Железнодорожное земляное полотно

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Российской  Федерации

Государственное образовательное учреждение

«Петербургский  государственный университет путей  сообщения»

(ПГУПС)

____________________________________________________________

Кафедра «Железнодорожный путь»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовой  проект

 

«Железнодорожное земляное полотно»

 

 

 

 

                       

 

 

 

 

 

Шифр 05-СЖД-601

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2009г

 

 

 

 

 

 

 

Содержание  работы:

 

Часть 1.   «Расчет устойчивости пойменной  насыпи».

 

    1. Построение поперечного профиля насыпи.
    2. Определение нагрузки.
    3. Определение расчетных характеристик:
      1. Грунты насыпи
      2. Грунты основания

          1.4      Определение минимального коэффициента устойчивости.

 

 

Часть 2.    «Расчет и проектирование дренажа».

 

    1. Расчет и проектирование двустороннего закюветного дренажа выемки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       Часть 1.    Расчет устойчивости пойменной насыпи.

 

Пойменные насыпи сооружаются по индивидуальным проектам. Задача их проектирования решается подбором, т.е. сначала задаются очертания  насыпи, а затем проверяется их устойчивость

 

1.1 Построение поперечного профиля  насыпи

 

Поперечный  профиль насыпи проектируется с  учетом требований СТН-Ц-01-95. Отметка  основания по оси земляного полотна  и высота насыпи приведены в задании: м, м.

Ширина основания  земляного полотна магистральных  железных дорог 1 категории принимается  равной:

- на однопутных  линиях – 7,1м;

- на двухпутных  линиях – 11,7 м;

Очертанием  сливной призмы при расчете пойменной  насыпи можно пренебречь.

Крутизна  откосов насыпи из связных грунтов  при  м принимается равной:

- в верхней  части высотой до 6 м – 1:1,5;

- в средней  части высотой до 12 м – 1:1,75;

- в нижней  части высотой более 12 м – 1:2;

У пойменных  насыпей подтапливаемых водой, устраивают бермы, шириной не менее 3 м. Отметка берм принимается на уровне 1/3 высоты насыпи, но не ниже чем:

 м

где  м – отметка горизонта высокой воды трехсотлетней вероятности превышения;

 м – высота набега волны;

 м – технический запас;

Крутизна  откосов берм в случае подтопления  их водой принимается не менее 1:2.

 

1.2 Определение нагрузки

 

Нагрузка  от подвижного состава и нагрузка от собственного веса верхнего строения пути, учитывается в виде фиктивного столбика грунта высотой:

 м

где  кгс/м2=10,4 т/м2 – временная поездная нагрузка (принимается равной допускаемым напряжениям на основной площадке земляного полотна);

 т/м3 – объемный вес грунта насыпи при естественной влажности;

Ширина полосовой  нагрузки принимается равной длине  шпалы, т.е. 2,75 м.

т/м2

 

 

 

1.3 Определение расчетных характеристик  грунтов

 

1.3.1 Грунты насыпи:

 

Объемный  вес грунтов насыпи во взвешенном состоянии определяется по формуле:

 т/м3

где  т/м3 – удельный вес грунтов насыпи;

- коэффициент пористости грунтов  насыпи при нормальной плотности;

γс к=1,66 т/м3 – объемный вес скелета грунта насыпи;                            

 

Коэффициент трения грунтов насыпи во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где  - коэффициент трения грунтов насыпи в естественной влажности;

- угол внутреннего трения  грунта;

Удельное  сцепление грунтов насыпи во взвешенном состоянии определяется по формуле:

 т/м2

где  т/м2 – удельное сцепление грунтов в естественном состоянии;

 

 

 

1.3.2 Грунты основания:

 

Характеристики  грунтов основания при естественной влажности приводятся в задании.

Объемный  вес грунтов основания определяется по формуле:

 т/м3

где   т/м3 – удельный вес грунтов основания;

- коэффициент пористости грунтов  основания при естественной влажности;

γс к=1,66 т/м3 – объемный вес скелета грунта основания.

       

Коэффициент трения грунтов основания во взвешенном состоянии определяется по формуле:

где  - коэффициент трения грунтов основания в естественной влажности;

- угол внутреннего трения  связанных грунтов;

 

Удельное  сцепление грунтов основания  во взвешенном состоянии определяется по формуле:

 т/м2

где  т/м2 – удельное сцепление грунтов в естественном состоянии

 

Результаты  расчетов по определению характеристик  грунтов насыпи и основания сведем в таблицу 1.

 Значение  углов внутреннего трения грунтов  насыпи и основания во взвешенном  состоянии определяются по формулам:

                               

                                       Характеристики грунтов. Таблица 1

 

Характеристика 

, т/м2

, т/м3

Грунты

Насыпь

В естественном состоянии

21,6

0,4

2,9

2,6

Во взвешенном состоянии

18,78

0,34

2,03

1,02

Основание

В естественном состоянии

21

0,384

2,6

2,56

Во взвешенном состоянии

21,01

0,326

1,82

1,01


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Определение минимального коэффициента  устойчивости насыпи

 

Для определения  коэффициента устойчивости задаемся возможными кривыми обрушения, для каждой из которой определяем наименьший коэффициент  устойчивости откоса по следующей формуле:

где  - номинальная составляющая силы собственного веса;

 

- касательная составляющая собственного  веса;

 

- коэффициент трения;

 

- длина поверхности скольжения  в пределах рассматриваемого  отсека;

 

- удельной сцепление;

 

- гидродинамическое давление;

 

- площадь, равная сумме площади  сползающей насыпи во взвешенном  состоянии;

 

- средний уклон кривой депрессии;

 

Возможные кривые обрушения представлены на рис.1.

Дальнейшие  вычисления указанных сил, а также  их суммы по всем отсекам представлены в таблицах 2,3,4, соответственно для 3-х возможных кривых обрушения.

 По данным  таблиц определяются по формуле  три значения коэффициента устойчивости, которые сравниваются с нормативным  значением [ Кн = 1,2].

 

- при радиусе кривой обрушения R=35,6(м):

 

 

- при радиусе кривой обрушения R=45,09(м):

 

 

- при радиусе кривой обрушения R=46,26(м):

 

 

По результатам  расчетов можно сделать следующие  выводы:

в результате расчета получили, что  коэффициенты устойчивости насыпи во всех случаях не намного больше нормативного значения равного 1,2 , поэтому откос насыпи имеет хороший запас устойчивости. 

 

 

Определение удерживающих и сдвигающих сил (R=35,6 м)           Таблица 2

 

 

№

α

sinα

cosα

ωc

ωв

ωво

Qс

Qв

Qво

Q

N

f

N*f

T

C

l

C*l

1

50

0,77

0,64

2,69

0

0

6,99

0

0

6,99

4,50

0,4

1,7983

5,3577

2,9

3,3

9,57

2

45

0,71

0,71

25,24

0

0

51,74

0

0

51,74

36,59

0,4

14,635

36,587

2,9

3,8

11,02

3

40

0,64

0,77

12,53

0

0

25,69

0

0

25,69

19,68

0,4

7,8708

16,511

2,9

2,7

7,83

4

34

0,56

0,83

31,32

0

0

64,21

0

0

64,21

53,23

0,4

21,292

35,904

2,9

5,3

15,37

5

27

0,45

0,89

30,3

0

0

62,12

0

0

62,12

55,34

0,4

22,138

28,2

2,9

2,3

6,67

6

23

0,39

0,92

1,06

0

0

2,17

0

0

2,17

2,00

0,34

0,6801

0,8491

2,03

0,2

0,406

7

20

0,34

0,94

19,97

2,51

0

40,94

2,5602

0

43,50

40,88

0,34

13,898

14,877

2,03

4,04

8,2012

8

15

0,26

0,97

11,36

6,36

0

23,29

6,4872

0

29,78

28,76

0,34

9,7786

7,7064

2,03

3,7

7,511

9

11

0,19

0,98

4,44

4,92

0

9,10

5,0184

0

14,12

13,86

0,34

4,7127

2,6943

2,03

2,1

4,263

10

9

0,16

0,99

2,03

2,38

0,05

4,16

2,4276

0,069

6,66

6,58

0,33

2,1701

1,0416

1,82

0,9

1,638

11

5

0,09

1,00

4,12

8,05

0,68

8,45

8,211

0,9384

17,60

17,53

0,33

5,7844

1,5335

1,82

3,1

5,642

12

3

0,05

1,00

0,22

2,5

0,32

0,45

2,55

0,4416

3,44

3,44

0,33

1,1345

0,1802

1,82

0,9

1,638

13

1

0,02

1,00

0

3,36

0,49

0,00

3,4272

0,6762

4,10

4,10

0,33

1,3539

0,0716

1,82

1,4

2,548

14

2

0,03

1,00

0

3,88

0,67

0

3,9576

0,9246

4,88

4,88

0,33

1,6101

0,1704

1,82

4,05

7,371

       

145,28

33,96

2,21

            

108,86

151,68

    

89,678

                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение удерживающих и сдвигающих сил (R=37,24м)          Таблица 3

 

№

α

sinα

cosα

ωc

ωв

ωво

Qс

Qв

Qво

Q

N

f

N*f

T

C

l

C*l

1

48

0,74

0,67

18,6

0

0

48,36

0

0

48,36

32,36

0,4

12,944

35,938

2,9

3,8

11,02

2

44

0,69

0,72

7,81

0

0

20,31

0

0

20,31

14,61

0,4

5,8428

14,106

2,9

2,8

8,12

3

37

0,60

0,80

21,2

0

0

55,12

0

0

55,12

44,02

0,4

17,608

33,172

2,9

5,5

15,95

4

30

0,50

0,87

20,79

0

0

54,05

0

0

54,05

46,81

0,4

18,725

27,027

2,9

5,15

14,935

5

22

0,37

0,93

19,66

0

0

51,12

0

0

51,12

47,39

0,4

18,958

19,148

2,9

5,3

15,37

6

17

0,29

0,96

7,83

1,15

0

20,36

1,173

0

21,53

20,59

0,34

7,0007

6,2951

2,03

2,85

5,7855

7

13

0,22

0,97

6,48

3,69

0

16,85

3,7638

0

20,61

20,08

0,34

6,8284

4,6366

2,03

3,11

6,3133

8

8

0,14

0,99

4,05

5,62

0

10,53

5,7324

0

16,26

16,10

0,34

5,4754

2,2633

2,03

3,05

6,1915

9

5

0,09

1,00

0,29

2,4

0

0,75

2,45

0

3,20

3,19

0,34

1,0845

0,2791

2,03

1,09

2,2127

10

1

0,02

1,00

0

5,59

0

0,00

5,70

0

5,70

5,70

0,34

1,9383

0,0995

2,03

3,44

6,9832

11

1

0,02

1,00

0

0,55

0

0,00

0,56

0

0,56

0,56

0,34

0,1907

0,0098

2,03

2,15

4,3645

       

106,71

19

          

251,42

  

96,595

142,98

    

97,246

                                   
                                   
                                   
                                   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение удерживающих и сдвигающих сил (R=39,93 м)                  Таблица 4

№

α

sinα

cosα

ωc

ωв

ωво

Qс

Qв

Qво

Q

N

f

N*f

T

C

l

C*l

1

48

0,74

0,67

8,43

0

0

17,28

0

0

17,28

11,56

0,4

4,6254

12,843

2,9

2,19

6,351

2

45

0,71

0,71

6

0

0

12,30

0

0

12,30

8,70

0,4

3,479

8,6974

2,9

3,13

9,077

3

39

0,63

0,78

19,82

0

0

40,63

0

0

40,63

31,58

0,4

12,63

25,57

2,9

5,9

17,11

4

31

0,52

0,86

21,39

0

0

43,85

0

0

43,85

37,59

0,4

15,035

22,584

2,9

5,3

15,37

5

25

0,42

0,91

16,93

0

0

34,71

0

0

34,71

31,45

0,4

12,582

14,668

2,9

4,17

12,093

6

20

0,34

0,94

12,2

2,43

0

25,01

2,6001

0

27,61

25,95

0,34

8,8213

9,4432

2,03

4,03

8,1809

7

16

0,28

0,96

6,48

4,91

0

13,28

5,2537

0

18,54

17,82

0,34

6,0587

5,1097

2,03

3

6,09

8

11

0,19

0,98

4,05

6,67

0

8,30

7,1369

0

15,44

15,16

0,34

5,1529

2,946

2,03

3

6,09

9

9

0,16

0,99

0,28

2,73

0

0,57

2,92

0

3,50

3,45

0,34

1,1737

0,5468

2,03

1,09

2,2127

10

8

0,14

0,99

0

1,27

0

0,00

1,36

0

1,36

1,35

0,34

0,4575

0,1891

2,03

0,5

1,015

11

5

0,09

1,00

0

5,99

0

0,00

6,41

0

6,41

6,38

0,34

2,1709

0,5586

2,03

5,06

10,272

       

95,58

24

              

72,186

103,16

    

93,861

                                   
                                   
                                   
                                   

 

 

 

  Часть 2. Расчет и проектирование  двустороннего закюветного дренажа  выемки.

 

 

Дренаж –  устройство, предназначенное для  снижения влажности грунтов и  понижения    уровня или перехвата  подземных вод.

 Подземные  воды, в зависимости от их вида, по-разному влияют на прочность,  устойчивость и стабильность  земляного полотна и его основания.  Они бывают безнапорными - в виде  верховодки, грунтовых вод и межпластовых  вод, и напорными. Вода в  грунте может находиться в  трех состояниях: жидкой фазе, твердой  (лед), газообразной (водяной пар). Для  земляного полотна наибольшую  опасность представляет свободная  гравитационная и тем более  напорная вода - она снижает сопротивляемость  грунтов сдвигу, а вода виде  льда – создает условия для  морозного пучения грунтов. Связную  же воду очень сложно удалить  из грунта, а при ее значительном  количестве также существует  явление падения сопротивления  грунтов сдвигу.

Дренаж является одним из мероприятий по борьбе с  пучинами. Пучины образуются в результате замерзания влажного грунта из-за увеличения объема воды. Таким образом, для недопущения  появления пучин необходимо или  убрать воду из грунта или убрать зону промерзания за пределы пучинистого  грунта. Для изменения зоны промерзания  используют укладку пенополистирольных плит. Для отвода воды из грунтов  основания железнодорожного пути используют дренажи.

 

2.1 Расчет и проектирование двустороннего  закюветного дренажа.

 При проектировании дренажа расчетом определяется:

-  глубина их заложения;

-  расход воды (дебит);

-  диаметр дренажной трубы.

 

             Глубина заложения дренажа определяется по формуле:

 

,

 

где - расчетная глубина промерзания грунта от верха балластного  

 

слоя с  вероятностью непревышения один раз  за 10 лет.

    

       - высота капиллярного поднятия воды над кривой депрессии.

     

       - стрела изгиба кривой депрессии.

 

   

,

   

 где  = 0.027 – средний уклон депрессии.

      m0 = 4.45 м

 

 

 

в=0.6м.

=0,4+0,12+0,2+0,6+1,48-0,6=2,2

 

 

Отметка дна  дренажа:

 

 

Мощность  водоносного слоя относительно :

 

 

Мощность  водоносного слоя от до :

 

 

Дренажи бывают совершенные и несовершенные. Если отметка дна дренажа больше отметки водоупора, то дренаж несовершенный, если отметка меньше или равна отметке водоупора, то дренаж является совершенным. Схема дренажа изображена на рис.2

 

По расчету ДД>Вуп – это значит что дренаж несовершенный.

 

 

 

 

 

 

Список  используемой литературы

 

1. «Основы устройства и расчетов  железнодорожного пути» Под редакцией  проф. Амелина С.В. и Яковлевой  Т.Г.; Москва. Транспорт 1990 г;

 

2. ЦПТ – 774 «Инструкция по  текущему содержанию пути»;

 

3. «Земляное полотно»  под редакцией  проф. Фришмана М.А.;

 

4. «Железнодорожный путь»  под  редакцией проф. Шахунянца Г.М.;




Железнодорожное земляное полотно 📙 Курсовая → 🆔 78335

Железнодорожное земляное полотно 📙 Курсовая → 🆔 78335

Железнодорожное земляное полотно