8.8.2 Розрахунок баластуючої здатності перемички виготовленої із ґрунтової суміші

Розрахунок баластуючої здатності ґрунтової перемички, виготовленої із ґрунтової суміші, проводиться на розрахунок утримуючої здатності ґрунтової перемички та визначення конструктивних параметрів ґрунтової перемички.

В якості утримуючої здатності одного погонного метра ґрунтової перемички Р_ут приймається величина її опору поперечним вертикальним переміщенням трубопроводу одиничної довжини за винятком Архімедової сили

Р_ут = Р_с – А, (8.47)

де Р_с – опір ґрунту вертикальному переміщенню трубопроводу;

А – дія виштовхуючої сили води (Архімедова сила).

Архімедова сила знаходиться як добуток об’єму ґрунту в межах ABCDE над трубопроводом одиничної довжини на питому вагу води з врахуванням зрівноважених мінеральних частинок ґрунту

, (8.48)

де _в – питома вага води з розчиненими солями та зрівноваженими частинками ґрунту;

h_о – середня глибина закладання трубопроводу.

Опір ґрунту вертикальному переміщенню Р_с визначається відповідно до розрахункової схеми, яка представлена на рис.8.12. Який складається із двох складових: маси ґрунту безпосередньо над трубою та результуючої сили опору ґрунту при дії зсуваючого навантаження вздовж двох площин зрізу (АВ і СД), тобто

Р_с = Р_гр + Р_зс, (8.49)

де Р_гр – маса ґрунту над трубопроводом;

Р_зс – сила опору ґрунту при дії зсуваючого навантаження.

Масу ґрунту над трубою визначають як добуток об’єму ґрунту, що діє в межах фігури ABCD над трубопроводом одиничної довжини на питому вагу закріпленого ґрунту

, (8.50)

де _з..гр – питома вага закріпленого ґрунту.

Сила опору ґрунту при дії зсуваючого навантаження розраховується за формулою

, (8.51)

де _ср – середнє дотичне напруження вздовж площини зрізу;

F_ – площа площини зрізу перемички одиничної довжини, чисельно рівна h₀.

Рисунок 8.12 – Розрахункова схема для визначення утримуючої здатності перемички Р_ут

Середнє дотичне напруження вздовж площини зрізу, рівне

, (8.52)

де Р_акт – активний тиск ґрунту;

φ_з.гр – кут внутрішнього тертя закріпленого ґрунту;

С_з.гр – зчеплення закріпленого ґрунту

Значення активного тиску ґрунту в початковому етапі закріплення, коли зчеплення закріпленого ґрунту найменше, визначають за формулою

. (8.53)

Після завершення процесу закріплення, коли зчеплення приймає максимальне значення, тоді значення Р_акт потрібно приймати рівним нулю.

Повна утримуюча здатність перемички рівна добутку Р_ут на довжину перемички l_п.

До конструктивних параметрів ґрунтової перемички відносяться: висота, відкос, довжина ґрунтової перемички їхню необхідну кількість для баластування прямолінійних та криволінійних ділянок трубопроводу, а також потребу у зв’язуючій рідині.

Висота ґрунтової перемички визначається глибиною траншеї та висотою шару рекультивації ґрунту (при наявності) за формулою

, (8.54)

де H_тр – глибина траншеї;

h_рек – висота шару рекультивації ґрунту.

Відкоси перемичок і_п приймаються конструктивно в залежності від фізико-механічних властивостей ґрунту де влаштовується траншея, рівними 1:1 або 1:1,25.

Довжина перемичок повинна відповідати технологічним вимогам , у відповідності з якими бажано, щоб зв'язуюча речовина, доставлена на трасу одним бітумовозом, була використана для приготування ґрунтової маси на одну перемичку. В такому випадку відпадає необхідність у жорсткому контролі за розходом зв'язуючого матеріалу і навіть при нерівномірному (вздовж довжини перемички) поливанні вдається в кінцевому результаті добитися потрібного дозування продукту по масі за рахунок більш ретельного перемішування ґрунту .

Виходячи з цього маса сухого ґрунту в перемичці Q_с, яку потрібно закріпити, буде рівна

, (8.55)

де М – маса зв'язуючої рідини, що перевозить один бітумовоз;

d – необхідна доза зв'язуючої рідини на виготовлення одного кубічного метра ґрунтової суміші .

Звідси об'єм ґрунту в перемичці, яку потрібно закріпити, рівний

, (8.56)

де ρ_с – густина сухого мінерального ґрунту.

У відповідності з прийнятою конструкцією перемички (див. рис.1 ) об'єм ґрунту визначається за формулою

, (8.57)

де F_ср – площа поперечного перетину середньої частини перемички, обмеженої довжиною l_п за винятком поперечного січення труби ;

V_δ – об'єм ґрунту у відкосі перемички.

Площа поперечного перетину середньої частини перемички визначається за формулою

, (8.58)

де F_п – повна площа поперечного перетину перемички в траншеї, рівна

; (8.59)

F_тр – площа поперечного перетину труби;

а, В – ширина перемички відповідно по верху і по низу

; (8.60)

h_п – висота перемички, рівна висоті засипки трубопроводу.

Об^’єм ґрунту, що знаходиться у перемичці визначається за формулою

, (8.61)

де α_п – кут встановлення перемички, рівний куту закладання відкосу траншеї.

Довжина ґрунтової перемички уточнюється за формулою

. (8.62)

Відстань між ґрунтовими перемичками l визначають для кожної прямолінійної та криволінійної ділянки окремо із умови стійкості трубопроводу проти всплиття та відповідній необхідній величині привантажування, тобто

. (8.63)

Число перемичок на баластуючому відрізку трубопроводу визначають як суму часток від ділення довжин прямолінійних, криволінійних випуклих та криволінійних вгнутих ділянок на відповідні їм величини l_тр плюс одна перемичка (на початку відрізку).

Якщо на прямолінійній ділянці остання перемичка не попадає в межу з наступною криволінійною ділянкою, число перемичок заокруглюється в меншу сторону до найближчого цілого, і наступна перемичка влаштовується на відстані кроку, визначеного для даної криволінійної ділянки.

При переході з криволінійної на прямолінійну ділянку число перемичок виходить дробовим, його заокруглюють в більшу сторону.

Загальну потребу у зв'язуючій рідині визначають добутком числа перемичок на масу речовини, що перевозить один бітумовоз за формулою

. (8.64)

Необхідна баластуючи здатність однієї перемички визначається в залежності від ступені заводнення та рівня води в траншеї.