МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Путь и путевое хозяйство»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине

«Проектирование земляного полотна железных дорог»

ПРОЕКТ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Выполнил:

Ст. гр. СЖД-411 Гладков А.А.

Принял:

Доц. Фроловский Ю. К.

Москва – 2013

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1 ПРОЕКТ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ

1.1 Определение требуемой плотности грунта насыпи и проектирование защитного слоя

1.2 Проектирование поперечного профиля насыпи. Расчеты устойчивости

1.3 Определение осадки основания насыпи и требуемого уширения основной площадки

1.4 Проектирование конструкции укрепления откосов

2 ПРОЕКТ ВЫЕМКИ

2.1 Проектирование нагорной канавы и ее укреплений

2.2 Проектирование противопучинных мероприятий в выемке

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Земляное полотно - это инженерное сооружение из грунта, на котором размещается верхнее строение железнодорожного пути. Земляное полотно воспринимает статические нагрузки от верхнего строения пути и динамические от подвижного состава и упруго передает их на основание. Земляное полотно предназначено также для выравнивания земной поверхности в пределах железнодорожной трассы и придания пути необходимого плана и профиля.

Земляное полотно - наиболее ответственный элемент железнодорожного пути, его несущая конструкция.

От надежности земляного полотна зависят техническая скорость движения поездов и разрешаемая статическая нагрузка на рельсы, провозная и пропускная способность линии.

К земляному полотну предъявляются следующие основные требования:

- оно должно быть прочным (грунт должен иметь достаточное сопротивление воздействию нормальных напряжений), устойчивым (грунт должен иметь достаточное сопротивление воздействию касательных напряжений), надежным (работать без отказов), долговечным (иметь неопределенно долгий срок службы);

- вся поверхность земляного полотна, устройства при нем и полосы отвода должны быть спланированы и защищены так, чтобы атмосферная вода нигде не застаивалась, и был обеспечен ее максимальный сток в стороны или в специальные водоотводные сооружения при минимальной впитываемости в грунт, а текущая вода не размывала бы откосы и основание;

- конструкции земляного полотна должны обеспечивать минимальные расходы на их устройство, ремонты и содержание при максимальной возможности механизации и автоматизации работ.

Для защиты земляного полотна от неблагоприятных природных воздействий оно имеет также комплекс различных водоотводных, защитных и укрепительных сооружений и устройств.

При проектировании необходимо обеспечить заданный уровень надежности земляного полотна по прочности, устойчивости и стабильности с учетом опыта эксплуатации дорог и вибродинамического воздействия поездов при минимальных приведенных затратах, а также максимальном сохранении ценных земель и наименьшем ущербе природной среде.

Проектирование конструкций земляного полотна и необходимых укрепительных, защитных и водоотводных сооружений, как правило, производится вариантно, с последующим выбором путем технико-экономических расчетов наиболее рационального варианта.

1 Проект пойменной насыпи

Насыпи, располагаемые в поймах рек, на мостовых переходах через водотоки называются пойменными. При их проектировании необходимо учитывать ряд специфических требований, которые отсутствуют в случае проектирования суходольных насыпей. Земляное полотно (насыпь) на участках подтопления (берега морей, озер, водохранилищ, пересечения водотоков, прижимные участки трассы и пр.) проектируется с учетом постоянного или периодического воздействия водных масс водотоков или водоемов, которое выражается в виде обводнения грунтов тела насыпи, размывающего воздействия, вызываемого течением постоянного потока или волнением, разрушения и загромождения откосов земляного полотна льдом.

1.1 Определение требуемой плотности грунта насыпи и проектирование защитного слоя

Требуемая минимальная плотность сложения сухого грунта _d, г/см³, т/м³, должна быть такой, чтобы грунт насыпи при воздействии временных поездных нагрузок работал практически в упругой стадии.

Требуемую в земляном полотне для песчаных и глинистых грунтов плотность сложения сухого грунта _d определяют по формуле:

, (1.1.1)

где k – минимальный коэффициент уплотнения, для верхней идля нижней частей, см. табл.5.4 стр.297 [1];

- максимальная плотность сухого грунта, т/м³.

Таким образом:

т/м³;

т/м³.

Плотность грунта насыпи с учётом влажности определяется по формуле:

, (1.1.2)

где: - оптимальная влажность.

т/м³;

т/м³.

Удельный вес грунта насыпи определяется по формуле:

; (1.3)

кН/м³;

кН/м³.

Защитный слой – слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтобы под ним не возникали пластические деформации. Защитный слой укладывается под основную площадку для предотвращения пучения.

Согласно СТН Ц-01-95 толщина защитного верхнего слоя h_защ для насыпи, отсыпанной супесью составляет 0,5-0,7 м. К расчету принята величина h_защ =0,5 м. Защитный слой отсыпается из песчано-гравийной смеси с параметрами: с = 1 кПа; φ=33º.

1.2 Проектирование поперечного профиля насыпи. Расчеты устойчивости

По СТН Ц-01-95 для 1 категории дороги однопутной линии и для насыпей из супеси ширина основной площадки земляного полотна (ОПЗП) равна 7,6 м.

Допустим следующую расчетную схему (рисунок 1.1):

Нагрузки от верхнего строения пути (ВСП) Р_вс и от подвижного состава Р_р заменяются фиктивными столбами грунта высотой Z.

, , (1.4)

где - интенсивность действия нагрузки, от верхнего строения пути;

- интенсивность действия нагрузки от подвижного состава;

- удельный вес нижележащего слоя.

Предполагая, что сдвиг грунта произойдет по траектории А-Б определены границы массива сползающего грунта (рисунок 1.2). Для удобства этот массив был разделен на десять отсеков. Для каждого отсека определены площадь ω, длина поверхности сползания l, угол сползания α, удельный вес грунта (защитного и нижнего слоев), параметры сцепления по границе А-Б. Расчет выполнен на 1 погонный метр насыпи.

Вес каждого отсека грунта определяется по формуле 1.5.

(кН) , (1.5)

где: ω_i – площадь i-го отсека, м² ;

γ_i – удельный вес грунта в i-том отсеке, кН/м³.

Сдвигающая сила Т_i равна: (кН) , (1.6)

где: α_i – угол наклона i-го отсека к горизонтали, град.

Прижимающая сила N_i равна: (кН) (1.7) Коэффициент устойчивости определяется по формуле 1.8.

, (1.8)

где: n – количество отсеков, шт;

с_i – сцепление грунта по границе потери устойчивости i-го отсека, кПа;

l_i- длина поверхности сцепления i-го отсека, м.

_{Условие устойчивости:}

_{Коэффициент устойчивости должен быть больше допускаемого значения этого коэффициента, который определяется согласно приложению П.2 СТН Ц-01-95 по формуле:}

, (1.9)

где: g_fc = 1 – коэффициент надежности по нагрузке;

g_n = 1,2 – коэффициент надежности по назначению сооружения;

g_c = 0,95 – коэффициент условий работы.

Расчеты сведены в таблицу 1.1

Вывод: Условие устойчивости выполнено.

Расчет устойчивости насыпи при наличии подтопления.

Предполагая, что сдвиг грунта произойдет по траектории А-Б определены границы массива сползающего грунта (рисунок 1.3). Для удобства этот массив был разделен на 12 отсеков. В этом случае весь грунт можно разделить на 5 слоев: защитный, тело насыпи, зона капиллярного поднятия, зона сплошного водонасыщения и грунт основания.

Удельный вес грунта в зоне капиллярного поднятия γ₂:

(кН/м³) , (1.10)

где: γ_s – удельный вес частиц грунта насыпи, кН/м³ ;

е – коэффициент пористости грунта насыпи;

γ_w – удельный вес воды, принимаемый 10 кН/м³.

Коэффициент пористости определяется по формуле 1.11.

, (1.11)

где: γ₁ – удельный вес грунта насыпи.

Удельный вес грунта в зоне сплошного водонасыщения γ₃ в случае водонепроницаемого основания (глина) определяется по формуле 1.11.

γ₃ = γ₂ = 20,53 кН/м³

Удельный вес грунта основания определяется по формуле 1.11 , но коэффициент пористости и удельный вес частиц грунта берутся для основания. В исходных данных коэффициент пористости грунта основания задан в виде компрессионной кривой. Для его определения найдено напряжение на основании по оси насыпи по формуле 1.12.

(кПа) , (1.12)

где: h_i – мощность i-го слоя, м.

На компрессионной кривой этому значению напряжения соответствует коэффициент пористости грунта основания е_осн = 0,575.

Коэффициент устойчивости насыпи с учетом подтопления определяется по формуле 1.13.

, (1.13)

где: n – число отсеков;

Т_уд – удерживающая сила , кН;

D – дополнительная сила, учитывающая эксфильтрацию воды из тела насыпи.

, (1.14)

где: I – средний уклон кривой депрессии;

ω₃, ω_осн – площади слоев грунта в зоне насыщения и основания, м².

Коэффициент устойчивости должен быть больше допускаемого значения этого коэффициента, посчитанного по формуле 1.9.

Расчет выполнен в системе Excel и представлен в таблице 1.2.

Вывод: Условие устойчивости выполнено.