Определение необходимой плотности грунта тела насыпи

На земляное полотно железных дорог действуют динамические и статические нагрузки от подвижного состава, верхнего строения пути, собственного веса грунта полотна и целый комплекс различных природных факторов. Для того чтобы под влиянием этих нагрузок в земляном полотне не появлялись остаточные деформации, при его возведении проводят работы по уплотнению грунта. Уплотнение приводит к увеличению плотности сложения грунта, уменьшению его деформативности и увеличению несущей способности.

Определение необходимой плотности грунта насыпи производится по методу стандартного уплотнения, а при индивидуальном проектировании железнодорожных насыпей необходимая плотность сложения грунтов определяется в зависимости от напряжений, которые возникают в теле насыпи.

Суть расчетов состоит в определении такой плотности сложения грунта, при которой в насыпи будут возникать только упругие деформации.

Для определения необходимой плотности грунта тела насыпи выполняются следующие действия:

1. Составляется расчетная схема для однопутного участка (рис. 1.1) или двухпутного участка (рис. 1.2).

Рис. 1.1. Расчетная схема к определению плотности грунта насыпи однопутного участка

Рис. 1.2. Расчетная схема к определению плотности грунта насыпи двухпутного участка

2. Определяются нагрузки, формирующие напряжения в насыпи.

Временная нагрузка от подвижного состава на основную площадку земляного полотна принимается в виде полосовой нагрузки с интенсивностью, равной допускаемой величине напряжения [ ] для основной площадки земляного полотна. Значения приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Величина

Вид подвижного состава	Значения [ ], кПа, при грузонапряженности, млн. т км брутто на км в год
Более 50	50….25	24…10	Менее10
Локомотивы
Вагоны

Постоянная нагрузка принимается в виде полосовой нагрузки с интенсивностью, равной среднему давлению от веса верхнего строения пути на основную площадку земляного полотна , которая определяется по таблице 1.2 в зависимости от типа верхнего строения пути.

Значения ширины нагрузки от верхнего строения пути однопутного и двухпутного участка определяются по таблице 1.2.

3. Насыпь по высоте разбивается на слои, определяются и нумеруются расчетные точки. Расчетные точки определяются по оси пути однопутной насыпи или по оси одного из путей двухпутной насыпи на уровнях основной площадки, основания насыпи и через 4…6 м между этими точками.

4. Для каждой точки определяется необходимая плотность грунта в следующей последовательности:

Таблица 1.2

Параметры погонных нагрузок на основную площадку земляного полотна

Наименование параметров погонных нагрузок	Значения параметров при типах верхнего строения
тяжелом	среднем	легком
шпалы
Деревянные	Железо- бетонные	Деревянные	Железо- бетонные	Деревянные	Железо- бетонные
1.Толщина балластного слоя, , м	0,70	0,75	0,65	0,70	0,60	0,65
2.Интенсивность нагрузки верхнего строения, , кПа	16,0	17,0	15,0	16,0	15,0	16,0
3.Ширина нагрузки балластного слоя прямоугольной формы на участках: однопутном, , м двухпутном, , м	4,81   8,97	4,87   9,01	4,53   8,68	4,60   8,75	4,25   8,39	4,33   8,45

4.1. Задаются начальным значением удельного веса грунта

= +(0,1…0,3); (1.1)

4.2. На основании принципа независимости действия сил в каждой расчетной точке определяются следующие напряжения:

4.2.1. Вертикальные напряжения от поездной нагрузки . При однопутном земляном полотне (рис. 1.3) определяются по формуле

= , (1.2)

где - коэффициент рассеяния напряжений, равный

=f( ); =0. (1.3)

Рис. 1.3. Расчетная схема к определению напряжений от поездной нагрузки для однопутного участка

При двухпутном земляном полотне напряжения от поездной нагрузки (рис. 1.4 и 1.5) составят

= , (1.4)

где напряжения от поездной нагрузки первого пути

, (1.5)

где =f( ); =0; (1.6.)

напряжения от поездной нагрузки второго пути, определяемые по формуле

, (1.7)

где =f( ); = = 4,1 м. (1.8)

Табличные значения коэффициента рассеяния напряжений в долях напряжений от прямоугольной полосовой нагрузки приведены в приложении 3.

Рис. 1.4. Расчетная схема к определению напряжений от поездной нагрузки для двухпутного участка

Рис. 1.5. Расчетная схема к определению напряжений от поездной нагрузки для двухпутного участка

4.2.2. Вертикальные напряжения от веса верхнего строения пути .

При однопутном земляном полотне (рис. 1.6) определяются по формуле

= , (1.9)

где =f( ; ); =0. (1.10)

Рис. 1.6. Расчетная схема к определению напряжений от веса верхнего строения пути для однопутного участка

При двухпутном земляном полотне (рис. 1.7) будут равны

(1.11)

где ; = /2=2,05 м. (1.12)

Рис. 1.7. Расчетная схема к определению напряжений от веса верхнего строения пути для двухпутного участка

Табличные значения в долях напряжений от прямоугольной полосовой нагрузки приведены в приложении 3.

4.2.3. Напряжения от собственного веса грунта земляного полотна будут равны

, (1.13)

где толщина слоя, м.

4.2.4. Напряжения от постоянных нагрузок определяются по формуле

; (1.14)

4.2.5. Полные напряжения составят

; (1.15)

4.3. На основе данных, приведенных в приложении 5, строится компрессионная кривая грунта тела насыпи (рис. 1.8). По компрессионной кривой определяются значения коэффициента пористости: .

Рис. 1.8. Компрессионная кривая грунта тела насыпи е = f( )

4.4. Вычисляются следующие параметры:

Δ ; (1.16)

Δ ; (1.17)

, (1.18)

где к_е - коэффициент учета влияния многократности, продолжительности и способа приложения нагрузки;

к_е =1,1….1,6 (меньшее значение - для супесей, большее – для тяжелых суглинков);

к_н - коэффициент, учитывающий изменения к_е по глубине;

к_н = 1,0 (для точки 0), к_н = 0,85 (для точки 1), к_н = 0,75 (для остальных точек).

4.5. Вычисляется плотность сухого грунта

, (1.19)

где - плотность частиц грунта, т/м³.

4.6. Вычисляется удельный вес грунта

, (1.20)

где - влажность грунта, %;

- ускорение силы тяжести, м/с .

4.7. Сравниваются и .

Если разность этих значений по абсолютной величине не превышает 0,05 кН/м , то есть | ׀≤ 0,05 кН/м , то дальнейший расчет выполняется в последовательности, изложенной с пункта 4.1. Если ׀ ׀>0,05 кН/м , то выполняется перерасчет, приняв за исходные величины .

Для удобства вычислений и контроля результатов расчеты целесообразно вести в табличной форме (таблица 1.3 и 1.4).

5. По итогам расчетов вычерчиваются эпюры напряжений по высоте насыпи (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Эпюры напряжений по высоте насыпи

6. Определяются средние значения расчетных величин по формулам:

∑ ; (1.21)

∑ ; (1.22)

∑ . (1.23)