роектирование пойменной насыпи. 2 страница

 

f y 38.80 38.80   0.0   0.0   0.097
z 0.0 0.0
b 2,75 4,25
y/b 14.11 9.13
z/b 0.0 0.0
I 0.001 0.001
=IP 0.08 0.017

Исходным данным для расчета являются координаты точки в которой определяются напряжения, ширина нагрузки, высота столбика грунта над точкой. По этим исходным данным определяются необходимые параметры для поиска коэффициента рассеивания напряжений в теле насыпи и учитывая этот коэффициент определяются напряжения в заданной точке. Точки назначаются на переломах поперечного профиля насыпи.

Координаты точек перелома профиля насыпи определяем следующим расчетом:

 

Рис. 5

 

 

 

2.9.3. Расчет напряжений грунта основания.

 

Расчет напряжений в массиве грунта основания выполняют для подготовки материалов к расчету осадки грунта основания под воздействием всех нагрузок.

В качестве нагрузки на основание принимают эпюру напряжений на подошве насыпи т.к.:

С одной стороны:

С другой все нагрузки, приходящиеся на 1 погонный метр насыпи:

Откуда:

 

Расчет напряжений грунта основания. Таблица2.

Точка № фигуры z y b z/b y/b I Pi i i
а(0) I 20,9 8,4 2,49 0,000 269,39 0,00 171,79  
II 0,0 25,2 0,00 1,000 5,43 5,43
III 20,9 8,4 2,49 0,000 269,39 0,00
IV 10,1 3,75 2,69 0,000 0,82 0,00
V 0,0 12,65 0,00 1,000 165,34 165,34
VI 10,1 3,75 2,69 0,000 0,82 0,00
VII 6,32 4,5 1,4 0,000 165,34 0,00
VIII 0,0 3,65 0,00 1,000 1,02 1,02
IX 6,32 4,5 1,4 0,000 165,34 0,00
X 1,82 1,82 1,00 0,000 1,02 0,00
XI 1,82 1,82 1,00 0,000 1,02 0,00
                 
                 
                 
I 20,9 8,4 0,24 2,49 0,003 269,39 0,81 289,23
II 0,0 25,2 0,079 0,00 1,000 5,43 5,43
III 20,9 8,4 0,24 2,49 0,003 269,39 0,81
IV 10,1 3,75 0,53 2,69 0,018 0,82 0,015
V 0,0 12,65 0,16 0,00 0,960 165,34 158,73
VI 10,1 3,75 0,53 2,69 0,018 0,82 0,015
VII 6,32 4,5 0,44 1,4 0,370 165,34 61,18
VIII 0,0 3,65 0,55 0,00 0,670 1,02 0,68
IX 6,32 4,5 0,44 1,4 0,370 165,34 61,18
X 1,82 1,82 1,09 1,00 0,185 1,02 0,19
XI 1,82 1,82 1,09 1,00 0,185 1,02 0,19
                 
                 
                 
I 20,9 8,4 0,59 2,49 0,005 269,39 1,35 157,15
II 0,0 25,2 0,19 0,00 0,960 5,43 5,21
III 20,9 8,4 0,59 2,49 0,005 269,39 1,35
IV 10,1 3,75 1,33 2,69 0,029 0,82 0,02
V 0,0 12,65 0,39 0,00 0,822 165,34 135,9
VI 10,1 3,75 1,33 2,69 0,029 0,82 0,02
VII 6,32 4,5 1,11 1,4 0,038 165,34 6,28
VIII 0,0 3,65 1,37 0,00 0,397 1,02 0,405
IX 6,32 4,5 1,11 1,4 0,038 165,34 6,28
X 1,82 1,82 2,75 1,00 0,170 1,02 0,17
XI 1,82 1,82 2,75 1,00 0,170 1,02 0,17
                 
                 
                 
I 20,9 8,4 1,19 2,49 0,001 269,39 0,27 40,94
II 0,0 25,2 0,39 0,00 0,822 5,43 4,46
III 20,9 8,4 1,19 2,49 0,001 269,39 0,27
IV 10,1 3,75 2,67 2,69 0,054 0,82 0,04
V 0,0 12,65 3,77 0,00 0,160 165,34 26,4
VI 10,1 3,75 2,67 2,69 0,054 0,82 0,04
VII 6,32 4,5 2,22 1,4 0,028 165,34 4,63
VIII 0,0 3,65 2,74 0,00 0,096 1,02 0,098
IX 6,32 4,5 2,22 1,4 0,028 165,34 4,63
X 1,82 1,82 5,49 1,00 0,053 1,02 0,05
XI 1,82 1,82 5,49 1,00 0,053 1,02 0,05
                 

 

2.9.4. Расчет осадки основания.

 

Расчеты осадок оснований произво­дятся:

– в случае необходимости назначения запаса на осадку в размере Sдоб при разработке индивиду­альных проектов насыпей. Придание насыпи при сдаче в эксплуатацию пол­ного или частичного запаса на осадку Sосн.пл возможно, если сочетание продоль­ных уклонов пути i1 и i2 при проектном уклоне i является допустимым;

– в случае необходимости определе­ния требуемого уширения основной площадки.

При разработке индивидуального про­екта уширение нужно предусматри­вать у насыпей на мостовых перехо­дах через крупные водотоки (на подхо­дах к большим мостам) bуш= 0.5 м;

– в случае необходимости определе­ния дополнительного объема земляных работ, производимых при сооружении насыпей в слое толщиной SOCH (по оси земляного полотна), где - доля строительной осадки;

– в случаях анализа причин деформа­ций (осадок) высоких эксплуатируемых насыпей. Путем сопоставле­ния расчетной величины SOCH и фактической SOCH.Ф, произошедшей со време­ни сдачи насыпи в эксплуатацию, уста­навливается одна из причин осадок основной площадки: если SOCH.Ф< SOCH, то осадка основания еще продолжается.

Для расчета SOCH применяется известный метод послойного суммирова­ния осадок, который заключается в следующем.

Основание насыпи по глубине делится на ряд слоев горизонтальными плоскостями произвольно при однородном грунте или в соответствии с литологическим строением основания при разнородных грунтах; так как осадка формируется в большей степени в верхних слоях, то их толщина назначается меньшей, чем нижних (всего необходимо иметь не менее трех слоев). Основание считается весомым полупространством, задача плоская, двухмерная, статическая.

 

Основание считается загруженным эпюрой верти­кальных составляющих нормальных напряжений, определяемых по формуле:

 

Сжатие (осадка) каждого слоя тол­щиной hi, м, будет выражаться формулой:

где и – средние в слое величины коэффициентов пористости, соответственно природные (до возведения насыпи) и расчетные (после возведения насыпи и полной реализации осадки основания);

hi – толщина слоя, м.

До возведения насыпи величины enp-i находятся по компрессионной кривой грунта основания по напряжениям от собственного веса грунта основания -осн, действую­щим по нижней границе расчетного слоя и определяемым по формуле:

После реализации осадки грунт будет иметь в слое коэффициенты пористости , которые берутся по той же компрессионной кривой, но при напряжениях от измененного (грунт уплотнился) собственного веса плюс напряжения от воздействия нагрузки от насыпи (воздействия эпюры). Это напряжение находится по формуле как сумма напряжений от воздействий прямоугольных и треугольных нагрузок, на которые разбивается эпюра.

Суммарную осадку всех слоев найдем для рассматриваемого вертикального сечения как сумму осадок всех расчетных слоев. Это будет приближенная осадка точки контакта насыпи с основанием для данного сечения:

где п – количество расчетных слоев.

Однако сжатие основания может распространяться ниже уровня zk, намеченного проектировщиком, или может закончиться выше этого уровня. Поэтому полная искомая осадка основания:

где Sдоп – дополнительная осадка толщи основания, реализуемая ниже или не реализуемая выше уровня zk, м.

Для ее определения вводится понятие относительной осадки . Относительная осадка любого i-го слоя:

или абсолютная осадка i-го слоя:

Дополнительную осадку основания определяют графическим путем по нижеприведенным правилам:

– строят график зависимости =f(z) в определенном масштабе по осям;

– отрезок графика между точками с глубиной 5и 10 м делят пополам и опускают из полученной точки линию на ось z;

– отрезок графика между точками 2и 5м продляют до пересечения с прямой полученной при построении в предыдущем пункте;

– полученную точку пересечения отрезков соединяют с точкой графика которая соответствует глубине 10 м и продляют до пересечения с осью z;

– точка пересечения даст глубину на которой закончится осадка основания;

– относительную добавочную осадку определим как площадь треугольника заключенную между достроенной линией графика, осью z и линией с абсциссой в 10 м.

 

В итоге полная осадка основания определится как:

Осадка основной площадки с учетом упругой переработки деформаций основания телом насыпи и долей нереализованной осадки в процессе строительства:

где – доля осадки основания, реализуемая в процессе строительства насыпи;

i – погашения осадки основания в теле насыпи, являющемся не совсем упругим принимаем i=0.001;

H – высота насыпи.

В процессе эксплуатации насыпи в нормальном режиме нереализованная осадка в процессе строительства компенсируется деформациями тела земляного полотна т.е. проектная отметка головки рельса изменяется. Постановку головки рельса в проектное положения проводят путем досыпки балласта под подошву шпалы с последующей его подбивкой. В итоге балласт начинает скапливаться у откоса насыпи и в конечном итоге ссыпаться с него. Для предотвращения всего вышеперечисленного основную площадку следует уширять на расстояние:

где mб=1.5 – показатель откоса балластной призмы.

Расчет осадки основания производим в табличной форме (таблица 3) по методике изложенной выше.

После таблицы приводится поясняющий расчет.

 

N Z sпрi епрi gпрi Ssi sgi soi еoi goi hi Dh
a 0.716 18,74 400,22 400,22 0,566 20,54 0,087  
37,58 0,681 19,13 350,9 41,06 391,96 0,566 20,54 0,068 0,155
96,27 0.641 19,59 343,46 102,85 446,31 0,561 20,6 0,049 0,292
198,1 0.605 20,04 198,1 205,7 403,8 0,565 20,55 0,025 0,315
    0,762

Таблица 3.

 

Расчет первой части таблицы – природных характеристик грунта:

Точка а:

Удельный вес грунта природного сложения в точке а:

sапр= 0;

еапр =0.716;

W=0.20(в долях единиц);

Здесь подразумевается, что грунт на поверхности ненагружен.

 

 

Точка 2:

g2пр.= 18,74+0.05*2 = 18,84(кН/м3); Dg=0,05(кН/м3);

s2пр = (18,74. + 18,84)*2/2 =37,58 (кН/м3);

е2пр =0.681;

g2’пр.= 26.8*(1+0.2)/(1+0.681.) =19,13(кН/м3);

 

Точка 5:

g5пр.= 19,13+0,05*5 = 19,38(кН/м3); Dg=0,05(кН/м3);

s5пр = (19,13+ 19,38)*5/2 = 96,27(.кH);

е5пр =0,641;

g5’пр.= 26.8*(1+0,2)/(1+0.641.) = 19,59(кН/м3);

g5’пр.= 26.8*(1+0.19)/(1+0.649.) = 19,34(кН/м3);

 

Точка 10:

g10пр.= 19,56+0,05*10 = 20,06(кН/м3); Dg=0,05(кН/м3);

s10пр = (19,56+ 20,06)*10/2 = 198,1(кН/м3);

е10пр =0,605;

g10’пр.= 26.8*(1+0,2)/(1+0,605.) = 20,04(кН/м3);

 

 

Расчет второй части таблицы – характеристик грунта под нагрузкой и осадки слоев основания:

Расчет проводится так же методом приближения по той же методике.

 

Точка а:

Напряжения в данной точке:

Коэффициент пористости при данном напряжении определим по компрессионной кривой:

 

Удельный вес грунта с учетом, что он уплотнился под нагрузкой:

 

Точка 2:

g2o= gаo+Dg*2 =20,54 + 0,05*2 =20,64(кН/м3); Dg=0,05(кН/м3);

s2g = (gаo + g2o)*2/2 = (20,54+20,64)*2/2 = 41,18(кН/м3);

s2o =Ssi + s2g =350,9 + 41,18 =392,08(.кH);

Далее определяется е2o по значению s2o; е2o =0,567;

g2’o.= gs*(1+W)/(1+e2o) = 26,8*(1+0,2)/(1+0.567) = 20,52(кН/м3);

g2’o сравнивается с g2o расхождение превышаeт 0.05, производится перерасчет со значением g2’o .

перерасчет:

g2o=20,52 (кН/м3);

s2g = (gаo + g2o)*2/2 = (20,54+20,52)*2/2 = 41,06(кН/м3);

s2o =Ssi + s2g = 350,9 + 41,06 =391,96(.кH);

е2o =0,566;

g2’o= gs*(1+W)/(1+e2o) = 26,8*(1+0,2)/(1+0,566) = 20,54(кН/м3);

Принимаем g2o = 20,54(кН/м3);

Точка 5:

g5o= g2o+Dg*5 =20,54 + 0,05*5 =20,79(кН/м3); Dg=0,05(кН/м3);

s5g =(g2o + g5o)*5/2 = (20,54+20,79)*5/2 = 103,32(кН/м3);

s5o =Ssi + s5g = 343,46 + 103,32 =446,78(.кH);

Далее определяется е5o по значению s5o; е5o =0,561;

g5’o.= gs*(1+W)/(1+e5o) = 26,8*(1+0,2)/(1+0,561) = 20,6(кН/м3);

g5’o сравнивается с g5o расхождение превышаeт 0.05, производится перерасчет со значением g5’o .

перерасчет:

g5o=20,6 (кН/м3);

s5g =(g2o + g5o)*5/2 = (20,54+20,6)*5/2 = 102,85(кН/м3);

s5o =Ssi + s5g = 343,46 + 102,85 =446,31 (.кH);

е5o =0,561;

g5o.= gs*(1+W)/(1+e5o) = 26,8*(1+0,2)/(1+0,561) = 20,6(кН/м3);

Принимаем g5o = 20,6 (кН/м3);

 

Точка 10:

g10o= g5o+Dg*10 =20,6+ 0,05*10 =21,1(кН/м3); Dg=0,05(кН/м3);

s10g = (g5o + g10o)*10/2 = (20,6+21,1)*10/2 = 208,5(кН/м3);

s10o =Ssi + s10g = 198,1 + 208,5 =406,6(.кH);

Далее определяется е10o по значению s10o; е10o =0,566;

g10’o.= gs*(1+W)/(1+e10o) = 26,8*(1+0,2)/(1+0,566) = 20,54(кН/м3);

g10’o сравнивается с g10o расхождение превышаeт 0.05, производится перерасчет со значением g10’o .

перерасчет:

g10o=20,54(кН/м3);

s10g =(g5o + g10o)*10/2 = (20,6+20,54)*10/2 = 205,7(кН/м3);

s10o =Ssi + s10g = 198,1 + 205,7=403,8(.кH);

е10o =0,565;

g10’o = gs*(1+W)/(1+e10o) = 26,8*(1+0,2)/(1+0,565) = 20,55(кН/м3);

Для окончательного значения go рассчитывается sg, so, еo .

По результатам расчетов всех значений от sпр. до go строятся эпюры.

 

 

Далее рассчитываются:

 

hi =( епрi - еoi)/(1+ епрi);

Dh = hср* h = (hi + hi+1)*h/2;

 

где:

hi – относительная осадка;

Dh – осадка слоя грунта толщиной h;

 

Расчет:

 

hа =( 0.716– 0.566)/(1+ 0.716) = 0,087;

h2 =( 0.681–0.567)/(1+ 0.681) = 0.068;

h5 =( 0.641 – 0.561)/(1+0.641) = 0,049;

h10 =( 0.605– 0.565)/(1+ 0.605) =0.025;

 

Dha-2 = (ha + h2)*2/2 =(0.087+ 0.068)*2/2 = 0.155(м);

Dh2-5 = (h2 + h5)*3/2 =(0.068 + 0.049)*5/2 = 0.292(м);

Dh5-10 = (h5 + h10)*5/2 =(0.038 + 0.025)*10/2 = 0.315(м);

(все предыдущие значения заносятся в таблицу 3).

 

Расчет добавочной осадки (суммарные осадки ниже глубины 10метров).

 

Sдоб.= ½*h10 *zк;

 

где:

Sдоб.- осадка слоя, лежащего ниже последней расчетной точки (10) ;

zк – это точка, в которой осадка основания прекратится (определяется по графику

изменения относительной осадки грунта основания).

Sдоб.= ½*0,025*17,5 = 0.219(м);

 

Расчет осадки основной площадки и уширение основной площадки:

 

Sосн = SDh + Sдоб;

 

Sосн.площ =(1- a)* Sосн – i*H;

 

aуширен.= 2*mб* Sосн.площ;

 

 

где:

Sосн - осадка основания;

SDh - суммарная осадка слоя грунта толщиной от а до 10 метров;

Sосн.площ - осадка основной площадки;

a - доля нереализованной осадки (в долях единиц).

i – коэффициент, учитывающий поглощение осадки телом насыпи; i = 0.001;

H – высота пойменной насыпи;

£ – реализация полной осадки основания в процессе строительства (%);

aуширен.- уширение основной площадки;