1.3. Проектирование поперечного профиля

1.3.1. Нормативные требования к проектированию поперечного профиля насыпи

При проектировании используется СТН Ц-01-95.

Ширина основной площадки земляного полотна для дороги I категории, двухпутной, суглинок, Bo1 = 7,6 м.

Крутизна откосов для типовой конструкции насыпи до 12 м принята равной:

• в верхней части насыпи высотой 6 м - 1:1,5;

• при высоте 6 - 12 м - 1:1,75;

• при высоте > 12 м - 1:2.

Согласно СТН ширина бермы Вбн 3 м. Расчет минимальной ширины бермы производится по формуле: Вб = Вбн + а,

где Вбн - нормативная ширина бермы (3 м);

а - конструктивный запас из условия безопасности производства работы по укреплению откоса (1 м).

Таким образом, Вб = 4 м. Крутизна откоса ниже отметки бермы должна быть 1:2. Отметка бермы Нб = 6,62 м получена расчетом в пункте 1.2. проекта. Уклон местности i = 0,011.

На основании учета всех этих требований построен поперечный профиль насыпи (рис. 1.3.1).

Рисунок 1.3. Поперечный профиль насыпи

1.3.2. Расчетные характеристики грунта насыпи и основания

Определим все необходимые характеристики грунта, требующиеся для расчета устойчивости насыпи в условиях ее подтопления водой. Для этого условно насыпь разбивается на три зоны:

I - естественного состояния грунта (при заданной W = 20%);

II - капиллярного поднятия (условие полного водонасыщения грунта W=100%);

III - гравитационных вод (грунт насыпи и основания находится во взвешенном состоянии).

В том случае, если кривая возможного обрушения захватывает основание насыпи, то выделяется еще и зона IV. Определим расчетные характеристики в отдельных зонах.

I зона насыпи с грунтом в естественном состоянии W = 20%.

Средний удельный вес грунта  насыпи равен (для точек 0,1,2);

Средний коэффициент пористости е0 равен (для точек 0,1,2):

.

II зона капиллярного поднятия (W = 100%).

Удельный вес грунта в состоянии полного водонасыщения _бр:

,

где _s - удельный вес частиц грунта насыпи;

_в - удельный вес воды (9,81 кН/м3);

е_o - среднее значение коэффициента для зоны I.

Для сдвиговых характеристик грунта (удельного сцепления Сбр и угла внутреннего трения бр) в этой зоне действуют следующие соотношения: С_бр = 0,5С, кПа; f_бр = 0,75f = 0,75tg

III зона гравитационных вод (грунт насыпи находится во взвешенном состоянии).

Сдвиговые характеристики грунта (С_в и f_в) в этой зоне принимаются такими же, как и в зоне капиллярного поднятия (зона II).

IV зона грунта основания.

Учитывается в том случае, если кривая обрушения будет захватывать основание. Здесь следует различать два вида основания: водопроницаемое и водонепроницаемое.

При водонепроницаемом основании (суглинок):

Удельный вес равенγ_{осн _взв}=γ_{s_осн}

где _s-осн - удельный вес частиц грунта основания.

1.3.3. Расчет устойчивости проектируемой насыпи с учетом влияния подтопления

Коэффициент устойчивости К_уст определяется для рассматриваемого случая по формуле:

Здесь кроме известных обозначений Т_уд-i иТ_сдв-i - соответственно удерживающие и сдвигающие составляющие силы Q_i отсека;

Д₀ - гидродинамическая сила, равная:

,

где ₀ = 0,050- средний уклон кривой депрессии;

_в = 9,81 кН/м3 - удельный вес воды;

 - площадь поперечного сечения водонасыщенного грунта снизу ограниченная кривой обрушения.

Для i-го отсека i равна:

i = _взв,н-i + _{взв,осн-i},

где _взв,н-i и _{взв,осн-i} - соответственно площади поперечного сечения в зоне гравитационных вод и основания.

Вес массива грунта Qi, ограниченного кривой обрушения, определяется по формуле:

Qi=  +_бр_бр + _взв_взв +_осн_осн.

Динамический характер поездной нагрузки учитывается через приведенную величину Р_пр по формуле:

Р_пр = Р₀I,

где I - интегральный параметр, учитывающий динамическое состояние насыпи.

Заменим нагрузки от движущегося поезда Р_пр и веса верхнего строения пути (ВСП) Р_вс соответствующими им столбами грунта высотой м.

, .

Расчетная схема для определения устойчивости приведена на рис. 1.3.2. Расчет – в приложении 1.3.1 и 1.3.2.