1.4. Проектирование конструкции укрепления откосов.

Размывы земляного полотна являются одним из распространенных видов деформаций и наносят существенный ущерб перевозочному процессу на железных дорогах. Основными источниками и видами воздействий на объекты земляного полотна, вызывающими размывы, являются атмосферные осадки (течение ливневых вод или вод при снеготаянии), течение паводковых вод ручьев и рек, вдоль береговых течений на озерах, водохранилищах и морях, воздействие волн и льда.

Наиболее часто подвергаются размывам периодически подтопляе­мые насыпи на пересечении логов и оврагов (в зонах труб), поймен­ные насыпи на мостовых переходах и на прижимных участках, под­топленные насыпи на прижимных участках, у берегов озер, водохра­нилищ, морей, регуляционные сооружения, мостовые опоры, конусы мостов, буны, шпоры и пр.

В настоящее время наиболее эффективными типами защиты от размывов считаются плиты из железобетона, каменные наброски и габионные структуры.

Защита от размывов в виде плитных покрытий требует значительных расходов дорогого железобетона, устройства специальных подготовок или обратных фильтров и весьма уязвима при воздействии волноприбоя.

В данном курсовом проекте при высоте волны для укрепления откосов целесообразно применять железобетонные плиты.

Плитные покрытия — это надежные укрепления индустриального типа, для которых имеется широкая возможность комплексной механи­зации производства работ. Они представляют собой конструкции, выпол­ненные из сборных свободно лежащих бетонных плит, железобетонных разрезных плит и плит, омоноличенных по контуру; монолитных карт.

Расчетная минимальная допускаемая толщина плиты δ определяется, исходя из требования обеспечения плиты от всплывания из-за противодавления воды, сдвига и опрокидывания покрытия расчетной волной по формуле:

, (1.4.1)

где: К_б - коэффициент запаса, зависящий от категории дороги (для категории

дороги III принимаем К_б = 1,15);

η_пл - коэффициент, учитывающий тип плиты ( при монолитных плитах и при сборных плитах, в том числе омоноличенных);

h_1% - высота волны, h_1% = 1,46 м;

- длина волны, =7.91 м;

B - размер плиты, перпендикулярный урезу воды;

γ_пл - удельный вес материала плиты;

γ_в - удельный вес воды, γ_в = 10 кН/м³;

m - показатель крутизны откоса, m = 2.

В зависимости от параметров волнового воздействия (расчетная высота волны h_1%=1,46 м ) по табл. П. 6.1 стр.471 [1] выбираются тип и размеры плит.

Согласно исходным данным расчетная высота волны менее 1,5м, следова-тельно, рациональным укреплением являются железобетонные разрезные пли-ты с размерами 2,50×3,00 м и толщиной м.

Расчетная минимальная допускаемая толщина плиты δ_пл должна быть не более приведенной в табл. П. 6.1 [1] конструктивной толщины покрытия .

Условие выполняется, так как расчетная минимальная допускаемая толщи-на плиты м не превышает конструктивной толщины покрытия м.

Следовательно, тип (железобетонные разрезные плиты) и размеры плиты (2,50×3,00×0,15 м.) подобраны приемлемо.

При укладке плит необходимо производить их объединение в ковер.

Определяется количество плит n_пл, шт., укладываемых по образующей укрепля-емого откоса длиной l.

, (1.4.2)

где: l - длина укрепляемого откоса;

L_пл - высота плиты.

Количество плит n_пл , шт., укладываемых по укрепляемому откосу длиной:

, (1.4.3)

где: - отметка верха укрепления.

м.

Тогда количество плит n_пл, шт., укладываемых по образующей укрепля-емого откоса длиной l составит:

плиты.

Для предотвращения суффозии (вымывания и выноса) мелких частиц грунта защищаемого откоса насыпи из-под покрытия при волновом воздействии и эксфильтрации воды из насыпи при понижении уровня подтопления, спаде паводковых вод плитные покрытия должны укладываться на специальную подготовку, которая выполняет роль сопрягающего слоя между грунтом и плитным покрытием и одновременно служит обратным фильтром. В качестве материала фильтра используются щебенисто-гравийно-песчаные грунты, а также геотекстильные материалы, укладываемые в слое гравийно-песчаного грунта.

По технологическим соображениям целесообразно устраивать однослойные фильтры.

При проектировании обратных фильтров устанавливается пригодность материала по зерновому составу, исходя из коэффициента его неоднородности h, а также соотношений размеров частиц материала фильтра с размерами швов и сквозных отверстий в конструкциях плитных покрытий.

Проектирование фильтра заключается в подборе такого гранулометрического состава материала, который отвечал бы приведенным выше требованиям и обеспечивал невымываемость самого материала фильтра из-под покрытия.На основе опыта проектирования и эксплуатации укреплений с обратными фильтрами установлены следующие требования к зерновому составу однослойных фильтров:

(1.4.4.)

где - коэффициент неоднородности;

- размеры зерен фильтра, меньше которых по массе в материале фильтра содержится 60 и 10% соответственно, определяется по кривой

просеивания см. рис.1.4.1;

-ширина обратного фильтра, м;

- толщина фильтра (без использования геотекстиля-35см, с использова-нием геотекстиля- 20см);

- размеры зерен фильтра и частиц грунта откоса соответственно, меньше которых по массе в материале фильтра и грунта содержится 50%, опре-деляется по кривой просеивания см. рис.1.4.1.

По исходным данным п.12 строится график гранулометрического состава материала фильтра (рис.1.4.1 ломаная 1), по которому определяются , , , .

1) проверка пригодности материала обратного фильтра по зернистому составу при исходном гранулометрическом составе (значения , , , определяются по ломаной 1 рис.1.4.1):

мм,

5<13<20 - условие выполняется;

мм,

- условие выполняется;

м,

- условие не выполняется.

2) проверка пригодности материала обратного фильтра по зернистому составу при просеивании фракций 0,1 , 0,25 и 0,5мм (значения , , , определяются по ломаной 2 рис.1.4.1):

мм,

5<9.28<20 - условие выполняется;

мм,

- условие выполняется;

м,

- условие не выполняется.

3) проверка пригодности материала обратного фильтра по зернистому составу при просеивании фракции 2мм (значения , , , определяются по ломаной 3 рис.1.4.1):

мм,

5>4<20 - условие не выполняется;

мм,

47>30 – условие не выполняется;

м,

- условие не выполняется.

4) проверка пригодности материала обратного фильтра по зернистому составу при просеивании фракции 10мм (значения , , , определяются по ломаной 4 рис.1.4.1):

мм,

5>1.79<20 – условие не выполняется;

мм,

- условие не выполняется;

м;

- условие выполняется.

Рис. 1.4.1 График гранулометрического состава материала фильтра.

Из расчетов следует, что целесообразно будет использовать грунт в кото-ром содержатся фракции 25 и 40мм, так как при таком гранулометрическом составе грунта невымываемость частиц грунта обратного фильтра обеспечена; а чтобы не происходило вымывание грунта тела насыпи необходимо устройство геотекстиля между грунтом обратного фильтра и грунтом тела насыпи.

Конструкция укрепления из железобетонных разрезных плит на обратном фильтре со слоем геотекстиля представлена в прил.4.