Визначення розрахункових характеристик ґрунтів

Проектування заплавного насипу

Проектування поперечного профілю насипу

Форми й розміри поперечного профілю насипу вибираємо в відповідності з СНіП ІІ-39-76 і альбому типових поперечних профілів земляного полотна в залежності від категорії залізниці, роду ґрунту, числа колій та інших умов спорудження земляного полотна.

На двоколійній залізничній лінії приймаю ширину основної площадки земляного полотна 11.1 метрів.

Відомо, що форма основної площадки повинна забезпечувати швидкий відвід води, яка попадає на неї при фільтрації через баласт і на обочини.

Крутизна і форма укосів насипу залежить від його висоти і характеристики ґрунтів насипу. Висота насипу складає 18 метрів, тому при проектуванні насипу із звичайних ґрунтів (суглинок та супісок) на висоті насипу до 6 метрів нахил укосу складає 1:1,5, до 12 м-1:1,75, і більш 12 м - 1:2.

Крутизна поперечного нахилу основи насипу складає 1:21, що забезпечує стійкість її проти розповзання при пониженні рівня води після паводку.

Рисунок 1.1 – Обраний тип верхньої будови колії

По обидві боки насипу влаштовуємо берми, які забезпечують стабільність земляного полотна і відвід води. При ширині берми 7,0 м вона попереджує насичення тіла насипу та його основи повздовж текучими водами і підвищує стабільність основи насипу.

Розрахунок берми

Для розрахунку і проектування укріплення укосів земляного полотна від розмиву необхідно знати параметри хвильового впливу водостоку, що перетинається. Ці параметри находять в відповідності з технічними умовами визначення хвильової дії на морські і річні споруди та береги (СН-92-60) і вказівками по проектуванню гідротехнічних споруд, які зазнають хвильові дії.

Параметри хвильового впливу являються:

h_р - висота хвилі, м,

- довжина хвилі, м;

- період хвилі, с;

C - швидкість розповсюдження хвилі без врахування швидкості течії, м/с.

Вся прибережна зона хвильового поля при природному березі має глибоководну і мілководну зону, зону прибережних хвиль.

Розрахунок виконуємо для мілководної зони. Для визначення висоти хвилі h_р та довжини в мілководній зоні біля укосу насипу необхідно знати максимальну розрахункову швидкість вітру W₁₀, заміряну на висоті 10 м над рівнем води, та величину D – розгін вітрових хвиль.

Для річок приймаємо розгін вітрових хвиль

D=5B (1.1)

де В – ширина річки в зоні вітрового нагону, В= 1,7 км.

D=5*1,7=8,5км.

Довжина хвилі

=13 м.

Визначивши основні характеристики хвильового процесу в прибережній зоні, знаходимо верхню і нижню границі укріплення укосу.

Рисунок 1.2 – Розрахукнові характеристики хвиль у відкосах

Виконаємо перевірку l/2>H>Hkp:

Λ/2>3

Умова виконується

Верхня межа укріплення укосу розташовується вище рівня високих вод потоку на величину h_б- висота берми, яка визначається по формулі:

(1.2)

де а-постійний запас, приймаємо рівним для бровок насипу і берми а=0,5м;

h_н- висота накату хвилі на укіс, м.

Рисунок 1.3 - Схема насипу укріпленого бермами. 1- основна площадка, 2- берма, 3-відкіс, 4- основание, 5- тіло насипу.

Висота накату хвилі на укіс визначаємо по формулі

(1.3)

де h_р- висота хвилі, h_р=0,9 м;

- довжина хвилі, =13 м;

К_ш - коефіціент шершавості укріплення укосу, приймається по таблиці 37[3].

К_ш =0,55.

m-величина укосу, m=2.

При косому підході хвиль в знайдену величину h_н вводять поправочний коефіцієнт.

, (1.4)

де - кут між переважним напрямком вітру та урізом, =65⁰

Таким чином, висота накату хвилі при косому підході хвилі дорівнює

Н_н=0.96*0,933=0,89м

Величина вітрового нагону визначається по формулі

, (1.5)

де К_нач - коефіцієнт нагону, К _нач= 0.008;

- кут між переважним напрямком вітру і урізом води, =65;

D-розрахунковий розгін, D= 8,5 км;

g-прискорення вільного падіння, g=9,81 м/с²;

Н_ср - середня глибина води на протязі розгону D, Н_ср=3,0м.

h_подп – висота підвищення рівня води над розрахунковим статичним за рахунок стиснення русла, h_подп=0,2м.

Таким чином, визначаємо висоту берми

Н_б=0,5+0,89+0,13+0,2=1,72 м

Усі задані і розраховані розміри насипу наносимо на лист міліметрового паперу формату А-1 в масштабі 1:100 на поперечному профілі заплавного насипу наносимо відмітку основи насипу на вісі земляного полотна, відмітку горизонту високих вод і криву депресії, тобто криву спадання води в ґрунті.

1.3 Розрахунок кам`яної накидки

Обраний варіант укріплення укосів насипу – кам’яна накидка, тому що він є найбільш економічним, повністю механізованим, короткий термін будування. Дуже ціною якістю накидки – адаптування к нерівномірній осадці поверхні укосу.

Порядок розрахунку кам’яної накидки

, (1.6)

де К₃ - коефіцієнт запасу;

n - коефіцієнт, який враховує вид укріплення;

_к - об`ємна вага каміння, кН/м;

_в - об`ємна вага води, кН/м;

h_р - розрахункова довжина хвилі, м;

- довжина хвилі, яка визначається по її пологості, тобто по відношенню /h_р;

m-закладання укосу.

Рисунок 1.3 – Укріплення відкосів кам’яною накидкою

Середній розмір каміння знаходимо за формулою

, (1.7)

де Q_к - вага каміння;

Перевіряємо стійкість каміння з умов допустимою повздовжньої швидкості потоку

, (1.8)

де g - прискорення вільного падіння, g=9,81м/с² ;

Д_ср - середній розмір каміння, м.

Фактичну середню швидкість потоку визначаємо за формулою

, (1.9)

де V_в - середня повздовжня швидкість води, V_в=0,5м/с.

При виконанні умови V_ф.м.>V_д.м., прийнятий розмір каміння задовольняє вимоги стійкості.

В умовах економії кам`яних матеріалів будуємо багатошарову накидку, співвідношення величини каменів в суміжних шарах приймаємо 1:3 по лінійним розмірам.

Крупність каміння в іншому виді поверхні шари

(1.10)

Товщину двошарової кам`яної накидки визначаємо з виразу

(1.11)

t_1.2=1.77

Накидку укладаємо на дренуючу підготовку, яка підібрана по принципу зворотнього фільтру, розміри цього фільтру знаходимо із співвідношення

D´=(0,2÷0,25)D_ср (1.12)

D´=(0,2÷0,25)*0.66=0.13

Товщину фільтру визначаємо за формулою

(1.13)

де D^, середній розмір часток фільтру

Якщо товщина зворотнього фільтра менш 35 см, при будівництві насухо, значить зворотній фільтр складається з одного шару. Якщо товщина фільтру більш 35 см улаштовують фільтр з двома шарами.

Визначення розрахункових характеристик ґрунтів

Насичення водою тіла насипу в наслідок обводнення поверхні укосів і підземних вод .

Масив ґрунту неоднорідний і складається з нашарування, яке має різні розрахункові характеристики