2. Проектирование поперечного профиля насыпи

Проектирование выполняется по методике, предусматривающей получение равноустойчивой по высоте насыпи конструкции. Расчет устойчивости земляного полотна производится графоаналитическим методом круглоцилиндрических поверхностей скольжения в следующем порядке:

1. Определяется положение бермы.

Пойменные насыпи проектируются обычно с бермами для повышения устойчивости и укрепления покрытиями низовых частей откосов от волнового воздействия. Положение бермы принимается на отметке наката волны, которая рассчитывается по формуле

Г_б=ГВВ+h_подп+ΔН+h+a, (2.1)

где ГВВ – отметка горизонта высоких вод, ГВВ=84,1 м;

h_подп – высота подпора воды в результате сужения русла, h_подп = 0,5 м;

ΔH – высота ветрового нагона воды, ΔH = 0,4 м;

h – высота волны, принимаем равной 0,3 м;

а - величина запаса по высоте (а = 0,25 м для незатопляемых берм).

Г_б=84,1+0,5+0,4+0,3+0,25=85,55(м).

Ширина бермы определяется при проектировании поперечного профиля по условию устойчивости насыпи и в зависимости от технологии работ (с перемещением автосамосвалов по берме). Подтопляемый откос бермы должен быть не круче 1:2 и без переломов в профиле. Для ската атмосферных осадков поверхности бермы придают уклон 0,04‰. При недостаточности устойчивости насыпи ширину берм увеличивают до 10…15 м.

Принимаем ширину бермы равной 5м.

2. На листе миллиметровой бумаги в масштабе 1:100 вычерчивается поперечный профиль насыпи. Для этого чертится поперечный уклон поверхности земли и ось насыпи с отметкой земли согласно исходным данным. Вверх по оси откладывается величина высоты насыпи, определяемая по разности проектной отметки и отметки земли, и проводится горизонтальная линия. На ней откладывается от оси насыпи вправо и влево половина ширины основной площадки земляного полотна. Проводятся горизонтальные линии на уровне отметки ГВВ и отметки бермы, полученной по расчету. От точки пересечения горизонтальной линии ГВВ с осью насыпи проводятся в стороны откосов прямые с уклоном (уклон кривой депрессии). От бровок основной площадки проводятся линии откосов насыпи, намечаются точки перелома откосов, формируется берма.

3. Определяются расчетные характеристики грунтов насыпи и основания с учетом водонасыщения их в зоне подтопления. При этом учитывается, что при водонасыщении грунты существенно снижают прочностные характеристики и взвешиваются водой в затопляемой зоне насыпи:

3.1. Характеристики грунта тела насыпи выше границы подтопления (выше кривой депрессии):

- удельный вес грунта насыпи =20,627(кН/м³);

- пористость грунта насыпи = 0,752;

- сцепление грунта насыпи = 28(кПа);

- трение грунта насыпи определяется по формуле

, (2.2)

где φ_нтабл – угол внутреннего трения грунта насыпи, 16 град.;

.

3.2. Характеристики грунта тела насыпи в зоне увлажнения (ниже кривой депрессии):

- удельный вес грунта насыпи в зоне увлажнения определяется по формуле

, (2.3)

где - удельный вес частиц сухого грунта тела насыпи, кН/м ;

- удельный вес воды, кН/м ;

(кН/м³);

- трение грунта насыпи в зоне увлажнения будет равно

, (2.4)

;

- сцепление грунта насыпи в зоне увлажнения составит

, (2.5)

(кПа).

4. Внешние нагрузки от веса верхнего строения пути ,кПа, и подвижного состава ,кПа, заменяются эквивалентным (фиктивным) столбиком грунта шириной и высотой , имеющими следующие значения:

-для двухпутного участка

+ , (2.6)

(м);

, (2.7)

где - ширина междупутного расстояния, м.

(м).

5. Выполняются графические построения. На исходном поперечнике выбираются точки, через которые пройдет возможная кривая обрушения: точка на подошве откоса и ряд точек на основной площадке. Затем точки соединяются хордой , к середине восстанавливается перпендикуляр, являющийся линией центров кривых обрушения. Проводится вспомогательная линия под углом 36° к горизонтальной верхней грани фиктивного столбика грунта до пересечения с линией центров. Из точки пересечения описывается кривая возможного обрушения, измеряется радиус R.

6. Массив обрушения разбивается на отсеки. Границы отсеков намечаются в точках перелома поперечного профиля, в точках изменения характеристик грунтов по кривой обрушения, по вертикальному радиусу и в промежуточных точках с таким расчетом, чтобы ширина отсеков была не более 3…6 м. В каждом отсеке определяются площади частей отсека: - в неувлажненной зоне насыпи; - в увлажненной зоне насыпи.

От вертикали определяются (измерением в масштабе) горизонтальные расстояния до середины каждого отсека . В каждом отсеке определяются длины его основания , синусы и косинусы угла , имея в виду , , площади . В площади соответствующих отсеков обязательно включаются площади фиктивных столбиков грунта. Расчетные параметры определяются в табличной форме (таблица 1).

7. Подсчитываются действующие на отсек внешние силы:

- вес каждого отсека

+ ; (2.8)

- гидродинамическая сила

= , (2.9)

где - средний уклон кривой депрессии, 0,09 град;

- удельный вес воды, кН/м .

8. Определяются для каждого отсека тангенциальные и нормальные составляющие силы веса по формулам:

; (2.10)

. (2.11)

9. Определяются для каждого отсека силы трения и сцепления , препятствующие смещению блока.

В отсеках, расположенных правее вертикально направленного радиуса, определяются тангенциальные удерживающие силы . Полученные значения сил трения, сцепления и тангенциальных удерживающих сил суммируются для всего блока и находятся , и .

Для отсеков, расположенных правее вертикально направленного радиуса R, определяются и их суммы для всего блока .

10. Подсчитывается коэффициент устойчивости

. (2.12)

11.Рассчитанный коэффициент устойчивости К сравнивается с допускаемым [К] и делаются выводы о состоянии устойчивости откоса.

Допускаемое значение [К] находится для новых линий по формуле

[К]= , (2.13)

где коэффициент надежности по назначению сооружения (коэффициент ответственности сооружения), 1,20;

коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий уменьшение вероятности

одновременного появления расчетных нагрузок, при основном сочетании =1,00;

коэффициент условий работы, при использовании методов расчета,

удовлетворяющих условиям равновесия, =1,00.

Расчетные параметры для определения насыпи

Таблица 1

Расчетные параметры	Значения параметров по отсекам
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
xi, м	28,5	25,6	23,2	21,4	19,3	16,1	10,4	8,3	5,2	1,3	3,0	9,0
	0,807	0,725	0,657	0,606	0,547	0,456	0,295	0,235	0,147	0,037	0,085	0,255
	0,590	0,689	0,754	0,795	0,837	0,890	0,955	0,972	0,989	0,999	0,996	0,967
	4,1	35,0	19,2	25,7	20,8	30,9	24,2	3,7	15,0	7,3	5,7
				0,96	4,66	14,3	20	6,84	29,5	15,9	31,5	14,03
	84,6	721,9	396,0	530,1	429,0	637,4	499,2	76,3	309,4	150,6	117,6
				5,9	28,8	88,3	123,5	42,2	182,1	98,2	194,5	86,6
	84,6	721,9	396,0	536	457,8	725,7	622,7	118,5	491,5	248,8	312,1	86,6
	68,3	523,4	260,2	324,8	250,4	330,9	183,7	27,8	72,3	9,2	26,5	22,1
	49,9	497,4	298,6	426,1	383,2	645,9	594,7	115,2	486,1	248,6	310,8	86,8
	0,287	0,287	0,287	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215	0,215
	19,6	150,2	74,7	69,8	53,8	71,1	39,5	6,0	15,5	2,0	5,7	4,8
	28	28	28	14	14	14	14	14	14	14	14	14
	4,1	5,0	2,0	2,3	2,9	4,6	5,2	1,2	5,0	2,7	6,0	6,2
	114,8	140	56	32,2	40,6	64,4	72,8	16,8	70	37,8	84	86,8
	121,57

Суммы:

=137,69 м²;

=3497,1 кН;

=646,2 кН;

=512,7 кН;

=816,2 кН;

;

[К]= .

Так как К<[К], делаем вывод что рассчитанные откосы не устойчивы, следовательно необходимо перепроектировать продольный профиль с учетом уполаживания откосов и изменения размеров бермы.

Расч схема