Железнодорожное земляное полотно (проектировка поперечного профиля пойменной насыпи. Определение расчетных характеристик грунтов земляного полотна. Проектирование дренажа в выемки для ликвидации коренной пучины)

МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

«КАФЕДРА «ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ПУТЬ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ №2

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЕ ЗЕМЛЯНОЕ ПОЛОТНО.

ВЫПОЛНИЛ СТУДЕНТ                                                                                            Бойченко А.В.

ЗАОЧНОГО ФАКУЛЬТЕТА

УЧЕБНЫЙ ШИФР 05-СЖД-54

ПРОВЕРИЛ:

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2009

Содержание.

1. Запроектировать поперечный профиль пойменной насыпи.
2. Определить расчетные характеристики грунтов земляного полотна.
3. Выполнить расчет откосов пойменной насыпи методом круглоцилиндрических поверхностей.
4. Запроектировать дренаж в выемки для ликвидации коренной пучины.

1. Расчет устойчивости пойменной насыпи.

Пойменные насыпи сооружаются по индивидуальным проектам. Задача их проектирования решается подбором, т.е. сначала задаются очертания насыпи, а затем проверяется их устойчивость.

Построение поперечного профиля насыпи.

Поперечный профиль насыпи проектируется с учетом требований СТН-Ц-01-95.

Чертеж профиля насыпи выполняем на миллиметровой бумаге форматом А2 в масштабе 1:100.

Отметка основания по оси земляного полотна и высота насыпи приведены в задании:  

Ширина основания земляного полотна магистральных железных дорог 1-й категории принимается равной: на однопутных линиях – 7,1м;

Очертанием сливной призмы при расчете пойменной насыпи можно пренебречь.

Крутизна откосов насыпи из связных грунтов при  принимается равной:

·  в верхней части высотой до 6м – 1:1,5;

·  в средней части высотой до 12м – 1:1,75;

·  в нижней части высотой более 12м – 1:2.

При высоте насыпи более 12м крутизна откосов устанавливается по индивидуальному проекту.

У пойменных насыпей, подтапливаемых водой, устраивают бермы, шириной не менее 3м. Отметка берм принимается на уровне 1/3 высоты насыпи, но не ниже чем:

где отметка горизонта высокой воды трехсотлетней вероятности превышения;

высота набега волны, определяется специальным расчетом;

технический запас.

2. Определение расчетных характеристик грунтов.

Грунты насыпи в естественном состоянии.

Объемный вес грунтов насыпи при естественном состоянии:

т/м³

Коэффициент трения грунта насыпи в состоянии естественной влажности:

где  угол внутреннего трения связанных грунтов.

Удельное сцепление грунтов насыпи в естественном состоянии:

1,4 т/м²

Грунты насыпи во взвешенном состоянии.

     Объемный вес грунтов насыпи во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где т/м³ -  удельный вес грунтов насыпи;

 коэффициент пористости грунтов насыпи при нормальной плотности. Он определяется по формуле:

где = 1,59 т/м³ объемный вес скелета грунта насыпи.

т/м³

Коэффициент трения грунтов насыпи во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где  коэффициент трения грунтов насыпи в естественной влажности

Удельное сцепление грунтов насыпи во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где  удельное сцепление грунтов насыпи в естественном состоянии.

т/м²

Грунты по основанию насыпи.

Объемный вес грунтов основания определяется по формуле:

где  т/м³ удельный вес грунтов основания;

 коэффициент пористости грунтов основания при естественной влажности. Он определяется по формуле:

т/м³

Коэффициент трения грунтов основания во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где =25,5⁰ угол внутреннего трения связанных грунтов.

Удельное сцепление грунтов основания во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где  удельное сцепление грунтов основания в естественном состоянии.

т/м²

Результаты расчетов по определению характеристик грунтов насыпи и основания сводятся в таблицу 1.

Таблица 1.                                 

Характеристика
Грунты
Н	0,48	1,4	1,88
ВН	0,41	0,98	0,99
ВОН	0,39	0,84	0,95

3. Расчет устойчивости откосов пойменной насыпи.

Нагрузка от подвижного состава и нагрузка от собственного веса верхнего строения пути учитывается в виде фиктивного столбика грунта, высотой:

 

где  - суммарная нагрузка от подвижного состава принимаемая равной допускаемым напряжениям на основной площадке земляного полотна с коэффициентом запаса 1,3.

= кг/см² = 10,4 т/м²

Ширина полосовой нагрузки принимается равной длине шпалы, т.е. 2,75м.

 Определение минимального коэффициента устойчивости насыпи.

Для определения коэффициента устойчивости задаемся возможными кривыми обрушения, для каждой из которых определяем наименьший коэффициент устойчивости откоса по следующей формуле:

где Т – касательная составляющая собственного веса;

N – номинальная составляющая силы собственного веса;

f – коэффициент трения;

l – длина поверхности скольжения в пределах рассматриваемого отсека;

C – удельное сцепление;

D – гидродинамическое давление. Оно определяется по формуле:

где  площадь, равная сумме площади сползающей насыпи во взвешенном состоянии;

I = 0,029 – средний уклон кривой депрессии.

Возможные кривые обрушения представлены на рис.1,2,3.

Дальнейшие вычисления указанных сил, а также их суммы по всем отсекам, представлены в таблицах 2,3,4, соответственно для трех возможных кривых обрушения.

По данным таблиц определяются три значения коэффициента устойчивости, которые сравниваются с нормативным значением . Они рассчитываются по формулам:

- при радиусе кривой обрушения R=53,1 м:

 - при радиусе кривой обрушения R=54,4 м:

- при радиусе кривой обрушения R=54,8 м:

По результатам расчетов можно сделать следующие выводы: как показали выполненные расчеты, полученные коэффициенты устойчивости оказались больше нормативного. Это означает, что откосы обладают устойчивостью.

4. Проектирование дренаж в выемке для ликвидации пучины.

Дренаж – устройство, предназначенное для снижения влажности грунтов и понижения уровня или перехвата подземных вод.

Подземные воды, в зависимости от их вида, по-разному влияют на прочность, устойчивость и стабильность земляного полотна и его основания. Они бывают безнапорными – в виде верховодки, грунтовых и межпластовых вод, и напорными. Вода в грунте может находится в трех состояниях: жидкой фазе, твердой (лед) и газообразной (водяной пар). Для земляного полотна наибольшую опасность представляет свободная гравитационная и, тем более, напорная вода. Она снижает сопротивляемость грунтов сдвигу, а вода в виде льда – создает условия для морозного пучения грунтов. Связную воду очень сложно удалить из грунта, а при ее значительном количестве существует явление падения сопротивления грунтов сдвигу.

Дренаж является одним из мероприятий по борьбе с пучинами. Пучины образуются в результате замерзания влажного грунта из-за увеличения объема воды. Таким образом, для недопущения появления пучин, необходимо или убрать воду из грунта, или убрать зону промерзания за пределы пучинистого грунта. Для изменении зоны промерзания используют укладку пенополистирольных плит. Для отвода воды из грунтов основания железнодорожного пути используют дренажи.

Расчет и проектирование двустороннего закюветного дренажа.

При проектировании дренажа расчетом определяется:

·  Глубина их заложения

·  Расход воды (дебит)

·  Диаметр дренажной трубы

Глубина заложения дренажа определяется по формуле:

где z = 1,46 м – расчетная глубина промерзания грунта от верха балластного слоя;

a – величины возможного колебания уровня капиллярных вод и глубины промерзания, a=0,25м;

высота капиллярного поднятия воды над кривой депрессии,

расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажа,

b – расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной призмы, b=1,48м;

f – стрела изгиба кривой депрессии, м:

где расстояние от оси земляного полотна до стенки траншеи,

средний уклон кривой депрессии,

м

Список литературы.

1. Железнодорожный путь. Т.Г. Яковлева, Н.И.Карпущенко, С.И.Клинов. Москва Транспорт, 1999
2. СТН Ц 01-95 «Железные дороги колеи 1520 мм» -Москва. Транспорт 1995
3. Проектирование железнодорожного пути. Под ред. Г.М.Шахунянца Москва Транспорт, 1972
4. Оформление текстовых документов: Методические указания для курсового и дипломного проектирования. СПБ ПГУПС, 2002