Уплотнение грунтов насыпи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Цель выполнения курсовой работы - углубленное изучение дисциплины «Грунтоведение и механика грунтов», приобретение практических навыков самостоятельного решения задач по обоснованию расчетных характеристик грунтов земляного полотна, расчета устойчивости земляного полотна.

Земляное полотно - комплекс грунтовых сооружений, получаемых в результате обработки земной поверхности и предназначенных для укладки верхнего строения пути, обеспечения устойчивости пути и защиты его от воздействия атмосферных и грунтовых вод.

Задачи курсовой работы - закрепление и углубление знаний по определению расчетных параметров грунтов, которые используются для возведения земляного полотна и естественного грунтового основания.

Проектирование уплотнения грунтов насыпи земляного полотна.

Расчет крутизны откосов насыпи.

Расчет осадки естественного грунтового основания под высокой насыпью.

Практическое использование методов расчета напряженного состояния грунтовых массивов для определения просадок естественного грунтового основания под насыпью.

1. Проектирование уплотнения грунтов насыпи земляного полотна

Исходные данные:

1. Район строительства дороги - Хмельницкая область

2. Категория дороги - II

3. Тип дорожной одежды - капитальный

4. Вид покрытия - асфальтобетон

5. Рабочий слой W_T = 12,8%

Не подтопляемый слой h_н = 14,2 м

подтопляемый слой h_п = 3,5 м

Характеристика свойств грунтов насыпи и естественного основания

Назначение грунтов	Слои	Плотность частиц грунта сs, г/см3	Граница текучести WT, %	Число пластичности Jp, %	Толщина слоев Н, м	Естественная влажность Wес, %
Грунт тела насыпи	тело насыпи	2,72	36,2	16	17,7	0,55 WT
Грунты естественного основания	1 слой	2,70	37,2	16	3	0,68 WT
	2 слой	2,70	39,6	17	> 3	0,70 WT

1. Прочность и стойкость земляного полотна в значительной мере обеспечивается за счет послойного уплотнения грунтов, требуемой влажности и плотности в соответствии с нормативными документами.

Определяем дорожно-климатическую зону района строительства (У-III).

2. В соответствии с ДБН автомобильных дорог принимаем нормативные значения таких параметров земляного полотна:

ширина В = 15,0 м

толщина рабочего слоя h_р = 1,5 м

крутизна откосов верхней части насыпи 1:m

Рабочий слой отсыпается из не пучинистого или слабо пучинистого грунта (песок).

Для верхних 6 м заложение откосов 1:1,5; 6-12 м - 1:1,75; оставшееся - 1:1,5

3. На основании принимаемых параметров земляного полотна разрабатываем расчетную схему насыпи (рис. 1.1).

4. Определяем естественную влажность грунтов насыпи (рабочего слоя и основания грунта тела насыпи).

, где

W_T - граница текучести

W_отн - относительная влажность грунта

Для рабочего слоя W_T = 12,8%, грунт тела насыпи W_T = 36,2%.

W_ec = 4,9% - рабочий слой

W_ec = 19,9% - тело насыпи

5. Рассчитываем плотность сухого грунта при его естественной влажности.

с_s для песка = 2,53 г./см³

с_s - плотность частиц грунта, г/см³

V₀ - объем воздуха, защемленного в порах грунта при естественной влажности (0,1)

рабочий слой г/см³

тело насыпи г/см³

6. Определяем оптимальную влажность грунта

б - коэффициент, принятый в зависимости от типа грунта

рабочий слой - 0,52

тело насыпи - 0,52

%

%

7. Определяем требуемый рабочий интервал влажности

рабочий слой %

тело насыпи %

8. Определяем максимальную плотность грунта

V - объем защемленного воздуха в порах грунта при оптимальной влажности рабочего слоя - 0,98, тела насыпи - 0,95/0,98.

г/см³

г/см³

9. Определяем требуемую плотность грунта по формуле

K_yi - наименьший нормативный коэффициент уплотнения грунтов, принимаемый в зависимости от типа покрытия, дорожно-климатической зоны и глубины расположенного слоя грунта от поверхности насыпи. Климатическая зона Украины - У-2

К₁ для рабочего слоя насыпи - 0,98.

Не подтопляемая часть насыпи:

до 1,5 м К₂ = 0,98

до 6 м К₃ = 0,95

ниже 6 К₄ = 0,98

К₅ = 0,98

Подтопляемая часть насыпи:

К₆ = 0,98

г/см³

г/см³

г/см³

г/см³

г/см³

10. Определяем ориентировочное число проходов дорожного катка среднего веса

пр.

пр.

пр.

11. Определяем количество уплотняемых слоев насыпи



t_i - толщина уплотняемого слоя 0,25-0,4 м

сл.

сл.

сл.

сл.

сл.

сл.

Таблица 1.1. - Расчетные данные

Глубина расположения слоев насыпи z, м	Высота слоев насыпи h, м	Тип грунта	Влажность на границе текучести грунта Wтi, %	Естественная влажность грунта Wпрi, %	Оптимальная влажность грунта Wопт, %	Рабочий интервал необходимой влажности Wнеобх	Плотность сухого грунта при естественной влажности сdi, т/м3	Нормативный коэффициент плотности Кi	Необходимая плотность сухого грунта сd пот, т/м3	Толщина слоя грунта, который уплотняется ti, м	Число уплотненных слоев n	Количество проходов дорожного катка Nei
1,5	1,5	Пи-сок	12,8	4,9	8,66	7,76; 9,56	1,95	0,98	1,91	0,4	2	4
4.5	0,5	Суглинок	36,2	19,9	22,99	20,46; 25,5 2	1,47	0,95	1,4	0,35	2	5
6	4,5		36,2	19,9	22,99	20,46; 25,52	1,47	0,98	1,44	0,3	15	5
2.5	6		36,2	19,9	22,99	20,46; 25,52	1,47	0,98	1,44	0,4	15	5
3,2	4,9		36,2	19,9	22,99	20,46; 25,52	1,47	0,98	1,44	0,3125	8	5
17,7	2,5		36,2	19,9	22,99	20,46; 25,52	1,47	0,98	1,44	0,4	8	5

2. Расчет крутизны откосов насыпи и ее устойчивости

1. Расчет крутизны откосов насыпи и ее устойчивости определяем методом равнопрочного откоса профессора Маслова.

tg ш_i - коэффициент сдвига, определяемый расчетом;

tg б_i - коэффициент крутизны откоса, зависящий от угла наклона откоса.

2. Определить показатель консистенции грунта.

W_p - влажность на границе раскатывания

%

3. Определяем коэффициент пористости грунта.

4. В зависимости от полученных расчетных значений числа пластичности J_L и коэффициента пористости е_i принимаем значения углов внутреннего трения ц_ni и коэффициенты сцепления частиц с_ni.

с_n1 = 0,23 тс/м²

ц_n1 = 43,9°

с_n2 = 1,93 тс/м²

ц_n2 = 20,2°

с_n3 = 2,08 тс/м²

ц_n3 = 21,2°

с_n4 = 2,08 тс/м²

ц_n4 = 21,2°

5. Для крутизны откоса линии согласно ДБН определяется значение tgб.

m - заложение откоса на определенной высоте насыпи

tgб₁=

б₁=29,7264°

tgб₂= tgб₃= tgб₄

б₂=б₃=б₄=33,7033°

6. Для разных уровней высоты насыпи определяется суммарное расчетное давление столба грунта:

q_w = с_dтр (1 + 0,01W_опт) h_1… + q_w-1

q_w1 = 1,91 (1+0,01*8,66) 1,5=3,11 т/м²

q_w2 = 1,4 (1+0,01*22,99) 0,5+3,11=3,97 т/м²

q_w3 = 1,4 (1+0,01*22,99) 2+3,97=7,41 т/м²

q_w4 = 1,4 (1+0,01*22,99) 2+7,41=10,85 т/м²

q_w5 = 1,44 (1+0,01*22,99) 2+10,85=14,39 т/м²

q_w6 = 1,44 (1+0,01*22,99) 2+14,39=17,93 т/м²

q_w7 = 1,44 (1+0,01*22,99) 2+17,93=21,47 т/м²

q_w8 = 1,44 (1+0,01*22,99) 2+21,47=25,01 т/м²

q_w9 = 1,44 (1+0,01*22,99) 0,5+25,01=25,90 т/м²

q_w10 = 1,44 (1+0,01*22,99) 2+25,90=29,44 т/м²

q_w11 = 1,44 (1+0,01*22,99) 1,2+29,44=31,57 т/м²

7. Для принятых углов внутреннего трения ц_ni определяем значения tg ц_ni

tg ц_n1 = 43,9 ц_n1 = 0,068

tg ц_n2 = 20,02

ц_n1 = 0,364

tg ц_n3 = 21,2 ц_n1 = 0,388

tg ц_n4 = 21,2 ц_n1 = 0,388

8. Рассчитываем коэффициент сдвига tgш_wi и угол сдвига

ш_w1 = 46,02°

ш_w2 = 40,5°

ш_w3 = 32,14°

ш_w4 = 28,63°

ш_w5 = 28,03°

ш_w6 = 26,74°

ш_w7 = 25,86°

ш_w8 = 25,22°

ш_w6 = 25,09°

ш_w6 = 24,63°

ш_w6 = 24,41°

9. Рассчитываем крутизну откосов насыпи

К_зап = 1,08

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

°

Таблица 2.1 - Параметры, рассчитываемые во втором разделе

Номер слоя грунта	Толщина слоя	Крутизна откоса 1:m	tgбi	бi, град	Коэффициент порис - тости ei	Плотность грунта сi, т/м3	Расчетное давление столба грунта qwi, т/м3	Угол внутреннего трения цni, град	tg цni, град	Сцепление частичек грунта Сni, тс/м2	Расчетный коэффициент запаса стойкости Кзап
1	1,5	1:1,75	0,57	29,7°	0,42	1,91	3,11	43,9°	0,96	0,23	1,08
2	4,5	1:1,75	0,66	33,7°	0,94	1,4	3,97	20,02°	0,36	1,93	1,08
3	6	1:1,5	0,66	33,7°	0,94	1,4	14,39	21,2°	0,39	1,93	1,08
4	2,5	1:1,5	0,56	33,7°	0,89	1,44	25,01	21,2°	0,39	2,08	1,08
5	3,2	1:1,5	0,66	33,7°	0,89	1,44	25,90	21,2°	0,39	2,08	1,08

3. Расчет устойчивости высокой насыпи земляного полотна графоаналитическим методом

1. Производим расчет по замене временной нагрузки от гусеничных машин на эквивалентную нагрузку грунтового столба h₀

P - давление на одну гусеницу (6 тс/м)

n₀ - количество гусениц, которые расположены на земляном полотне по ширине В (8)

m₀ - количество установленных гусеничных машин по ширине земляного полотна В (4)

l - ширина базы гусеничных машин, внешние размеры которых равны 3,3 м

k₀ - количество зазоров между гусеничными машинами (3)

l₀ - размер зазора между гусеницами машин равный 0,4 м

с_i - нужная плотность грунта с учетом оптимальной влажности i-ых слоев насыпи (с₂ = 1,9 г/см³)

2. Из рисунка 3.1 определяем радиус R = 37,8 м.

sin г_i = x_i/R

Таблица 3.1 - Расчет sin г, г и cos г

Номер секции		sin г	г	cos г
1		0,8677	60,19	0,4971
2		0,7407	47,79	0,6718
3		0,6190	38,24	0,7854
4		0,4974	29,83	0,8675
5		0,3757	22,07	0,9267
6		0,2593	15,03	0,9658
7		0,1323	7,60	0,9912
8		0,0212	1,2148	0,9998
9		-0,1111	6,3787	0,9938
10		-0,2328	13,4621	0,9725
11		-0,3545	20,76	0,9351
12		-0,4762	28,44	0,8793

6. Графическим измерением определяем площади каждого отсека.

7. Определяем массу грунта каждого отсека с учетом разной площади слоев и необходимой плотности.

Q_i = щ_i * с_потр

Определяем нормальные и касательные напряжения во всех точках на кривой спада:

N_i = Q_i*cos г

T_i = Q_i*sin г

Таблица 3.2 - Расчет площадей и масс грунта в секциях

Номер отсека	Необходимая плотность грунта с учетом влажности спотр, т/м3	Площади отсеков щ, м2	Масса грунта по слоям отсека Qi, тс/м	Суммарная масса грунта отсека Q, тс/м	Ni, тс/м	Тi, тс/м
1	1,72 2,08 1,72 1,77	7,82 6,6 12,6 1,68	13,45 13,73 21,67 3,0	51,85	25,77	44,99
2	1,72 2,08 1,72 1,77 1,77 1,77	7,82 6,9 20,24 12,88 11,68 1,28	13,45 14,35 34,81 22,8 20,67 2,27	108,35	72,79	80,25
3	1,72 2,08 1,72 1,77 1,77	7,82 6,9 20,7 27,6 17,02	13,45 14,35 35,6 48,85 30,13	142,38	111,83	88,13
4	1,72 2,08 1,72 1,72 1,77 1,77 1,77 1,99	1,36 3,15 3,2 19,32 27,6 24,84 2,46 2,4	2,34 6,55 5,5 33,23 48,85 43,97 4,35 4,78	149,57	129,75	74,4
5	1,72 1,77 1,99 1,99 1,95	12,88 55,2 10,12 3,3 0,8	22,15 97,7 20,14 6,57 1,56	148,12	137,26	55,65
6	1,72 1,77 1,77 1,99 1,95	3,06 2,4 52,44 13,8 6,44	5,26 4,28 92,82 27,46 12,58	142,23	137,37	36,88
7	1,77 1,77 1,99 1,95	20,7 27,6 13,8 10,58	36,64 48,85 27,46 20,63	133,58	132,4	17,67
8	1,77 1,99 1,95	38,64 13,8 12,42	68,39 27,46 24,22	120,07	120,05	2,55
9	1,77 1,99 1,95	29,9 13,8 14,17	52,92 27,46 27,63	108,01	107,34	-12
10	1,77 1,99 1,95	21,16 13,8 7,82	37,45 27,46 15,25	80,16	77,96	-18,66
11	1,77 1,99 1,99 1,95	12,42 11,04 2,28 1,8	21,98 21,97 4,54 3,51	52	48,63	-18,434
12	1,77 1,99	4,14 5,52	7,33 10,98	18,31	16,1	-8,72

9. Определяем коэффициент устойчивости по формуле:

K_yi = 1,6

10. Опеделяем допустимый коэффициент устойчивости:



К₁ - коэффициент, который учитывает надежность данных про характеристики грунтов, которые зависят от количества использованных образцов, принимается в пределах 1,0 - 1,1;

К₂ - коэффициент, учитывающий категорию дороги;

К₃ - коэффициент, учитывающий степень вреда для народного хозяйства в случае аварии сооружения;

К₄ - коэффициент, учитывающий соответствие расчетной схемы природным инженерно-геологическим условиям;

К₅ - коэффициент, учитывающий вид грунта и его работу в сооружении.

4. Расчет осадки естественного грунтового основания под высокой насыпью

1. Назначаем толщину слоев грунтового основания

Н = 2 м

2. Определяем показатель консистенции грунтового основания:

W_p = W_T - J_p

W_e = 0,72 W_T

W_e1 = 26,8%

W_e2 = 28,5%

W_p = 37,2 - 16 = 21,2%

W_p = 39,6 - 17 = 22,6%

3. Определяем плотность сухого грунтового основания.

г/см³

г/см³

4. Определяем коэффициент пористости грунтового основания при естественной влажности.

5. Принимаем нормативные значения модулей деформации.

Е₁ = 1700 тс/м²

Е₂ = 1500 тс/м²

6. Определяем плотность грунтового основания с учетом естественной влажности.

г/см³

г/см³

7. Определяем напряжение от веса грунта основания.



где Z_i - глубина i-ой границы слоя грунта основания, м.

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

8. Определяем среднее напряжение от собственного веса грунта основания.

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

тс/м²

9. Определяем относительные глубины основания.

где Z_i - глубина, на которой определяется напряжение, м;

B₀ - ширина земляного полотна понизу (В=72,1), м.

10. Методом интерполяции устанавливаем коэффициент б.

б₀ = 1 б₅ = 0,984

б₁ = 0,997 б₆ = 0,981

б₂ = 0,994 б₇ = 0,978

б₃ = 0,99 б₈ = 0,966

б₄ = 0,987 б₉ = 0,953

11. Определяем вес столба грунта для каждого слоя.

тс/м²

тс/м²

тс/м² тс/м²

тс/м² тс/м²

12. Определяем среднее давление под подошвой насыпи

P = Уqi = 34,46 т/м²

13. Определяем дополнительное давление на основание

т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м²

14. Определяем дополнительное напряжение от постоянной и временной нагрузки насыпи.

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

т/м²

15. Вычисляем среднее значение дополнительного напряжения от постоянной и временной нагрузки.

т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м²

16. Для того, чтобы нарисовать эпюру, определим значения нижней границы сжатой толщины грунтового основания.

т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м² т/м²

т/м²

17. Рассчитываем осадку основания

, м

где в = 0,8

м м

м м

м м

м м

м

18. Определяем суммарную осадку сжатой толщины грунтов основания.

м

19. Определяем дополнительный объем грунта, необходимый для отсыпки насыпи на 1 м длины

м³

Список литературы

Бабков В.Ф., Безрук В.Н. Основы грунтоведения и механики грунтов. - М.: Высшая школа, 1986 г.

Котов М.Ф. Механика грунтов в примерах. - М.: Высшая школа, 1988 г.

Автомобильные дороги. Примеры проектированию - М.: Транспорт, 1983 г.

Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. - М.: Высшая школа 1982 г.

СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги.

СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений.

Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП2.02.01-83). - М.: Стройиздат, 1986 г.

ДСТУ 3008-95. Документація, звіти у сфери науки і техніки.-Київ: Держстандарт України, 1995.-38 с.

Бируля В.И. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. Под ред. Проф. А.К. Бируля. - Харьков, 1956.

Размещено на Allbest.ru