1.2 Определение отметок характерных точек насыпи и ее параметры

Высота проектируемой насыпи определяется по формуле:

Н_н = Н_бр – Н_осн, (1.1)

где: Н_бр – отметка бровки основной площадки насыпи (устанавливается по продольному профилю) для данного сечения ПК 1743+20, Н_бр = 213,55 м;

Н_осн – отметка основания насыпи (для заданного сечения Н_осн = 196,4 м).

Таким образом, Н_н = 213,55-196,4 = 17,15 м.

Ширина основной площадки насыпи по установленным нормам для однопутного участка пути III категории составляет 6,5 м.

Откосы поперечного профиля насыпи проектируются с уклоном:

- в верхней части (до 6 м ниже основной площадки) – 1:1.5;

- в средней части (до 12 м ниже основной площадки, до уровня бермы) – 1:1.75;

- в нижней части (ниже бермы) – 1:2.

Ширина бермы насыпи в первом приближении принимается равной 6 м, при проверке откосов насыпи ширина бермы уточняется.

Отметка площадки бермы определяется по формуле:

Н_бер = Н_ст + h_подп + ΔН + h_нак + а, (1.2)

где: Н_ст – отметка статического горизонта воды (принимается по продольному профилю линии – Н_ст = 202.5 м);

h_подп − высота подпора воды за счет стеснения русла реки насыпью (h_подп = 0.15 ÷ 0.2 м), принимаю h_подп = 0.2 м;

ΔН − высота подъема воды за счет ветрового нагона (рассчитывается ниже);

h_нак − высота наката ветровой волны (рассчитывается ниже);

а − величина запаса (принимается в пределах 0.25÷0.5 м; а = 0.4 м).

Высота подъема воды за счет ветрового нагона рассчитывается по формуле

ΔН = , (1.3)

где: k_наг − коэффициент нагона (k_наг = 6∙10^-6 ÷ 12∙10^-6);

V₁₀ − скорость ветра (по заданию V₁₀ = 19 м/с);

Д − длина разгона ветровых волн (Д = 5∙В_в, где В_в − ширина водоема, км; В_в = 0,55 км = 550 м; Д = 5∙В_в = 5∙550 = 2750 м);

g − ускорение свободного падения (g = 9.8 м/с²);

Н_Д − средняя глубина водоема (Н_Д = Н_ст - Н_осн = 202.5– 196,4= 6,10 м);

β_Д − угол между направлением ветра и перпендикуляром к оси железнодорожной линии (по заданию β_Д = 38°).

ΔН =

Высота наката ветровой волны определяется по формуле:

h_нак = (1.4)

где: m – показатель крутизны откоса насыпи, на который накатывается волна, m = 2;

k_ш − коэффициент шероховатости и проницаемости защитного покрытия откоса насыпи (для покрытия из железобетонных плит k_ш = 0.9);

λ_в − длина волны (по заданию λ_в = 8.62 м);

h_в − высота волны (по заданию h_в = 0.66 м);

β − угол между направлением ветра и продольной осью железнодорожной линии (β = 90° - β_Д = 90° - 24° = 66°).

h_нак =

Таким образом, для проектируемой насыпи

Н_бер = 202,5+0,2+0,030+1,30+0,4=204,43 м.

На рис.1.1 показан поперечный профиль с указанием ее размеров и характерных отметок.

Рисунок 1.1 − Поперечный профиль проектируемой насыпи.

1.3 Определение расчетных параметров защитного откоса насыпи из железобетонных плит

Для предохранения откосов насыпи от размыва водой в данном ПК предусматривается их защита плитным покрытием. Конструкция защитного покрытия показана рис. 1.2.

Рисунок 1.2 − Конструкции защитного плитного покрытия.

Защита состоит из сборных железобетонных плит размером А×В = 2.5×2 м, которые укладываются на специально подготовленный слой – обратный фильтр. Для предотвращения сползания плит покрытия по откосу в его основания устраивается упорная призма.

Толщина плит покрытия определяется из условия недопущения их сдвига и опрокидывания от воздействия волн, определяется по формуле:

δ_пл = 0.07k_запη_плh_b , (1.5)

где k_зап – коэффициент запаса (k_зап = 1.2);

η_пл – коэффициент, учитывающий тип плиты (для сборных плит η_пл = 1.1);

h_b – высота волны (по заданию h_b = 0.66 м);

λ_b – длина волны (по заданию λ_b = 8.62 м);

В – длина ребра плиты в направлении, перпендикулярным удару воды (3 м);

γ_b, γ_пл – удельный вес воды и плиты соответственно (γ_b = 9.8 кН/м³; γ_пл = 24 кН/м³);

m – показатель крутизны откоса насыпи (m = 2).

Толщина плиты, рассчитываемая по формуле (1.5), не должна быть меньше δ_min = 0.12 м, которая устанавливается по конструктивным соображениям.

Таким образом, в данном случае

δ_пл = 0.07∙1.2∙1.1∙0.66 ₌ 0.066 м.

Принимаем δ_пл = 0.12 м.

Плиты покрытия укладываются на специальную подготовку – обратный фильтр, который предотвращает вынос частиц грунта насыпи при спаде воде или откате волны. Зерновой состав материала обратного фильтра должен соответствовать следующим условиям:

d_50-ф≥2b

d_30-ф≥ d_50-ф (1.6)

,

где: b – ширина монтажного шва между плитами покрытия (b = 0.01 м);

d_60-ф d_50-ф d_30-ф d_10-ф – размер частиц материала фильтра, которых по массе в фильтре должно быть составлено 60, 50, 30 и 10%;

η – коэффициент неоднородности фильтра.

Таким образом, в данном случае зерновой состав материала обратного фильтра характеризуется следующими параметрами:

d_50-ф = 2∙0.01 = 0.02;

d_30-ф = 0.02 = 0.0167;

d_10-ф = 0.03;

d_60-ф = 5.5∙0.03 = 0.165.

Толщина однослойного обратного фильтра рассчитывается по формуле:

t_ф = 4.75∙d_50-ф∙ln(φ_о∙ ) = 10.94∙d_50-ф∙ln(φ_о∙ ), (1.7)

где: d_50-гр – размер частиц, м, грунта насыпи, который в массе грунта составляет 50% (в расчетах принимается d_50-гр = 0.1 мм = 0.001 м);

φ_о – параметр, зависящий от показателя крутизны откоса насыпи расчетной высоты волны (принимаем φ_о = 0.179).

Расчетная толщина однослойного обратного фильтра должна удовлетворять следующему условию:

0.35 м ≤ t_ф =0.43≤ 0.7 м (1.8)

Для принятых в курсовом проекте условий, результаты расчета следующие:

t_ф = 4.75∙0.02∙ln(0.172151∙ ) = 0.55 м.

Принимаем t_ф = 0.55 м.

δ_пл = 0.12 м.