🗊Презентация Типовые поперечные профили насыпей и выемок на прочном основании. Уплотнение грунтов насыпей

«Железнодорожный путь » Практические занятия для студентов 3 курса 2 семестра специальности «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»

Основная площадка Однопутный участок

Ширина основной площадки на прямых

Уширение основной площадки Ширина основной площадки в кривых увеличивается для возможности устройства возвышения наружного рельса за счет развития в высоту балластной призмы, что приводит к увеличению ширины её подошвы. Также на подходах к большим мостам основная площадка уширяется на 0,5 м в каждую сторону на протяжении 10 м от задней грани устоев, с постепенным сведением на последующих 25 м к нормальной величине.

Уплотнение грунтов насыпей Для обеспечения надежности конструкций земляного полотна и расширения сферы применения местных грунтов производится уплотнение грунтов до нормируемой плотности в насыпях, а также слоя толщиной 0,5 м под основной площадкой в выемках и в основании насыпей высотой менее 0,5 м. Плотность сложения грунтов насыпи принимается из условия работы его под действием временных поездных нагрузок практически в упругой стадии, т.е. в ходе эксплуатации грунт насыпи не должен иметь остаточных деформаций в виде осадок.

Крутизна откосов насыпей

Отвод поверхностных вод Отвод поверхностных вод, поступающих к насыпям и стекающих с их откосов, осуществляется водоотводными канавами или резервами к водопропускным сооружениям или логам. Чтобы канавы не заиливались, их продольный уклон должен быть не менее 3‰. На болотах и в поймах рек допускается уменьшать уклон до 2‰, а в исключительных случаях и до 1‰. При явно выраженном уклоне местности, когда поступление воды возможно только с верховой стороны водоотводные канавы проектируют только с нагорной стороны. Откосы канавы проектируют не круче 1:1,5.

РЕЗЕРВ И БЕРМЫ Резерв - место у основания насыпи, из которого с целью уменьшения затрат на возку грунта ведется отсыпка насыпи. Устраивается когда грунт основания пригоден для отсыпки насыпи. Резерв включается в общую систему водоотводов, его дну придают поперечный уклон не менее 0,02 и продольный не менее 0,002. При ширине резерва до 10 м дно проектируется односкатным, более широкие резервы проектируются двухскатными. Откосы резерва проектируют не круче 1:1,5.

БЕРМА Это горизонтальная или слабонаклонная площадка на нерабочем борту или нерабочем участке борта грунтового сооружения, разделяющая смежные по высоте уступы.

Для защиты подошвы насыпей от непосредственного воздействия текущей по канаве или резерву воды и прохода строительной техники между подошвой откоса и бровкой канавы (резерва) оставляются бермы шириной не менее 3 м, а для линий I и II категорий со стороны будущего второго пути не менее 8 м. Для защиты подошвы насыпей от непосредственного воздействия текущей по канаве или резерву воды и прохода строительной техники между подошвой откоса и бровкой канавы (резерва) оставляются бермы шириной не менее 3 м, а для линий I и II категорий со стороны будущего второго пути не менее 8 м.

Типовой поперечный профиль выемки глубиной Н≤12м в глинистых грунтах твердой и полутвердой консистенции

Требуемая плотность песчаных и глинистых грунтов сложения в земляном полотне регламентируется нормами (СП.238.132600.2015), которые устанавливают значения требуемой плотности сухого грунта ρd-н в долях от максимальной плотности сухого грунта ρd-max, определяемой по кривой стандартного уплотнения грунтов в соответствии с ГОСТ 22733. Требуемая плотность песчаных и глинистых грунтов сложения в земляном полотне регламентируется нормами (СП.238.132600.2015), которые устанавливают значения требуемой плотности сухого грунта ρd-н в долях от максимальной плотности сухого грунта ρd-max, определяемой по кривой стандартного уплотнения грунтов в соответствии с ГОСТ 22733. ρd-н = К ρd-max где К – минимальное значение коэффициента уплотнения, определяемое в зависимости от категории линии и расположения слоя грунта в земляном полотне.

Схема уплотнения грунтов

Практическое занятие 2. Практическое занятие 2. Групповые поперечные профили насыпи на косогоре и на болотах.

Поперечный профиль насыпи высотой низового откоса до 12 м на косогорах крутизной от 1,5…1,3 Поперечный профиль насыпи высотой низового откоса до 12 м на косогорах крутизной от 1,5…1,3

Классификация болот Болота в зависимости от характеристик грунтов, заполняющих их подразделяют на три типа: I тип – заполненные торфом и другими болотными грунтами устойчивой консистенции, сжимающимися под нагрузкой от насыпи высотой до 3 м; II тип – заполненные торфом и другими болотными грунтами разной консистенции, в том числе выдавливающимися под нагрузкой от насыпи высотой до 3 м; III тип – заполненные торфом и другими болотными грунтами, в разжиженном состоянии, выдавливающимися под нагрузкой; могут иметь торфяную корку – сплавину. Тип болота устанавливается в ходе инженерно-геологических изысканий с определением физико-механических характеристик грунтов болота.

Групповые решения с использованием торфа в качестве основания (болото I типа)

Групповые решения с частичным удалением торфа (болото I типа)

Групповые решения с полным удалением торфа (болото I типа)

Групповые решения с полным удалением торфа (болото II типа)

Групповые решения с полным удалением торфа (болото III типа)

Практическое занятие 3. Практическое занятие 3. Определение напряжений в рабочей зоне земляного полотна. Расчет толщины защитного слоя по условию прочности.

Защитный слой- слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтоб под ним не возникало пластических деформаций Защитный слой- слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтоб под ним не возникало пластических деформаций Защитный слой укладывается под основную площадку для предотвращения пучения. Для определения толщины защитного слоя, необходимо найти точку пересечения зависимости по глубине: величины критической нагрузки Pкр(h) и суммарных действующих сжимающих напряжений σh(h)

Как для нового земляного полотна, так и для эксплуатируемого, глинистые грунты, расположенные под основной площадкой, проверяют на возможность возникновения деформационных сдвигов (условие прочности грунтов). Для предотвращения возможности возникновения в грунтах на глубине h деформаций пластических сдвигов суммарные напряжения σh от поездной нагрузки, веса верхнего строения пути и собственного веса грунта не должны превышать критический для данного грунта нагрузки ,которая определяется по формуле Пузыревского:

Расчетные точки вычисления напряжений 1 точка – z1=0,5 hзс 2 точка – z2= hзс 3 точка – z3=1,5 hзс 4 точка – z4=2,0 hзс 5 точка – z5=2,5 hзс

Нагрузка от верхнего строения пути Нагрузка от верхнего строения пути рвс = 17 кПа bвс-1 = 4,88 м bвс-2 = 8,98 м

Расчетные точки вычисления напряжений 1 точка – z1=0,5 hзс 2 точка – z2= hзс 3 точка – z3=1,5 hзс 4 точка – z4=2,0 hзс 5 точка – z5=2,5 hзс

Полные напряжения определяются по формуле: Полные напряжения определяются по формуле: где σγ–напряжения, возникающие в насыпи от выше лежащих слоев грунта[кПа] γн- удельный вес грунта насыпи [кН/м3] h- толщина вычисленного слоя грунта [м] σвс- напряжения, возникающие в насыпи от верхнего строения пути[кПа] σр- напряжения, возникающие в насыпи от подвижного состава[кПа]

Прямоугольная нагрузка, приложенная к верхней границе полуплоскости

Для осевой линии: ВСП – однопутная и поездная – для всех Для осевой линии: ВСП – однопутная и поездная – для всех

ВСП двухпутная

Практическое занятие 4.

При проектировании поперечных профилей насыпей и выемок, а также и при проверках состояния существующего земляного полотна выполняются расчеты устойчивости откосов, определяемой как способность откосов противостоять сдвигающим усилиям в грунтах, возникающим при действии объемных сил и поездной нагрузки и стремящимся вывести откосы из исходного состояния статического (в отсутствие поезда) или динамического (при проходе поезда) равновесия.

Устойчивость откосов принято оценивать коэффициентом устойчивости К, который представляет собой отношение факторов, удерживающих откос в состоянии равновесия, к факторам, способствующим его нарушению. Для численного определения коэффициента устойчивости применяют различные методы, основанные на зависимости К от геометрических параметров полотна, формы и характеристик поверхностей возможного смещения и параметров грунтов – удельного веса Y= кН/м3, и сопротивления сдвигу, характеризуемого углом внутреннего трения �� = o и удельным сцеплением С= кПа.

Поскольку земляное полотно имеет значительную протяженность вдоль ж.д. пути, для расчетов К могут быть использованы плоские задачи, в т. ч. с цилиндрическими (для связных грунтов) и плоскими (для сыпучих грунтов) поверхностями возможного смещения, которые выбирают так, чтобы отличие расчетной поверхности от фактической было минимальным. В действительности смещения откосов происходят обычно по поверхностям, близким к чашеобразным, и задача является объемной.

Наибольшее применение нашли методы определения К при круглоцилиндрической поверхности возможного смещения, где К, трактуется как отношение суммы моментов сил, удерживающих откос (Муд), к сумме моментов сил, стремящихся его сместить (Мсдв)

Построение кривой обрушения откоса: Принимается, что круглоцилиндрическая поверхность обрушения проходит через точку А1 (основание откоса) и точку М1 (дальний конец шпалы). Точка А1 и М1 соединяют прямой линией, которую делят пополам и в этой точке восстанавливают перпендикуляр к линии А1М1, а из угла фиктивного столба грунта линию под углом 36 градусов к горизонту. Точка пересечения указанных линий О1 является приближенным центром кривой обрушения А1М1. Далее строится дуга с центром в точке О1. Рисунок 1. Схема верхней части насыпи для расчета устойчивости по круглоцилиндрической поверхности обрушения

Учет влияния на устойчивость откосов и склонов поездных нагрузок и их динамического характера производится следующим образом. При расчетах устойчивости откосов и склонов используется статическая расчетная схема, в которой внешние поездные нагрузки и нагрузки от ВСП заменяются фиктивными столбами грунта. Рисунок 2. Расчетная схема для определения фиктивного столба грунта

Для учёта ВСП и поездной нагрузки рассчитаем высоту фиктивного столба грунта: ; (1.) ; (2,) где,– высота фиктивного столба от ВСП и поездной нагрузки соответственно; ,– ширина фиктивного столба грунта от ВСП и поездной нагрузки соответственно; – интенсивность действия нагрузки от ВСП и подвижного состава соответственно (принимаем;кПа). м м

Сползающий массив грунта делится на отсеки не более 2 м, в ширину, в каждом отсеке определяются длины их оснований li, площади i, центры тяжести, углы , а также удерживающие и сдвигающие силы.

где n – число отсеков, на которые разбивается блок возможного смещения; fiNi - сила трения, действующая по поверхности возможного смещения в отсеке, кН/м; fi - коэффициент внутреннего трения грунта на поверхности возможного смещения в отсеке, fi = ( - угол внутреннего трения); Ni – нормальная составляющая силы веса отсека с учетом внешней нагрузки на него, кН/м; Cili - сила сцепления, действующая по поверхности возможного смещения в отсеке, кН/м; Ci - удельное сцепление грунта, кПа; li - длина поверхности смещения (заменяемой прямой) в пределах отсека, м; Туд-i и Тсдв-i - удерживающая и сдвигающая тангенциальные составляющие силы веса отсека с учетом внешней нагрузки, кН/м; βi - угол наклона поверхности возможного смещения в пределах отсека, град.

Xi - линейное расстояние от центра тяжести каждого отсека до точки М1; Xi - линейное расстояние от центра тяжести каждого отсека до точки М1; R - радиус кривой обрушения; (3.) - площадь отсека при однородном грунте, м2; - удельный вес грунта i – того отсека. ; (4.) ; (5.) . (6.) Коэффициент устойчивости определяется для насыпи со следующими исходными данными: Высота насыпи Hн = м; Высота насыпи при заложении откоса m = 1:1,5; H1 = 6 м; При m = 1:1,75; H2 = м

Расчёт коэффициента устойчивости верхней части насыпи (Н = м) в обычный период (при оптимальной влажности W) производится в таблице 2. Расчёт коэффициента устойчивости верхней части насыпи (Н = м) в обычный период (при оптимальной влажности W) производится в таблице 2. Принимаются следующие характеристики грунтов: = кН/м3; =; = кПа. Рассчитанный коэффициент устойчивости К сравниваем с допускаемым [К] таблица 1.1 и делаем выводы о состоянии устойчивости откоса или склона. Допускаемые значения [К] находят для новых линий в соответствии с СП 119.13330.2012

Расчет устойчивости верхней части насыпи

Пояснения к таблице 1 Пояснения к таблице 1 – линейное расстояние от центра тяжести каждого отсека до точки М1; R – радиус кривой обрушения; ; (7.) – угол внутреннего трения i-того отсека; – площадь i -того отсека, м2;   где – удельный вес грунта i-того отсека; ; (8.) – ширина основания i-того отсека; – сцепление частиц грунта i-того отсека. Сложив 27-ой и 28-ой столбцы, получим удерживающие и сдвигающие силы соответственно. Коэффициент устойчивости найдем, как их соотношение. Рассчитанный коэффициент устойчивости К получился больше допускаемого, согласно этому устойчивость верхней части насыпи обеспечена.  

Таблица 1. Расчет устойчивости верхней части насыпи № X R sin α α(рад) α (град) cos α ϕ(град) ϕ (рад) cos ϕ α-ϕ (град) 1 18,5 26 0,713 0,793 45,45 0,702 28 0,48869 0,883 17,4457 38 0,66323 0,788 7,44567 28 0,48869 0,883 17,4457 2 17,18 26 0,66 0,721 41,3 0,751 28 0,48869 0,883 13,2961 38 0,66323 0,788 3,29606 28 0,48869 0,883 13,2961 3 15,96 26 0,613 0,66 37,83 0,79 28 0,48869 0,883 9,8285 38 0,66323 0,788 -0,1715 28 0,48869 0,883 9,8285 4 14,76 26 0,567 0,603 34,55 0,824 38 0,66323 0,788 -3,44724 28 0,48869 0,883 6,55276 5 13,17 26 0,506 0,53 30,38 0,863 38 0,66323 0,788 -7,61674 28 0,48869 0,883 2,38326 6 11,35 26 0,436 0,451 25,85 0,9 28 0,48869 0,883 -2,14514 7 9,32 26 0,358 0,366 20,97 0,934 28 0,48869 0,883 -7,02527 8 7,27 26 0,279 0,283 16,22 0,96 28 0,48869 0,883 -11,7847 9 5,60 26 0,215 0,217 12,43 0,977 28 0,48869 0,883 -15,572 10 4,09 26 0,157 0,158 9,048 0,988 28 0,48869 0,883 -18,9523 11 2,55 26 0,098 0,098 5,611 0,995 28 0,48869 0,883 -22,3887 12 1,61 26 0,062 0,062 3,539 0,998 28 0,48869 0,883 -24,4605

Продолжение таблицы 1.2 α-ϕ (рад) cos (α-ϕ) cos ϕ/cos (α-ϕ) ω γ Q ∑Q T N 0,30448 0,9540017 0,925519964 7,65 16,6 127 142,8 101,7 100,2 0,12995 0,9915682 0,794711611 0,9 14,94 0,30448 0,9540017 0,925519964 0,05 0,83 0,23206 0,9731947 0,907267186 7,65 127 171 112,8 128,5 0,05753 0,9983458 0,789316466 1,44 23,9 0,23206 0,9731947 0,907267186 1,21 20,09 0,17154 0,9853231 0,896099551 1,08 17,93 71,71 43,98 56,64 -0,003 0,9999955 0,788014284 1,17 19,42 0,17154 0,9853231 0,896099551 2,07 34,36 -0,0602 0,9981906 0,789439176 1,46 24,24 87,32 49,52 71,91 0,11437 0,9934672 0,88875364 3,8 63,08 -0,1329 0,9911769 0,795025371 0,86 14,28 113,7 57,51 98,09 0,0416 0,999135 0,883711986 5,99 99,43 -0,0374 0,9992992 0,883566783 8,06 133,8 133,8 58,35 120,4 -0,1226 0,9924923 0,889626633 7,14 118,5 118,5 42,43 110,7 -0,2057 0,9789219 0,901959221 5,84 96,94 96,94 27,07 93,09 -0,2718 0,963294 0,91659198 3,12 51,79 51,79 11,15 50,58 -0,3308 0,9457894 0,933556238 3,03 50,3 50,3 7,91 49,67 -0,3908 0,9246213 0,954928903 0,85 14,11 14,11 1,38 14,04 -0,4269 0,9102469 0,970008932 0,37 6,142 6,142 0,379 6,13

Продолжение таблицы 1.2 f N·f l c c·l N·f+c·l (N·f+l·c)*cos ϕ/cos (α-ϕ) T*cos ϕ/cos (α-ϕ) 0,532 53,26 1,92 18,3 35,14 88,391 81,80774823 94,15194542 0,781 78,25 1 1,92 80,172 63,71382117 80,84498138 0,532 53,26 18,3 35,14 88,391 81,80774823 94,15194542 0,532 68,3 1,79 18,3 32,76 101,06 91,68824503 102,3744513 0,781 100,4 1 1,79 102,15 80,63111358 89,06509724 0,532 68,3 18,3 32,76 101,06 91,68824503 102,3744513 0,532 30,12 1,38 18,3 25,25 55,371 49,61787394 39,41132957 0,781 44,25 1 1,38 45,633 35,95974393 34,65763442 0,532 30,12 18,3 25,25 55,371 49,61787394 39,41132957 0,781 56,19 1,65 1 1,65 57,835 45,65740863 39,09505097 0,532 38,24 18,3 30,2 68,432 60,819424 44,01335772 0,781 76,64 1,86 1 1,86 78,499 62,40856423 45,72385478 0,532 52,16 18,3 34,04 86,195 76,17164084 50,82443909 0,532 64,02 2,23 18,3 40,81 104,83 92,62301288 51,55390842 0,532 58,84 2,14 18,3 39,16 98,006 87,18919209 37,74365644 0,532 49,5 2,09 18,3 38,25 87,743 79,14015833 24,41722974 0,532 26,89 1,43 18,3 26,17 53,062 48,63619664 10,21663014 0,532 26,41 2,02 18,3 36,97 63,377 59,16614811 7,384162049 0,532 7,466 1 18,3 18,3 25,766 24,60514624 1,317485362 0,532 3,26 1,18 18,3 21,59 24,854 24,10814593 0,367813152 1287,057451 989,1007536 1,301239986