книги из ГПНТБ / Проектирование и расчет железнодорожного пути с учетом военных требований учебник

Сейсмические явления вызывают определенные ускорения, ко­ торые порождают в массе земляных сооружений силы инерции. Эти силы в определенных условиях могут способствовать потере устойчивости откосов земляного полотна. При расчетах устойчи­ вости пользуются коэффициентом сотрясения р, который пред­ ставляет собой отношение ускорения сейсмической волны у к ус­ корению силы тяжести g

Рг и рв — горизонтальные и вертикальные составляющие коэффи­ циента сотрясения.

В практических расчетах учитывают горизонтальную и верти­ кальную составляющие ускорения сейсмической волны, которые вызывают дополнительные силы, действующие на призму обру­ шения

Qr = prQ = рг/га;

Q b = P b Q = ? в т ,

где т — масса призмы обрушения.

Равнодействующая сейсмических и собственных оил, приложен­ ных к призме обрушения, находится из выражения

Методика определения устойчивости сводится к следующему. Обычным порядком строят призму обрушения. Сползающий мас­

сив делят на отсеки линиями, наклоненными под углом 0 к верти­ кали.

При определении значений сдвигающих и удерживающих сил принимают в расчете тригонометрические функции суммарного угла:

(р -|- 6) Nt = jo>i cos (j3 -j- 0); Tt — yw,. sin (p 4- 0).

В остальном вычисления коэффициента устойчивости ведутся по формуле (1.9).

30

Расчет коэффициента устойчивости при одновременном дейст­ вии ударной и сейсмической волны от одного ядерного взрыва: производить не требуется, так как эти факторы действуют на со­ оружение в разное время.

Проектирование устройств для сбора и отвода поверхностных и грунтовых вод

Стабильность земляного полотна, особенно восстановленногоили вновь сооружаемого на обходах, обеспечивается регулирова­ нием поверхностного стока, понижением или перехватом подзем­ ных вод, устройством защиты от размыва текущими водами и др.

Регулирование поверхностного стока сводится к планировке прилегающей к земляному полотну территории и устройству не­ обходимой -сети водосборных и водоотводных сооружений. Плани­ ровка территории и водосборные устройства должны обеспечить полный сбор и отвод поступающей к -ним воды, в заданные про­ ектом сроки, не допуская ее фильтрации в грунт.

Текущая вода может вызвать деформации земляного полотна в виде размывов и подмывов откосов насыпей, размывов водоот­ водов и т. п. Поэтому для предохранения от размывных действий; текущей воды применяются защитные и укрепительные устрой­

ства.

Для сбора и отвода поверхностных вод на перегонах и сташ циях сооружают: канавы, лотки, перепады, быстротоки, резервы,, кюветы и т. д. Применение того или другого вида сооружения за­ висит от конкретных условий. Наибольшее распространение имеют водоотводные канавы.

Расчет канав сводится к проектированию их плана и профиля’ и подбору необходимых размеров поперечного сечения, типа укреп­ ления стенок и дна сооружения. Для предупреждения заиливания’ канав их продольный уклон следует делать не менее 0,002. Макси­ мальный уклон при соответствующем укреплении, исключающем размыв, не ограничивается.

Для капитальных железных дорог сечение канав определяют по расходу воды: для линий I категории с вероятностью превыше­

(5%). Расчет размеров поперечного сечения водоотводных канав рассматривается в курсе гидравлики и в данном учебнике не из­ лагается.

Наличие грунтовых вод влияет на прочность и устойчивостьземляного полотна.

Для защиты сооружений от вредного воздействия подземных: вод устраиваются дренажи. Дренажные сооружения могут класси­ фицироваться по многим признакам, наиболее распространенны­ ми из которых являются:

•— по охвату осушаемых объектов;

ЗЕ

—по характеру сбора и отвода воды, конструктивным особен­ ностям и способам сооружения;

—по конструкции.

По охвату осушаемых объектов устройства для сбора и от­ вода грунтовых вод разделяются на одиночные, групповые и дре­ нажную сеть.

По характеру сбора и отвода грунтовых вод — на горизонталь­ ные, вертикальные, комбинированные и биологические. Биологи­ ческие дренажи обеспечивают осушение грунта путем транспира­ ции (испарения) воды различными растениями (деревьями, тра­ вой). По конструкции дренажи бывают открытого и закрытого типа.

Дренажи, доведенные до водоупора или врезаемые в него, на­ зываются совершенными. Если имеется приток воды со дна, то дренажи называются несовершенными.

Дренажи открытого типа на капитальных железных дорогах со­ оружаются сравнительно редко, но они могут найти широкое при­ менение при временном и краткосрочном восстановлении желез­ ных дорог. Дренажные сооружения такого типа устраиваются при малом притоке грунтовых вод и глубине их расположения до 2,0 м. Конструктивное оформление дренажей открытого типа может быть в виде канав и лотков.

Если отвод грунтовых вод осуществляется с помощью канав и лотков, то расчет их поперечных сечений производится на сум­ марный расход поверхностных и грунтовых вод. Уровень дна в ка­ наве должен быть ниже поверхности водоупора. Откосы не укреп­ ляются. Если необходимо применять одежду крутостей, то выби­ рают такой тип крепления, который не препятствовал бы свобод­ ному проходу грунтовой воды через дренируемый откос.

Глубину подземного безнапорного потока h находят расчетом. Наиболее простое решение задачи по определению минимальной глубины безнапорного потока изложено в учебнике проф. А. В. Теплова. *

В безнапорном подземном потоке минимальная глубина

где q — расход воды на единицу ширины потока q = hv; k — коэффициент фильтрации.

При ламинарном движении по горизонтальному водоупорному пласту и при крутизне откоса канавы, равной 1 : т

* Т е п л о е А. В, Основы гидравлики. М., «Энергия», 1965,

32

ных дренажей принимается в зависимости от конкретных усло­ вий. Максимальная глубина траншейных дренажей достигает 6,0 м. При большей глубине, как правило, устраиваются галереи. Ширина траншеи определяется в зависимости от рабочего органа машины. При ручном производстве работ в труднодоступных мес­ тах она назначается в зависимости от глубины траншеи, согласно

устраиваемые для предупреждения или ликвидации пучин в зим­ нее время.

Глубина заложения такого дренажа должна быть такой, что­ бы из зоны промерзания была выведена как свободная, так и свя­ занная с ней капиллярная вода. Из расчетной схемы двухсторон-

Рис. 1.13. Схема определения глубины заложения подкюветного дренажа.

него дренажа (рис. 1.13) видно, что глубина заложения дренажа h, считая от дна кювета, равна

34

f — стрела подьемакривой депрессии по оси земляного полотна; //„ — расстояние от дна дренажа до верха трубы (принимается

равным 0,3—0,4 м);

Ъ— расстояние от дна кювета до верха балластной призмы по оси земляного полотна.

При выполнении приближенных расчетов глубину промерза­ ния от верха балластного слоя можно брать из таблицы 1.6.

Величина стрелы подъ­ ема f определяется расче­ том, приведенным ниже.

В отдельных случаях, осо­ бенно для однопутных ли­ ний, понижение грунтовых вод в зоне основной пло­ щадки земляного полотна выемки можно обеспечить

устройством одностороннего дренажа (рис. 1.14).

Расчетная формула (1.11), приведенная для предыдущего слу­ чая, сохраняет силу и в данном варианте. Однако расчетное сече­ ние проходит не по оси пути, а по удаленной бровке балластной

/Mm/IMI//JI7l)lllll/nn/lllllll/Wlllllliil)lli!ll!llilinill/llli)lllllll'

Водоупорный слои

Рис. 1.14. Схема одностороннего несовершенного подкюветного дренажа.

призмы. При этом образование пучин за пределами балластного слоя не вызывает расстройства рельсовой колеи.

При наличии поперечного уклона водонепроницаемого слоя рас­ четные формулы изменяют свой вид. Глубина заложения такого дренажа приближенно определяется по формуле

h ~ p е йКп -\- /7о — Ь,

Стрелу подъема кривой депрессии для двухсторонних дренажей ■находят по среднему уклону кривой

Для одностороннего дренажа, представленного на рис. 1.14, расчет производится по формуле

f = h{m i + m2),

где /0 — средний уклон кривой депрессии, принимаемый по таб­ лице 1.7.

При расчете дренажа определяется расход воды и подбира­ ются размеры дренажных труб. Гидравлический расчет грунтовых вод основан на законе Дарси, который выражается формулой

v — kl,

где v — скорость фильтрации, т. е. расход воды через данное жи­ вое сечение, разделенный на всю площадь сечения;

k — коэффициент фильтрации, измеряемый единицами скоро­ сти;

/— гидравлический уклон.

Вобщем случае расход воды q на 1 пог. м длины дренажа будет равен

q — wv,

где си — площадь живого сечения.

Для определения расхода воды в одностороннем дренаже со­ вершенного типа принимаем дно дренажа и уровень грунтовых вод до устройства дренажа горизонтальными, бытовую глубину грун­ тового потока равной Н, стенку траншеи за ось Y, а основание водоупора — за ось X (рис. 1.15). Для такого одностороннего дре­ нажа расход на единицу его длины будет

№ = - | ( у г2 - V ) .

36

Пусть значение уf будет равным Н на расстоянии L0 от стенки дренажа, чему соответствует полная длина s0 кривой депрессии

(см. рис. 1.15).

Тогда для определения расхода воды в дренаже будем иметь формулу

Если дренаж двухсторонний совершенного типа, то полный расход q складывается из притока воды с полевой стороны qn и междудренажного пространства

Я= qa + Ям-

Расход воды, проникающей через полевую стенку qn, вычис­ ляется по формуле (1.14), а приток воды из междудренажного пространства — по формуле

где F — максимальное значение стрелы подъема кривой депрессии по оси междудренажного пространства от дна дренажа, которое можно найти по выражению

F = h 04-Im0,

где т0 — расстояние от оси пути до стенки дренажа.

Наиболее сложно рассчитываются несовершенные дренажи, ко­ гда имеет место приток воды снизу (см. рис. 1.14). Расход воды q для одностороннего несовершенного дренажа, поступающей с од-

37

ной стороны и половины дна, можно определить по формуле

Я = Яп + я„

где <7П— расход воды, поступающей через боковую стенку дренажа, вычисляется как для совершенного дренажа по формуле

(1.14); <7д— расход воды, поступающей через половину дна дренажа,

приближенно определяется по формуле проф. Р. Р. Чугуева

Яг'

Яг'

(P -3W / + 1

где <?/ —находится по графику (рис. 1.17), как функция а0, когда

__ Т_

d

Т + 3

Тогда расход со стороны одной боковой стенки дренажа и с по­

88

где — приток воды с путевой половины дна дренажа

( 1.18)

Подставляя в уравнение (1.17) значения входящих величин

;{1Л4), (1.15), (1.16), (1.18), получим развернутую формулу

4= k l ” t K + ( H - h a)kqr + ( F - h 0)Kqr + -k- y ^ k£ -. ( 1.19)

I/Iq

сб

1,0

0,9

0,6

О,У 0,6

0,5

ОЛ

0,3

0,2

0,1

О

Рис. 116. График для определения значений qr.

По найденному расходу воды на 1 пог. м дренажа можно оп­ ределить суммарный расчетный расход по формуле

По суммарному расходу воды подбирают сечение дренажной трубы. Это выполняется либо методом последовательных прибли­ жений, либо по специальным таблицам. При подборе диаметра труб методом приближений расчеты обычно начинают с диаметра

150 мм.

Проектирование водоотводных сооружений на вновь строящих­ ся участках в ходе восстановления железных дорог зависит от сроков эксплуатации этих участков.

Сооружения для сбора и отвода воды от земляного полотна временных обходов устраиваются обязательно, однако техниче­ ские требования к ним в полной мере еще не отработаны. Пока

39