ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО

ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Петербургский государственный университет путей сообщения

Императора Александра I»

(ФГБОУ ВО ПГУПС)

Факультет «Транспортное строительство»

Кафедра «Строительство дорог транспортного комплекса»

Специальность - 23.05.06 «Строительство железных дорог, мостов и транспортных тоннелей»

Специализация – «Строительство магистральных железных дорог»

Практическая задача №3

Форма обучения – очная

Выполнил обучающийся

Курс 5

Группа СЖД-305 _______________________ В.И. Шустрова

подпись, дата И.О.Ф.

Руководитель _______________________ И.В. Колос

подпись, дата И.О.Ф.

Санкт-Петербург

2017

Оглавление

1. Назначение конструкции земляного полотна и балластного слоя

Дополнительные исходные данные

Величина относительной осадки суглинка 𝛿=0,30, мелкого песка 𝛿=0,028.

Дорога проходит по склону южной экспозиции. Крутизна склона 1:6.

Расчетное значение глубины сезонного оттаивания грунтов основания по итогам решения задачи 𝑑_𝑡ℎ= 1,66 м.

Железная дорога II категории по СП 119.13330.2012 «Железные дороги колеи 1520 мм».

Количество путей – 1.

Насыпь сооружается из привозного песка средней крупности.

Насыпь

В соответствии с таблицей 5.1 СП 119.13330.2012 «Железные дороги колеи 1520 мм» ширина основной площадки земляного полотна железной дороги II категории принимается равной 6,6 м, поскольку насыпь отсыпается из дренирующего грунта.

В соответствии с п. 5.14 СП 119.13330.2012, а также п. 6.3.1 СП 238.1326000.2015 «Железнодорожный путь» защитный слой не устраивается, поскольку насыпь сооружается из дренирующего грунта.

Крутизну откосов насыпи в первом приближении назначаю в соответствии с табл. 5.3 СП 119.13330.2012, как для насыпи из песка средней крупности. Поскольку оптимальная высота насыпи, как правило, не превышает 6,0 м крутизна откосов насыпи принимается 1:1,5.

Верхнее строение пути

Конструкция балластного слоя назначается в соответствии с таблицей 6.1 СП 119.13330.2012.

Рельсы – Р65 новые термоупрочненные, шпалы – железобетонные, в соответствии с примечанием к табл. 6.1 принимаем балластную призму однослойную из щебеночного балласта, поскольку насыпь сооружается из песка средней крупности. Толщину щебня под шпалой принимаем в соответствии с СП 238.1326000.2015. Толщина балласта под подошвой железобетонной шпалы – 0,40 м, ширина плеча балластной призмы – 0,45 м, крутизна откосов балластной призмы 1:1,5.

Основание насыпи

Основание насыпи сложено торфом мощностью 0,35 м, суглинком мощностью 2,55 м с суммарной влажностью W = 29 %. Число пластичности суглинка 𝐼_𝑃=10, влажность на границе раскатывания - 𝑊_𝑃=20 %. Ниже залегают пески мелкие.

Учитывая исходные данные, показатель текучести суглинка в оттаявшем состоянии 𝐼_𝐿:

𝐼_𝐿===0,9 (1)

В соответствии с ГОСТ 25100-2011 «Грунты. Классификация» суглинки при оттаивании приобретают текучепластичную консистенцию.

Классифицируется тип основания, сложенного многолетнемерзлыми грунтами по просадочности. Согласно таблице 3.1 «Тип основания по просадочности из многолетнемерзлых грунтов» (СП 238.1326000.2015), основание насыпи может быть классифицировано как слабое. Величина относительной осадки 𝛿>0,1.

Тогда в соответствии с п. 6.1.11 СП 238.1326000.2015 земляное полотно следует проектировать в индивидуальном порядке, и все конструктивные решения должны быть обоснованы специальными расчетами.

В первом приближении для установления типа основания по просадочности используются данные таблицы 1.

Таблица 1 – Категории оснований по просадочности

Основание по просадочности относится к III категории.

2. Выбор принципа проектирования земляного полотна на вечномёрзлых грунтах

Для установления принципа проектирования используются данные таблицы 2.

Подзона распространения многолетнемерзлых грунтов устанавливается по карте дорожно-климатического районирования. Тип местности по условиям увлажнения устанавливается в соответствии с таблицей 3.

Таблица 2 – Выбор принципа проектирования земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах

Таблица 3 – Типы местности по условиям увлажнения

В основании насыпи залегает торф с незначительной мощностью (0,35 м), суглинок мощностью 2,55 м и мелкий песок. Относительное сжатие суглинка при оттаивании под нагрузкой составляет 𝛿=0,30, песка мелкого 𝛿=0,028. Таким образом, тип основания по просадочности-III, так как у суглинка 𝛿=0,30 (таблица 3).

Для г. Охотска – подзона распространения вечномерзлых грунтов – I3, тип местности по условиям увлажнения – 3 тип, поскольку имеется заболачивание, с поверхности залегает торф с влажностью 360 %, наблюдается избыточное увлажнение грунтов (суглинки при оттаивании приобретают текучепластичную консистенцию).

Таким образом, при проектировании следует выбирать II принцип строительства земляного полотна на вечномерзлом основании, предусматривающий использование талых грунтов в основании при условии не превышения допустимых осадок грунтов основания.

3. Определение допустимых осадок основания земляного полотна

Для установления допустимых остаточных деформаций земляного полотна использую данные таблицы 3 СП 238.1326000.2015. Для линий II категории допустимая полная остаточная деформация основания насыпи до реконструкции или капитального ремонта линии составляет 0,40 м, интенсивность осадки основания не более 150 мм/год, расчетная допустимая величина деформации равномерного морозного пучения не более 20 мм, допустимая упругая осадка основания насыпи – не более 2 мм.

Определяется оптимальная высота насыпи, исходя из условия расчетной осадки основания земляного полотна 𝑆𝑜=0,15 м, равной интенсивности осадки.

4. Определение расчетной глубины сезонного оттаивания грунтов основания

По результатам расчета, выполненного в практической задаче 2 для трехслойной конструкции, расчетная глубина сезонного оттаивания грунтов основания:

𝑑_𝑡ℎ =1,66 м

5. Определение глубины сезонного оттаивания грунтов дорожной конструкции

Дорожная конструкция состоит из трех слоев. Толщина верхнего (первого) слоя - балластной призмы составляет 0,40 м. С учетом засыпки шпальных ящиков щебнем и, учитывая высоту шпалы в середине 14,5 см, общая толщина щебня составит 0,55 м. Т.е. ℎ₁=0,55 м.

Толщина второго слоя – тело насыпи, сооружаемой из песка средней крупности неизвестна.

Определяются глубины сезонного оттаивания щебня и песка средней крупности, как для материалов, применяемых для сооружения тела насыпи и балластной призмы.

Нормативная глубина оттаивания каждого слоя определяется по формуле:

𝑑_𝑡ℎ,𝑛=𝑘_п·𝑘_𝑤·𝑑 (2)

где 𝑑 – глубина сезонного оттаивания;

𝑘_𝑤 – коэффициент, учитывающий фактическую влажность грунта;

𝑘_п – коэффициент, учитывающий интенсивность оттаивания балластного слоя железнодорожного пути. Для тела насыпи 𝑘_п=1,0.

При определении коэффициента 𝑘_𝑤 влажность грунтов насыпи принимается нормативной (близкой к оптимальной). В первом приближении используются данные приведенные ниже (влажность приведена в %):

Для балластного слоя из щебня W=3%, песка средней крупности W=7%.

Значение коэффициента 𝑘_п в соответствии с данными, приведенными ниже:

Для балластного слоя из щебня 𝑘_п =1,25, песка средней крупности 𝑘_п =1,00.

Для балластного слоя из щебня по карте «Изолинии глубин сезонного оттаивания песчаных грунтов» глубина сезонного оттаивания равна 3,0 м. Нормативная влажность – 3 %, тогда 𝑘_𝑤=1,07. Нормативная глубина оттаивания:

𝑑_{𝑡ℎ,𝑛-1}=1,25·1,07·3=4,01 м

Аналогично для песка средней крупности: нормативная влажность – 7 %, тогда 𝑘_𝑤=0,96. Нормативная глубина оттаивания:

𝑑_{𝑡ℎ,𝑛-2}=1,00·0,96·3=2,88 м

Находится нормативная глубина оттаивания всей дорожной конструкции. Поскольку имеем два слоя:

𝑑_𝑡ℎ,𝑛=𝑑_{𝑡ℎ,𝑛−2}+ℎ₁·(1−)=2,88+0,55·(1−)=3,04 м (3)

Тогда расчетная глубина сезонного оттаивания дорожной конструкции будет равна:

𝑑_𝑡ℎ=𝑘_ℎ∙𝑑_𝑡ℎ,𝑛=1,00·3,04=3,04 м, (4)

где 𝑘_ℎ - коэффициент теплового влияния сооружения, принимается при проектировании земляного полотна равным 1,0.

6. Определение оптимальной высоты насыпи

Оптимальная высота насыпи рассчитывается по формуле:

𝐻_оп=𝑘_э∙𝑑_𝑡ℎ−н− (−1)−𝑆_𝑜−ℎ_б, (5)

где 𝑑_𝑡ℎ−н – расчетная глубина сезонного оттаивания дорожной конструкции, м;

– расчетная глубина сезонного оттаивания грунтов основания (до сооружения насыпи), м;

𝑆_𝑜 – расчетная осадка основания насыпи, м;

𝛿 – относительное сжатие грунтов основания при оттаивании под нагрузкой;

ℎ_б – суммарная толщина балласта, включая засыпку в шпальном ящике, м;

𝑘_э – коэффициент, учитывающий экспозицию склона для участков дороги, проходящих по склонам южной экспозиции, принимается в соответствии с данными приведенными ниже:

Северный Полярный круг находится на широте 66 ˚33”, а г. Охотск между 60 и 58 параллелью. Тогда 𝑘э=1,05.

Относительное сжатие грунтов основания при оттаивании под нагрузкой принимается по данным инженерно-геологических изысканий. При оттаивании грунтов в основании наибольшие осадки будут происходить из-за наличия текучепластичных суглинков, при наших условиях задачи 𝛿=0,30.

Следовательно, оптимальная высота будет равна:

𝐻_оп=1,05∙3,04−· (−1)−0,15−0,55=1,85 м