3.1. График гранулометрического состава дренажного заполнителя
3.2.1. Проектирование теплоизоляционной подушки Расчет толщины подушки
В процессе эксплуатации земляного полотна железных дорог в зимний период наблюдается постепенное поднятие грунта, которое увлекает за собой всю конструкцию верхнего строения пути. Этот процесс продолжается в течение всей зимы пока грунт не промерзнет до максимальных для данного региона глубин. Но наибольшие трудности в эксплуатации вызывает не собственно само пучение, а неравномерное вспучивание отдельных участков земляного полотна. Как правило, такие процессы наиболее интенсивно наблюдаются в выемках большой глубины в силу близости поверхности грунтовых вод и использовании в качестве основания для верхнего строения пути грунтов в природном состоянии. В предыдущем разделе был рассмотрен один из способов устранения явления пучинистости путем устройства дренажа, однако эффективность этого способа ограничена удельной молекулярной влагоемкостью грунта.
При устройстве противопучинной подушки исходят из тех соображений, что грунт подверженный морозному пучению в течение всей зимы не должен промерзать, т.е. градиент температур должен быть достаточно высок за счет устройства именно противопучинной подушки.
Запроектируем противопучинную подушку при следующих начальных условиях:
− район строительства: Иркутская область;
− высота равномерного пучения: h0 = 55 мм;
− материал подушки: асбестовый балласт.
Рассчитываем накладную подушку.
Глубина промерзания грунта в данном районе определяется как:
где Mt − абсолютная среднемесячная суммарная отрицательная температура в данном регионе за год;
В расчетах противопучинных подушек рассматриваю не местный грунт, а некий эталонный грунт, который является некой гипотезой и в свою очередь дает упрощение расчета.
Глубина промерзания эталонного грунта:
По СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» для Свердловской области абсолютная минимальная температура составят: Мt = – 470 С.
Исходя из уравнения эквивалентности:
где mсн − толщина снега после уборки снегоуборочной машиной;
nсн − коэффициент эквивалентности плотного снега;
mщ ,mп ,mгр − толщины промерзающих щебня, песка, грунта;
nщ ,nп ,nгр − коэффициенты эквивалентности соответственно щебня, песка, грунта.
В расчетах принимают: mсн / nсн = 0,18 м
Для однопутного участка железной дороги III категории с деревянными шпалами:
mщ = 0,40 м nщ =1,30
mп = 0,20 м nп =1,20
Коэффициент эквивалентности супеси грунта составляет:
nгр = 1,136
Из уравнения эквивалентности выразим глубину промерзания грунта:
Выразим из (5.5) отношение толщины подушки к ее коэффициенту эквивалентности:
По таблице находим
ближайшее значение
и соответствующее ему значение толщины
асбестового балласта mпод
= 0,10 м.
Подушка перекрывает место пучинообразования на 5–10 м, далее устраивается сопряжение.
Ширина подушки принимается раной 5 м т.к. mгр = 1÷1,5 м
Расчет сопряжения подушки
Т.к. под противопучинной подушкой грунт не промерзает вообще, а вне ее вспучивание происходит равномерно, то перепад отметок головки рельса устраняют устройством сопряжения в виде прорезей в пределах сопряжения.
В расчете сопряжения подушки считаем, что эпюра промерзания грунта имеет прямоугольный вид.
Длина сопряжения:
где [i]=0,0015 − допускаемый отвод возвышения.
Всю длину сопряжения делим на три части длинами:
l1 =12,223 м
l2 =12,223 м
l3 =12,223 м
Высота равномерного поднятия в пределах сопряжен
где li − длина от начала сопряжения;
Рассчитаем высоты поднятия для всех точек:
Величина пучения при промерзании грунта толщиной mi:
Откуда:
Рассчитаем глубину промерзания для всех точек:
