σ_0-0=σ_а-0+σ_p-0,                                                                                                      (1.12)

σ_а-0=P_вс=17,8 кПа

σ_0-0=17,8+80,0=97,8кПа                                                                                              

По значениям напряжений σ_0-0 и σ_а-0 снимаем с компрессионной кривой значения:

e_ан-0=0,620                                                                  e_он-0=0,578

e_ар-0=0,535                                                                  e_ор-0=0,520

Δe_а-о=0,085                                                                  Δe_0-0=0,058

e_0-0=0,620-1,6*(0,085-0,058)=0,576

т/м³

γ₀=1,675*(1+0,14)*9,81=18,73 кН/м³

Рисунок 1.4 - Расчетная схема к определению требуемой плотности грунта насыпи.

В точке 1 (на основании насыпи) ориентировочно принимаем γ^/₁=γ₀+Δγ, где Δγ=0,05Н

γ^/₁=18,73+0,05*11,9=19,32 кН/м³

кПа

σ_вс-1=0,2·Р_вс=0,2·17,8=3,56 кПа;

σ_р-1=0,2·Р_о=0,2·80=16 кПа;

σ_а-1= σ_вс-1+ σ_γ-1=3,56+338,64=342,20кПа;

σ_о-1= σ_а-1+ σ_р-1=342,20+16=358,20 кПа;

По полученным значениям σ_а-1 и σ_о-1 с рисунка 1.3 находим следующие значения: