Система нормативных документов в строительстве (стр. 15 из 18)

б - естественное основание мокрое

Земляное полотно из выемки

а - естественное основание сухое

б - естественное основание сырое

1 - балласт щебеночный; 2 - дренирующий грунт; 3 - глинистый грунт; 4 - защитный слой из дренирующего (песчано-гравийного) грунта; 5 - водоотводная канава; 6 - железобетонный лоток с дренажными стенками; 7 - строящийся объект; 8 - дренажная система

Земляное полотно «нулевого места»

ПРИЛОЖЕНИЕ И

РАСЧЕТ ТОЛЩИНЫ ЗАЩИТНОГО СЛОЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА

Определение толщины защитного слоя по условию обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя может быть выполнено по упрощенной методике приложения В СП 32-104.

Для примера рассмотрим случай, когда в основании земляного полотна залегают глинистые грунты, находящиеся в мягкопластичном состоянии.

Материалы инженерно-гидрогеологических изысканий показывают, что данные грунты характеризуются следующими физико-механическими свойствами.

Первый вариант расчета

Исходные данные

Грунт естественного основания ............................... Суглинки сырые мягко-пластичной

консистенции

Показатель текучести I_L ............................................................... 0,5 < I_L < 0,75

Коэффициент пористости е ................................................................ 0,73

Плотность грунта ρ ........................................................................... 1,98 т/м³

Плотность сухого грунта ρ_d ............................................................. 1,58 т/м³

Нормативное* удельное сцепление С_н .......................................... 2,0 тс/м²

Расчетное** удельное сцепление С_р ............................................ 1,44 тс/м²

Нормативное* значение угла внутреннего трения j_н ........................ 18°

Расчетное** значение угла внутреннего трения j_р ........................... 15°

* Нормативные значения прочностных характеристик грунта определены по СНиП 2.02.01, приложение 1, таблица 2.

** При вычислении расчетных значений удельного сцепления и угла внутреннего трения введены коэффициенты надежности по грунту и вибродинамического воздействия.

Для предотвращения возможности возникновения в грунте деформаций, пластических сдвигов суммарные нормативные напряжения (от крановой нагрузки, собственной массы грунта и массы верхнего строения пути) не должны превышать критической для данного грунта нагрузки.

Критическая нагрузка Р_кр определяется по формуле

где А и Б - параметры, значения которых устанавливаются по номограмме зависимости от сдвиговых характеристик грунта, представленной на рисунке И.1;

Рисунок И.1 - Номограмма зависимости параметров А и Б от прочностных характеристик грунта

1 - кривая зависимости А от j; 2-7 - кривые зависимости параметра Б от j при С, равном соответственно 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0 тс/м²

h - расстояние от нижнего уровня балластного слоя до рассматриваемого горизонта грунта основания, h = 0 (защитный слой отсутствует) и h = 2,0 м.

Для расчетных значений С_р = 1,44 тс/м² и j_р = 15° параметры будут иметь значения А = 0,25 м³/г, Б = 1,7 м.

Напряжение в теле основания земляного полотна определяется суммированием напряжений от всех действующих нагрузок:

- веса насыпного грунта земляного полотна;

- верхнего строения кранового пути;

- колеса крана на рельс.

При ширине колеи более 4,0 м прочность естественного основания от действующих нагрузок для каждой нитки кранового пути следует принимать отдельно.

Нагрузка от веса насыпного грунта земляного полотна G_гр = 0.

Рисунок И.2 - Схема нагрузок и воздействий на земляное полотно

Нагрузка от веса верхнего строения кранового пути на деревянных полушпалах G_в.с = 0,12 кгс/см².

Нагрузка от колеса крана на рельс принимается в соответствии с паспортом крана завода-изготовителя - G_к = 27,5 тс в соответствии с ГОСТ Р 51248, таблица 1.

Эпюры нагрузок (рисунок И.2) принимаются трапецеидальной формы в поперечном сечении шириной поверху, равной длине полушпалы, шириной понизу (L_п.ш + h_б), в продольном сечении - шириной поверху, равной ширине шпалы Б, понизу - (Б + 2h_б).

Площадь опоры на уровне верха земляного полотна составит S_оп = 1,95 м² при длине полушпалы, равной 1,4 м, и высоте балластного слоя 0,42 м.

Суммарная нагрузка на поверхности основания земляного полотна определяется по формуле

G = G_гр + G_в.с + G_к /S_оп = 0 + 0,12 кгс/см² + 1,4 кгс/см² = 1,52 кгс/см².

Таким образом, суммарное напряжение на поверхности основания земляного полотна от нагрузки превышает допустимую критическую нагрузку Р′_кр при отсутствии защитного слоя (h = 0) более чем в 2 раза, а при h = 2,0 м Р′_кр близка к суммарной нагрузке G.

При этих условиях (h = 2,0 м) осуществляется расчет по условиям прочности грунта защитного слоя.

Распределение по вертикали напряжений, действующих в теле земляного полотна, включая защитный слой, имеет зависимость G_в.с= f(h) и G_к = f(h) в соответствии со СНиП 2.02.01, приложение 2.

Значения напряжений от крановой нагрузки на глубине Z поверхности земляного полотна определяются по формуле

G_zк = d · G_к,

где d - коэффициент, принимаемый по СНиП 2.02.01, приложение 2, таблица 1.

Координаты для построения эпюры напряжения приведены в следующей таблице:

Глубина вертикальных напряжений Z, м	Относительная глубина, м, 2Z/(Lп.ш + hб)	d	Gzк, кгс/см2
1,0	1,1	0,8	1,12
2,0	2,2	0,5	0,7
3,0	3,3	0,35	0,49
4,0	4,4	0,28	0,39

Аналогично определяются координаты для построения эпюры напряжений от верхнего строения кранового пути и других внешних нагрузок. Суммарная эпюра напряжений строится путем сложения соответствующих напряжений, возникающих от крановых нагрузок, верхнего строения кранового пути и собственного веса грунта на заданной глубине.

Минимальная толщина защитного слоя по условиям прочности используемого грунта определяется графическим методом (рисунок И.3) по точке пересечения суммарной эпюры напряжений G = f(h) и прямой Р′_кр = f(h). В данном примере h′_кр = 1,5 м.

Второй вариант расчета

Для снижения производственных затрат по доставке дренирующего грунта и сохранения природной среды следует запроектировать и осуществить ряд инженерных мероприятий, направленных на повышение несущей способности основания земляного полотна. В частности, необходимо устроить водоотвод (систему канава или дренаж) и осушить естественное основание до оптимальной влажности (15-16 %), а затем уплотнить его до нормальной плотности (ρ_d = 1,7-1,75 г/см³).

Рисунок И.3 - Распределение по глубине эпюр напряжений и критических нагрузок

G_в.с - эпюра напряжений от верхнего строения кранового пути; G_к - эпюра напряжений от крановых нагрузок; G_кр - эпюра напряжений от собственного веса грунта; G - суммарная эпюра напряжений; Р′_кр и Р"_кр - критические нагрузки для 1-го и 2-го вариантов расчета; h′_кр и h"_кр - толщина защитного слоя для 1-го и 2-го вариантов расчета

Ожидаемые новые физико-механические характеристики грунта

Показатель текучести I_L ......................................................................... 0,25 < I_L < 0,5

Коэффициент пористости е ........................................................................... 0,55

Нормативное удельное сцепление С_н ....................................................... 3,4 тс/м²

Расчетное удельное сцепление С_р ............................................................. 2,4 тс/м²

Нормативное значение угла внутреннего трения j_н ................................... 23°

Расчетное значение угла внутреннего трения j_р ......................................... 20°

Находим координаты критической нагрузки Р"_кр для данной характеристики грунта