Проектирование и расчет пойменной насыпи. Проектирование мероприятий по обеспечению стабильности выемки, страница 3

    Элементы волн в прибойной зоне не представляют интереса при проектировании пойменной насыпи (4 зона). Определяем ветровой разгон волны для указанных выше водоемов и рек по приближенной формуле

                                                               L = 5 B ,                                                         (1.15)

        где В – минимальная ширина водоема по разгону

L = 5 * 814 = 4070 м.

   Среднюю высоту и средний период волны в мелководной зоне с уклоном дна 0,001  и менее определяем по графикам (рисунок 2.2.13 ) и принимаем значение gh/v²_w и

gТ/v_w ; по ним находим h и Т.

   Здесь g – ускорение свободного падения;

              v_w - расчетная скорость ветра, определяемая на высоте 10 м над уровнем водоема. В этом случае высота волны определяется по формуле

                                                           h_i = K_i  h^-_i  ,                                                       (1.16)

g L/ v²_w =  = 155,8;

g d/ v²_w =  = 0,30;

gТ/v_w = 1,7;             gh/v²_w = 0,02;

Т = 1,7 v/g = 1,7   = 2,8 с ;

h^- = 0,02 v²/g = 0,02   = 0,52 м ;

K_i = 2,7

h_i% = 2,7 * 0,52 = 1,41  м ;

   Средняя длина волны определяется по формуле

                                                            _d = gT²/2,                                                       (1.17)

        где Т – средний период волны.

_d =  = 12,23 м ;

  Определяем высоту наката волны:

                                                  h_нак = K_r   K_p  K_sp  K_run h_i%  ,                                     (1.18)

          где K_r , K_p – коэффициенты, зависящие от типа укрепления откоса, принимаем                                             по таблице  2.2.1 

K_r = 1;      K_p = 0,9 ;

              K_sp – коэффициент, учитывающий заложение откоса K_sp = 1,4;

              K_run – коэффициент, учитывающий пологость волны K_run = 2;

h_нак = 1 * 0,9 * 1,4 * 2 * 1.41 = 3,55 м.

   Ветровой нагон волны, который создает разницу между статическим уровнем воды и ее положением в конце разгона L  на величину H , определяем по формуле:

                                            H = K V²  L /  (3gd)  cos  ,                               (1.19)

             где K - коэффициент ветрового нагона, K = 6  10^-6 ;

                    d  -  средняя глубина воды на пртяжении разгона;

                    - уклон между направлением ветра и осью водоема.

H = 6  10^-6  cos 37^о  = 0,021 м;

   При известном статическом горизонте и велачине подпора воды отметка верхней границы откоса насыпи с учетом запаса определяется по формуле

                                        Н_укр = Н_ст + h_под + Н + Н_нак + ,                                    (1.20)

        где  Н_ст – относительная отметка горизонта высоких вод;

                h_под – высота подпора воды;

                  - величина запаса, принимается  = 0,5;

Н_укр = 89 + 0,34 + 0,21 + 3,55 + 0,5 = 93,411 м.

1.2.3  Расчет конструкции укрепления откосов земленого полотна

       Рисунок 1.7 – Расчетная схема укрепления откоса

В зависимости от V_д  и h_в выбираем размер плиты А*В, А= 5,0  ; В= 5,0.

    Определяем толщину плиты покрытия грунтового откоса (при действии воды на откос)

                        d_п=0,07*К_зК_пh_в  [g_в/(g_n*g_в)]_*()/М_от     ()

где  К_з- коэффициент заноса  К_з= 1,2   ;

        К_п- коэффициент принимаемый для монолитного попкрытия   1,0  ;

        В_пл- длина ребра плиты.

         d_п=  0,07*1,2*1,0*1,18**[10/(25,5-10)]*()=0,1 м.

Количество плит определим по формуле

n_пл=l_от/ В_пл,

где    l_от-длина откоса;

l_от=H_укр*=116.915*

n_пл=

 Ширина швов между плитами b_ш=0,01 м.

Определяем толщину плиты покрытия грунтового откоса (при действии воды вдоль откоса со скоростью V_т=1.0 м/с).

                d_п=0,67*К_зК_идV_т²g_в/[q(g_п-l_в)],

где     К_з-коэффициент запаса, К_з= 1,5   ;

           К_ид-коэффициет избыточного давления, К_ид=0,35     ;

                   d_п=0,67*1,5*0,35*1,0²*10/[10(25,5-10)]=0,023 м.

Принимаем d_п=0,15 м

Рассчитаем обратный фильтр для плитного покрытия. Определим зерновой состав материала обратного фильтра для каменной наброски

d_50ф= 2 b_ш ,        d_30ф= (5/6) d_50ф                        ()

При b_ш=0,01

d_50ф=2*0,01=0,02 м.

d_30ф=5/6*0,02=0,017 м.

Пологость воды

l_в/h_1% =13,1/1,24=10,56

Так как l_в/h_1% <15, то j₀ вычисляем по формуле

j₀= j_0т-0,0025(15-l_в/h_1%),                      ()

где j_0т берётся в зависимости от m_от и h_в; j_0т= 0.2017   ;

j₀=0.2017-0.0025(15-13.1/1.24)=0.1906

Определим толщину фильтра

d_ф=10,94 d_50фlg (j_0* d_50ф/ d_50г),

где d_50г – выбираем из гранулометрического состава, рис.

d_ф= 10.94*2.00*lg(0.1906*2.00/0.019)=29 см.

4*0,02=0,08

0,15-0,29>0.08- проверка выполняется

1.3  Расчет устойчивости низовых откосов пойменной насыпи

   Далее расчет устойчивости ведут для следующего откоса крутизной 1 : 1,75.

Для этого соединяют прямой критическую точку на основной площадке и точку перелома откоса 1 : 1,75, из середины полученного отрезка восстанавливают перпендикуляр до пересечения с линией центра кривых обрушения. Из полученной точки при пересечении прямых описывают кривую обрушения, производят разбиение массива на отсеки. Если кривая обрушения захватывает подтопленную часть насыпи, то границу отсека назначают в месте пересечения кривой обрушения с кривой депрессии.

     Коэффициент устойчивости в этом случае определяется по формуле

К_уст = (    ƒ_i  N_i +   _{i i} +    Т_уд ) / (   Т_сдв + D);

   Гидродинамическую силу определяют по формуле

 D =  Ω  J _в ,

     где    Ω - площадь смоченого периметра;

                J – средний уклон отрезка кривой депрессии;

           _в – удельный вес воды.

   Если после расчета откоса с крутизной 1 : 1,75 К_уст > 1,2 то далее расчитывают следующий откос. Если же расчет устойчивости насыпи на всю ее высоту окажется       К_уст 1,2 то делаем вывод, что насыпь устойчива без укрелений. В случае, когда

К_уст < 1,2 , определяют отметку верха присыпки укрепительной бермы. С этой цилью строят боковой график коэффициентов К_уст и напротив точек переломов профиля насыпи откладывают соответственно значения коэффициентов устойчивости.

     Графически находим  К_уст = 1,2  и по нему определяем месиоположение точки на откосе насыпи, до которой она является устойчивой. Это и будет отмеика верха присыпки укрепительной бермы по условию устойчивости.

    Окончательное решение по определению верха укрепления откоса насыпи принимаем после установления верхней границы защитного укрепления откоса по волновому режиму. Из этих двух значений принимают большее и на принятой отметке производится присыпка укрепительной бермы.

     Затем после устройства бермы производится расчет устойчивости насыпи с бермой на всю ее высоту. При этом кривую обрушения проводят через критическую точку и точку пересечения откоса бермы и основания. Если К_уст > 1,2 , то насыпь с бермой является устойчивой.

    В случае, когда К_уст < 1,2 , увеличивают ширину бермы по верху и повторяют расчет с уширенной бермой и так далее до получения до  К_уст  1,2 . Ширину бермы поверху назначают не менее 3 – 4 м из условий производства земляных и укрепительных работ. При недостаточной устойчивости насыпи ширину бермы увеличивают до 10 – 15 м. Поверхности бермы придают поперечный уклон для ската атмрсферных осадков. Если засчитные бермы устраивают в одном уровне с основной площадкой насыпи. То их ширина может быть менее 3 м. Подтопляемые откосы бермы должны быть не круче 1 : 2 и без переломов в поперечном профиле.