Условия применения сборных плитных покрытий 2 страница

γ¢_н = f¢_н = c¢_н =

γ₀ = f¢₀ = c¢₀ =

Рис. 1.11. Расчетная схема откоса насыпи с бермой

Расчет устойчивости можно считать законченным, когда откос при измененном поперечном профиле насыпи будет иметь коэффициент К_уст = К_зад.
В заключение студент должен высказать мнение о возможности применения для повышения устойчивости откосов пойменной насыпи других способов: контрбанкета из скальных и крупнообломочных грунтов, контрфорсов, подпорных стен разных конструкций, в том числе и из забивных или буронабивных свай. Предварительно рекомендуется изучить литературу [3, с. 364–371; 5, с. 314–319; 8, с. 14–21].

Контрольные вопросы

1. Почему пойменные насыпи проектируются индивидуально?

2. Какие параметры ветровых волн относятся к основным расчетным?

3. Какие четыре зоны по глубине воды можно выделить в приоткосной части водоема?

4. Какие две характеристики местных условий влияют на размеры высоты и длины волны?

5. Что учитывается при определении высоты укрепления откоса насыпи?

6. Какие характеристики откоса насыпи и волны влияют на высоту наката воды на откос?

7. В чем заключается расчет каменной наброски как укрепления откоса насыпи при воздействии волн?

8. Что определяется расчетом при укреплении откоса насыпи железобетонными плитами?

9. Какое назначение имеет обратный фильтр и из каких материалов он устраивается?

10. Что определяется расчетом устойчивости откоса насыпи?

11. Какие характеристики грунта вызывают силы сопротивления его сдвигу по поверхности смещения?

12. Как учитываются при расчете устойчивости насыпи нагрузки на нее от подвижного состава и верхнего строения пути?

13. Как изменяются расчетные характеристики грунта насыпи в ее нижней части, подвергшейся подтоплению поводковыми водами?

14. Что обозначает линия среднего уклона кривой депрессии I₀?

15. Какие силы вызывают сдвиг грунта откоса насыпи, природа этих сил?

16. Какие силы удерживают грунт от сдвига, природа этих сил?

17. Как оценивается устойчивость откоса насыпи?

18. Что такое «заданный коэффициент устойчивости»?

19. Как можно повысить устойчивость откоса насыпи?

2. Проектирование мероприятий
по борьбе с пучинами

Прежде чем приступить к выполнению этого раздела курсового проекта рекомендуется изучить теоретический материал, изложенный в [1, с. 410–428, 454–459; 3 с. 345–363 и 9 с. 4–37]. Внимательно познакомиться с исходными данными своего варианта и, руководствуясь настоящим методическим пособием, выполнять курсовой проект. Но, прежде всего, необходимо обоснованно назначить варианты противопучинных мероприятий для первого и второго пучинных участков, отметив это в проекте.

Перечень возможных противопучинных мероприятий включает:

· осушение грунтов дренажом;

· подъемку пути с устройством накладной теплоизолирующей подушки;

· устройство врезной теплоизолирующей подушки без изменения отметок существующей головки рельсов;

· устройство комбинированной теплоизолирующей подушки с подъемкой пути на допустимую величину и устройство тепловой изоляции грунтов укладкой под балластную призму пенопластовых плит.

При выборе противопучинных мероприятий для каждого пучинного участка следует учитывать, что устройство шлаковой подушки или пенопластового покрытия при наличии под основной площадкой водоносного слоя может привести зимой к образованию наледи на пути – это сильно осложнит пропуск поездов по участку. Устройство накладной подушки из шлака сопряжено с подъемкой пути, что не приемлемо на электрифицированных участках.

Дренажи в глинистых грунтах, обладающих малой водоотдачей, не дают эффекта их осушения и ликвидации пучин на пути, поэтому в этих условиях не применяются.

2.1. Проектирование дренажа

2.1.1. Основы проектирования

Дренажи применяют для перехвата направленного потока грунтовой воды или для понижения ее уровня и отвода в установленные места. С классификацией дренажей следует познакомиться в рекомендуемой литературе [1, с. 411–419; 4, с. 93–94].

Для ликвидации пучин на железнодорожном пути широко применяют горизонтальные закрытые дренажи траншейного типа с глубиной заложения 1,5–3,0 м (рис. 2.1).

Понижение уровня грунтовой воды (ГГВ) до кривой депрессии (I) будет достаточным для ликвидации пучин, если при этом влажность грунта выше кривой депрессии уменьшится настолько, что при промерзании он не будет подвергаться пучению.

Рис. 2.1. Горизонтальный закрытый дренаж траншейного типа

Проектирование дренажа и его элементов сводится к решению следующих вопросов:

- выбора вида дренажа и места его заложения (односторонний или двусторонний, подкюветный или закюветный);

- определения глубины заложения и типа дренажа (совершенный или несовершенный);

- расчета расхода воды, поступающей в дренаж;

- определения потребного диаметра дренажной трубы.

Дренажи, как правило, проектируют в выемках и на нулевых местах с целью ликвидации пучин путем понижения уровня грунтовой воды под основной площадкой земляного полотна. Для этого устраивают подкюветные или закюветные дренажи, которые могут быть односторонними или двусторонними (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Виды дренажей: а – закюветный односторонний дренаж совершенного

типа; б – подкюветный двусторонний дренаж несовершенного типа

Односторонний дренаж целесообразен на однопутном участке и может быть подкюветным (рис. 2.1) или закюветным (рис. 2.2, а).

Двусторонний дренаж может быть предусмотрен на двухпутном участке по одной из схем, показанных на рис. 2.3, 2.4 и 2.5.

Закюветный дренаж назначают при наличии закюветных полок в выемке. На двухпутной электрифицированной линии применяется схема, показанная на рис. 2.4, а на однопутной линии независимо от того линия электрифицирована или нет, по схеме на рис. 2.6.

Подкюветный дренаж назначают при отсутствии закюветных полок в выемке по схемам (см. рис. 2.1 и 2.3), а на двухпутной электрифицированной линии – по схеме (рис. 2.5).

Дренаж называется совершенным, когда траншея врезана в водоупорный слой грунта (см. рис. 2.2, а).

Если траншея не доведена до водоупора и вода поступает в дренаж со дна, то он называется несовершенным (см. рис. 2.2, б).

2.1.2. Определение глубины заложения дренажа и его типа

Глубина заложения двустороннего подкюветного дренажа несовершенного типа как противопучинного устройства определяется из условия понижения уровня грунтовой воды (ГГВ) по оси земляного полотна (расчетное сечение) ниже расчетной глубины сезонного промерзания Z₁₀ на величину запаса (е) и высоту капиллярного поднятия воды а_кп в соответствии со схемой (рис. 2.3) по формуле

, (2.1)

где Z₁₀ – расчетная глубина промерзания грунта, наибольшая за предшествующие 10 лет, м (см. исходные данные); е – запас, учитывающий возможные колебания уровня капиллярной воды и глубины промерзания в разные годы (е = 0,20¸0,25 м); а_кп – высота капиллярного поднятия воды над уровнем свободной, м (см. исходные данные); f – стрела подъема кривой депрессии, м; h_о – расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажной траншеи (h_о = 0,3¸0,4 м); в – расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной призмы, м.

Рис. 2.3. Расчетная схема двустороннего подкюветного дренажа

несовершенного типа на неэлектрифицированной линии

Стрела подъема кривой депрессии f определяется по формуле

, (2.2)

где m_о – расстояние от стенки дренажной траншеи до расчетного сечения (оси земляного полотна), м; I_o – средний уклон кривой депрессии (см. исходные данные).

Величина m₀ определяется с учетом категории железнодорожной линии (см. исходные данные) и ширины основной площадки В (табл. 1.2) по следующим формулам:

– схема на рис. 2.3 ;

– схема на рис. 2.4 ; (2.3)

– схема на рис. 2.5 ,

где К₀ = 0,6 м – глубина кювета; d = 0,4 м – половина ширины дренажной траншеи.

Величина в [см. формулу (2.1)] равна сумме высот балластной призмы h_б.с (задана) и сливной призмы (0,15 м) – для схем на рис. 2.4 и 2.6; дополнительно прибавляются К_о для схемы на рис. 2.3 или 0,27 м для схемы на рис. 2.5.

Рис. 2.4. Расчетная схема двустороннего закюветного дренажа несовершенного
типа на электрифицированной линии при наличии закюветных полок в выемке

Рис. 2.5. Расчетная схема двустороннего подкюветного дренажа несовершенного
типа на электрифицированной линии в выемке без закюветных полок

Глубина заложения одностороннего подкюветного (закюветного) дренажа несовершенного типа определяется также по формуле (2.1), но с учетом того, что все величины этой формулы откладываются в расчетном сечении, отстоящем от дальнего конца шпалы по отношению к дренажу на расстоянии 0,25–0,5 м (рис. 2.6). Это позволяет понизить уровень грунтовой воды (ГГВ) ниже границы сезонного промерзания под всей основной площадкой и исключает появление односторонних пучин.

Стрела подъема кривой депрессии f при одностороннем дренаже определяется в соответствии с рис. 2.6 по формуле

. (2.4)

Расстояния m₁ и m₂ определяются согласно рис. 2.6 и с учетом рекомендаций для определения m₀ [см. формулу (2.3)]. Так для подкюветного одностороннего дренажа , а для закюветного одностороннего дренажа (рис. 2.6) . Во всех случаях . Остальные величины, входящие в формулу (2.1), принимаются в соответствии с пояснениями к формуле.

После определения глубины заложения дренажа h уточняется его тип (совершенный или несовершенный). Для этого вычисляется толщина Т водоносного слоя ниже дна дренажа

(2.5)

где О_ДД – отметка дна дренажа, м; О_ВУ – отметка поверхности водоупора, м (см. исходные данные).

Для подкюветного дренажа (рис. 2.3)

(2.6)

и (рис. 2.5) ,

где О_БЗП – отметка бровки земляного полотна, м (см. исходные данные).

В случае закюветного дренажа (см. рис. 2.4 и 2.6) .

Если величина Т ≥ 0,5 м, то такой дренаж будет несовершенного типа. Если же Т < 0,5 м, то глубина его может увеличиться на эту же величину,
т. е. дно дренажа доводится до водоупора, и он проектируется совершенного типа. То же решение принимается, если Т получится отрицательным (принимается Т = 0).

После выполненных расчетов студент должен сделать вывод о типе дренажа, подлежащего дальнейшему расчету и проектированию,
т. е. дренаж совершенный или несовершенный.

Рис. 2.6. Расчетная схема одностороннего
закюветного дренажа несовершенного типа

2.1.3. Определение расхода воды, поступающей в дренаж

Расход воды, поступающей на 1 погонный метр длины дренажа, определяют по законам фильтрации воды в грунтах, изучаемых в курсе «Гидравлика и гидрометрия». В общем виде у двустороннего несовершенного дренажа можно выделить шесть зон (А, Б, В, Г, Д и Е), из которых вода будет поступать в дренаж (см. рис. 2.3), а у одностороннего несовершенного – зоны 2(А+Б) и 2В (рис. 2.6).

Для определения погонного расхода воды используются следующие формулы:

- с полевой стороны дренажа из зон А и Б

Для двустороннего несовершенного дренажа суммарный расход воды из зон Г, Д и Е, относящихся к междренажному пространству, определяется по формуле (2.14).

, (2.14)

где – приведенный расход из зоны Г, определяемый по графику (рис. 2.7) при и .

Для двустороннего совершенного дренажа боковой расход из зон Д и Е определяется по формуле

. (2.15)

Погонный суммарный расход воды в двусторонний дренаж (в один из двух) определяется:

– при несовершенном типе

(2.16)

– при совершенном типе

(2.17)

Погонный суммарный расход воды в односторонний дренаж определяется:

– при несовершенном типе

(2.18)

– при совершенном типе

(2.19)

2.1.4. Определение потребного диаметра дренажной трубы (гидравлический расчет дренажа)

Расход воды в конце дренажа Q_ДР складывается из транзитного расхода (если в данный дренаж вода поступает из другого дренажа) и расхода, собираемого на длине L проектируемого дренажа, т. е.

(2.20)

где Q_т – транзитный расход воды, поступающий из сопряженного дренажа, м³/с (если Q_т не задан, то принимают ); L – длина дренажа как водосбора (длина пучинного участка), м; m – коэффициент, учитывающий возможность постепенного загрязнения трубы, .

Диаметр дренажной трубы (дрены) определяется методом подбора. Трубы диаметром менее 150 мм из-за неудобства в эксплуатации (трудность очистки) применять не рекомендуется. При небольших расходах воды могут быть использованы трубофильтры ЦНИИ МПС диаметром 50 мм.

В дренажах трубы могут применяться из следующих материалов: бетона, керамики, асбоцемента, вспененного керамзитобетона (трубофильтры) и полиэтилена.

В первом приближении принимается диаметр трубы в конце дренажа мм. Расчетный расход, который может пропустить труба, определяется по формуле

(2.21)

где W_т – площадь сечения трубы, м²; V – скорость течения воды в трубе, м/с;

, (2.22)

где i – продольный уклон трубы, равный продольному уклону дна кювета i_к (см. исходные данные), в долях единицы; R_т – гидравлический радиус трубы, м,

, (2.23)

где – смоченный периметр трубы, м ().

Параметр С для дренажных труб можно определить по формуле академика Н.Н. Павловского

, (2.24)

где n – коэффициент шероховатости поверхности трубы, ; при R_т < 1,0 м – показатель степени.

Определив по формуле (2.21) , сравнивают его с расходом воды в конце дренажа Q_др. Если , то принятый минимальный диаметр трубы удовлетворяет пропуску расхода воды по дренажу. Трубы диаметром мм укладываются на протяжении всего дренажа.

Если получится меньше Q_др, то это значит, что принятый диаметр трубы мм недостаточен для пропуска расхода дренажа. Принимаем следующий больший стандартный диаметр трубы мм (стандартное увеличение диаметра равно 50 мм), и повторяем расчет по формулам (2.21)–(2.24) до тех пор, пока не получим _.

Если в конце дренажа диаметр трубы больше 150 мм, то необходимо определить на какой части длины дренажа L будет укладываться труба с таким диаметром, а на остальной верхней части дренажа будут уложены трубы с меньшими диаметрами.

Длины участков дренажа с разными диаметрами трубы можно определить, используя формулу (2.20). Подставив в нее вместо Q_др известное , определим длину начальной части дренажа l₁ с диаметром трубы, равным
150 мм. Если в конце дренажа пропуску расхода по расчету удовлетворяет диаметр 200 мм, то трубы с этим диаметром будут уложены на остальной длине дренажа l₂:

. (2.25)

Если в конце дренажа по расчету требуются трубы с диаметром, равным 250 мм, то кроме l₁, определенного по формуле (2.25), находится длина участка дренажа l₂ с трубами диаметром 200 мм по формуле

. (2.26)

Длина участка дренажа с трубами диаметром 250 мм будет равна .

По дренажу в пояснительной записке, кроме расчетных схем, приводятся поперечный разрез самого дренажа, а также чертежи смотрового колодца и выпуска из дренажа (рис. 2.8, 2.9 и 2.10). На чертежах следует показать необходимые размеры.

Рис. 2.10. Конструкция выпуска из дренажа: 1 – дренажная труба;
2 – подпорная стена из бетона; 3 – утрамбованный щебень; 4 – утепляющая засыпка; 5 – бетонные плиты; 6 – бровка откоса канавы;
7 – дерновое покрытие; 8 – местный грунт

Чертежи выполняются в произвольном масштабе пастой или карандашом на миллиметровой или белой бумаге.

Подробное описание конструкции дренажа и его элементов дано в методическом пособии [9].

2.2. Расчет и проектирование противопучинного покрытия

На одном из двух пучинных участков пути необходимо запроектировать противопучинное покрытие.

Чаще для этого применяют покрытия из теплоизолирующих материалов (пенопласт, шлак). Такое покрытие расчетной толщины должно защитить пучинистый грунт под покрытием от сезонного промерзания.
В связи с этим нельзя применять теплоизолирующие покрытия там, где пучины на пути вызваны наличием водоносного слоя (свободной грунтовой водой) под основной площадкой земляного полотна. Вода в этом слое в зимнее время находится под гидростатическим давлением и легко может через талый грунт сверху прорваться на поверхность и образовать наледь.

В курсовом проекте противопучинное покрытие проектируется с учетом заданного материала (пенопласт или шлак).

2.2.1. Проектирование пенопластового
противопучинного покрытия

Характеристики пенопластов, применяемых для противопучинных покрытий, приведены в пособии [9]. Расчетную толщину слоя тепловой изоляции из пенопласта, при которой пучинистый грунт под ним не будет промерзать, можно определить по формуле, рекомендованной Техническими указаниями [7],

, (2.27)

где h_т – нормативная толщина слоя пенопласта, см, определяемая по графикам (рис. 2.11) в зависимости от W₁₀ – максимальной в десятилетнем периоде суммы градусосуток отрицательных температур и толщины слоя балласта d под пенопластом; l_т – коэффициент теплопроводности пенопласта (0,04 ккал/м×ч×°С); g_н – коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2; W_об – нормативное водопоглощение по объему, принимается равным 0,5 % (0,005).

Возможные схемы укладки пенопластового покрытия показаны на
рис. 2.12.

Толщину слоя балласта под пенопластом d определяют исходя из толщины h_бс существующей балластной призмы над пучинистым грунтом основной площадки, допустимой подъемки пути и с учетом расположения пенопласта ниже подошвы шпал не менее 0,4 м. В этом расчете толщину слоя пенопласта h_п ориентировочно можно принять 0,13÷0,15 м. Тогда величина d определится как

(2.28)

здесь 0,55 – минимальная необходимая толщина слоя балласта над пенопластом.

Рис. 2.11. Графики для определения нормативной толщины пенопласта h_т

Если d получится меньше 0,1 м, тогда можно использовать допустимую подъемку пути на участке укладки пенопласта и довести d до 0,1¸0,2 м. В случае невозможности подъемки пути d доводится до указанной величины за счет срезки верхнего слоя пучинистого грунта. Срезку полезно делать на участках, где основная площадка поражена балластными корытами. Поверхности грунта после срезки придается поперечный уклон в полевую сторону, равный 0,04 (рис. 2.12, в).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: