Приложение И. Расчет толщины защитного слоя земляного полотна

Приложение И

Расчет
толщины защитного слоя земляного полотна

Определение толщины защитного слоя по условию обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя может быть выполнено по упрощенной методике приложения В СП 32-104.

Для примера рассмотрим случай, когда в основании земляного полотна залегают глинистые грунты, находящиеся в мягкопластичном состоянии.

Материалы инженерно-гидрогеологических изысканий показывают, что данные грунты характеризуются следующими физико-механическими свойствами.

Первый вариант расчета

Исходные данные

                                                           Суглинки сырые

Грунт естественного основания ....               ....... мягко-пластичной

                                                             консистенции

Показатель текучести .I_l................................. 0,5 I_l < 0,75

Коэффициент пористости е............................................ 0,73

Плотность грунта р .......................................... 1,98 т/м(3)

Плотность сухого грунта P_d.................................. 1,58 т/м(3)

Нормативное* удельное

сцепление С_н.................................................2,0 тс/м(2)

Расчетное** удельное

сцепление С_р............................................... 1,44 тс/м(2)

Нормативное* значение

угла внутреннего трения фи_н......................................... 18°

Расчетное** значение угла внутреннего трения фи_р.................... 15°

_____________________________

* Нормативные значения прочностных характеристик грунта определены по СНиП 2.02.01, приложение 1, таблица 2.

** При вычислении расчетных значений удельного сцепления и угла внутреннего трения введены коэффициенты надежности по грунту и вибродинамического воздействия.

Для предотвращения возможности возникновения в грунте деформаций, пластических сдвигов суммарные нормативные напряжения (от крановой нагрузки, собственной массы грунта и массы верхнего строения пути) не должны превышать критической для данного грунта нагрузки.

Критическая нагрузка определяется по формуле

,

где А и Б - параметры, значения которых устанавливаются по номограмме зависимости от сдвиговых характеристик грунта, представленной на рисунке И.1;

h - расстояние от нижнего уровня балластного слоя до рассматриваемого горизонта грунта основания, h = 0 (защитный слой отсутствует) и h = 2,0 м.

Для расчетных значений и параметры будут иметь значения А = 0,25 , Б = 1,7 м.

При h = 0 ,

При h = 2,0 .

Напряжение в теле основания земляного полотна определяется суммированием напряжений от всех действующих нагрузок:

- веса насыпного грунта земляного полотна;

- верхнего строения кранового пути;

- колеса крана на рельс.

При ширине колеи более 4,0 м прочность естественного основания от действующих нагрузок для каждой нитки кранового пути следует принимать отдельно.

Нагрузка от веса насыпного грунта земляного полотна .

Нагрузка от веса верхнего строения кранового пути на деревянных полушпалах .

Нагрузка от колеса крана на рельс принимается в соответствии с паспортом крана завода-изготовителя -  тс в соответствии с ГОСТ Р 51248, таблица 1.

Эпюры нагрузок (рисунок И.2) принимаются трапецеидальной формы в поперечном сечении шириной поверху, равной длине полушпалы, шириной понизу , в продольном сечении - шириной поверху, равной ширине шпалы Б, понизу - .

Площадь опоры на уровне верха земляного полотна составит при длине полушпалы, равной 1,4 м, и высоте балластного слоя 0,42 м.

Суммарная нагрузка на поверхности основания земляного полотна определяется по формуле

.

Таким образом, суммарное напряжение на поверхности основания земляного полотна от нагрузки превышает допустимую критическую нагрузку при отсутствии защитного слоя (h = 0) более чем в 2 раза, а при h = 2,0 м близка к суммарной нагрузке G.

При этих условиях (h = 2,0 м) осуществляется расчет по условиям прочности грунта защитного слоя.

Распределение по вертикали напряжений, действующих в теле земляного полотна, включая защитный слой, имеет зависимость и в соответствии со СНиП 2.02.01, приложение 2.

Значения напряжений от крановой нагрузки на глубине Z от поверхности земляного полотна определяются по формуле

,

где d - коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01, приложение 2, таблица 1.

Координаты для построения эпюры напряжения приведены в следующей таблице:

Глубина вертикальных напряжений Z, м	Относительная глубина, м, 2Z/(L_п.ш+h_б)	d	G_zk, кгс/см2
1,0	1,1	0,8	1,12
2,0	2,2	0,5	0,7
3,0	3,3	0,35	0,49
4,0	4,4	0,28	0,39

Аналогично определяются координаты для построения эпюры напряжений от верхнего строения кранового пути и других внешних нагрузок. Суммарная эпюра напряжений строится путем сложения соответствующих напряжений, возникающих от крановых нагрузок, верхнего строения кранового пути и собственного веса грунта на заданной глубине.

Минимальная толщина защитного слоя по условиям прочности используемого грунта определяется графическим методом (рисунок И.З) по точке пересечения суммарной эпюры напряжений и прямой . В данном примере  м.

Второй вариант расчета

Для снижения производственных затрат по доставке дренирующего грунта и сохранения природной среды следует запроектировать и осуществить ряд инженерных мероприятий, направленных на повышение несущей способности основания земляного полотна. В частности, необходимо устроить водоотвод (систему канава или дренаж) и осушить естественное основание до оптимальной влажности (15-16%), а затем уплотнить его до нормальной плотности .

Ожидаемые новые физико-механические характеристики грунта

Показатель текучести I_l................................ 0,25 < I_l < 0,5

Коэффициент пористости е ........................................... 0,55

Нормативное удельное

сцепление С_н ............................................... 3,4 тс/м(2)

Расчетное удельное

сцепление С_р ............................................... 2,4 тс/м(2)

Нормативное значение

угла внутреннего трения фи_н......................................... 23°

Расчетное значение угла внутреннего трения фи_р...................... 20°

Находим координаты критической нагрузки для данной характеристики грунта

.

По номограмме (рисунок И.1) находим параметры: А = 0,19 ; Б = 2,4 м.

При h = 0 ;

при h = 2 .

По точке пересечения суммарной кривой нормативных напряжений (рисунок И.3) и допустимой критической нагрузке определяем толщину защитного слоя земляного полотна  м.

Возможны и другие варианты расчетов, принятые в настоящее время в различных методических указаниях, рекомендациях и другой литературе, которые выполняются исходя из двух условий:

- обеспечение заданной прочности основания земляного полотна, исключающей появление деформаций под действием крановых нагрузок;

- ограничения деформаций кранового пути под воздействием морозного пучения.