Приложение В. Методика определения толщины защитного слоя по условию ограничения величины морозного пучения его основания и обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя

Приложение В

Методика
определения толщины защитного слоя по условию ограничения величины морозного пучения его основания и обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя

Определение необходимой толщины защитного слоя может быть выполнено по методике, представленной в Методических рекомендациях [9]; при отсутствии детальных исходных данных рекомендуется использовать методику, приведенную в Технических указаниях [10]. При этом в настоящем приложении приведены графики, значительно упрощающие выполнение расчетов.

В действующих нормативах ВСН 61-89 и рекомендациях [9-11] толщину подушки из дренирующих грунтов (т.е. толщину защитного слоя ) рекомендуется определять по формуле

, (В.1)

где - максимальная глубина сезонного промерзания земляного полотна из дренирующих грунтов от верха балластной призмы; определяется по среднему многолетнему значению суммы градусо-суток (, ) отрицательных температур наружного воздуха (СНиП 2.01.01-82);

- толщина балластного слоя (от верха балластной призмы);

- допустимая толщина промерзающего глинистого грунта под подушкой из дренирующих грунтов.

В Технических указаниях [10] приведены поправочные коэффициенты для определения расчетной глубины промерзания

, (В.2)

где q - коэффициент, учитывающий вид дренирующего грунта (q = 1 для песчано-гравийной смеси и 0,90 - для асбестовых отходов);

n - коэффициент, учитывающий вид конструкции земляного полотна (n = 1 для нулевых мест, 0,95 - для выемок глубин более 1 м, 1,05 - для насыпей высотой более 1 м);

m - коэффициент, учитывающий увеличение глубины промерзания земляного полотна по сравнению с многолетними и средними данными, определяется по формуле

, (В.3)

где - максимальная в десятилетнем периоде сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха за год, , .

Величина , определяется по формуле

, (В.4)

где - допустимая величина пучения, принимается в зависимости от категории дорог и перспективной скорости движения поездов.

     Категория дорог ........ IV      III       II - I

     Дельта   , мм........... 35       25         20

           доп

С - коэффициент, характеризующий условия промерзания и пучения. С = 1 для условий сезонного промерзания и несливающейся мерзлоты, С = 1,4 - для условий сливающейся мерзлоты;

f - расчетная интенсивность пучения, зависит от вида и состояния грунта (в наибольшей степени от его влажности).

Установление толщины защитного слоя, при которой значение морозного пучения земляного полотна не превысит допустимых значений, должно проводиться методом подбора - путем последовательных приближений. Для упрощения этих расчетов составлены вспомогательные графики (рисунки В.1, В.2).

Для построения первичных графиков (рисунок В.1), характеризующих глубину промерзания двухслойной среды в зависимости от толщины поверхностного слоя дренирующих грунтов при различных климатических условиях, использована номограмма, взятая из Технических указаний [10], рисунок В.3.

На итоговом графике (рисунок В.2) представлены значения суммарной толщины слоя дренирующих (песчано-гравийных) грунтов , обеспечивающего непревышение заданной величины пучения подстилающих глинистых грунтов (20-25-35 мм) при известных климатических и грунтовых условиях, выражаемых через суммарное количество градусо-суток отрицательных температур и через интенсивность пучения глинистых грунтов f.

Требуемая толщина защитного слоя из песчано-гравийных грунтов определяется по формуле

. (В.5)

Значения определяются по СНиП 2.01.01-82.

Значения интенсивности пучения могут быть установлены по прилагаемой таблице В.1 с учетом прогнозируемого режима поверхностных и грунтовых вод, устанавливающегося в результате разработки земляного полотна и осуществления запроектированных противодеформационных устройств.

В таблице В.2 приведены результаты расчетов, выполненных с использованием приведенных графиков по двум пунктам при различных условиях для насыпей и выемок.

Окончательно решение о требуемой толщине защитного слоя для каждого объекта принимается по большему из двух значений, полученных из условия непревышения допустимой величины морозного пучения подстилающих грунтов и по условию их прочности, но не менее предусмотренных СНиП 32-01-95.

Расчет толщины защитного слоя по условию обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя

Принятая в настоящее время методика расчета представлена в ВСН 61-89, Технических указаниях и Методических рекомендациях [9-11] и в другой технической литературе.

Для предотвращения возможности возникновения в грунте деформаций, пластических сдвигов суммарные нормативные напряжения "" (от поездной нагрузки, собственного веса грунта и веса верхнего строения пути) не должны превышать критической для данного грунта нагрузки - .

В указанных нормативах значение определяется по формуле

, кПа (B.6)

где С - удельное сцепление, кПа ;

- угол внутреннего трения, рад;

- удельный вес грунта, ;

h - расстояние от основной площадки до рассматриваемого горизонта, м.

Таблица В.1 - Характеристика пучинистости грунтов

Грунты	Интенсивность пучения грунтов f
	Основания выемок и естественные основания				Насыпи высотой более 2 м
	сухие	сырые	мокрые
	Влажность глинистых грунтов
	от W_p + 0,10W_п до W_p + 0,25W_п	от W_p + 0,25W_п до W_p + 0,50W_п	от W_p + 0,5W_п до W_p + 0,75W_п	более W_p + 0,75W_п	от W_p +0,10W_п до W_p +0,25W_п	от W_p +0,25W_п до W_p +0,50W_п
Суглинки и глины пылеватые	0,03 - 0,05	0,10 - 0,15	0,15 - 0,20	0,20 - 0,30	0,02 - 0,03	0,04 - 0,07
Суглинки, глины, пылеватые супеси	0,02 - 0,04	0,08 - 0,12	0,12 - 0,18	0,18 - 0,25	0,01 - 0,02	0,03 - 0,06
Супеси	0,01 - 0,03	0,06 - 0,10	0,10 - 0,15	0,15 - 0,20	0,01 - 0,2	0,02 - 0,05
Песок пылеватый и мелкий	0,00 - 0,01	0,02 - 0,05	0,05 - 0,10	0,05 - 0,10	-	-
Крупнообломоч- ные с пылевато-глини- стым заполнителем, более 30% по массе	0,01 - 0,02	0,03 - 0,05	0,05 - 0,07	0,07 - 0,10	0,01 - 0,02	0,02 - 0,03

Таблица В.2

Исходные данные			Определяемые величины				Определение h_з = mnН_др - h_сигма для дорог
Место располо- жения	Вид сооруже- ния, грунты	Влажность грунтов Показатель текучести, I_L	По СНиП 2.01.01- 82, Омега, °С х сут	Коэффициенты по формуле В.2		Интенсив- ность пучения f по таблице В.1	I-II категорий Дельта = 20 мм			IV категории, Дельта = 35 м
				m	n		по СНиП 32-01-95, h_сигма, м	требуемая толщина дренирующе- го грунта по рисунку Б.2, Н_др, м	h_з, м	h_сигма, м	H_др, м h_з, м
Москва (Калинин)	Выемка глубиной более 1 м Суглинки пылева- тые Насыпь, Н > 1 м Суглинки пылева- тые	Сухая 0,1-0,25 Сырая 0,25-0,50 Мокрая 0,50-0,75 0,1-0,25 0,25-0,50	1032 1032 1032 1032 1032	1,10 1,10 1,10 1,10 1,10	0,95 0,95 0,95 1,05 1,05	0,03-0,05 0,10-0,15 0,15-0,20 0,02-0,03 0,04-0,07	0,7 0,7 0,7 0,7 0,7	0,6 1,1 1,15 0,2 0,8	0 0,45 0,50 0 0,22	0,6 0,6 0,6 0,6 0,6	0,10 0,85 1,0 0 0,4	0 0,29 0,45 0 0
Челябинск (Сверд- ловск)	Выемка Н > 1 м Суглинки пылева- тые Насыпь Н > 1 м Суглинки пылева- тые	Сухая 0,1-0,25 Сырая 0,25-0,50 Мокрая 0,5-0,75 0,1-0,25 0,25-0,50	1783 1783 1783 1783 1783	1,10* 1,10* 1,10* 1,10* 1,10*	0,95 0,95 0,95 1,05 1,05	0,04 0,12 0,18 0,025 0,055	0,7 0,7 0,7 0,7 0,7	1,15 1,8 1,9 0,7 1,4	0,50 1,18 1,29 0,11 0,92	0,6 0,6 0,6 0,6 0,6	0,6 1,5 1,65 0 0,9	0,03 0,97 1,12 0 0,44
Примечание - Значения коэффициента m приняты условно.

Значение может быть определено по преобразованной - упрощенной формуле

, кПа , (В.7)

где А и Б - параметры, значения которых устанавливаются по номограмме (рисунок В.4) в зависимости от сдвиговых характеристик грунта.

Во всех случаях для расчетов следует принимать минимально возможные прочностные характеристики грунтов, соответствующие условиям их весеннего оттаивания.

Величину необходимо определять для двух значений глубины, например, для h = 0 и h = 1,0 м.

Напряжение в теле земляного полотна устанавливается суммированием напряжений от всех действующих нагрузок (рисунок В.5).

В приведенном примере нормальные напряжения от поезда определены расчетом по программе ЦНИИСа для 4- и 8-осных вагонов (при нагрузке на ось 30 тc и с учетом размещения осей в экипаже).

Влияние динамики отражено по рекомендации [35], при скорости движения поезда 120 км/ч.

Значения критического давления представлены на рисунке В.5 прямой А-В. Они приведены для суглинков мягкопластичной консистенции , характеризуемых следующими показателями СНиП 2.02.01-83:

;

;

.

По формуле В.6

при h = 0 = 67,0 кПа

при h = 1 м = 113,65 кПа.

По точке пересечения суммарной кривой нормальных напряжений и прямой определяется минимально допустимая (по условиям прочности подстилающих грунтов) толщина защитного слоя.

Примечание - В лаборатории конструкций земляного полотна ЦНИИСа разработан пакет программ для расчета в упруго-пластической постановке напряженно-деформированного состояния земляного полотна и его прочности.

В расчете принята модель динамического воздействия поездной нагрузки с учетом фактического расположения осей в экипаже, осевых нагрузок, характеристик верхнего строения пути и др.

Использование указанных программ в сочетании с пакетом программ расчета водно-теплового режима земляного полотна позволяет проектировать насыпи и выемки при широком наборе факторов воздействия на сооружения в период строительства и эксплуатации.