Проектирование и расчеты земляного полотна

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине: «Расчеты и проектирование элементов железнодорожного пути»

на тему: «Проектирование и расчеты земляного полотна»



Введение

Согласно ПТЭ железных дорог земляное полотно по прочности, устойчивости и состоянию должно обеспечивать безопасное и плавное движение поездов с наибольшими установленными скоростями, быть равнонадежным и ремонтопригодным при малой ресурсоемкости. Стабильность и надежность земляного полотна во многом зависят от технических решений, принятых на стадии проектирования. Это особенно касается такого сложного объекта земляного полотна, как высокая подтопляемая пойменная насыпь. Ввиду значительной высоты насыпи и необходимости учета воздействия воды на откосы и на грунты тела насыпи, проектирование ее ведется в индивидуальном порядке.

Современные методики проектирования и расчетов пойменной насыпи, направленные на получение преимущественно оптимальных результатов, позволяют обеспечить стабильную работу земляного полотна в период его эксплуатации.

Данные методические указания позволят облегчить работу студентов в период разработки курсовых и дипломных проектов, связанных с проектированием земляного полотна.



1. Определение необходимой плотности грунта тела насыпи

Для определения необходимой плотности грунта тела насыпи выполняются следующие действия:

1. Составляется расчетная схема для двухпутного участка (рис.1).

2. Определяются нагрузки, формирующие напряжения в насыпи.

Временная нагрузка от подвижного состава на основную площадку земляного полотна принимается в виде полосовой нагрузки с интенсивностью, равной допускаемой величине напряжения [] для основной площадки земляного полотна (при грузонапряженности 22 млн.ткм брутто на км в год Рn=110 кПа).

Ширина полосовой нагрузки от подвижного состава принимается равной длине шпалы (при железобетонных шпалах =2,7 м).

Постоянная нагрузка принимается в виде полосовой нагрузки с интенсивностью, равной среднему давлению от веса верхнего строения пути на основную площадку земляного полотна , которая определяется в зависимости от типа верхнего строения пути (для Р65 на железобетонных шпалах =16 кПа).

Значение ширины нагрузки от верхнего строения пути двухпутного участка равно 8,75 м.

3. Насыпь по высоте разбивается на слои, определяются и нумеруются расчетные точки. Расчетные точки определяются по оси одного из путей двухпутной насыпи на уровнях основной площадки, основания насыпи и через 4…6 м между этими точками.



Рис.1. Расчетная схема к определению плотности грунта насыпи двухпутного участка

4. Для каждой точки определяется необходимая плотность грунта в следующей последовательности:

4.1. Задаются начальным значением удельного веса грунта

=+(0,1…0,3); (1.1)

4.2. На основании принципа независимости действия сил в каждой расчетной точке определяются следующие напряжения:

4.2.1. Вертикальные напряжения от поездной нагрузки .

При двухпутном земляном полотне напряжения от поездной нагрузки составят

= , (1.2)



где напряжения от поездной нагрузки первого пути

, (1.3)

где - коэффициент рассеяния напряжений, равный

=f(); =0; (1.4.)

напряжения от поездной нагрузки второго пути, определямые по формуле

, (1.5)

где =f(); == 4,1 м. (1.6)

Значения коэффициента рассеяния напряжений в долях напряжений от прямоугольной полосовой нагрузки определяются по таблице.

4.2.2. Вертикальные напряжения от веса верхнего строения пути .

При двухпутном земляном полотне будут равны

, (1.7)

где ; =/2=2,05 м. (1.8)

Значения в долях напряжений от прямоугольной полосовой нагрузки определяются по таблице.

4.2.3. Напряжения от собственного веса грунта земляного полотна будут равны

, (1.9)

где толщина слоя, м;

4.2.4. Напряжения от постоянных нагрузок определяются по формуле

. (1.10)

4.2.5. Полные напряжения составят

. (1.11)

4.3. По компрессионной кривой определяются коэффициенты пористости: есн, еск, еон, еок.

4.4. Вычисляются следующие параметры:

?; (1.12)

?; (1.13)

, (1.14)

где к- коэффициент учета влияния многократности, продолжительности и способа приложения нагрузки, к=1,6;

кн - коэффициент, учитывающий изменения к по глубине;

к=1,0 (для точки 0), к=0,85 (для точки 1), к=0,75 (для остальных точек);

4.5. Вычисляется плотность сухого грунта

, (1.15)

где - плотность частиц грунта, т/м3.

4.6. Вычисляется удельный вес грунта

, (1.16)

где - влажность грунта, %;

- ускорение силы тяжести, м/с.

4.7. Сравниваются и .

Если разность этих значений по абсолютной величине не превышает 0,05 кН/м, то есть ? ? ? 0,05 кН/м, то дальнейший расчет выполняется в последовательности, изложенной с пункта 4.1.

Если ??>0,05 кН/м, то выполняется перерасчет, приняв за исходные величины .

5. По итогам расчетов вычерчиваются эпюры напряжений по высоте насыпи.

6. Определяются средние значения расчетных величин по формулам:

?; (1.17)

?; (1.18)

?. (1.19)

компрессионная кривая

Для точки 0:

(кПа);

(кПа);

=110+0 = 110(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

?;

?;

;

(т/м3);

(кН/м3).

Для точки 1:

=20,143+0,1=20,243(кН/м3);

(кПа);

(кПа);

=44,268+12,144 = 56,412(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

?;

?;

;

(т/м3);

(кН/м3);

? 20,243- 20,292? =0,049 ? 0,05.

Для точки 2:

=20,292+0,3=20,592(кН/м3);

(кПа);

(кПа);

=23,36048+15,23984 =38,6(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

?;

?;

;

(т/м3);

(кН/м3);

?20,592-20,65?=0,05 ? 0,05.

Для точки 3:

=20,65+0,3=20,95(кН/м3);

(кПа);

(кПа);

=16,148+13,233=29,381(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

?;

?;

;

(т/м3);

(кН/м3);

?20,95-20,9916?=0,0416 ? 0,05.

Для точки 4:

=20,9916+0,1=21,0916(кН/м3);

(кПа);

(кПа);

=15,6431+12,903=28,5461(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

(кПа);

?;

?;

;

(т/м3);

(кН/м3);

?21,05824-21,0916?=0,03336 ? 0,05.

Средние значения расчетных величин равны:

?103,13484/5=20,627(кН/м3);

?7,7387/5=1,548(т/м3);

?3,762/5=0,752.



2. Проектирование поперечного профиля насыпи

дренаж откос профиль грунт

Проектирование выполняется по методике, предусматривающей получение равноустойчивой по высоте насыпи конструкции. Расчет устойчивости земляного полотна производится графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения в следующем порядке:

1. Определяется положение бермы.

Пойменные насыпи проектируются обычно с бермами для повышения устойчивости и укрепления покрытиями низовых частей откосов от волнового воздействия. Положение бермы принимается на отметке наката волны, которая рассчитывается по формуле

Гб=ГВВ+hподп+?Н+h+a, (2.1)

где ГВВ - отметка горизонта высоких вод, ГВВ=84,1 м;

hподп - высота подпора воды в результате сужения русла, hподп = 0,5 м;

?H - высота ветрового нагона воды, ?H = 0,4 м;

h - высота волны, принимаем равной 0,3 м;

а - величина запаса по высоте (а = 0,25 м для незатопляемых берм).

Гб=84,1+0,5+0,4+0,3+0,25=85,55(м).

Ширина бермы определяется при проектировании поперечного профиля по условию устойчивости насыпи и в зависимости от технологии работ (с перемещением автосамосвалов по берме). Подтопляемый откос бермы должен быть не круче 1:2 и без переломов в профиле. Для ската атмосферных осадков поверхности бермы придают уклон 0,04‰. При недостаточности устойчивости насыпи ширину берм увеличивают до 10…15 м.

Принимаем ширину бермы равной 5м.

2. На листе миллиметровой бумаги в масштабе 1:100 вычерчивается поперечный профиль насыпи. Для этого чертится поперечный уклон поверхности земли и ось насыпи с отметкой земли согласно исходным данным. Вверх по оси откладывается величина высоты насыпи, определяемая по разности проектной отметки и отметки земли, и проводится горизонтальная линия. На ней откладывается от оси насыпи вправо и влево половина ширины основной площадки земляного полотна. Проводятся горизонтальные линии на уровне отметки ГВВ и отметки бермы, полученной по расчету. От точки пересечения горизонтальной линии ГВВ с осью насыпи проводятся в стороны откосов прямые с уклоном (уклон кривой депрессии). От бровок основной площадки проводятся линии откосов насыпи, намечаются точки перелома откосов, формируется берма.

3. Определяются расчетные характеристики грунтов насыпи и основания с учетом водонасыщения их в зоне подтопления. При этом учитывается, что при водонасыщении грунты существенно снижают прочностные характеристики и взвешиваются водой в затопляемой зоне насыпи:

3.1. Характеристики грунта тела насыпи выше границы подтопления (выше кривой депрессии):

- удельный вес грунта насыпи =20,627(кН/м3);

- пористость грунта насыпи = 0,752;

- сцепление грунта насыпи = 28(кПа);

- трение грунта насыпи определяется по формуле

, (2.2)

где ?нтабл - угол внутреннего трения грунта насыпи, 16 град.;

.

3.2. Характеристики грунта тела насыпи в зоне увлажнения (ниже кривой депрессии):

- удельный вес грунта насыпи в зоне увлажнения определяется по формуле

, (2.3)

где - удельный вес частиц сухого грунта тела насыпи, кН/м;

- удельный вес воды, кН/м;

(кН/м3);

- трение грунта насыпи в зоне увлажнения будет равно

, (2.4)

;

- сцепление грунта насыпи в зоне увлажнения составит

, (2.5)

(кПа).

4. Внешние нагрузки от веса верхнего строения пути ,кПа, и подвижного состава ,кПа, заменяются эквивалентным (фиктивным) столбиком грунта шириной и высотой , имеющими следующие значения:

-для двухпутного участка

+ (2.6)

(м);

, (2.7)

где - ширина междупутного расстояния, м.

(м).

5. Выполняются графические построения. На исходном поперечнике выбираются точки, через которые пройдет возможная кривая обрушения: точка на подошве откоса и ряд точек на основной площадке. Затем точки соединяются хордой , к середине восстанавливается перпендикуляр, являющийся линией центров кривых обрушения. Проводится вспомогательная линия под углом 36° к горизонтальной верхней грани фиктивного столбика грунта до пересечения с линией центров. Из точки пересечения описывается кривая возможного обрушения, измеряется радиус R.

6. Массив обрушения разбивается на отсеки. Границы отсеков намечаются в точках перелома поперечного профиля, в точках изменения характеристик грунтов по кривой обрушения, по вертикальному радиусу и в промежуточных точках с таким расчетом, чтобы ширина отсеков была не более 3…6 м. В каждом отсеке определяются площади частей отсека: - в неувлажненной зоне насыпи; - в увлажненной зоне насыпи.

От вертикали определяются (измерением в масштабе) горизонтальные расстояния до середины каждого отсека . В каждом отсеке определяются длины его основания , синусы и косинусы угла , имея в виду , , площади . В площади соответствующих отсеков обязательно включаются площади фиктивных столбиков грунта. Расчетные параметры определяются в табличной форме (таблица 1).

7. Подсчитываются действующие на отсек внешние силы:

- вес каждого отсека

+; (2.8)

- гидродинамическая сила

=, (2.9)

где - средний уклон кривой депрессии, 0,09 град;

- удельный вес воды, кН/м.

8. Определяются для каждого отсека тангенциальные и нормальные составляющие силы веса по формулам:

; (2.10)

. (2.11)

9. Определяются для каждого отсека силы трения и сцепления , препятствующие смещению блока.

В отсеках, расположенных правее вертикально направленного радиуса, определяются тангенциальные удерживающие силы . Полученные значения сил трения, сцепления и тангенциальных удерживающих сил суммируются для всего блока и находятся , и .

Для отсеков, расположенных правее вертикально направленного радиуса R, определяются и их суммы для всего блока .

10. Подсчитывается коэффициент устойчивости

. (2.12)

11.Рассчитанный коэффициент устойчивости К сравнивается с допускаемым [К] и делаются выводы о состоянии устойчивости откоса.

Допускаемое значение [К] находится для новых линий по формуле

[К]=, (2.13)

где коэффициент надежности по назначению сооружения (коэффициент ответственности сооружения), 1,20;

коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий уменьшение вероятности одновременного появления расчетных нагрузок, при основном сочетании=1,00;

коэффициент условий работы, при использовании методов расчета, удовлетворяющих условиям равновесия, =1,00.

Расчетныепараметры для определения насыпи Таблица 1

Расчетные параметры	Значения параметров по отсекам
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
xi, м	28,5	25,6	23,2	21,4	19,3	16,1	10,4	8,3	5,2	1,3	3,0	9,0
	0,807	0,725	0,657	0,606	0,547	0,456	0,295	0,235	0,147	0,037	0,085	0,255
	0,590	0,689	0,754	0,795	0,837	0,890	0,955	0,972	0,989	0,999	0,996	0,967
	4,1	35,0	19,2	25,7	20,8	30,9	24,2	3,7	15,0	7,3	5,7
				0,96	4,66	14,3	20	6,84	29,5	15,9	31,5	14,03
	84,6	721,9	396,0	530,1	429,0	637,4	499,2	76,3	309,4	150,6	117,6
				5,9	28,8	88,3	123,5	42,2	182,1	98,2	194,5	86,6
	84,6	721,9	396,0	536	457,8	725,7	622,7	118,5	491,5	248,8	312,1	86,6
	68,3	523,4	260,2	324,8	250,4	330,9	183,7	27,8	72,3	9,2	26,5	22,1
	49,9	497,4	298,6	426,1	383,2	645,9	594,7	115,2	486,1	248,6	310,8	86,8
	0,287	0,287	0,287	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215
	19,6	150,2	74,7	69,8	53,8	71,1	39,5	6,0	15,5	2,0	5,7	4,8
	28	28	28	14	14	14	14	14	14	14	14	14
	4,1	5,0	2,0	2,3	2,9	4,6	5,2	1,2	5,0	2,7	6,0	6,2
	114,8	140	56	32,2	40,6	64,4	72,8	16,8	70	37,8	84	86,8
	121,57

Суммы:

=137,69 м2;

=3497,1 кН;

=646,2 кН;

=512,7 кН;

=816,2 кН;

;

[К]=.

Так как К<[К], делаем вывод что рассчитанные откосы не устойчивы, следовательно необходимо перепроектировать продольный профиль с учетом уполаживания откосов и изменения размеров бермы.



3. Расчеты укрепления откосов

При проектировании земляного полотна на основе анализа вариантов возможных технических решений по укреплению и защите откосов земляного полотна от разрушающего воздействия природных факторов выбирается такая конструкция защиты, которая в наиболее полной мере отвечает требованиям обеспечения эксплуатационной надежности, ресурсосбережения, максимальной механизации производства работ и сроков их выполнения, стоимости устройства защиты. Предварительно намечаются типы защитных устройств, выбираются конструкции и выполняется их расчет. По результатам технико-экономического сравнения рассмотренных вариантов принимается окончательное решение по выбору конструкции защиты.

Для укрепления и защиты откосных сооружений земляного полотна от волнового воздействия воды применяются каменные наброски из местных материалов, покрытия из бетонных, железобетонных и асфальтобетонных плит, коробчатые габионы, плоские матрацы Рено и другие виды укрепления.

В конструкциях укреплений рассчитываются толщина покрытия или наброски и обратного фильтра, сооружаемого для предупреждения суффозии грунта и материала фильтра (при эксфильтрации воды) из насыпи.

3.1. Расчет каменной наброски

Конструкции каменной наброски представляют собой защитные призмы или наброски различных форм (рис. 2), отсыпанные из разрыхленных слабовыветривающихся скальных грунтов (горной массы).

Конструкция каменной наброски состоит из верхнего (первого ), нижнего (второго ) слоев камня и обратного фильтра . Расчетная схема показана на рис. 2.



Рис.2. Укрепление откоса пойменной насыпи каменной наброской

Толщина обратного фильтра из песчано-гравийного материала принимается не менее 0,35м.

В качестве обратного фильтра каменной наброски можно применять слой геотекстиля, укладываемого на слое (подушке) из песка или каменной мелочи, толщиной 0,2 м.

Работы по устройству каменных набросок практически не требуют применения ручного труда и хорошо поддаются механизации.

3.2 Расчет плитного покрытия

Плитные покрытия - это надежные укрепления индустриального типа, для которых имеется широкая возможность комплексной механизации производства работ. Они представляют собой конструкции, выполненные из сборных свободно лежащих бетонных, железобетонных разрезных плит и плит, омоноличенных по контуру.

В курсовом проекте принимается конструкция покрытия сборная из железобетонных плит размером и толщиной . Под плитами расположен слой обратного фильтра толщиной . В основании покрытия лежит бордюрный упор с рисбермой (рис.3).

Толщина железобетонной плиты определяется по формуле

, (3.1)

где К- коэффициент запаса (= 1,3 - для линий скоростных, особогрузонапряженных и I категории; = 1,2 - для линий II категории; = 1,15 - для линий III категории);

- коэффициент, учитывающий тип покрытия (= 1,1 для сборного покрытия; = 1,0 для монолитного покрытия);

- расчетная высота и средняя длина волны, м;

- размер (длина ребра) плиты, перпендикулярный урезу воды, м;

- удельный вес материала плиты, кН/м (= 24…25 кН/м);

- удельный вес воды, кН/м (=9,81 кН/м);

- показатель крутизны укрепляемого откоса.

Рис.3. Укрепление откоса пойменной насыпи плитным покрытием

Количество плит, укладываемых по образующей укрепляемого откоса длиной , будет равно



, (3.2)

где - верхняя граница укрепления, м;

- показатель крутизны откоса.

(плит).

Следовательно на откосе бермы будет уложено 6 железобетонных плит размером 2,5х3,0 м и толщиной 0,15 м.

В качестве обратного фильтра вместо зернистых материалов можно применять геотекстильные материалы. Основным требованием для них является соблюдение условия, чтобы коэффициент фильтрации геотекстиля превосходил более чем в 100 раз коэффициент фильтрации грунта защищаемого откоса земляного полотна. Для предохранения геотекстиля от разрушения он должен размещаться в защитном песчаном слое толщиной не менее 0,1 м с коэффициентом фильтрации м/сут.

4. Проектирование и расчет противопучинных мероприятий в выемке

Для предотвращения морозного пучения грунтов основной площадки выемки проектируются следующие противопучинные мероприятия: устройство дренажа, тепловая изоляция из пенопластов и гидроизоляционное покрытие из полимерных пленок.

4.1. Проектирование и расчет дренажа

Для защиты земляного полотна от вредного воздействия грунтовых вод применяются устройства, называемые дренажами. Дренажи служат для понижения уровня или перехвата грунтовых вод и снижения влажности грунта основной площадки земляного полотна. Они отбирают из грунта только гравитационную и связанную с ней капиллярную воду.

4.1.1 Исходные данные к расчету дренажа

1. Глубина выемки 5,8 м.

2. Род грунта - суглинок тяжелый пылеватый.

3. Глубина промерзания грунта (по оси пути) от поверхности балластного слоя 1,4 м.

4. Отметка бровки земляного полотна 92,4 м.

5. Отметка дна водоносного слоя 80 м.

6. Отметка уровня грунтовых вод до их понижения 91,6 м.

7. Длина дренажа как водосброса 400 м.

8. Продольный уклон дна кювета выемки 6 ‰.

9. Плотность (минеральных частиц) скелета грунта 2,72 т/м3.

10. Максимальная молекулярная влагоемкость 0,22.

11. Средний уклон кривой депрессии 0,10 доли.

12. Коэффициент фильтрации 5·10-9 м/с.

13. Высота капиллярного поднятия воды в грунте 1,5 м.

4.1.2 Выбор типа дренажа

Тип дренажа и место его заложения выбирается на основе анализа данных гидрогеологического обследования, назначаемых сроков осушения, экономических соображений и прочих сведений. В курсовом проекте проектируется подкюветный дренаж, так как предстоит осушать основную площадку.

При данных условиях работы дренажа и желаемых сроках осушения дренаж проектируется с обеих сторон основной площадки.

Двусторонний дренаж предусматривается на двухпутном участке пути в случае неявно выраженного уклона поверхности грунтового потока.

Так как грунтовые воды безнапорные, то выбирается дренаж горизонтальный, траншейного типа, трубчатый, закрытый.

Трасса дренажа совпадает с трассой кювета.

Проектирование профиля дренажа определяется существующим положением железнодорожной линии, то есть продольная ось дренажа принимается параллельной железнодорожной трассе.

4.1.3 Оценка технической эффективности устройства дренажа

Эффективность устройства гравитационного дренажа оценивается коэффициентом водоотдачи ? и величиной снижения весовой влажности грунта ?W, определяемым по формулам:

(4.1)

, (4.2)

где - объем пор, из которых вытекает вода при осушении грунта;

Wм - максимальная молекулярная влагоемкость осушаемого грунта;

? - количество капиллярно застрявшей воды, в долях от Wм, (? = 0,10);

- удельный вес воды, кН/м3;

- удельный вес грунта, кН/м3:

, (4.3)

где - плотность частиц грунта, т/м3;

g - ускорение свободного падения, м/с;

n - пористость грунта водоносного слоя, залегающего под основной площадкой:

, (4.4)

где ? - коэффициент пористости грунта, определяемый по компрессионной кривой грунта выемки (ветвь нагрузки) для напряжения ?0 = ?вс + ?п. (Pвс+Рn=126кПа).

Объем пор, из которых вытекает вода при осушении грунта, определяется по формуле

, (4.5)

где ? - доля капиллярно застрявшей воды;

- плотность воды, кН/м3.

;

(кН/м3);

;

;

.

Так как µ ? 0,2, то устройство дренажа будет эффективным мероприятием по осушению грунта основной площадки выемки и ликвидации ее деформации.

4.1.4 Определение глубины заложения дренажа

Глубина заложения дренажа должна быть достаточной для осушения рабочей зоны грунта в пределах сезоннопромерзающей толщи.

Глубина промерзания определяется по расчетной вертикали, проходящей по оси земляного полотна для двухпутного участка.

Глубина заложения дренажа, отсчитываемая от дна кювета до дна прорези, определяется по формуле:

, (4.6)

где - глубина промерзания грунта, м;

е - величина возможного колебания уровня капиллярных вод и глубины промерзания (е = 0,2 м);

- высота подъема капиллярной воды над кривой депрессии, м;

f - стрела прогиба кривой депрессии, м, определяется по формуле:

, (4.7)

где М - расстояние от стенки траншеи до расчетной вертикали, м;

I0 - средний уклон кривой депрессии, доли;

h0 - расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажа, 0,4 м;

b - расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной призмы, определяется по формуле

, (4.8)

где hкюв - глубина кювета, 0,6 м;

hб.п. - высота балластной призмы, 0,7 м;

hсл.пр. - высота сливной призмы, 0,2 м.

(м);

(м);

(м).

Ширина траншеи должна быть не менее двух диаметров дренажной трубы и принимается в зависимости от ее глубины: при 2,5 м < h ? 6 м 2d =1,0 м.

В курсовом проекте необходимо уточнить тип дренажа по расположению его дна относительно кровли водоупора. Отметка дна дренажа определяется по формуле

ГД =ГБ - (h+hкюв) (4.9)

где ГБ - отметка бровки земляного полотна, м;

hкюв - глубина кювета, м.

Мощность части водоносного слоя выше дна дренажа, определяется по формуле:

Н=ГГВВ - ГД (4.10)

где ГГГВ - отметка уровня грунтовых вод до их понижения, м.

Мощность водоносного слоя от дна дренажа до водоупора:

Т=ГД - ГДВ (4.11)

где ГДВ - отметка дна водоносного слоя, м.

ГД =92,4-(2,7+0,6)=89,1(м);

Н=91,6-89,1=2,5(м);

Т=89,1-80=9,1(м).

Глубина заложения дренажа на низовом участке сохраняется, так как уклон дна дренажа устраивается параллельно уклону дна кювета. Так как отметка дна дренажа выше отметки кровли водоупора, то проектируемый дренаж несовершенного типа.

4.1.5 Расчет расхода воды в дренаж

При расчете расхода воды в дренаж используются следующие предпосылки и допущения: до устройства дренажа зеркало грунтового потока полагается горизонтальным, а скорость течения воды равной нулю; запасы воды считаются неограниченными; расход воды определяется на 1 пог. м длины дренажа.

Для двустороннего несовершенного дренажа расход воды на метр его длины включает составляющие расходов воды с полевой стороны из зон А и Б (qА+Б), с полевой стороны из зоны В (qВ), с междренажной стороны дна зоны Г (qГ) и с междренажного пространства зон Д и Е (qД+Е).

Полный расход воды в двустороннем дренаже определяется по формуле

qПН= qА+Б+ qВ+ qГ+ qД+Е (4.12)

Расход воды из зон А и Б определяется по формуле:

(4.13)

где Н - мощность части водоносного слоя выше дна дренажа, м;

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

J0 - средний уклон кривой депрессии;

k - коэффициент фильтрации, м/с;

?0 - высота высачивания воды в кривой депрессии, определяется по формуле:

(4.14)

(м);

(м2/с).

Расход воды с полевой стороны дна дренажа зоны В определяется по формуле Р.Р. Чугаева

. (4.15)

Значение qr устанавливается с помощью графиков по значениям ? и ?, предварительно найденными из уравнения

(4.16)

, (4.17)

где Т - мощность водоносного слоя от дна дренажа до водоупора, м;

d - полуширина дренажной траншеи, м;

L0 - длина проекции кривой депрессии на горизонталь, определяемая по формуле

, (4.18)

(м);

;

.

Так как ? ? 3, то qr определяется по графику qr=f(?,?). qr=0,235.

(м2/с).

Расход воды с междудренажной стороны дна зоны Г определяется по формуле Р.Р. Чугаева

, (4.19)

где f - стрела прогиба кривой депрессии, м.

(м2/с).

Расход воды из междудренажного пространства зон Д и Е определяется по формуле

(4.20)

(м2/с);

qПН= (0,753+2,468+0,793+0,736)·10-9=4,750·10-9(м2/с).

4.1.6 Гидравлический расчет дренажных труб

Целью расчета является определение диаметра дренажной трубы.

Расчет сечения трубы производится методом последовательных попыток, т. е. вначале задаются некоторым сечением и в дальнейшем проверяется соответствие принятого сечения требуемой пропускной способности.

В большинстве случаев этим требованиям удовлетворяют круглые трубы диаметром d, равным 150 мм. Диаметр трубы обычно назначается из условия удобства осмотра трубы и ее прочистки. После назначения диаметра трубы производится поверочный расчет.

Пропускная способность трубы проверяется по условию

QрасчQпр (4.21)



где Qрасч - расчетная пропускная способность, м3/с;

Qпр - практическая пропускная способность трубофильтра на концевом участке, м3/с.

Расчетная пропускная способность дренажной трубы определяется по формуле:

(4.22)

где l - длина дренажа как водосбора, м;

mГ - коэффициент, учитывающий возможность постепенного загрязнения трубы, (mГ = 1,5).

(м3/с).

Расчет пропускной способности трубы выполняется по формуле

(4.23)

где - площадь сечения трубы, м2, определяется по формуле

; (4.24)

v - скорость течения воды в трубе, м/с, определяется по формуле

, (4.25)

где C - коэффициент Шези, определяемый по формуле

, (4.26)

где RТ - гидравлический радиус трубы круглого сечения, м, определяется по формуле

, (4.27)

i - продольный уклон трубы на расчетном участке;

n - коэффициент шероховатости труб (n = 0,012);

у = 0,164, т. к. RT < 1 м.

(м);

;

(м/с);

(м2);

(м3/с);

2,85·10-60,272 (условие выполняется).

Мощность дренирующей засыпки из среднезернистого песка может быть принята равной 3h0. Тогда верхний изолирующий элемент дренажной прорези, состоящий из уплотненного местного грунта, в верховом сечении дренажа будет иметь размер по высоте

. (4.28)

(м).

4.1.7 Определение числа и порядок размещения смотровых колодцев

Смотровые колодцы проектируются для осмотра и очистки дренажа. Они сооружаются из сборных железобетонных колец, имеющих специальную конструкцию, и располагаются через 75 м на прямом участке пути и через 50 м в кривой. Участок между колодцами является прямым.

Число смотровых колодцев определяется по формуле

, (4.29)

где lкп - расстояние между осями колодцев на прямых участках, м;

LДП - длина дренажа на прямом участке пути, м.

(колодцев).

На концевом участке дренажа устраивается выпуск. Конструкция выпуска обеспечивает быстрый сброс воды из дренажа, предотвращение замерзания ее в дрене и образование наледей у выпуска.

4.1.8 Конструктивные элементы дренажа

Основными конструктивными элементами дренажа являются:

1. В качестве дрены применяются трубофильтры (риc. 4), они объединяются в гибкий дренажный трубопровод соединительными муфтами

Рис. 4. Трубофильтр с соединительной муфтой

2. Дренажная траншея (рис. 5), предназначенная для перехвата грунтовой воды. Она заполняется дренирующим грунтом, благодаря чему грунтовая вода под действием сил гравитации фильтруется из осушаемого дренажа в траншею. Далее она собирается трубой - дреной.

3. Смотровые колодцы (рис.6). Верхняя часть колодца во избежание попадания в него поверхностной воды выводится выше поверхности земли не менее, чем на 0,5 м. Для спуска в колодец через каждые 0,35-0,45 м по высоте в кольца заделывают металлические скобы. В нижней части устраивают отстойник глубиной от дна выходной трубы до дна колодца 0,4-0,5 м.

Рис.5. Дренажная траншея Рис. 6. Смотровой колодец

4. Выпуск дренажа. Конструктивно выпуски оформляются в виде подпорной стены, называемой выпускным оголовком дренажа (рис.7). На выпуске дренажные трубы защищаются сверху и с боков от промерзания. Вода из выпуска поступает в дренажную канаву, конец трубы должен быть приподнят над ее дном не менее чем на 0,5 м для того, чтобы аккумулируемый лед не закрывал выходные отверстия зимой.



Рис. 7. Конструктивное оформление выпуска дренажа: 1 - засев травой; 2 - местный грунт; 3, 5 - бетонные плиты; 4 - подпорная стена из монолитного бетона; 6 - щебень, втрамбованный в грунт; 7 - дренажная труба; 8 - утепляющая засыпка



Заключение

На земляное полотно железных дорог действуют динамические и статические нагрузки от подвижного состава, верхнего строения пути, собственного веса полотна и целый комплекс различных природных факторов. Для того, чтобы под влиянием этих нагрузок не появлялись остаточные деформации, при возведении насыпей проводят работы по уплотнению грунта. Уплотнение приводит к увеличению плотности сложения грунта, уменьшению его деформативности и увеличению несущей способности.

Определение необходимой плотности производится по методу стандартного уплотнения, а при индивидуальном проектировании железнодорожных насыпей необходимая плотность сложения грунтов определяется в зависимости от напряжений, которые возникают в теле насыпи. Суть расчетов состоит в определении такой плотности сложения грунта, при которой в насыпи будут возникать только упругие деформации.



Список литературы

1. Железнодорожный путь / Т.Г.Яковлева, Н.И.Карпущенко, С.И.Клинов и др.; Под ред. Т.Г.Яковлевой. - М.: Транспорт, 2010. - 405 с.

2. Грицык В.И. Расчеты земляного полотна железных дорог. - М.: УМК МПС, 2008. -520 с.

3. Расчеты и проектирование железнодорожного пути / В.В.Виноградов, А.М.Никонов, Т.Г.Яковлева и др.; Под ред. В.В.Виноградова и А.М.Никонова. - М.: Маршрут, 2011. - 486 с.

4. Грицык В.И. Земляное полотно железных дорог. - М.: Маршрут, 2005. - 246 с.

5. Основы устройства и расчетов железнодорожного пути / Т.Г.Яковлева, В.Я.Шульга, С.В.Амелин и др; Под ред. С.В.Амелина и Т.Г.Яковлевой. - М.: Транспорт, 2013. - 367 с.

Размещено на Allbest.ur