Проектирование пойменной насыпи

 0,584;    ;   ;                                      ;   ;   ;

       К₀=1,6;  

    =0,584-1,6(0,089-0,061)=0,539 т/м³;           =т/м³;

      кН/м³;

       Для точки n (в уровне подошвы насыпи):

     ;       кН/м³;

      кПа

      кПа

       Из  графика компрессионной кривой (рис. 1.3) принимаем:

      т/м³

      т/м³

       При К=1,1:

  т/м³ /м³ 

=1,80*(1+0,10)*9,81=19,42 кН/м³

       Сравниваем  кН/м³

  кН/м³;

Проверка  не прошла, поэтому в расчет принимаем  значения =19,42 кН/м³

       Найдем  средние значения e,ρ,γ:

      = т/м³ 

      т/м³ 

      кН/м³

         1.4 Проектирование  поперечного профиля насыпи с  обеспечением устойчивости откосов  насыпи

         1.4.1 Цель и методика  расчета

       Цель  расчета – оценить сопротивление  сдвигу низового откоса насыпи и по величине этого сопротивления назначить  оптимальную крутизну откосов и  размеры берм.

       Расчет  ведется графоаналитическим методом  в предположении кругло-цилиндрической поверхности возможного смещения с  использованием формулы К. Терцаги  и (1.11) с учётом подтопления насыпи.

                                                                 (1.11)

 К- коэффициент  устойчивости при статическом  состоянии грунта в теле насыпи. n - суммарное количество отсеков блока смещения;

m - количество  отсеков блока смещения, в которых  действуют удерживающие касательные  составляющие силы веса;

C_i и f_i - соответственно удельное сцепление (кПа) и коэффициент внутреннего трения грунта в основании i-го отсека длиной l_i;

N_i и T_i - нормальная и касательная к основанию i-го отсека составляющие силы его веса, кН;

- гидродинамическая  сила, возникающая  при вытекании  воды из насыпи;

       Сопротивление грунта сдвигу оценивается коэффициентом  устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта K_дин, который должен быть не менее допускаемого значения |К|: 

                                                                                            _(1.12)   

где a_д - коэффициент динамики, назначаемый в зависимости от высоты насыпи и вида грунта, при Н=14,9 м, Р₀=80 кПа, по таблице 1.6/   /  a_д=1,08;

η_n  - коэффициент ответственности сооружения, для линий II категории, принимаемый равным 1,20;

η_{f -} коэффициент сочетания нагрузок, для обычного сочетания равный 1,0;

η_{c -} коэффициент условий работы, при использовании упрощенных методов                           расчета равный 0,95

         1.4.2 Расчетная схема  и исходные характеристики

       На  расчетной схеме (рисунок 1.5), изображенной в масштабе 1:100 показан поперечный контур низовой части насыпи. Для этого наносим поверхность основания с заданным уклоном местности 1:16, от нее вверх по оси откладываем высоту насыпи и проводим горизонтальную линию , на которой показываем бровки основной площадки на расстоянии от оси, равном 0,5(B- для двухпутного пути.

       На  уровне отметки ГВВ =224 м и Г_б =226,9 м проводим горизонтальные линии. От точки F в направлении откоса показываем депрессионную поверхность

с уклоном  J₀ = 0,005 для грунта насыпи.

       От  бровки Е проводим откос нормативной  крутизны 1:1,5 до пересечения с поверхностью бермы в уровне Г_б, поперечный уклон который на расчетной схеме не учитывается. От точки пересечения С откладываем ширину бермы равной 5м и от ее бровки B проводим откос крутизной 1:2 до пересечения в точке А с поверхностью основания.

       На  основной площадке по оси каждого  пути строим фиктивный столбик грунта, эквивалентный поездной нагрузке Р₀= 80 кН и весу верхнего строения пути P_вс = 17кН, шириной b₀ = 2,7м и высотой z_ф, определяемой по формуле (1.13):

                                                                                 (1.13)

где b_вс-1 –ширина полосовой нагрузки от веса верхнего строения пути.

       Полученный  блок смещения ABCDEL₃G необходимо разбить на отсеки, границы которых должны проходить через точки перелома поперечного контура насыпи и границу фиктивного столбика, точки пересечения кривой смещения с депрессионной поверхностью и поверхностью основания, а так же по вертикальному радиусу. В случае если ширина какого-либо отсека окажется более 5м, он разбивается на два отсека.

       Обозначим в блоке смещения:

           I слой – грунт, который не подвержен водонасыщению (выше кривой депрессии);

           II слой – грунт, который подвержен водонасыщению (ниже кривой депрессии);

           III слой – грунт основания насыпи.

       В верхнем, I слое характеристики грунта принимаются по результатам расчета  требуемой плотности.

                           (1.14)

                                                           (1.15)

                                               (1.16)

                           (1.17)

где φ_пр- угол внутреннего трения грунта насыпи, равный 39˚;

с_пр- удельное сцепление грунта природного сложения, равное 1 кПа;

1,15 – коэффициент,  учитывающий повышение прочностных  характеристик при отсыпке и  уплотнении грунта.

=18,96 кН/м3;                                          = т/м³;

·1=1,15 кПа,              1,15·tg39°=0,931;

       В среднем, II слое характеристики грунта насыпи определяются с учетом взвешивающего  действия воды и дополнительного увлажнения после подтопления:

                                     (1.18)  

где ρ_s - плотность частиц грунта насыпи, равная 2.64 т/м³;

ρ_w - плотность воды, равная 1 т/м³;         

                           (1.19)

                                                                                                       (1.20)

где 0,5 и 0,75 – коэффициенты учитывающие снижение прочности переувлажненного грунта.  

=10,7 кН/м³;

1,15=0,575 кПа;

·0,931=0,698;

       В нижнем, III слое грунта основания расчетные  характеристики определяются с учетом его насыщения водой:

                                                                                            (1.21)

           (1.22)

где φ_пр-осн - угол внутреннего трения основания насыпи, равный 24˚

с_пр-осн - удельное сцепление грунта основания насыпи, равное 2 кПа

                          (1.23)

где ρ_s-осн - плотность частиц грунта основания насыпи, равная 2,68 т/м³;

- коэффициент  пористости грунта основания,  принимаемый по ветке нагрузки  компрессионной кривой при напряжении  от веса бермы 

h_б - высота бермы в сечении по ее бровке, равная 8 м:

18,96=151,2 кПа

0,646 т/м³

= кН/м³;

  ;

         .3 Определение коэффициента  общей устойчивости.

       Коэффициент устойчивости определяется по формуле (1.11)  для участка насыпи длиной 1м с учетом удерживающих и сдвигающих сил для каждого i-го отсека. Нормальная и касательная составляющие силы веса отсека определяется по формулам:

                                       (1.24)

                                                                                                      (1.25)

где Q_i - вес i-го отсека, кН.

,                                       (1.26)

где F^I, F^II, F^III - площади частей отсека, находящиеся соответственно в I, II, III слоях блока смещения, м²;

- угол наклона основания отсека  к горизонту  определяется  по формуле:

,                                                                               (1.27)

где X_i - расстояние от середины основания отсека до вертикального радиуса R, м. Величина гидродинамической силы D₀ ,кH, определяется по формуле: ,                                                              (1.28)

где γ_w - удельный вес воды, равный 9,81 кН/м³;

J₀ - уклон депрессии;

       Расчет  устойчивости ведётся в форме  таблицы 1.3.

         1.4.4 Выводы

       Допустимое (нормативное) значение коэффициента устойчивости  устанавливается по формуле (1.12) и равно 1,26. Расчетный коэффициент устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта определяется по формуле :

                                                                                                        (1.29)

1,36>1,26+0,02

       По  результатам расчета К_дин сравненным с допустимым значением [К] необходимо сделать вывод: так как , принятый поперечный профиль насыпи считается не оптимальным, ширина берм ширина берм уменьшается с целью снижения объема земляных  работ и исключения неоправданного запаса устойчивости.

       Если , то принятый профиль следует скорректировать в зависимости от величины:

                                                                                 (1.30)                              

=

       При ширина берм уменьшается до 4 м. 

         1.5 Заключение к  проекту пойменной насыпи. 

       При отсыпке насыпи из дренирующих грунтов  проектная отметка бровок превышает  профильную на 0,4 м на двухпутном участке  пути, Г_пр =235,4м. Высота насыпи измеряется в сечении по её оси, Н=14,9м. Плотность грунта изменяется в пределах от =2,64 т/м³ на основной площадке, до =2,68 т/м³ в основании насыпи.