m0944

(например, задернения, каменной наброски, биологического дренажа). В этом случае можно условно принять характеристики с, j и Wе для грунта на одну ступень выше заданного (например, если задан грунт 7б, то характеристики принимаются по прил. 1 для грунта 7а) и сделать еще один перерасчет Kо .

2.2.3. Расчет местной устойчивости откосов выемки

Расчет местной устойчивости откоса проводят для оценки воз - можности сплыва оттаивающего слоя грунта толщинойhр

(0,5…1,5 м) по плоской поверхности скольжения, параллельной поверхности откоса (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Схема к расчету местной устойчивости откоса выемки

При этом определяется коэффициент местной устойчивости по формуле

где g и gw – удельный вес грунта и воды соответственно, кН/м ( gw = 10 кН/м); m – заложение откоса, принятое по результатам расчета общей устойчивости откоса выемки; jр и cр – расчетные

значения угла внутреннего трения и удельного сцепления оттаива - ющего грунта; A и B – безразмерные коэффициенты, определяемые по рис. 2.4 в зависимости от отношения hр Hc и крутизны

31

откоса (hр – расчетная глубина зоны возможного сплывообразова -

ния, м); Hс – высота откоса возможного сплывообразования, м. При курсовом проектировании принимается, что сплыв может

произойти в пределах верхней части откоса выемки, поэтому

Hc = 2h3.

Расчетная глубина зоны возможного сплывообразования hр = 0,5z10 , где z10 – заданная глубина промерзания в створе оси

выемки (коэффициентом 0,5 учитывается отепляющее воздействие отложений снега на откосе).

В показанном на рис. 2.4 примере определены коэффициенты A = 24 и B =1,014 , соответствующие отношению hр Hc = 0,116 и

крутизне откоса 1 : 2.

Значения jр и cр следует принимать для грунта на одну ступень

ниже заданного (например, если задан грунт 7б, то характеристики принимаются по прил. 1 для грунта 7в). Этим приближенно учитывается ослабление сдвиговых характеристик при весеннем оттаивании глинистого грунта и увеличении его влажности.

Первоначально задаются величиной m, полученной в результате расчетов общей устойчивости.

Местная устойчивость откосов считается обеспеченной, если Kм ³ [K ]= 1,5. При K м < [K ] добиваются повышения устойчивости уположением откосов, увеличивая m на 0,25; 0,50 и так далее до m = 3. Если даже при m = 3 местная устойчивость откоса выемки не обеспечивается, то, так же как и в случае расчета общей устойчивости, в качестве итогового принимается значение m = 2 и делается вывод о необходимости механического или биологического укрепления откосов. Характеристики с, j и Wе принимаются для грунта на одну ступень выше заданного, и проводится еще один перерасчет Kм .

32

Рис. 2.4. Номограмма для определения коэффициентов A и B

2.3.Проектирование дренажа

2.3.1.Назначение дренажа в выемках

Ввыемках с близким к основной площадке залеганием грунтовых (подземных) вод необходимо предусматривать меры к устранению вредного влияния этих вод на несущую способность основания железнодорожного пути и предупреждению образования пучинных деформаций пути. Для этого в ряде случаев достаточно эффективным оказывается траншейный гравитационный дренаж закрытого типа, устраиваемый вдоль железнодорожного пути.

Перехватывая поток грунтовых вод или понижая их уровень в зоне основной площадки ниже глубины промерзания, такой дренаж снижает влажность грунтов за счет отвода от них гравитационной воды. Тем самым существенно повышаются прочностные(сдвиговые) характеристики грунтов и снижается их пучинистость, что и обеспечивает повышение стабильности земляного полотна.

33

В этом подразделе курсового проекта необходимо:

1)оценить гидравлическую и техническую эффективность дренажа;

2)выбрать в соответствии с исходными данными тип дренажа ;

3)определить глубину заложения дна дренажа;

4)описать трассу, продольный профиль и конструктивные элементы дренажа.

2.3.2.Оценка эффективности дренажа

Эффективность дренажа оценивают гидравлическими и техническими характеристиками.

В качестве гидравлических характеристик служат коэффициент водоотдачи m и величина снижения весовой влажности грунта DW , определяемые по формулам

где m0 – объем пор, из которых вытекает гравитационная вода в дренаж (водоотдача), доли; n – пористость осушаемого грунта; Wм – максимальная молекулярная влагоемкость, доли (для связных грунтов приближенно совпадает с влажностью на пределе раскатывания Wм = Wр ); a – количество капиллярно застрявшей сво-

Значения rs , e и Wм приведены в прил. 1.

При m > 0,2 дренаж способен осушить не менее20 % объема пор и по этому показателю может считаться эффективным (при не-

34

выполнении этого условия в курсовом проекте нужно сделать вывод, что дренаж гидравлически не эффективен и его проектирование ведется в учебных целях).

Однако эффективность такого осушения для повышения несу - щей способности основания необходимо оценить техническим па - раметром, в качестве которого принимается допустимое давление на основную площадку:

где c и j – прочностные характеристики грунта, кПа и рад соответственно; f – коэффициент трения грунта ( f = tg j); Pвс – интенсивность нагрузки от верхнего строения пути, кПа (см. табл. 1.6).

Дренаж по технической характеристике считается эффективным, если он обеспечивает повышение допустимого давления на основную площадку после осушения грунта:

где P0 – предельное давление от поездной нагрузки , равное 80 кПа. Значение Рдоп определяют по формуле (2.7) дважды: сначала при значениях c и j, соответствующих влажности полного водо-

ci = y1(Wi ) и ji = y1 (Wi ), которые строятся по трем-четырем парным значениям Wi и ci , Wi и ji , приведенным в прил. 1 для заданного грунта выемки. В случае необходимости кривые ci = y1(Wi ) и ji = y1 (Wi ) экстраполируют до значений c и j, соответствующих

Wsat и Wос .

Схематически зависимости ci = y1(Wi ) и ji = y2 (Wi ) изображены на рис. 2.5.

35

Рис. 2.5. Зависимости удельного сцепления грунта (а) и угла внутреннего трения (б) от его влажности

Если Рдоп.ос > P, то дренаж считается эффективным по технической характеристике. По отношению Рдоп.ос Рдоп.sat можно су-

дить о величине повышения несущей способности основания после устройства дренажа.

2.3.3. Тип дренажа, его трасса и продольный профиль

Для перехвата или понижения уровня грунтовых вод в выемках значительного протяжения обычно применяют горизонтальные закрытые дренажи траншейного типа с дренажными трубами, отводящими собранную дренажем воду в пониженные места . С целью снижения влажности грунтов в рабочей зоне основной площадки устра - ивают подкюветные или закюветные одиночные или парные(двусторонние) дренажи. Выбор варианта производят на основе тех- нико-экономического сравнения с учетом объемов работ, влагоемкости грунтов, сроков осушения и др.

Односторонний дренаж бывает достаточно надежным на однопутной линии при грунтах с небольшой молекулярной влагоемкостью (ориентировочно при Wм <15%). Двухсторонний дренаж обычно устраивают на двухпутных линиях, а также при залегании в осушаемой зоне влагоемких грунтов(Wм > 15 %). Закюветные дренажи применяют при наличии закюветных полок.

36

Тип дренажа по расположению его дна относительно водоупора (совершенный или несовершенный) уточняют после определения глубины заложения дна дренажной траншеи.

Трасса дренажа фиксируется трассой самой выемки . В кривых участках ее проектируют прямыми элементами длиной50–75 м с размещением в углах поворота смотровых колодцев.

Продольный уклон дна и труб дренажа тесно связан с уклонами пути (точнее, кюветов), однако он не должен быть менее 0,002. Оптимальными считаются уклоны 0,005…0,007.

Выпуск грунтовой воды на дневную поверхность осуществляется в пониженных местах рельефа вдали от пути с соответствующим конструктивным оформлением.

2.3.4. Определение глубины заложения дна дренажа

Руководствуясь требованием понизить уровень грунтовых вод и осушить грунты в рабочей зоне основной площадки в пределах сезонопромерзающей толщи, глубину hдр двустороннего несовершен-

ного подкюветного дренажа (рис. 2.6, а) определяют по формуле

где z10 – расчетная глубина сезонного промерзания (наибольшая за 10-летний период), м; D – величина возможного колебания уровня капиллярных вод и глубины промерзания(D = 0,2...0,3 м); aкп – высота подъема капиллярной воды над кривой депрессии (см. прил. 1), м; f – стрела изгиба поверхности депрессии, т.е. поверхности грунтовой воды после ее понижения , м; h0 – расстояние от верха дренажной трубы до дна траншеи (0,30…0,40), м; b – расстояние от верха балластной призмы до верха дренажной траншеи ,

м (b = 1,15).

Величину f определяют следующим образом: для одностороннего дренажа f = (B - 0,8)I0 ; для двухстороннего дренажа f = 0,5(B +1)I0 ,

где B – ширина основной площадки выемки , м; I0 – средний уклон поверхности депрессии (см. прил. 1).

Расчетная схема к определению глубины hдр одностороннего подкюветного дренажа по формуле (2.9) показана на рис. 2.6, б.

37

Рис. 2.6. Расчетная схема двухстороннего (а) и одностороннего (б) подкюветного несовершенного дренажа:

1 – граница промерзания; 2 – граница зоны капиллярного поднятия воды; 3 – поверхность депрессии; 4 – расчетное сечение; 5 – кровля водоупора

Отметку дна дренажа Гдна определяют по формуле

ния), то принимается Гдна = Гву , и дренаж считается совершен-

ным, если Гдна ³ Гву , то дренаж считается несовершенным.

Ширину траншеи 2d назначают в зависимости от применяемых механизмов и технологии работ. При использовании траншейных экскаваторов ширина траншеи равна 0,5…0,6 м; при ручной разработке она составит 0,8 м для глубины до 2,5 м и 1,0 м для глубины до 6 м.

2.3.5.Конструктивные элементы дренажа

Кконструктивным элементам дренажа относятся дренажные трубы, смотровые колодцы и выпуск.

Смотровые колодцы устраивают с целью эксплуатационных наблюдений за работой дренажа и проведения ремонтных работ в

38

случае его засорения. Они размещаются в точках перелома продольного профиля и плана дренажа через 50 м на кривых и 75 м на прямых участках.

Размеры колодцев принимают исходя из глубины заложения дна дренажа с соблюдением требований обеспечения надлежащих условий для осмотров и выполнения ремонтных работ. Их устраивают, как правило, из сборных железобетонных элементов

(рис. 2.7, а).

Рис. 2.7. Элемент дренажа:

а– смотровой колодец; б – выпуск дренажа;

1– подготовка из щебня; 2 – плита днища; 3 – дренажная труба; 4 – кольцо-камера; 5 – плита перекрытия; 6 – кольцо стеновое; 7 – кольцо опорное; 8 – одерновка; 9 – местный грунт;

10 – бетонные плиты; 11 – подпорная стенка; 12 – концевые дрены; 13 – щебень; 14 – утеплитель

Выпуск горизонтального трубчатого дренажа устраивают в виде подпорной стены таким образом, чтобы свес концевого участка трубы возвышался над дном отводного русла на 0,25…0,50 м (см. рис. 2.7, б). Следует иметь в виду, что дренажи функционируют, как правило, круглый год. Поэтому принимают меры по предупреждению образования наледей непосредственно у выпуска.

В качестве дренажных труб предпочтение следует отдавать тру - бофильтрам из керамзитобетона, вода в которые поступает через

39

поры в стенках. Внутренний диаметр трубофильтров – 15…20 см,

длина – 0,5…1,0 м.

2.4.Проектирование и расчет нагорной канавы

2.4.1.Проектирование водоотводных канав

Сбор и отвод от земляного полотна атмосферной воды– важнейшее условие эксплуатационной надежности пути. С этой целью применяют канавы, кюветы, кювет-траншеи, лотки, быстротоки и перепады. Наибольшее распространение имеют канавы, которые устраивают у насыпей и с верховой стороны выемок.

При проектировании канав решаются следующие задачи [13]:

1)трассирование канавы;

2)расчет оптимальных размеров поперечного сечения канавы

сназначением продольного уклона дна;

3)проектирование продольного профиля канавы.

Ниже рассматривается методика решения этих задач на примере проектирования нагорной канавы в выемке.

2.4.2. Трассирование канавы

Трасса канавы обычно параллельна продольной оси выемки и размещается на расстоянии не менее 2 м от подошвы кавальера, а в его отсутствие – не менее 5 м от бровки откоса двухпутной выемки и не ближе 9 м от бровки откоса однопутной выемки (с учетом перспективного ее уширения под второй путь).

Следует стремиться к тому, чтобы трасса канавы была по возможности перпендикулярна к преимущественному направлению стока воды из водосборного бассейна. С этой целью канава делится на прямолинейные участки длиной до100–150 м, сечение каждого из которых определяется расчетом исходя из прогнозиру - емого расхода воды Qi (величина Qi устанавливается по методике

расчета стока воды с малых бассейнов[10], в учебных целях она принимается из задания на проектирование).

2.4.3.Расчет размеров поперечного сечения канавы

2.4.3.1.Методика расчета

При трапецеидальной форме канавы расчету подлежат ее глубина ( HК = hК + 0,2 + d), м, и ширина дна bК , м, которые обратно пропорциональны продольному уклону днаiК , доли (рис. 2.8).

40