Проектирование мероприятий по стабилизации земляного полотна

 

Расчет природных характеристик  грунта:

Точка «а»

Удельный вес грунта природного сложения в точке «а»:

 

Здесь подразумевается, что  грунт на поверхности не нагружен.

 

Точка «2»

Предположим, что нарастание удельного веса с глубиной для  данного слоя составит:

 

Тогда, удельный вес грунта на нижней границе слоя составит:

 

Напряжения то собственного веса грунта по подошве слоя составят:

 

По компрессионной кривой для грунта основания:

 

Тогда удельный вес грунта по подошве слоя:

 

Расхождения предположения  с фактическим поведением грунта при данных условиях:

 

Проверка сходится. Предположение  верно.

Точка «5»

Предположим, что нарастание удельного веса с глубиной для  данного слоя составит:

 

Тогда, удельный вес грунта на нижней границе слоя составит:

 

Напряжения то собственного веса грунта по подошве слоя составят:

 

По компрессионной кривой для грунта основания:

 

Тогда удельный вес грунта по подошве слоя:

 

Расхождения предположения  с фактическим поведением грунта при данных условиях:

 

Проверка не сходится. Предположение  не верно. Продолжаем расчет:

 

 

 

 

 

Проверка сходится. Предположение  верно.

Точка «10»

Предположим, что нарастание удельного веса с глубиной для  данного слоя составит:

 

Тогда, удельный вес грунта на нижней границе слоя составит:

 

Напряжения то собственного веса грунта по подошве слоя составят:

 

По компрессионной кривой для грунта основания:

 

Тогда удельный вес грунта по подошве слоя:

 

Расхождения предположения  с фактическим поведением грунта при данных условиях:

 

Проверка не сходится. Предположение  не верно. Продолжаем расчет:

 

 

 

 

 

Проверка сходится. Предположение  верно.

Осадку и добавочную осадку рассчитываем по вышеописанной методике:

Тогда:

 

Полная осадка основания:

 

Осадка основной площадки:

 

 

Требуемое по расчету уширение основной площадки земляного полотна:

 

В итоге ширина основной площадки составит сумму принятой по СНиП и  уширения:

 

Рисунок 6. Определение дополнительной осадки.

 

Рисунок 7. Расчетная схема участков насыпи, напряжений в основании насыпи, природных и полных напряжений. 

7. Расчет  устойчивости откосов

При круглоцилиндрической поверхности возможного смещения используется приближенное решение. В этой схеме приняты следующие допущения:

– смещение блока рассматривается  как вращение его вокруг оси круглого цилиндра (в плоской задаче это  центр круговой кривой О);

– силами взаимодействия между  отсеками E_i - и E_i пренебрегают;

– силы веса и внешние  воздействия Q_i приложены к основанию (а не в центре тяжести) отсека, т. е. принимается, что:

– внешние нагрузки (p_пc и p_всп) заменяются фиктивными столбами грунта удельного веса у высотою соответственно:

 

 

Расчет производится на один линейный метр массива.

Коэффициент устойчивости определится  по формуле:

 

Для удобства расчетов изображают расчетную схему в масштабе 1:100, оползающую часть насыпи делят на отсеки. После того как производится расчет характеристик грунта во всех зонах составляют таблицу в которую  заносят:

– расстояние от середины отсека до вертикального радиуса x_i;

– синус и косинус угла между векторами веса отсека и  тангенциальной и нормальной его  составляющими, определяемыми как:

 

 

– площади с чертежа  соответствующие зоне состояний  грунта (сухой, капиллярно насыщенный, водонасыщеный грунт насыпи, водонасыщеный грунт основания);

– вес соответствующей  зоны грунта

 

– касательные, сдвигающие и  удерживающие силы:

 

– нормальные составляющие веса грунта для определения сил  трения отсека грунта по поверхности  скольжения:

 

Силы трения и силы сцепления  грунта по поверхности определяются как:

 

 

где f_i – коэффициент трения грунта по грунту определяется для каждой зоны в зависимости от влажностного состояния грунта;

C_i – удельное сцепление, также зависящее от влажностного состояния грунта:

 – длина кривой  скольжения в пределах отсека.

Вышеперечисленные характеристики грунтов по зонам определяются в  следующем порядке:

1. Зона сухого грунта насыпи:

 

 

 

2. Зона влажного грунта насыпи:

 

 

3. Зона водонасыщенного грунта насыпи:

В этой зоне грунт насыпи считается водопроницаемым и  взвешенным в воде, поры грунта считаются  полностью заполненными и характеристики грунта определяются как:

 

 

4. Зона водонасыщенного грунта основания:

 

 

Сила давления воды на частицы  грунта в период спада воды в пойме:

 

На основании полученного  расчета можно сделать вывод  о том, что пойменная насыпь находится  в состоянии устойчивости, но  при ее эксплуатации не требуется  постоянный контроль за состоянием ее откосов и выполнение мер предупреждающих их оползание в период межсезонья.

 

 

3. Проектирование  мероприятий по стабилизации выемки

Исходные  данные

1. Район проектирования Екатеринбург
2. Характеристика грунта выемки:
1. Наименование Суглинок
2. Удельный вес частиц 26,6
3. Средний уклон депрессии 70
4. Высота капиллярного поднятия 0,86
5. Пористость 43
6. Коэффициент фильтрации 8·10^-7
7. Максимальная молекулярная влагоемкость 10
8. Естественная влажность 24
9. Гранулометрический состав:
1. 1,0 – 0,5 мм 14
2. 0,5 – 0,25 мм 28
3. 0,25 – 0,10 мм 28
4. 0,10 – 0,05 мм 3
5. 0,05 – 0,005 мм 3
6. <0.005 мм 24
3. Глубина промерзания 1,9
4. Отметка ГГВ ниже уровня бровки земляного полотна 1,0
5. Отметка водоупора ниже уровня бровки земляного полотна 5,4
6. Дренирующий заполнитель:

1. Наименование Песок крупный
2. Пористость 33
3. Гранулометрический состав

1. 2,0 – 5,0 мм 12
2. 0,5 – 2,0 мм 24
3. 0,25 – 0,5 мм 32
4. 0,1 – 0,25  мм 27
5. <0,1 мм 5

7. Величина равномерного пучения 45
8. Материал утепления:

1. Наименование ПС 1-100
2. Коэффициент теплопроводности 0,042
3. Коэффициент температуропроводимости

 

1. Расчет  нагорной канавы

Канавы служат для отвода поверхностных вод.

К канавам относят: продольные водоотводные канавы, нагорные канавы, забанкетные канавы, кюветы.

При проектировании канав  решаются две задачи:

1. Выбор типа трассы, следовательно, проектирование продольного профиля канавы.
2. Подбор необходимого поперечного сечения, типа укрепления дна и откоса.

Основные правила при  проектировании канав:

1. Канавы стараются проектировать по прямой (для уменьшения длины канавы). При сложном рельефе местности могут быть и криволинейные участки с радиусом 10-20 (м).
2. Канавы могут быть в виде одной магистрали и в виде сети, тогда примыкание канав друг к другу происходит под углом 45^о. 
3. Дно канавы на выходе на поверхность рекомендуют уширять по углом 30^о на протяжении 5 м. Кроме этого склон канавы на протяжении 5 м. укрепляют. На выходе также рекомендуется укрепить дно и стенки канавы со стороны поля, чтобы предотвратить вымывание частиц и дополнительное заклинивание канавы.
4. Ширину канавы по дну стремятся иметь постоянной по всей длине, и не менее 0,6 м.
5. При проектировании продольного профиля следует добиваться непрерывного нарастания скорости течения воды на всем протяжении канавы. Для этого продольный уклон канавы должен нарастать или хотя бы не уменьшаться от участка до участка, так как может произойти заклинивание канавы.
6. Глубина канавы должна быть на 0.2 м. больше уровня стояния воды в канаве.

Гидравлический расчет канав.

Из задания на курсовой проект имеем следующие исходные данные:

Таблица 4.

	1	2	3
Расход воды, м3/с	0,25	0,32	0,94
Уклон, ‰	-16	24	30
Длина участка, м	200	520	170

Участок №2

Определим минимально необходимую площадь живого сечения.

 

где – коэффициент гидравлической шероховатости, в первом приближении принимаем канаву с грунтовым дном и одернованными откосами;

 

 

где: – коэффициент, определяемый по формуле:

 

где – показатель откоса канавы.

 

Геометрические характеристики канавы:

 

 

По , определим :

 

При известном значении найдем :

 

Размер сравниваем с минимально допустимым : так как 0,342 м<0,6 м, то есть , то принимаем .

Новое значение пересчитаем по формуле:

 

 

 

Решив квадратное уравнение получим:

Глубина канавы:

 

Проверим, может ли канава, имея размеры, равные и , полученные в результате расчетов, пропустить потребный расход воды:

 

 

Скорость тока воды в канаве:

 

Тогда расход через сечение канавы:

 

Полученный расход сравниваем с потребным значением расхода.

 

Полученное значение расхода  удовлетворяет поставленному условию, поэтому переходим к расчету  следующего участка.

 

 

Так как процентное расхождение < 5%, то i_m=i_k, следовательно уклон канавы оставим такой же как и уклон местности,

Участок №3

Скорость тока воды в канаве:

 

Тогда расход через сечение  канавы:

 

Канава с данным сечением обеспечивает пропуск расхода воды, равного   

 

Из расчета видно, что  канава такого сечения справится  с расчетным расходом с запасом, но изменять геометрические размеры  в данном случае не целесообразно  т.к. это усложнит строительство, а  большого эффекта не принесет.

Участок №1

 

По , определим :

 

При известном значении найдем :

 

Размер сравниваем с минимально допустимым : так как 0,342 м<0,6 м, то есть , то принимаем .

Новое значение пересчитаем по формуле:

 

 

 

Решив квадратное уравнение получим:

Глубина канавы:

 

Проверим, может ли канава, имея размеры, равные и , полученные в результате расчетов, пропустить потребный расход воды:

 

 

Скорость тока воды в канаве:

 

Тогда расход через сечение канавы:

 

Полученный расход сравниваем с потребным значением расхода.

 

Полученное значение расхода  удовлетворяет поставленному условию, поэтому переходим к расчету  следующего участка.

 

 

Так как процентное расхождение < 5%, то i_m=i_k, следовательно уклон канавы оставим такой же как и уклон местности,

2. Расчет закюветного двухслойного дренажа

Как правило, дренажи устраивают там, где необходимо предохранить грунт  выемки от морозного пучения, когда  уровень грунтовых вод находится  выше расчетного горизонта промерзания  грунта. Либо там, где по каким-либо причинам водоотводная канава не в  силах справиться со своими функциями.

Расчет дренажа включает в себя решение следующих задач:

1. Определение эффективности  дренажа;

2. Определение глубины  заложения дренажа;

3. Определение сроков осушения  грунта;