2-3zadach

В первом приближении для установления типа основания по просадочности можно использовать данные таблицы 3.2.

Т а б л и ц а 3.2

1.2Выбор принципа проектирования земляного полотна на вечномёрзлых грунтах

Земляное полотно на вечномерзлых грунтах может проектироваться исходя из двух основных принципов: I – использование многолетнемерзлых

11

оснований с недопущением оттаивания мерзлых грунтов в течение всего срока эксплуатации и II принципа – с возможностью оттаивания многолетнемерзлых грунтов и их использованием при эксплуатации в оттаявшем состоянии.

Для установления принципа проектирования следует руководствоваться таблицей 3.3.

Подзона распространения многолетнемерзлых грунтов устанавливается по карте дорожно-климатического районирования (рис. 3.1). Тип местности по условиям увлажнения устанавливается в соответствии с таблицей 3.4.

Восновании насыпи залегает торф с незначительной мощностью (0,25 м), суглинок мощностью 1,6 м и мелкий песок. Относительное сжатие суглинка при оттаивании под нагрузкой составляет = 0,30, песка мелкого= 0,028. Таким образом, тип основания по просадочности -III, так как у суглинка = 0,30 (табл. 3.1).

Внашем случае имеем: для г. Якутска – подзона распространения вечномерзлых грунтов – I2, тип местности по условиям увлажнения – 3 тип, поскольку имеется заболачивание, с поверхности залегает торф с влажностью 400 %, наблюдается избыточное увлажнение грунтов основание (суглинки при оттаивании приобретают текучую консистенцию).

Таким образом, при проектировании следует выбирать II принцип строительства земляного полотна на вечномерзлом основании, предусматривающий использование талых грунтов в основании при условии не превышения допустимых осадок грунтов основания.

Поскольку для проектирования выбирается II принцип, тогда обеспечение надежности земляного полотна обеспечивается определенной высотой насыпи, при которой верхняя граница вечномерзлой толщи грунта сохраняется на определенном уровне и осадка основания насыпи в оттаявшее основание не будет превосходить допустимой величины. Высота насыпи, при которой осадка основания при оттаивании слагающих его грунтов не буде превосходить допускаемых величин, называется оптимальной высотой

насыпи оп. Высота насыпи не должна быть меньше оптимальной. Если по условиям продольного профиля нельзя обеспечить насыпь высотой оп или более, то производят замену грунта в основании насыпи. Глубина замены и высота надземной части в сумме должны составлять оп.

12

Т а б л и ц а 3.3 – Выбор принципа проектирования земляного полотна на многолетнемерзлых грунтах

Рисунок 3.1 – Карта дорожно-климатического районирования

14

Т а б л и ц а 3.4 – Типы местности по условиям увлажнения

15

1.3 Определение допустимых осадок основания земляного полотна

Для установления допустимых остаточных деформаций земляного полотна используем данные таблицы 3 СП 238.1326000.2015. Для линий II категории допустимая полная остаточная деформация основания насыпи до реконструкции или капитального ремонта линии составляет 0,40 м, интенсивность осадки основания не более 150 мм/год, расчетная допустимая величина деформации равномерного морозного пучения не более 20 мм, допустимая упругая осадка основания насыпи – не более 2 мм.

С учетом этого главным критерием в данной ситуации является интенсивность осадки, поскольку в данном случае она будет реализовываться за счет оттаивания грунтов основания насыпи. Таким образом за допустимую остаточную деформацию насыпи примем интенсивность осадки и определим оптимальную высоту насыпи, при которой осадка основания не превысит ежегодную допустимую деформацию основания.

Определим оптимальную высоту насыпи, исходя из условия расчетной осадки основания земляного полотна = 0,15 м.

1.4Определение расчетной глубины сезонного оттаивания грунтов основания

Воспользуемся результатами расчета, выполненными в ходе решения задачи в рамках практического занятия № 2.

В случае, когда грунты основания представлены двумя-тремя слоями, а их физические и теплофизические свойства которых существенно различаются, нормативная глубина сезонного оттаивания определяется по следующим формулам:

где1 и 2 – толщины первого (верхнего) и второго слоев, м;

, −1, , −2, , −3 – нормативные глубины сезонного оттаивания в случаях однородного сложения площадки грунтами соответственно первого,

второго и третьего слоев, определяемые по методике, приведенной в материалах к практическому занятию № 1 или по картам.

С учетом определения для города Якутска глубин сезонного оттаивания для отдельных разновидностей грунтов определим по вышеприведенным формулам глубину сезонного оттаивания слоистого основания.

Конструкция трехслойная. Из условий задачи следует, что первый слой представлен торфом, мощностью 0,25 м, второй суглинком мощностью 1,35 м, далее залегает до глубины 5,0 м мелкий песок. Тогда:

1 = 0,25 м

2 = 1,35 м

Ранее определили нормативные глубины сезонного оттаивания для трех разновидностей грунтов, слагающих основание будущей насыпи. Тогда:

для торфа:

, −1 = 1,38 м

для суглинка:

, −2 = 2,48 м

для мелкого песка:

, −3 = 3,18 м

Расчетная глубина сезонного оттаивания грунтов основания вычисляется по формуле:

= ∙ ,

где - коэффициент теплового влияния сооружения, принимается при проектировании земляного полотна равным 1,0.

Тогда

= 2,47 м

1.5Определение глубины сезонного оттаивания грунтов дорожной конструкции

Дорожная конструкция состоит из трех слоев. Толщина верхнего (первого) слоя - балластная призма составляет 0,40 м. С учетом засыпки шпальных ящиков щебнем и, учитывая высоту шпалы в середине 14,5 см, общая толщина щебня составит 0,55 м. Т.е.

17

1 = 0,55 м

Толщина второго слоя – тело насыпи, сооружаемой из песка средней крупности неизвестна.

Определим глубины сезонного оттаивания щебня и песка средней крупности, как для материалов, применяемых для сооружения тела насыпи и балластной призмы.

Нормативная глубина оттаивания каждого слоя определяется по формуле:

, = п

где – глубина сезонного оттаивания, переделяемая по картам,

приведенным на рис. 2.1-2.4 или в соответствии с методикой, рассмотренной при решении задачи № 1;

– коэффициент, учитывающий фактическую влажность грунта. При аналитическом определении глубины сезонного оттаивания по методике, приведенной в задаче № 1 = 1,0. При использовании карт изолиний принимается с данными, указанными на рис. 2.1-2.4;

п – коэффициент, учитывающий интенсивность оттаивания балластного слоя железнодорожного пути. Для тела насыпи п = 1,0.

При определении коэффициента влажность грунтов насыпи принимается нормативной (близкой к оптимальной). В первом приближении можно использовать данные приведенные ниже (влажность приведена в %):

18

Значение коэффициента п следует принимать в соответствии с данными, приведенными ниже:

Рассмотрим слой щебня. По рис. 2.3 для г. Якутска находим:

= 3,1 м

Нормативная влажность – 3 %, тогда = 1,07 (рис. 2.3) Значение коэффициента п принимаем равным 1,25. Тогда:

, −1 = 1,25 ∙ 1,07 ∙ 3,1 = 4,15 м

Аналогичным образом определяем нормативную глубину сезонного оттаивания слоя песка средней крупности:

По рис. 2.3 для г. Якутска находим:

= 3,1 м

Нормативная влажность – 7 %, тогда = 0,96 (рис. 2.3) Значение коэффициента п принимаем равным 1,0. Тогда:

, −2 = 1,0 ∙ 0,96 ∙ 3,1 = 2,98 м

Найдем нормативную глубину оттаивания всей дорожной конструкции. Поскольку имеем два слоя, воспользуемся формулой:

2,98, = 2,98 + 0,55 (1 − 4,15) = 3,14 м

Тогда расчетная глубина сезонного оттаивания дорожной конструкции будет равна

= ∙ ,

где - коэффициент теплового влияния сооружения, принимается при проектировании земляного полотна равным 1,0.

19

Тогда:

= 3,14 м

1.6 Определение оптимальной высоты насыпи

Оптимальная высота насыпи рассчитывается по формуле

где−н – расчетная глубина сезонного оттаивания дорожной конструкции,

м;

−о – расчетная глубина сезонного оттаивания грунтов основания (до сооружения насыпи), м

– расчетная осадка основания насыпи, м;– относительное сжатие грунтов основания при оттаивании под

нагрузкой;б – суммарная толщина балласта, включая засыпку в шпальном ящике,

м;

э – коэффициент, учитывающий экспозицию склона для участков дороги, проходящих по склонам южной экспозиции, принимается в соответствии с данными приведенными ниже:

При основания IV категории по просадочности (просадочное основание) осадка насыпи не допускается, т.е. используется I принцип строительства зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах и оптимальная высота насыпи принимается равной и более −н.

Для нашего случая имеем:

−н = 3,14 м

−о = 2,47 м

= 0,15 м

20