Проектирование индивидуальной конструкции ЗП на болоте

11

Результаты расчета приведены в таблице 5. Таблица 5 – Общая осадка слоя

Полученные значения , & и о наносим на сетку координат (график 1) и через точки проводим кривые >.2 /; & >.2 / и о >.2 /.

На ту же сетку координат необходимо нанести линию, выражающую зависимость нагрузки на основание от величины осадки.

Поскольку в данном случае уровень грунтовых вод совпадает с поверхностью земли, зависимость 2 >. / выражается формулой:

Наносим эту зависимость на график и по точке пересечения ее с кривой о >.2 / определяем конечную нагрузку от веса насыпи (рисунок 1).

12

Рисунок 1 –Расчет осадки графоаналитическим методом

расч 3,9 м

2расч 16,8 т/м&

4. Расчеты несущей способности слабого основания

Осадка основания, связанная с уплотнением грунта за счет фильтрации, носит название фильтрационной осадки. При приложении внешней нагрузки наблюдается мгновенное сжатие грунта – дофильтрационная осадка, затем возникает процесс фильтрационного уплотнения, затем, несмотря на то, что напоры в воде становятся близкими к нулю, осадки продолжают нарастать – вторичная консолидация, обусловленная ползучестью скелета грунта.

Деформация основания насыпи, рассчитанная в разделе 3, будет соответствовать полной стабилизировавшейся во времени осадке.

Время стабилизации фильтрационной части деформации определим по формуле:

13

Таким образом, срок строительства (17 месяцев) оказался значительно меньше срока фильтрационной консолидации. Отсюда следует, что земляное полотно сооружается в режиме быстрой отсыпки, то есть темп отсыпки насыпи опережает скорость консолидации и эффект взвешивания ее нижней части не успевает проявиться.

Определим степень фильтрационной консолидации торфа за срок строительства равный 17 месяцам.

По таблице 4.3 приведенной в [7] устанавливаем, что найденной величине N соответствует степень консолидации U=46,5%. В рамках курсового проекта будем условно считать, что фильтрационная осадка составляет 92% от общей конечной осадки слоя насыпи на слабом основании, тогда при общей конечной осадке слоя торфа 2,75 м под расчетной нагрузкой 16,8 т/м2 получим значение фильтрационной осадки 0,92∙2,75=2,53 м. За период строительства будет реализовано 0,465 ∙ 2,53=1,18. На период эксплуатации приходится 2,53–1,18=1,35 м. Согласно таблице 3 [3] расчетная допустимая осадка основания насыпи для III категории дороги составляет 60 cм. То есть условие не соблюдается.

По заданию установлена допустимая скорость осадки 22 мм/год, необходимо

вычислить относительную осадку и сравнить с заданной.

∆торф 27509 305,6 годмм W 22 мм/год

Условие не выполняется, необходимы дополнительные конструктивные решения.

Определим степень фильтрационной консолидации суглинка текучего за срок строительства равный 17 месяцам.

По таблице 4.3 приведенной в [8] устанавливаем, что найденной величине N соответствует степень консолидации U=9,3%. В рамках курсового проекта будем условно считать, что фильтрационная осадка составляет 92% от общей конечной осадки слоя насыпи на слабом основании, тогда при общей конечной осадке слоя суглинка текучего 1,2 м под нагрузкой 16,8 т/м2 получим значение фильтрационной осадки 0,92∙1,2 = 1,104 м. За период строительства будет реализовано 0,093 ∙ 1,104= 0,103 м. На период эксплуатации приходится 1,104 – 0,103 = 1,001 м.

Согласно таблице 3 [3] расчетная допустимая осадка основания насыпи для II категории дороги составляет 60 cм. То есть условие не соблюдается.

По заданию установлена допустимая скорость осадки 22 мм/год, необходимо вычислить относительную осадку и сравнить с заданной.

14

∆торф 1200218 5,5 годмм [ 22 мм/год

Условие выполняется.

Для определения необходимости в мероприятиях по обеспечению несущей способности земляного полотна рассчитывается коэффициент безопасности:

Величину безопасной нагрузки "без на глубине z толщи вычисляют по формуле:

(− плотность грунта рассматриваемой толщи, г/см3;

_− угол внутреннего трения, град.;

`− некоторая функция, определяемая по графикам в зависимости от очертания насыпи относительной глубины расположения рассматриваемого горизонта и величины угла внутреннего

трения грунта на данном горизонте.

Величина безопасной нагрузки для основания в целом определяется величиной безопасной нагрузки такого слоя, для которого "без оказывается минимальным.

В случае быстрой отсыпки величина расчетной нагрузки на основание определяется по формуле:

Определим величину коэффициента безопасности для каждого из слоев (см. приложение Б). Для этого необходимо определить величину β по номограммам из [1] с помощью двойной интерполяции по углу внутреннего трения и по величине 2a/B. Чтобы воспользоваться номограммами нужно определить величину b –

половину подошвы насыпи.

10,4 -210,5 ∙ 2 15,7 м

При расчете на быструю отсыпку за расчетные величины сцепления и угла внутреннего трения принимаются значения, отвечающие природной влажности грунта при отсутствии нагрузки от веса насыпи. Эти характеристики и результаты расчетов приведены в таблице 6.

15

Таблица 6 – Определение безопасной нагрузки

Проверка в учебной программе «Стабильность» также показала, что при заданной конструкции минимальный коэффициент безопасности меньше 1, следовательно, условие не выполняется, и конструкция нуждается в изменениях.

Принимаем решение об уположении откосов насыпи до значения 1:2. Таким образом по расчету в программе минимальный коэффициент безопасности будет равен \без=1,054, что больше 1.

5. Расчет устойчивости откосов

В зависимости от объема смещающегося грунта для земляного полотна выделяется потеря общей и местной устойчивости. Потеря общей устойчивости земляного полотна является аварийной деформацией и связана со смещением больших грунтовых массивов, при которой, как правило, исключается возможность эксплуатации земляного полотна до его восстановления. Нарушение местной устойчивости проявляется в смещении небольших поверхностных слоев откоса или склона, либо в захвате части откоса земляного полотна.

Расчет устойчивости производится по методу профессора Г.М. Шахунянца. Устойчивость откоса или склона количественно оценивается с помощью коэффициента устойчивости k, который в общем виде представляет собой отношение факторов, сопротивляющихся смещению, к факторам, его вызывающим. Оценка устойчивости выполняется из условия равновесия массива смещающегося грунта с некоторым запасом, который и является коэффициентом устойчивости k.

Расчет производим в программе GEO5. Полученный коэффициент устойчивости сравнивается с допустимым коэффициентом устойчивости [k], нормирование которого производится в соответствии с таблицей Б.2.1 [3].

16

eg − коэффициент условий работы, при использовании методов расчета, удовлетворяющих условиям равновесия eg 1,00.

На рисунке 2 показаны данные для расчета в программе GEO5.

Рисунок 2 – Результаты расчета коэффициента устойчивости откосов в GEO 5 Результаты расчета приведены в приложении В.

Коэффициент запаса равен k=1,15>[k].

По результатам расчета в программном комплексе GEO5, принятая конструкция земляного полотна (с откосами 1:2), удовлетворяет условию устойчивости.

6. Расчет срока консолидации слабого основания

Основное назначение вертикальных дрен - ускорение процесса уплотнения сильно сжимаемого грунта основания под воздействием нагрузки от веса насыпи за счет сокращения пути и улучшения условий фильтрации. Ускорение уплотнения одновременно обеспечивает и ускорение роста сопротивляемости грунта основания сдвигу. Кроме того, наличие вертикальных дрен само по себе несколько повышает несущую способность основания, а также снижает величину упругих деформаций.

Дрены устраивают диаметром от 20 до 60 см, располагая их в плане в шахматном порядке или по углам сетки квадратов. Расстояние между дренами колеблется в пределах 1,8 - 3,5 м. Предварительно назначенное расстояние

17

уточняется путем расчета на основе испытания грунта основания на компрессию и консолидацию.

Степень консолидации с вертикальными дренами Uобщ, %, на некоторый момент времени определяется по формуле:

В нашем случае конечная осадка слоя торфа S=2,75 м (осадкой суглинка пренебрегаем). Фильтрационная осадка – 2,53 м, следовательно, вторичная осадка торфа – 0,22 м. Время необходимое для завершения фильтрационной консолидации 112 месяцев. Таким образом, в период строительства (17 месяцев) происходит только фильтрационная консолидация.

Определим степень фильтрационной консолидации торфа за срок строительства равный 17 месяцам.

ф

По таблице 4.3, приведенной в [7] устанавливаем, что найденной величине N соответствует степень консолидации U=46,5 %. За период строительства будет реализовано только 0,465 ∙ 2,53= 1,18 м. На период эксплуатации придется 1,35 м. С учетом вторичной осадки общая деформация слоя торфа составит 0,22+1,35 = 1,57 м, при допустимой нормативной осадке 0,6 м. Следовательно, следует предусмотреть мероприятия по ускорению осадки.

Для выполнения норм проектирования, предусмотрим в конструкции насыпи сваи-дрены.

По заданию степень консолидации торфа – 92%.

Фактор времени при горизонтальной фильтрации определяется по формуле:

где Yг − коэффициент консолидации в горизонтальном направлении, см2/час;

h− период строительства, ч;

18

h− период строительства, ч;

ф − путь фильтрации, см.

Примем диаметр дрены 0,4 м, а расстояние между дренами – 3 м. Определяем

С помощью графиков консолидации при вертикальной и горизонтальной фильтрации определяем степень консолидации основания в обоих направлениях:

8г 93%, 8в 22%

8т 100 E 0,01 ∙ .100 E 93/.100 E 22/ 95%

Таким образом, по данным расчетам к концу строительства осадка достигнет 95% при устройстве свай-дрен d=0,4 м и расстоянием между ними в свету 3,0 м. Окончательная конструкция насыпи приведена в приложении Г.

Заключение

По итогам расчета конечной осадки насыпи, расчета несущей способности слабого основания, расчета устойчивости откосов и расчет срока консолидации основания была разработана конструкция земляного полотна на болоте. В результате расчетов по предельным состояниям, геометрические характеристики насыпи изменились – откосы стали более пологими, значение крутизны изменилось с 1,5 до 2, в толще слабого основания (торфа) устроены сваи-дрены, также в насыпи устраивается арматура R=300 кН/м для обеспечения устойчивости откосов.

19

Библиографический список

1.Методические указания по проектированию земляного полотна на слабых грунтах. – М., Минтрансстрой, 1968. – 264 с.

2.СП 119.13330.2012 Железные дороги колеи 1520 мм. Актуализированная редакция СНиП 32-01-95.

3.СП 238.1326000.2015 Железнодорожный путь.

4.СП 32-104-98. Свод правил. Проектирование земляного полотна железных дорог колеи 1520 мм. – М.: Госстрой РФ, 1999.

5.Шахунянц Г.М. Земляное полотно железных дорог. – М.: Трансжелдориздат, 1953.-827 с.

6.Железнодорожный путь. Под ред. Е.С. Ашпиза. Москва, 2013.

7.Проектирование индивидуальной конструкции земляного полотна на болоте, методические указания. Сост. А.Ф. Колос, И.В. Колос. СанктПетербург, 2017

8.Труфанов А.И., Новоселов А.С. Геология, инженерная геология и гидрогеология: методические указания к проведению учебной практики. – Вологда: ВоГТУ, 2010. – 32 с.

9.https://ru.wikipedia.org/wiki/Вологодская_область