2. Распределение земляных масс.

Выполним распределение земляных масс по графику суммарных объемов.

Согласно проведенным расчетам объёмы работ выглядят следующим образом:

Выемка ПК0 –ПК13	411 247,77 м3	Сложена песчаными грунтами и пригодна для возведения насыпи. Центр тяжести земляных масс расположен на ПК 5+18 м, соответственно равный объем грунта составляет 205 623,9 м3
Насыпь ПК13-ПК27	159 410,80 м3
Выемка ПК27-ПК34	62 849,00 м3	Сложена глинистыми грунтами, не пригодными для возведения насыпи
Насыпь ПК34-ПК36	2 171,00 м3
Выемка ПК36-ПК40	35 577,00 м3	Сложена глинистыми грунтами, не пригодными для возведения насыпи

Распределение земляных масс начинаем с продольной возки, как наиболее рациональном способе производства работ при сооружении земляного полотна железной дороги, по сравнению с поперечной возкой. Вторую часть первой выемки ПК5+18-ПК13 будем разрабатывать продольной возкой в насыпь ПК13-ПК27. Равновеликий объем, который отсекает горизонтальная прямая, равен объему 205 623,9 м³. V_н = 159 410,0 м³. Насыпь будет отсыпана полностью. В выемке осталось 46 213,09 м³. Отсюда 2 171 м³ отсыпается продольной возкой в насыпь на ПК 34-ПК36, поскольку грунт из ближайших выемок не пригоден для возведения насыпи. Оставшиеся 44 042,09 м3 – вывозятся в кавальер.

В первой части выемки ПК0-ПК5+18 – необходимо (из-за больших объемов грунта) разработать 205 623,9 м³ в отвал.

Оставшиеся выемки ПК 27-ПК34 и ПК 36 – ПК40 разрабатываются в поперечной возкой в кавальер.

После распределения земляных масс определяем общую рабочую кубатуру на участке строительства по формуле:

V_раб = ∑V_B + ∑V_Р + V_кар,

∑V_B – сумма объемов всех выемок;

∑V_Р - сумма объемов всех резервов

V _кар – объем грунта из карьера, который разрабатывается и отсыпается в тело насыпей.

Объем выемок	Грунт из резерва	Грунт из карьера	Рабочий объем
509 673,77 м3	0 м3	0 м3	509 673,77 м3

Таким образом, рабочий объем равен объему выемок.

В результате распределения земляных масс определились следующие участки работ:

Участок 1 205623,9 м3	разработка выемки (ПК0 – ПК5+18) в отвал (продольная возка) V раб = VB = 205 623,9 м3;
Участок 2 159410,8 м3 + 2 171 м3 + 44 042,09 м3 = 205 623,9 м3	разработка (ПК5+18 – ПК13) выемки в насыпь (ПК13 + ПК27) V раб = 159 410,80 м3; разработка выемки (ПК5+18 – ПК13) в насыпь (ПК34 – ПК36) V раб = Vн = 2 171 м3; разработка выемки (ПК5+18 – ПК13) в отвал (продольная возка) V раб = 44 042,09 м3.
Участок 3 62 849,00 м3	разработка выемки (ПК27 – ПК34) в кавальер (поперечная возка) V раб = VB = 62,849,00 м3.
Участок 4 35 577,00 м3	разработка выемки (ПК36 – ПК40) в кавальер (поперечная возка) V раб = VB = 35 577,00 м3.

Все эти проектные решения занесены в таблицу, которая вычерчивается под графиком суммарных объемов. Здесь следует отметить еще раз, что горизонтальная секущая, отсекающая равновеликие объемы может располагаться выше или ниже нулевой оси, т.е. возможны различные варианты распределения земляных масс.

Расчет кавальеров.

По результатам распределения земляных масс определяются объемы кавальеров. Поэтому, прежде чем приступить к выбору ведущих землеройных машин для производства работ на объекте, необходимо расчетом определить размеры кавальеров, так как их размеры могут влиять на выбор землеройных машин.

Площадь поперечного профиля кавальеров определяется по формуле:

F_к = V_к : L_к, м²,

V_к – объем грунта, отсыпаемый из насыпи в кавальер, м³;

L_к – длина кавальера, м.

Размеры кавальеров зависят от двух переменных (длина и высота кавальера). Определим возможную длину кавальера из условия, что кавальер должен оканчиваться не ближе 25÷50 м от «нулевого места», т.е. длина выемки по пикетажу на продольном профиле минус 2·25=50 м.

Длина выемки ПК 0 –ПК 5+18 – 518 м. Тогда принимаем длину кавальера

L_к = 518 – 50 = 468 м.

F_к = 205 623,9 : 468 = 439,37 м².

Определяем высоту кавальера и приблизительную ширину его по номограмме. Для этого воспользуемся левым верхним графиком номограммы, который имеет оси координат: вертикальная ось – площадь поперечного сечения кавальера или насыпи (F_P, F_H, м²); горизонтальная – ширина кавальера поверху, м. На поле этого графика нанесены наклонные кривые линии, которые соответствуют определенной высоте кавальера (2,5; 2,0 и т. д). Для расчетного примера на вертикальной оси находим точку ≈ 3,1 м² и проводим горизонтальную линию, которая пересекает наклонные кривые. Находим точку на кривой с минимальным значением высоты кавальера. Для расчетного примера высота кавальера – h_к = 4 м. Поскольку объем грунта достаточно велик, то принимаем 2-х сторонние кавальеры

Далее, проецируем эту точку на горизонтальную ось графика и определяем приблизительную ширину кавальера поверху. Приняв высоту кавальера – h_к = 4,0 м, определяем расчетом размеры кавальера.

F_K = 439,37 : 2 = 219,69

Ширина кавальера поверху: а_В = F_P : h_P - m · h_P, м.

Ширина кавальера понизу: а_Н = F_P : h_P + m · h_P, м.

Выполним расчет нового кавальера:

а_В = 219,69 : 4,0 - 1,5 · 4,0 = 48,92 м;

а_Н = 219,69 : 4,0 + 1,5 · 4,0 = 60,92 м.

Так как верх кавальера планируется с уклоном в полевую сторону, то высота кавальера с учетом планировки:

h₁ = h_K + 0,01 · a_B = 4 + 0,01· 48,92 = 4,05 м;

h₂ = h_K - 0,01 · a_B = 4 – 0,01 · 48,92 = 3,51 м

По результатам расчетов вычерчиваются в масштабе 1:200 поперечные профили насыпи с резервом и выемки с кавальером. Для этого необходимо дополнительно определить расстояние между осями поперечников.

Для кавальера:

L_K = 0,5 · в_H + к +1,5 · H_в + 5 + 0,5 · a_B (м).

l_к = 0,5 · 7,6 + 2,2 + 1,5 · 13 + 5,0 + 0,5 · 48,92 = 54,96 м.

Поскольку размеры кавальеров получаются большими, проектом предусмотрена отвозка лишнего грунта в постоянный отвал на расстояние 5 км от места производства работ.

Для выемки ПК5+18 – ПК 6+38 с объемом грунта 44 042,09 м³ (грунт оставшийся после отсыпки насыпей на ПК13 - ПК27 и ПК34 – ПК36) произведем расчет кавальера.

Длина выемки ПК 5+18 –ПК 6+38 – 120 м. Тогда принимаем длину кавальера

L_к = 120– 50 = 60 м.

F_к = 44 042,09 : 60 = 734,03 м².

Определяем высоту кавальера и приблизительную ширину его по номограмме. Для расчетного примера на вертикальной оси находим точку ≈ 3,1 м² и проводим горизонтальную линию, которая пересекает наклонные кривые. Находим точку на кривой с минимальным значением высоты кавальера. Для расчетного примера высота кавальера – h_к = 5 м. Поскольку объем грунта достаточно велик, то принимаем 2-х сторонние кавальеры

Далее, проецируем эту точку на горизонтальную ось графика и определяем приблизительную ширину кавальера поверху. Приняв высоту кавальера – h_к = 5 м, определяем расчетом размеры кавальера.

F_K = 734,03 : 2 = 367,02

Ширина кавальера поверху: а_В = F_P : h_P - m · h_P, м.

Ширина кавальера понизу: а_Н = F_P : h_P + m · h_P, м.

Выполним расчет нового кавальера:

а_В = 367,02 : 5 - 1,5 · 5 = 66,9 м;

а_Н = 367,02 : 5 + 1,5 · 5 = 79,9 м.

Так как верх кавальера планируется с уклоном в полевую сторону, то высота кавальера с учетом планировки:

h₁ = h_K + 0,01 · a_B = 5 + 0,01· 66,9 = 5,7м;

h₂ = h_K - 0,01 · a_B = 5 – 0,01 · 66,9 = 4,33 м

Определим расстояние между осями поперечников.

Для кавальера:

L_K = 0,5 · в_H + к +1,5 · H_в + 5 + 0,5 · a_B (м).

l_к = 0,5 · 7,6 + 2,2 + 1,5 · 12 + 5,0 + 0,5 · 66,9 = 62,45 м.

Поскольку размеры кавальеров получаются большими, проектом предусмотрена отвозка лишнего грунта в постоянный отвал на расстояние 5 км от места производства работ.

Для выемки ПК27 – ПК 34 с объемом грунта 62 849 м³ произведем расчет кавальера.

Длина выемки ПК 27 –ПК 34 – 700 м. Тогда принимаем длину кавальера

L_к = 700– 50 = 650 м.

F_к = 62 849 : 650 = 96,69 м².

Определяем высоту кавальера и приблизительную ширину его по номограмме. Для расчетного примера высота кавальера – h_к = 3 м. Поскольку объем грунта достаточно велик, то принимаем 2-х сторонние кавальеры

Далее, проецируем эту точку на горизонтальную ось графика и определяем приблизительную ширину кавальера поверху. Приняв высоту кавальера – h_к = 3 м, определяем расчетом размеры кавальера.

F_K = 96,69: 2 = 48,35

Ширина кавальера поверху: а_В = F_P : h_P - m · h_P, м.

Ширина кавальера понизу: а_Н = F_P : h_P + m · h_P, м.

Выполним расчет нового кавальера:

а_В = 48,35 : 3 - 1,5 · 3 = 11,62 м;

а_Н = 48,35 : 3 + 1,5 · 3= 20,62 м.

Так как верх кавальера планируется с уклоном в полевую сторону, то высота кавальера с учетом планировки:

h₁ = h_K + 0,01 · a_B = 3 + 0,01· 11,62 = 3,12 м;

h₂ = h_K - 0,01 · a_B = 3 – 0,01 · 11,62 = 2,88 м

Определим расстояние между осями поперечников.

Для кавальера:

L_K = 0,5 · в_H + к +1,5 · H_в + 5 + 0,5 · a_B (м).

l_к = 0,5 · 7,6 + 2,2 + 1,5 · 4,49 + 5,0 + 0,5 · 11,62 = 23,55 м.

Для выемки ПК34 – ПК 40 с объемом грунта 35 577 м³ произведем расчет кавальера.

Длина выемки ПК 34 –ПК 40 – 400 м. Тогда принимаем длину кавальера

L_к = 400– 50 = 350 м.

F_к = 35 577 : 350 = 101,65 м².

Определяем высоту кавальера и приблизительную ширину его по номограмме. Для расчетного примера высота кавальера – h_к = 3 м. Поскольку объем грунта достаточно велик, то принимаем 2-х сторонние кавальеры.

Далее, проецируем эту точку на горизонтальную ось графика и определяем приблизительную ширину кавальера поверху. Приняв высоту кавальера – h_к = 3 м, определяем расчетом размеры кавальера.

F_K = 101,65 : 2 = 50,82

Ширина кавальера поверху: а_В = F_P : h_P - m · h_P, м.

Ширина кавальера понизу: а_Н = F_P : h_P + m · h_P, м.

Выполним расчет нового кавальера:

а_В = 50,82 : 3 - 1,5 · 3 = 12,44 м;

а_Н = 50,82 : 3 + 1,5 · 3 = 21,44 м.

Так как верх кавальера планируется с уклоном в полевую сторону, то высота кавальера с учетом планировки:

h₁ = h_K + 0,01 · a_B = 3 + 0,01· 12,44 = 3,12 м;

h₂ = h_K - 0,01 · a_B = 3 – 0,01 · 12,44 = 2,88 м

Определим расстояние между осями поперечников.

Для кавальера:

L_K = 0,5 · в_H + к +1,5 · H_в + 5 + 0,5 · a_B (м).

l_к = 0,5 · 7,6 + 2,2 + 1,5 · 5,55 + 5,0 + 0,5 · 12,44 = 25,55 м.