Определение основных конструктивных элементов выемки. При проектировании поперечного профиля насыпи, прежде всего:

а) определяют высоту насыпи Н_н :

Н_н =ОБ - ОЗ (1)

где ОЗ - отметка поверхности земли по оси насыпи.

ОБ - отметка профильной бровки основной площадки.

Н_н = 120-100=20 м

б) затем, в зависимости от количества путей, категории дороги и др. по СТНЦ определяют ширину основной площадки, назначают ее конфигурацию. (II категория, двухпутный участок, радиус кривой = 900 м., песок крупный):

- ширина основной площадки = 6,6 м,

- уширение основной площадки в наружную сторону для обеспечения необходимой ширины обочин при устройстве возвышения наружной рельсовой нити = 0,40 м,

- габаритное уширение = 0,19 м

В = 6,6+4,1+0,40+0,19=11,29 м

1.3 Определение нагрузки в теле насыпи

Определяют расчетные характеристики грунтов насыпи с учетом водонасыщения их в зоне подтопления. При этом учитывают, что при водонасыщении грунты существенно снижают прочностные характеристики и взвешиваются водой в затопленной зоне насыпи.

а) характеристики грунта тела насыпи выше границы подтопления, то есть выше кривой депрессии (слой 1) принимается по данным расчета плотности и по исходным данным.

(7)

где и - данные угла внутреннего трения грунта и сцепления грунта для тела насыпи из песка средней крупности, соответственно равны 39 и 1 т/м².

б) характеристики грунта тела насыпи в зоне гравитационных вод (слой 2).

(8)

(9)

(10)

в) характеристики грунта основания насыпи (слой 3) берем из исходных данных с учетом водонасыщения в зоне затопления.

(11)

Значение коэффициента пористости грунта основания берется по ветви нагрузки компрессионной кривой грунта основания при нагрузке от собственного веса грунта насыпи под бермой низового откоса :

Для этого определяем напряжения от грунта бермы.

h_бермы = 12,49 м

= _о-ср h_бермы (12)

= 19,460812,49 = 243,07 кПа

находим по компрессионной кривой (ветвь нагрузки)

(13)

(14)

1.5.2 Определяем высоту столбика грунта заменяющего вес верхнего строения пути ( Р_ВС ) и поездную нагрузку ( Р_О )

(15)

1.5.3 Определение коэффициента устойчивости откоса насыпи

Намечаются точки, через которые пройдут возможные кривые обрушения. Подошва насыпи т.А и точка на основной площадке Б. Расчет ведется по кривой АБ .Находим центр кривой обрушения. Для этого соединяют точки А и Б прямой АБ и из середины отрезка середины отрезка восстанавливаем перпендикуляр, являющийся линией центра кривой обрушения. Затем проводят вспомогательную прямую под углом 36^о к поверхности фиктивного столбика грунта. Точка О является точкой центра кривой обрушения. Из этого центра проводят дугу АБ радиусом R.

Полученный блок разбивают на отсеки шириной 5 м. В каждом отсеке определяют длины их оснований l, площади частей отсека угла и их синусы и косинусы. В площади включается эквивалентный столбик грунта.

При определении синуса угла sin необходимо иметь ввиду, что Х - это расстояние, замеряемое по горизонтали от середины основания отсека до вертикального радиуса R.

Коэффициент устойчивости К подсчитывается по формуле:

(16)

Коэффициент устойчивости 1< К < 1,5 следовательно, насыпь находится в зоне предельного равновесия. Расчеты проводятся в табличной форме (табл.4).

Сопротивление грунта сдвигу оценивается коэффициентом устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта К_дин:

К_дин = (17)

где - коэффициент динамики, принимаемый 1,07;

- коэффициент ответственности сооружения, для линии I категории = 1,20;

- коэффициент сочетания нагрузок в обычных условиях = 0,95;

- коэффициент условий работы = 0,95.

Так , то поперечный профиль корректируется в зависимости от величины :

,

то крутизна откосов выше берм принимается на 0,25 положе нормативной крутизны.

1.6 Определение границ укрепления откосов, проектирование типа и конструкции укрепления

С целью предохранения откосов земляного полотна от разрушающего воздействия природных факторов применяют укрепительные и защитные устройства. Укрепления подтопляемых откосов выбирается в зависимости от расчетной скорости течения водотока V и от расчетной высоты волны h. Для укрепления подтопляемых откосов, как правило, применяют бетонные и железобетонные плиты, каменную наброску и др.

1.6.1 Укрепление из бетонных и железобетонных плит

Большое достоинство этого вида укрепления в возможности комплексной механизации строительно-монтажных работ и снижении трудоемкости, а так же сроков строительства.

В данном курсовом проекте принимаем укрепление из железобетонных плит размером: 1,0Ч1,0 м, толщина плиты = 10-20 см, допускаемая скорость течения воды = 6 м/с, допускаемая высота волны = 0,8-1,5 м (по заданию высота волны = 0,77 м), объем одной плиты = 0,15-0,30 м³.

Толщина плит по условию устойчивости определяется по формуле:

(18)

где В - длина ребра плиты в направлении нормальном урезу воды В = 0,75;

- объемный вес плиты, = 2,4 т/м³;

- объемный вес воды, = 1 т/м³;

h - высота расчетной волны, h = 0,86 м;

- длина расчетной волны, = 9,8 м;

- коэффициент для сборных плит, =1,1;

- коэффициент запаса, = 1,2;

m - заложение откоса бермы, m = 2

Зерновой состав и толщина обратного однослойного фильтра, препятствующего выносу частиц грунта насыпи, определяются по формуле:

(19)

= 20,01 = 0,02 м

где в - ширина открытого шва сборных плит, в = 1 см.

Определяем толщину обратного фильтра:

Обратный фильтр состоит из слоя щебня или гравия с действующим диаметром частиц при коэффициенте неоднородности от 5 до 6, и его толщина должна быть равной .

(20)

где и - поперечный разрез частиц фильтра и грунта, - для песка 0,004;

- параметр, принимается в зависимости от высоты волны и от заложения откоса бермы, = 0,1664;

1.6.2 Укрепление откосов каменной наброской

Укрепление откосов насыпей каменной наброской не требует ручного труда и может быть механизировано, что дает возможность укреплять таким способом большие поверхности откосов насыпей, дамб и берегов. В каменной наброске укладываются не менее двух слоев камня. Более крупный камень располагается в верхнем слое.

Расчетный вес камней верхнего слоя наброски определяется по формуле:

(21)

где _к - объемный вес камня, _к = 2,6 т/м³;

k_к - 1,5 для сортированных камней;

- коэффициент, учитывающий форму камня, = 0,025;

h - высота расчетной волны h = 0,86 м;

л - длина расчетной волны л = 9,8 м.

Расчетный размер камня верхнего слоя определяется по формуле:

d_р-1=1,2408 (22)

d_р-1 =1,2408

Расчетный размер камня в нижнем слое определяется по формуле:

d_р-2 = 0,37 d_р-1 (23)

d _р-2 =0,370,143 = 0,05291 м

Толщина каждого слоя каменной наброски t_i определяется по формуле:

t =а d_m-i, (24)

где а - коэффициент, принимаемый равным 2.

для первого слоя t₁= 20,143 = 0,286 м

для второго слоя t₂= 20,05291 = 0,106 м

общая толщина наброски: t = t₁+t₂ = 0,286+0,106 = 0,39 м

Наброска укладывается на слой обратного фильтра.

Определяем толщину обратного фильтра:

= 0,1664

d_Ф = d_р-2 /5 = 0,05291/5 = 0,01058 м;

1.6.3 Определение отметки бермы

Бермы на пойменной насыпи предназначены для защиты её от разрушения водой, а также для усиления общей устойчивости. Отметка верхней границы укрепления откоса (отметка бермы) определяется по формуле:

ОБ= ГВВ + Н_нак, (25)

где ГВВ - отметка горизонта высоких вод, ГВВ = 110,0 м;

Н_нак - величина превышения отметки горизонта высоких вод,

Н_нак=h_подп+ Н+h_нак+а, (26)

где h_подп - высота подпора за счет сужения русла мостом, h_подп = 0,43 м;

Н - высота ветрового нагона, Н = 0,1 м;

а = 0,5 м

Н_нак= 0,48 + 0,1 + 1,46 + 0,5 = 2,49 м

Высота наката воды на откос определяется по формуле:

h_нак = (27)

где k_Ш - коэффициент шероховатости и проницаемости, k_Ш = 0,9;

m - заложение откоса, m = 2;

k = (28)

где угол между направлением волны и линией уреза, = 30

k== 0,84

Определяем высоту наката волны на откос:

h_нак =

Отметка верхней границы укрепления откоса

ОБ = 110,0 + 2,49 = 112,49 м.

1.7 Определение ожидаемых осадок основания насыпи

Расчет осадок производится на основе компрессионного уплотнения грунтов исходя из предпосылок о невозможности бокового уширения и выпирания грунта при уплотнении.

Для расчета ожидаемых осадок используем ветвь нагрузки компрессионной кривой грунта основания насыпи. Вычерчивается поперечный профиль запроектированной насыпи в масштабе 1:200. При этом не учитывается уклон поверхности земли, т.е. основание насыпи считается расположенным горизонтально.

Определяем суммарные вертикальные напряжения, действующие по основанию насыпи в точках 0,1,2,3,4 и 5

Расчеты ведем в табличной форме (табл.5.).

Строим эпюру суммарных напряжений по основанию насыпи, которую делим на элементарные фигуры. Далее определяем напряжения от каждой элементарной фигуры в точках, находящихся в створе оси земляного полотна.

Расчеты ведем в табличной форме (табл.6.).

Во время сооружения насыпи и в период ее эксплуатации грунта основания уплотняются. Компенсация осадок осуществляется дополнительным объемом грунта, который идет на заполнения строительной доли осадки и увеличением толщины балласта по мере реализации эксплуатационной доли осадки.

Для определения осадки S_g слоев грунта, расположенных ниже точки 3, строим график относительных осадок, экстраполируем его до пересечения с осью Z. Величина осадки этих слоев равна площади заштрихованной части графика.

Дополнительная осадка определяется по формуле

S_g = 0,5 (29)

где _i - величина относительной осадки в i-той точке.

S_g = 0,5

Полная осадка по оси насыпи определяется по формуле:

S = h_i + S_g (30)

где - осадка i - го слоя грунта толщиной h_i. Определяется по формуле:

(31)

S = 0,850964 + 0,851 = 1,702

Необходимо определить строительную и эксплуатационную доли полной осадки, в зависимости от которых определяют требуемое уширение основной площадки и необходимые объемы грунта и балласта для компенсации осадки основания в расчете на 100 м длины насыпи.

(32)

где - доля реализации полной осадки основания в процессе строительства

(33)

Строительная доля осадки компенсируется дополнительным объемом грунта, м³/100м и определяется по формуле:

(34)

Эксплуатационная доля осадки компенсируется подъемками пути на балласт, дополнительный объем которого определяется по формуле:

(35)

где В - нормативная ширина основной площадки;

в_вс - средняя ширина балластной призмы;

у - расстояние от подошвы откоса до оси насыпи;

- уширение основной площадки для размещения балластной призмы увеличенной толщины, которая определяется по формуле:

(36)

где - заложение откоса балластной призмы, =1,5.

Таблица 5. Подсчет напряжений по основанию насыпи

Таблица 6. Подсчет напряжений в основании насыпи и осадки основания.

Часть II. Проектирование выемки и расчет ее на устойчивость

2.1 Определение основных конструктивных элементов выемки

При проектировании поперечного профиля выемки, прежде всего:

а) определяют глубину выемки Н_В :

Н_В =ОЗ - ОВ+ h_сл.пр+ h_{песч.под} (37)

где ОЗ - отметка поверхности земли по оси выемки.

ОВ - отметка профильной бровки.

h_сл.пр - высота сливной призмы

h_{песч.под} - толщина песчаной подушки

Н_В = 207,8- 193,6 + 0,2 + 0,7 =15,1 м

б) затем, в зависимости от количества путей, категории дороги и др. по СТНЦ определяют ширину основной площадки, назначают ее конфигурацию. (I категория, двухпутный участок, радиус кривой = 2600 м., супесь легкая):

- ширина основной площадки = 7,6 м,

- уширение основной площадки в наружную сторону для обеспечения необходимой ширины обочин при устройстве возвышения наружной рельсовой нити = 0,2 м,

- габаритное уширение = 0,02 м

В = 7,6 + 0,2+ 4,1+ 0,02 = 11,92 м

в) от основной площадки по обе стороны проектируют кюветы с типовыми размерами: шириной по дну - 0,4 м и глубиной - 0,6 м. Откосы кюветов назначают 1:1,5

г) крутизну откоса выемки назначают в соответствии с указаниями СТНЦ. После расчета общей устойчивости откоса выемки принимают окончательное решение относительно крутизны откосов;

д) после этого проектируют с нагорной стороны выемки банкетный вал, забанкетную канаву, кавальер и нагорную канаву в соответствии с указаниями СТНЦ. С низовой стороны предусматривают второй кавальер, водоотводную канаву (при поперечном уклоне местности менее 0,04).

Назначают границы полосы отвода земли под железную дорогу не ближе 2,0 м от границы земляных и водоотводных устройств.

2.2 Проектирование нагорной канавы

2.2.1 Основные положения

При проектировании канав необходимо выполнять следующие требования:

- Канавы должны пропускать весь расчетный расход воды без переполнения.

- Строительные расходы на сооружение канав должны быть минимальны. Для этого канаву необходимо запроектировать с гидравлическим наивыгоднейшим поперечным сечением и минимально возможными уклонами для удешевления укрепления.

- Эксплуатационные расходы на прочистку канавы и ремонт одежды канав должны быть минимальны.

В результате расчета определяется:

а) площадь поперечного сечения, достаточная для пропуска расчетного расхода воды;

б) продольный уклон и скорость течения воды, исключающие возможность заиливания канав или размыва их при данном грунте или принятом типе укрепления дна и откосов канав;

2.2.2 Проектирование плана и продольного профиля

Заданную длину канавы необходимо разбить на участки. Продольный уклон и размеры поперечного сечения канавы будут постоянными на протяжении каждого участка.

На поворотах трассы канавы в плане сопряжения прямых участков осуществляется плавными кривыми радиуса не менее 10 м, а на участках подходов к перепадам, быстротокам, искусственным сооружениям - не менее 20м.

Угол примыкания одной канавы к другой должен быть не более б = 45 Продольный уклон канав желательно назначать, следуя топографии местности. Минимальный продольный уклон канав рекомендуется принимать не менее 3 ‰ , в исключительных случаях 2 ‰., на болотах, поймах рек и в других равнинных условиях 1 ‰.

Наивыгоднейшие уклоны должны быть выбраны так, чтобы скорость течения воды в канавах не превышала допускаемые (не размывающие) для данного грунта, в противном случае подбирается соответствующий тип укрепления, а по условиям недопущения заиливания минимальная допускаемая скорость течения воды 0,25-0,30 м/с (для канав, не имеющих укрепления и не покрытых растительностью)

2.2.3 Проектирование поперечного сечения

Размеры поперечного сечения канавы устанавливаются гидравлическим расчетом, исходя из расчетного расхода воды. Причем размеры находят в начале каждого участка по расходу воды, притекающей к концу участка.

Минимальная ширина дна канавы должна быть - 0,6 м; на болотах - 0,8 м. Полная глубина канавы назначается на 0,2 м больше расчетной и принимается 1 м. Крутизна откосов назначается в зависимости от рода грунта, в супесях - 1:1,5.

Расчет начинают с низового участка, способом гидравлически наивыгоднейшего сечения. Затем, сохраняя ширину канавы по дну неизменной, переходят к расчету верховых участков способом подбора основных параметров, проверяя скорость.

Если условие не выполняется, то меняют размеры дна канавы, т.е. окончательное сечение канавы на всех последующих участках определяется варьированием размеров.

2.2.4 Гидравлический расчет

Длина канавы - 210 м;

Q₁ = 3,5 м³/сек - расход воды на низовом участке

Q ₂ =2,0 м³/сек - расход воды на верховом участке

грунт - супеси легкие;

крутизна откосов 1 : m = 1: 1,5;

i ₁= 0,0026 - уклон местности на низовом участке.

i ₂= 0,0011 - уклон местности на верховом участке.

Разобьем канаву по длине на два участка по 175 м. На низовом участке принимаем укрепление русла каменной наброской, при этом n = 1/45= 0,0222

Находим площадь живого сечения русла канавы

(38)

(39)

(40)

(41)

Определяем глубину живого сечения русла канавы

(42)

Ширина канавы по дну

(43)

Полная глубина канавы

(45)

Находим смоченный периметр канавы

(46)

Определяем гидравлический радиус канавы

насыпь грунт поездной нагрузка

(47)

Находим значение коэффициента Павловского

(48)

Определяем скорость течения воды в канаве по формуле Шези

(49)

условия выполняются

Расчетный расход воды в канаве

(50)

Проверка

(51)

Условие выполнено. Пропуск заданного расхода обеспечен.

За счет изменения уклона измениться глубина воды в низовом сечении при постоянной ширине по дну = 1,1 м.

(52)

(53)

, у = 0,273

(54)

условия выполняются

Проверка

Пропуск заданного расхода обеспечен.

Затем находим величину сопряжения ширины верховой и низовой канавы:

2.3 Расчет устойчивости откосов выемки

Нарушение местной устойчивости проявляется в виде смыва или сплыва грунта откоса, насыщенного водой, имеющего низкие прочностные характеристики.

При определении возможности сплыва откосов необходимо определить коэффициент местной устойчивости по формуле:

(55)

где г - объёмный вес грунта, кН/м³

г_b - объёмный вес воды (10 кН/м³ )

n - заложение откоса выемки (1,5 )

ц_р - расчётное значение угла внутреннего трения (22⁰ )

С_р - расчётное значение удельного сцепления оттаивающего грунта (0кПа )

А и В - коэффициенты определяемые по номограмме в зависимости от отношения z/h,

z - расчётная глубина сезонного промерзания, м

h - высота откоса, в пределах которой возможен сплыв грунта, м

(56)

Г₃ - отметка земли

Г_гр - отметка границы разнородных грунтов

Н - глубина выемки

n - заложение откоса выемки

т - заложение поперечного уклона местности

L - расстояние (L =4,2 м. т.к. есть закюветная полка 2 м.)

В - ширина основной площадки земляного полотна

?b - уширение основной площадки земляного полотна

Объёмный вес грунта в верхней части откоса определяется как среднее значение г₀ и г₁ (точки 0 и 1):

(57)

В точке 0 д_г-0 = 0 . По ветви нагрузки компрессионной кривой грунта первого слоя находим о₀ при д_г-0 = 0 и определяем:

(58)

о₀ =0,796

Р_s- плотность частиц грунта (Р_s=26,9 кПа )

W - природная влажность

В точке 1

г₁^/ = г₀ +0,05h = 18,99+0,05·8,89=19,43 кН/м³ (59)

Находим:

(60)

По ветви нагрузки компрессионной кривой находим о₁ при д_г-1 = 170,78 (о₁ =0,647)

и определяем:

Сплывы откосов выемок происходят при оттаивании мёрзлого слоя грунта. При этом резко снижаются прочностные его свойства. Сплыв обычно происходит постепенно по мере приближения плоскости оттаивания к границе максимального сезонного промерзания грунта, глубина которой z определяется:

 (61)

где Щ- сумма морозоградусосуток за зимний период (Щ=2659⁰ )

л - коэффициент теплопроводности мёрзлого слоя

л=1,163·К(Р_d+10W-1,1)-10W (62)

К- коэффициент (К=1,5 для супеси )

Р_d- плотность сухого грунта, т/м³

л=1,163·1,5(1,532+10·0,24-1,1)-10·0,24=2,54 Вт/(м/с) (63)

-теплота плавления льда

Q=1000· L· Р_d· W=1000·335·1,532·0,24=123172,8 кДж/м³ (64)

L- удельная теплота плавления льда (335 кДж/м³ )

S- толщина слоя грунта, м

(65)

l_сн- средняя за зиму толщина снежного покрова на откосе ( 0,73 м )

л_сн- коэффициент теплопроводности снега ( 0,28 вТ/мС⁰ )

z/h=0,67/8,89=0,075

По номограмме определяем коэффициенты А и В:

А=35

В=1,07

Так как К_m=0,41<1,5 , то местная устойчивость откосов выемки недостаточна.

Нужно уположить откосы выемки, или укрепить откосы крупнообломочной обсыпкой щебнем или гравием, посадкой кустарников.

2.4 Проектирование и расчет дренажа

2.4.1 Общие положения

При наличии в зоне основной площадки грунтовых вод возникает вопрос о повышении стабильности земляного полотна, в данном курсовом проекте это решается с помощью применения дренажных устройств. При проектировании дренажа решают вопросы:

оценка технической эффективности устройств дренажа;

выбор типа дренажа и его места расположение в плане и профиле;

определение глубины заложения дренажа;

подсчет расходов воды в дренаже;

гидравлический расчет дренажа;

определение числа смотровых колодцев;

разработка конструкций элементов дренажа.

2.4.2 Оценка технической эффективности дренажа

Эффективность устройства дренажа оценивается коэффициентом водоотдачи м и величиной снижения его весовой влажности ДW, определяемыми по формуле:

(66)

ДW= (67)

где Мо - активная пористость грунта или водоотвода;

n - пористость грунта водоносного слоя под основной площадкой ;

б - доля от W_М капиллярно застрявшей воды (б =0,1);

W_М - максимальная молекулярная влагоёмкость (0,13);

г_У - удельный вес сухого грунта (по исходным данным) ;

г_В - удельный вес воды (г_В =10 кн/м³) ;

(68)

Коэффициент пористости е определяется по ветви нагрузки компрессионной кривой для грунта выемки при д=Ро-Рвс.

д =80 +17= 97 кПа ;

= 0,682; ;

ДW=

(69)

(70)

Дренаж считается эффективным, если м ?0,20. В данном курсовом проекте это условие выполняется, следовательно, можно применять дренаж в качестве понизителя уровня грунтовых вод.

Эффективность осушения для повышения несущей способности основания оценивается допустимым давлением на основную площадку:

(71)

где с и ц - прочностные характеристики грунта;

Р_вс - нагрузка от верхнего строения пути, кПа.

Дренаж считается не эффективным, так как Р_доп <Ро+Рвс

58 <97

19,1<97

2.4.3 Выбор типа дренажа

В выемках значительного протяжения для перехвата или понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой обычно применяют горизонтальные дренажи траншейного типа. При длине дренажа более 50м по дну укладывают трубы, при глубине дренажа более 1,0ч1,65м его делают закрытым.

2.4.4 Проектирование трассы и продольного профиля дренажа

Трасса дренажа проектируется по конкретным данным геологического и гидрологического обследований.

При проектировании продольного профиля учитывают:

1 - продольный профиль дна дренажа должен быть равен уклону дна кювета в выемке;

2 - оптимальным продольным уклоном считается уклон 5-7‰;

3 - дренажи большого протяжения проектируются с однообразным продольным уклоном или с постепенным его возрастанием в низовой части;

4 - концы входящие и выходящие труб в смотровом колодце размещаются в разных уровнях с перепадом не менее 10 см

Тип дренажа по расположению его дна относительно водоупора может быть совершенным и несовершенным.

Продольный профиль дренажа проектируют в зависимости от местных условий.

2.4.5 Глубина заложения дренажа

Глубина заложения дренажа определяется по формуле:

 (72)

где Z₁₀ - максимальная глубина промерзания грунта основания выемки. Z₁₀=1,9м

е - величина изменения уровня капиллярных вод; е =0,2 м;

а _кп - высота подъема капиллярной воды над кривой депрессии а _кп=0,6м;

f-стрела изгиба кривой депрессии:

для одностороннего дренажа f = 0,5( В +1)I_o= 0,5(11,92+1) ·0,04=0,2584м; где В- ширина основной площади выемки, м;

I₀- средний уклон кривой депрессии ;

h_o- расстояние от верха дренажной трубы до дна траншеи, h_o= 0,4 м;

b-расстояние от верха балластной призмы до верха дренажной траншеи, м;

в=h₆+0,6;

h₆--суммарная толщина балласта, м; h₆=h_щ+0,15=0,40+0,15=0,55;

h_щ - толщина однослойной балластной призмы.

Отметка дна дренажа равна 193,6-0,6-2,21=190,79 м. Т. к. это выше водоупорного слоя (189,6 м) то глубину дренажа принимаем равной h = 2,21 м

Не совершенный дренаж

2.4.6 Расчёт расхода воды в дренаж

При не совершенном дренаже возможны 4 зоны втекания: с полевой стороны из зон А и Б, с полевой стороны дна из зоны В, с междренажной стороны дна Г и с междренажного пространства зон Д и Е.

Расход воды из междренажного пространства зон А и Б определяют из выражения:

(73)

где

- коэффициент фильтрации осушаемого грунта; (0,5 м/с);

- бытовая толщина бытового потока.

Н=ГВВ-ОДД, (74)

где ГВВ- отметка горизонта высоких вод, ОДД- отметка дна дренажа;

h₀- расстояние от дна дренажа до верха трубы, h₀ =0,4м.

H=192,6-190,79=1,81м,

Ширину траншеи 2d назначают в зависимости от глубины h:

d=0,4

Расход воды из зоны В с полевой стороны дна дренажа определяется;

(75)

где I₀- средний уклон кривой в депрессии;

K-коэффициент фильтрации (м/сутки)- , для супеси тяжелой;

K =0,5 м/сутки, H-бытовая толщина грунтового потока, м,

Расход воды для дренажа рассчитывают по формуле Чугаева:

(76)

где значение определяют по графику в зависимости от параметра;

, (77)

Т=ОДД-ОВ=190,79-189,6=1,19 м (78)

где

- толщина подстилающего водоносного пласта;

- длина проекции кривой депрессии на горизонталь, определяемая по формуле:

м;

;

;

Так как , Т<Т_р то сначала надо определить некоторое промежуточное значение , приняв и определив по формуле

(79)

q_ч¹ = 0,22

Считаем коэффициент q_ч

м³/с.

Расход воды из зоны Г определяют из выражения;

. м³/с. (80)

м³/с.

Расход воды из междренажного пространства зон Д и Е определяют из выражения:

. (81) м³/с.

Полный суммарный расход воды в дренаж:

(82)

2.4.7 Подбор дренажа

При расчете пропускной способности дренажной трубы-дрены определяют расход на протяжении всей длины рассматриваемого дренажа, а в случае дренажной сети учитывают приток воды из других подземных водоотводов. Тогда суммарный расчетный расход воды в дренаже

(83)

где Q_T - транзитный расход воды, притекающий из сопряженных дренажей, м³/ час; Q_T=0

q_П - полный расход воды в дренаж на единицу длины, м³/ час;

l- длина дренажа как водосбора, м l=250 м;

т_Т -- коэффициент, учитывающий возможность постепенного загрязнения

трубы, т_Т=1.5.

Конструкция трубчатого дренажа для отвода воды от основной площадки земляного полотна выполняется из полимерных материалов и состоит из дренажного трубопровода, наблюдательных скважин, дренажного фильтра и конструкции выпуска дренажа. Трубы работают в безнапорном режиме. Диаметр дренажного трубопровода определяется в зависимости от расчетного расхода воды в дренаже и его уклона. Минимальный внешний диаметр труб принимается 160мм. Для отвода воды от основной площадки коротких участков (250-300м) на нулевых местах и в неглубоких выемках допускается внешний диаметр труб уменьшать до 110мм. Длина труб принимается 10м при доставке железнодорожным транспортом и 5-6м при доставке автомобильным транспортом. Дренажные водоприемные отверстия выполняются в верхней половине контура труб. По форме отверстия выполняются круглыми или щелевидными. Диаметр отверстия или ширина щели и их количество, а также шаг в продольном направлении должны соответствовать расчетным значениям. При этом их суммарная площадь должна быть не менее 0,5 % поверхности трубы. Обычно диаметр отверстия или ширина щели принимается 5-10мм, длина щели 30-50мм.

Для наблюдения за работой дренажа , а также возможности по прочистке в трубопроводе через 50-60м устраивают наблюдательные скважины. Скважины располагаются также во всех местах изменения профиля и плана трассы дренажа. Скважины выполняются из таких же полимерных труб, что и трубопровод, но без дренажных отверстий. Фасонные детали к дренажным трубам состоят из соединительных муфт, тройников к наблюдательным скважинам и отводов, применяемых при повороте трассы дренажа. Муфты предназначены для соединения элементов труб в трубопровод. Вместо муфтового соединения элементов труб могут применяться трубы с раструбом или же полимерные трубы соединяются в полевых условиях в единый трубопровод с помощью сварки. Наблюдательная скважина соединяется с трубопроводом тройником. Труба наблюдательной скважины должна иметь по всему сечению свободное отверстие входа в дренажную трубу. Длина наблюдательной скважины принимается такой, чтобы верх её из условия сохранности располагался на 0,2-0,25м ниже дневной поверхности грунта над дренажной. Наблюдательная скважина сверху закрывается крышкой. На рис. показан пример конструкций фасонных деталей.

Труба и фасонные детали к ним изготавливаются из термопластов: полиэтилена низкого и высокого давления (ПНД и ПВД), непластифицированного поливинилхлорида (НПВХ) и полипропилена (ПЛ).

Диаметр дренажного трубопровода определяется в зависимости от расчетного расхода воды в конце участка дренажа:

(84)

где Q_np - предельный расход воды, пропускаемый трубой данного диаметра при заданном уклоне;

Q_P- расчетный расход притока воды к дренажу в низовом его сечении. Q_р = Q_д.

(85)

где _Т- площадь трубы;

V - скорость движения воды .

Труба из ПНД, d=150мм, толщина стенки 3,9 мм., внутренний диаметр

150 мм, уклон трубы 0,005,

м

м/с

2.4.8 Проектирование дренажного фильтра и отверстий трубопровода

Вокруг дренажного трубопровода устраивается фильтр. Конструкция фильтра проектируется из условий недопущения вываливания и выноса мелких частиц по границам фильтра с грунтом и дренажной трубой, приводящих к засорению дренажа. В качестве материала фильтра используют щебень, гравий, а также крупно или среднезернистый песок. Допускается в качестве фильтра применять продукты очистки старого щебеночного балласта. При применении щебня или гравия в качестве дренирующего заполнителя вокруг трубы их устраивают в обойме из геотекстиля.

Геотекстиль в конструкции дренажного фильтра применяется как нетканый, так и тканый. При применении в качестве засыпки траншеи песком и песчано-гравийной смесью допускается применение по прочностным показателям геотекстиля 2 класса прочности по Международной классификации, а при щебне- 3 класса прочности.

Выбирается материал дренажного заполнителя; определяются размеры и количество отверстий в трубе из условий:

а) предотвращения вываливания частиц заполнителя в трубу е < сД₇₀, где е- ширина щели или диаметр круглого отверстия дренажной трубы е=1,2см;

Д₇₀- диаметр частиц дренажного заполнителя, меньше которого соответственно 70% частиц по весу Д₇₀=0,5см;

С-2,5- при круглых отверстиях.

е=1,2 < сД₇₀=2,5*0,5=1,25см,

б) предотвращения выноса (суффозии) частиц заполнителя в трубу:

(86)

где V_доп - допускаемая скорость втекания воды в отверстия дренажной трубы, м/сек;

- коэффициент фильтрации дренажного заполнителя, м/сек.: .

Количество отверстий в трубе М на 1 пог. м,

Проверяем условия:

(87)

где q_п - полный расход воды на 1 пог.м. длины дренажа, м³/час;

М - число отверстий на 1 пог. М. трубы; F - площадь одного отверстия, м²;

Выпуск дренажа устраивают таким образом, чтобы обеспечить достаточную скорость вытекания воды и невозможность ее замерзания и наледообразования в концевой части дренажа.

2.5 Противопучинные мероприятия

В выемках, особенно на концевых участках, нередко возникают пучинные деформации земляного полотна. В последнее время большое распространение получили врезные подушки из непучинистых материалов и теплоизоляция грунта покрытиями из пенополистирола.

2.5.1 Проектирование врезной подушки

Зона активного пучения грунта составляет 2/3 глубины сезонного промерзания пучинистого грунта.

Поэтому толщина врезной подушки определяется по формуле:

(88)

где Z₁₀- максимальная глубина промерзания грунта Z₁₀ =1,9.; h_щ-суммарная толщина балласта и защитного слоя, измеряемая от поверхности балластной призмы, м. h_щ = 0,55м. Так как врезная подушка устраивается на концевом участке выемки, ее протяженность L ограничивается длиной пути с недопустимыми или перекосными пучинами. Для плавного изменения продольного профиля пути в зимний период по краям вырезки предусматривают сопряжения, длина которых определяется по формуле

(89)

где Р_о - допустимая величина равномерного пучения, мм ; i_доп - допустимый уклон отвода пути i_доп =1,5^о/_оо

На длине l_сопр глубина вырезки уменьшается линейно от Н₆ до нуля.

Рис. Поперечные профили врезной подушки с выпуском воды в дренаж: 1- балластная призма; 2- защитный слой; 3- врезная подушка

где Р_рп - наблюдаемая величина равномерного пучения за пределами пучины Р_рп=60мм;

к- коэффициент к=1.

2.5.2 Теплозащитные покрытия

Теплозащитные покрытия устраиваются при усилении основной площадки на участках, где необходима ликвидация деформаций морозного пучения. Теплозащитные покрытия укладываются под балластный слой на глубине не менее 40см под шпалой в сечении под внутренней нитью с уклоном 0,04 в полевую сторону. Срезка обочин ниже покрытия для отвода воды с него обязательна.

В качестве материала теплозащитного покрытия используются плиты жесткого пенопласта, имеющие замкнуто-ячеистую структуру и низкие, коэффициенты теплопроводности -- для теплозащитного покрытия

рекомендуется применять плиты из экструдированного пенополистирола, а

также пенополистирольный и поливинилхлоридный пенопласта.

Толщина теплоизоляции h_Т =16,5см определяется по номограмме в зависимости от суммы морозоградусосуток =2659^о С-сут. в районе сооружения выемки и толщины =10-20см защитного дренирующего слоя под покрытием. Ширина теплозащитного покрытия В зависит от суммы =2786^о C-сут. и принимается равной 5.5м при 2500< <3000°С-сут.B=5.5м. Сопряжения выполняются укладкой плит пенопласта, сумма морозоградусосуток П "С -сут. с зазорами между ними, причем зазоры постепенно увеличиваются от 5см до 50см на длине lсопр .

Список используемой литературы

1. Методические указания к курсовому проектированию “Проектирование и расчет пойменной насыпи”, О.В. Григорьева, Иркутск 2003 г.

2. Методические указания к курсовому проектированию “Проектирование и расчет предпортальной выемки ”, О.В. Григорьева, Иркутск 2006 г.

3. Справочник по земляному полотну эксплуатируемых железных дорог. М: Транспорт, 1978.-766с.

4. Железнодорожный путь. /Под ред. проф. Т.Г. Яковлевой. М.: Транспорт, 1990.-405с.

5. Грицык В.А. Расчеты земляного полотна железных дорог. М.: УМК МПС, 1998.-520 с.

Размещено на Allbest.ru