Приложение Б.Расчет толщины защитного слоя земляного полотна

Приложение Б

Расчет толщины защитного слоя земляного полотна

Определение толщины защитного слоя по условию обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя выполняют по упрощенной методике, приведенной в СП 119.133330 и [9].

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

Таблица Б.1 - Исходные данные

Грунт естественного основания	Сырые суглинки мягко-пластичной консистенции
Показатель текучести
Коэффициент пористости е	0,73
Плотность грунта	1,98
Плотность сухого грунта	1,58
Нормативное* удельное сцепление	19,6
Расчетное** удельное сцепление	14,1
Нормативное* значение угла внутреннего трения	18°
Расчетное** значение угла внутреннего трения	15°
* Нормативные значения прочностных характеристик грунта определены по СП 22.13330. ** 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) проектируют не превышающими критической для данного грунта нагрузки.

Критическую нагрузку вычисляют по формуле

(Б.1)

где А и Б - параметры, значения которых устанавливают по номограмме зависимости от сдвиговых характеристик грунта, представленной на рисунке Б.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 имеют значения А = 0,25 , Б = 1,7 м.

При h = 0 ;

при h = 2,0 .

Напряжение в теле основания земляного полотна определяют 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 .

Нагрузку от колеса крана на рельс принимают в соответствии с паспортом крана завода-изготовителя кН согласно ГОСТ Р 51248.

Эпюры нагрузок (рисунок Б.2) принимают 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.

Суммарную нагрузку на поверхности основания земляного полотна G, , вычисляют по формуле

. (Б.2)

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

При этих условиях (h = 2,0 м) осуществляют 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 СП 22.13330.

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

, (Б.3)

где d - коэффициент, принимаемый по СП 22.13330.

Координаты для построения эпюры напряжения приведены в таблице Б.2.

Таблица Б.2 - Глубина вертикальных напряжений и относительных глубин

Глубина вертикальных напряжений Z, м	Относительная глубина, м,	d	,
1,0	1,1	0,8	10,99
2,0	2,2	0,5	6,87
3,0	3,3	0,35	4,81
4,0	4,4	0,28	3,83

Аналогично определяют 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.

Минимальную толщину защитного слоя по условиям прочности используемого грунта определяют графическим методом (рисунок Б.3) по точке пересечения суммарной эпюры напряжений G = f(h) 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 (от 15% до 16%), а затем уплотнить его до нормальной плотности ( ).

Таблица Б.3 - Ожидаемые новые физико-механические характеристики грунта

Показатель текучести
Коэффициент пористости е	0,55
Нормативное удельное сцепление	33,3
Расчетное удельное сцепление	23,5
Нормативное значение угла внутреннего трения	23°
Расчетное значение угла внутреннего трения	20°

Координаты критической нагрузки для данной характеристики грунта вычисляют по формуле

(Б.4)

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

При h = 0 ;

при h = 2 .

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

Возможны и другие варианты расчетов, которые выполняют исходя из двух условий:

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

- ограничения деформаций кранового пути под воздействием морозного пучения.