Проектирование мероприятий по стабилизации земляного полотна

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

Уральский государственный  университет путей сообщения

 

 

 

 

Кафедра: «Путь  и железнодорожное стороительство»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

«Проектирование мероприятий по стабилизации земляного полотна»

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил: Выполнил:

преподаватель студент группы СЖД – 418

Парахненко И.Л. Суслов С.Н.

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург

2011 

Оглавление

Введение 3

1 Проектирование типовых поперечных профилей насыпей и выемок 4

2 Проект пойменной насыпи 5

2.1 Расчет  защитных укреплений откосов от размыва 6

2.1.1 Определение верхней границы укрепления откоса 6

2.1.2 Расчет параметров волнового воздействия 7

2.2 Определение параметров нагрузок, действующих на земляное полотно. 10

2.3 Расчёт потребной плотности грунтов 12

2.4 Расчет напряжений в основании насыпи 13

2.5 Расчет напряжений грунта основания 17

2.6 Расчет осадки насыпи и потребного уширения основной площадки 18

2.7 Расчет устойчивости откосов 25

3 Проектирование мероприятий по стабилизации выемки 27

3.1 Расчет нагорной канавы 28

3.2 Расчет закюветного двухслойного дренажа 31

3.2.1 Определение эффективности дренажа 31

3.2.2 Определение глубины заложения дренажа 32

3.2.3 Определение сроков осушения грунта 33

3.2.4 Определение уровня воды в дренаже (гидравлический расчет) 34

3.2.5 Подбор дрены 35

3.2.6 Подбор дренажного заполнителя 37

3.3 Проектирование теплоизоляционной подушки 40

Литература 44

Приложения 45

 

 

Введение

Земляное полотно железных дорог представляет собой сложный  комплекс грунтовых объектов, функционирующих  в условиях природно-климатической  среды и динамических поездных нагрузок, которые, изменяя состояние грунтовой  среды, влияют на уровень надежности земляного полотна. Особенностями  земляного полотна железных дорог  являются значительные рабочие отметки, наличие верхнего строения, поездных нагрузок. При чем допустимые напряжения на основную площадку земляного полотна в сотни тысяч раз меньше, чем на элементы верхнего строения пути. Сложность объектов земляного полотна, случайный характер проявления факторов природной среды функционирования существенно влияют на темпы строительства, долговременную стабильность земляного полотна и эксплуатационную надежность движения поездов.

Целью данного курсового  проекта является оценить степень  влияния того или иного природного фактора на стабильность земляного  полотна и научится подбирать  наиболее целесообразные меры по предотвращению вредных воздействий окружающей среды на путь.

В процессе выполнения курсового  проекта были изучены теоретические  методы стабилизации земляного полотна, а так же расчетные методы позволяющие точно описать природные процессы происходящие в грунте, а также воздействие на эти процессы тех или иных мероприятий.

 

1. Проектирование  типовых поперечных профилей насыпей  и выемок

Поперечным профилем земляного  полотна называется сечение, перпендикулярное его продольной оси.

При возведении насыпи на местности  с уклоном 11‰, высота которой 16,1 м, используется глина. Ширину основной площадки выбираем из СНиП 32-01-95 «Железные дороги колеи 1520мм.» которая для железной дороги II категории составляет 7,6м. Откос насыпи принимаем равным 1:1,5 на высоте 6 метров и 1:1,75 на оставшейся высоте так как это рекомендует СНиП. Водоотводную канаву разбиваем на расстоянии 3,0м от подножия насыпи. Канава представляет собой трапецию в сечении, проведенном перпендикулярно ее продольной оси. Глубина и ширина понизу канавы составляют 0.6м, уклон стенок также 1:1,5. сток атмосферных осадков в водоотводную канаву осуществляется по берме, которая начинается у подножия насыпи и заканчивается у края канавы. Уклон необходимый для отвода вод составляет 20-40 ‰ и направлен в полевую сторону. По другую сторону от оси насыпи на расстоянии 8,0 м от ее подошвы также располагается водоотводная канава.

Выемка проектируется  на местности с уклоном 14‰, глубиной 13,8 м. Ширина основной площадки составляет 7,6м. У подножия основной площадки нарезаются трапециевидные кюветы глубиной 0,6м  и шириной понизу 0,4м. После кюветов планируем закюветные полки длиной 2,0 м и уклоном 20-40 ‰, направленным в кювет. Крутизну откосов выемки назначаем согласно СНиП равной 1:1,5 т.к. грунты не скальные. С верховой стороны выемки на расстоянии 1,0 м от края выемки предусматривается устройство банкета, который удаляет воду от края выемки в забанкетную канаву. Забанкетная канава устраивается сразу после банкета, глубиной и шириной понизу 0,6м и уклоном стенок 1:1,5. С низовой стороны, никакие водоотводные сооружения не предусматриваются, так как вода там удаляется самотеком и ее застоя быть не может.

Все элементы земляного полотна  тщательно планируют и защищают от различных вредных воздействий. Основание под насыпь необходимо подготовить: снимается растительный покров, а при высоте насыпи более 1м вспахивают грунт и уплотняют  его с первым слоем отсыпаемой насыпи.

Типовые поперечники насыпи и выемки приведены в приложениях 1 и 2.

 

2. Проект  пойменной насыпи

Исходные  данные

1. Категория дороги II
2. Участок дороги 1
3. Характеристика пути:
1. Тип рельсов Р65
2. Материал шпал Деревянные
4. Высота пойменной насыпи 16,1 м
5. Тип укрепления откосов Каменное мощение
6. Скорость течения воды в русле реки 0,95 м/с
7. Высота подпора воды  0,19 м
8. Средняя глубина водоема  4,8 м
9. Максимальная скорость ветра 18,6
10. Угол между направлением ветра и урезом воды  35°
11. Угол между направлением ветра и направлением потока воды  55°
12. Расчетный разгон волны  1,85 км
13. Глубина водоема у подошвы насыпи в период половодья (ГВВ)  5,8 м
14. Поперечный уклон основания насыпи 20 ‰
15. Характеристики грунта насыпи:
1. Наименование Супесь
2. Номер компрессионной кривой 27
3. Удельный вес частиц грунта  26,4 кН/м³
4. Влажность  21 %
5. Угол внутреннего трения  22°
6. Удельное сцепление  23 кН/м²
7. Средний уклон кривой депрессии  40 ‰
8. Высота капиллярного поднятия 0,4 м
9.  0,18 мм
16. Характеристика грунта основания:
1. Наименование Суглинок
2. Номер компрессионной кривой 50
3. Удельный вес частиц грунта  26,8 кН/м³
4. Влажность  21 %
5. Угол внутреннего трения  22°
6. Удельное сцепление  50 кН/м²
17. Реализация полной осадки основания в процессе строительства 68 %

 

1. Расчет  защитных укреплений откосов от размыва

1. Определение верхней границы укрепления откоса

Параметры волнового воздействия  определяются согласно нормативным  положениям и методам расчёта  по СНиП 2.06.04-82.

Параметрами волнового воздействия  являются:

Высота волны  - расстояние от гребня до подошвы волны с заданной вероятностью превышения

Длина волны − горизонтальное расстояние между двумя соседними вершинами (впадинами) волны.

Период волны  − время в течении которого волна пройдет расстояние .

Крутизна волны отношение  высоты волны к ее длине.

Пологость волны отношение  длины волны к ее высоте.

Разгон волны  − это протяженность по направлению ветра водной поверхности охваченной ветром вызывающим волну.

Проектирование условно  можно разделить на три части:

1. Определение высоты присыпной бермы, которая устраивается в целях поддержания откосов в силу того, что их протяженность слишком велика, чтобы быть самоустойчивой;
2. Определение толщины щебеночной (песчаной) подготовки, которая устраивается в целях предотвращения суффозии грунта насыпи при обратной фильтрации воды в период прекращения половодья и толщины защитного покрытия откоса насыпи каменным мощением;
3. Определение обратной фильтрации воды из тела насыпи.

Рисунок 1. Расчетная схема определения отметки, неподтопляемой бермы.

 

 

2. Расчет  параметров волнового воздействия

Определение высоты ветрового нагона воды.

Высота ветрового нагона воды, как правило, принимается по данным натурных наблюдений, а при их отсутствии, без учета конфигурации береговой линии и при постоянной глубине воды по направлению ветрового нагона, определяется методом последовательных приближений по формуле:

 

где –разгон волны;

– средняя глубина водоема;

– предыдущее значение;

– угол между направлением ветра и потоком воды.

− коэффициент учитывающий параметры ветрового потока, принимается по таблице 5.4. для ветра со скоростью 20 м/с.

В первом приближении принимаем  :

 

Во втором, приближении принимаем :

 

Т.к. в результате итераций полученные значения различаются менее чем на 5%, считаем, что расчет ветрового нагона волн выполнен.

Определение глубинной зоны водоема.

В основе расчета лежит сравнение средней глубины водоема у подножия насыпи с половиной длинны волны.

 

где − ускорение свободного падения;

− разгон волны;

− скорость ветра на высоте 10 над поверхностью воды.

По полученному в выражении значению определим с помощью графика (СНиП 2.06.04-82 (1995) прил. 1 рис. 1) следующие выражения:

 

 

Выразив из данных выражений средние высоту и период волн получим:

 

 

Длина волны определится как:

 

Сравнивая глубину водоема у подножия насыпи в период половодья, с половиной средней длины волны делаем вывод о глубоководной зоне водоема:

 

Следовательно, зона у подножия насыпи является глубоководной.

Определение вероятностных характеристик волны для глубоководной зоны.

Определение вероятностных характеристик волны производят для ее высоты  по формуле:

 

 

Для расчета высоты укрепления принимается вероятность превышения средней высоты 1% (1 раз в 100 лет), а для толщины крепления откоса 2% (1 раз в 50 лет). При этом значения коэффициентов принимаются по графику 5.3 для глубоководной зоны, следующими:

 

 

 

 

Определение высоты наката волны.

При ударе волны о крепление откоса вода за счет кинетической энергии, которую она приобрела при разгоне волны поднимается по откосу. При этом кинетическая энергия расходуется на удар волны об откос, преодоление сил трения по поверхности откоса и на преодоление потенциальной энергии на поднятие по откосу.

В общем виде высоту наката воды можно выразить как:

 

где: и − коэффициенты, определенные по табл. 5.5. в зависимости от , которые характеризуют материал и шероховатость поверхности откоса.

− коэффициент зависящий от скорости ветра и крутизны откоса насыпи, определяется по табл. 5.6 интерполяцией для скорости ветра 18,6 м/с.

− коэффициент учитывающий пологость волны и крутизну откоса определяется по табл. 5.7 интерполяцией при:

 − коэффициент учитывающий изменение высоты наката в зависимости от угла подхода фронта волны к сооружению, из таблицы 5.8 интерполяцией при угле подхода в 27°=0,932.

Подставив эти величины в выражение  имеем:

 

Определение высоты бермы.

Определение высоты присыпной бермы, которая делается для поддержания откосов насыпи для придания им большей устойчивости производится исходя из условия чтобы площадка бермы была на 0,25 м выше уровня вод в самом неблагоприятном случае:

 

где: − запас по высоте;

− высота подпора воды в период половодья.

Тогда высота бермы:

 

Расчет укрепления

Тип укрепления – каменное мощение (Приложение 3).

При применении каменного мощения в качестве защитного слоя от волноприбоя необходимо их устраивать на подготовке, работающей как обратный фильтр. Для его устройства применяют щебенисто-гравийно-песчаные грунты, а также геотекстиль в слое гравийно-песчаного грунта.

Масса камней определяется по формуле:

 

где - плотность камня;

- плотность воды;

-  крутизна откоса укрепления.

 

Диаметр камня определяется по формуле:

 

Допустимая скорость наката волны:

 

Фактическая скорость наката волны:

 

где - скорость течения воды в русле реки.