Проект стабилизации насыпей армогрунтовыми конструкциями

ЧАСТЬ 7

Проект стабилизации насыпей армогрунтовыми конструкциями

7  ПРОЕКТ СТАБИЛИЗАЦИИ НАСЫПЕЙ АРМОГРУНТОВЫМИ КОНСТРУКЦИЯМИ

Введение

В современных условиях эксплуатации железных дорог, характеризующихся увеличением скоростей движения поездов, ростом грузонапряженности и внедрением новых конструкций верхнего строения пути, повышаются требования к прочности и устойчивости земляного полотна. Отдельные участки земляного полотна, считавщиеся прежде устойчивыми, в этих условиях не удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Все части железнодорожного пути, в том числе и земляное полотно, по прочности, устойчивости и состоянию должны обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с установленными скоростями.

Накопление остаточных деформаций в балластном слое и в основной площадке земляного полотна происходит тем интенсивнее, чем выше нагрузка на ось, скорость движения и грузонапряженность. Чем выше скорости движения, тем меньшие допуски в содержании полотна могут быть разрешены. Это отражено в соответствующих инструктивных указаниях ЦП МПС. Отступление от норм содержания земляного полотна и всех устройств при нем приводит к его деформациям, иногда сопровождающихся большими перерывами в движении поездов и весьма крупными работами по восстановлению пути.

Нарушение норм содержания земляного полотна может проявится лишь через несколько лет, в течение которых происходит внешне незаметный процесс ослабления земляного полотна. Когда ослабление достигает такого уровня, что нарушаются условия равновесия, происходят деформации в виде обрушений и сплывов откосов.

Наиболее часто деформируются высокие насыпи, имеющие развитые балластные шлейфы.

Анализ состояния таких насыпей на сети железных дорог показывает, что процесс приведения их в технически надежное состояние нуждается в значительном ускорении. Использование традиционных способов усиления (контрбанкетов, контрфорсов, подпорных стен и т.п.) не всегда эффективно и приводит к большим затратам средств и времени. В связи с этим возникла необходимость разработки прогрессивных способов усиления эксплуатируемых железнодорожных насыпей, базирующихся на современных экономических машинизированных технологиях, позволяющих вести работы без ограничения движения поездов.

Для разрешения этой проблемы Петербургским и Московским университетами путей сообщения были разработаны современные способы усиления земляного полотна, которые в опытном порядке применялись в производственных условиях на деформирующихся участках насыпей и показали хорошие результаты. К ним относятся различные способы армирования земляного полотна стягивающими элементами, анкерными устройствами, буроинъекционными сваями, армогрунтовыми стенками. На применение этих способов составлены технические указания, которые утверждены Главным управлением пути МПС.

7.1 Расчет общей устойчивости насыпи

7.1.1 Исходные данные:

Нам дана насыпь железнодорожной линии высотой 12,76 м, состоящая из трех геологических слоев: щебень, песок среднезернистый, суглинок легкий. Необходимо определить устойчивость правого откоса и, при необходимости усиления насыпи, рассчитать армогрунтовую стенку.

1) Щебень: φ_н = 40˚→ φ_I = =38,1˚; с = 0; γ = 20 кН/м³.

2) Песок среднезернистый:φ_н = 38˚→ φ_I = =36,2˚; с = 0; γ = 18 кН/м³.

3) Суглинок легкий: φ_н = 20˚→ φ_I = =17,4˚;

с_н = 19 кПа→ с_I = =12,67 кПа; γ = 22 кН/м³; 0,25 ≤ I_L ≤ 0,50.

Где  φ_н – нормативный внутренний угол трения грунта; φ_I – расчетный внутренний угол трения грунта, град.; с - удельное сцепление грунта, кПа; γ -   удельный вес грунта, кН/м³.

7.1.2 Определение коэффициента устойчивости по методу Шахунянца:

k_уст = ,

где  - сумма удерживающих сил;

- сумма сдвигающих сил;

    α – угол наклона поверхности скольжения грунта к горизонтальной плоскости, град.

Удерживающими являются сила трения (F_тр= ) и сила сцепления (F_сц=), а сдвигающими - вес грунта Q и приложенная на насыпь нагрузка от верхнего строения пути и подвижного состава.

Для определения коэффициента устойчивости насыпи, разобьем ее правый склон на 13 отсеков (плакат № 8) и, для удобства, рассчитаем коэффициент устойчивости в каждом отсеке, чтобы проследить тенденцию спада или увеличения устойчивости насыпи.

Разложим вес отсека Q на составляющие:

N_i = Q_i cos α_i ;   T_i = Q_i  sin α_i ,

где N_i – сила трения, T_i – сдвигающая сила.

Также нам понадобится рассчитать коэффициент трения, который равен

f_i = tg φ_i ,

где φ_i – угол внутреннего трения i – ого грунта, град.

Вес грунта в отсеке определяется:

Q_i = γ_i ω_i ,

где γ_i - удельный вес грунта i – ого отсека, кН/м³; ω_i – площадь 1м.п. грунта,м².

Определение k_{уст i} для каждого отсека:

1.  Находим вес отсека: Q₁ = (0,414м · 15 кПа)+(0,0978 м² · 20 кН/м³) = =6,21+1,96 = 8,17 кН/м;

 k_уст1 =  = == 0,6816

2.  Q₂ = (0,501м · 15 кПа)+(0,2368м² · 20 кН/м³)+(0,1433м² · 18кН/м³) = 7,52+4,74+2,58 = 14,84 кН/м;

k_уст2 =   = == 0,6362

3.  Q₃ = (1,688м · 120 кПа)+( 1,688м · 15 кПа)+(0,8376м² · 20 кН/м³)+ +(2,5496м² · 18кН/м³) = 202,56+25,32+16,75+45,89 = 290,52 кН/м;

k_уст3 =  = == 0,6362

4.  Q₄ = (0,675 м · 120 кПа)+( 0,675 м · 15 кПа)+(0,3816 м² · 20 кН/м³)+ +(1,7371 м² · 18кН/м³) = 81+10,13+7,63+31,27 = 130,03 кН/м;

 Проверка: Q₄·tg φ_{I песок} = 130,03·tg 36,2˚= 95,17                  

Q₄·tg φ_{I сугл} + с_{I сугл}·l₄ = 130,03·tg 17,4˚+12,67·0,755=40,75+9,57= 50,32

50,32 ≤ 95,17 → расчет ведем по суглинку

k_уст4 =  = == 0,7901

5.  Q₅ = (0,338 м · 120 кПа)+( 0,338 м · 15 кПа)+(0,1979 м² · 20 кН/м³)+(0,9238 м² · 18кН/м³)= 40,56+5,07+3,96+16,63 = 66,22 кН/м;

 Проверка: Q₅·tg φ_{I песок} = 66,22·tg 36,2˚= 48,47                  

Q₅·tg φ_{I сугл} + с_{I сугл}·l₅ = 66,22·tg 17,4˚+12,67·0,339 = 20,75+4,3= 25,05

25,05 ≤ 48,47 → расчет ведем по суглинку

k_уст5 =  = == 4,0044

6.  Q₆ = ( 0,473 м · 15 кПа)+(0,2856 м² · 20 кН/м³)+(1,3076 м² · 18кН/м³) = 7,10+5,71+23,54 = 36,35 кН/м;

 Проверка: Q₆·tg φ_{I песок} = 36,35·tg 36,2˚= 26,6                  

Q₆·tg φ_{I сугл} + с_{I сугл}·l₆ = 36,35·tg 17,4˚+12,67·0,475 = 11,39+6,02 = 17,41

17,41 ≤ 26,6 → расчет ведем по суглинку

k_уст6 =  = == 5,0744

7.  Q₇ = ( 0,443 м · 15 кПа)+( 0,2848 м² · 20 кН/м³)+(1,24 м² · 18кН/м³) = 6,65+5,7+22,32 = 34,67 кН/м;

 Проверка: Q₇·tg φ_{I песок} = 34,67·tg 36,2˚= 25,37                  

Q₇·tg φ_{I сугл} + с_{I сугл}·l₇ = 34,67·tg 17,4˚+12,67·0,461 = 10,87+5,84 = 16,71

16,71 ≤ 25,37 → расчет ведем по суглинку

k_уст7 =  = == 1,7151

8.  Q₈ = ( 1,008 м² · 20 кН/м³)+(4,576 м² · 18кН/м³) = 20,16+82,37 =

= 102,53 кН/м;

 Проверка: Q₈·tg φ_{I песок} = 102,53·tg 36,2˚= 75,04

Q₈·tg φ_{I сугл} + с_{I сугл}·l₈ = 102,53·tg 17,4˚+12,67·1,646 = 32,13+20,86 = 52,99

52,99 ≤ 75,04 → расчет ведем по суглинку