Расчёт осадки насыпи

При индивидуальном проектировании производится расчет осадок основания насыпей и предусматривает мероприятия по устранению их последствий, либо по предотвращению их появлений:
1) Назначение запаса на осадку – применяется, если есть возможность обеспечить временное повышение отметок без нарушения требования по уклонам профиля (ограничения: участки с руководящим уклоном, подходы к мостам)
2) Уширение основной площадки земляного полотна с последующим в период эксплуатации подъемкой пути на балласт.
3) Мелиорация грунтов основной площадки для предотвращения осадки (устройство свайных оснований, мероприятия по ускорению консолидации грунтов) применяется при больших величинах осадок (слабые грунты в основании) на скоростных и особогрузонапряженных линиях.
Для упрощения расчетов вводятся следующие допущения:
осадки определяются для насыпей, находящихся в незатопляемом состоянии (время паводка занимает короткий период);
в качестве расчетного сечения принимается ось насыпи, относительно которой поперечное сечение насыпи является симметричным;
грунт основания насыпи является однородным на значительной глубине;
поперечным уклоном поверхности земляного полотна пренебрегаем;
задача плоская, статическая.
Расчет осадки производится с применением компрессионных кривых в следующей последовательности:
Основание по глубине делится горизонтальными плоскостями на i слоев с толщиной hi.
Строятся эпюры вертикальной составляющей нормальных напряжений по глубине основания от веса грунта основания и коэффициента пористости в природном состоянии.
Строится эпюра вертикальной составляющей нормальных напряжений действующих по подошве насыпи (эпюра внешних нагрузок).
Эпюра напряжений от внешних нагрузок разбивается на элементарные прямоугольные и треугольные нагрузки.
От каждой элементарной нагрузки по основанию насыпи на глубине границ выделенных слоев находится вертикальная составляющая нормальных напряжений, и определяется величина суммарного напряжения от внешних нагрузок σp и строится их эпюра по глубине.
Строятся эпюры суммарных напряжений от внешних нагрузок и собственного веса грунта основания и коэффициента пористости в расчетном состоянии после сооружения насыпи.
Определяется толщина сжимаемой толщи из условия σp = 0,2σпр, исходя из этого условия пересчитывается толщина последнего сжимаемого слоя.
Определяют осадку каждого выделенного слоя.

Схема к расчету осадки
0
1
2
3
4
5
h1
h2=½*Bп.н.
h1 - толщина 1-ого слоя основания
Bп.н.- ширина подошвы насыпи
½*h1
½*h1
1/3*h2
1/3*h2
1/3*h2
Bп.н.

Построение эпюр природных напряжений в основании насыпи и коэффициента пористости грунта

Пример расчета
Ширина подошвы насыпи – 75,6 м
Характеристики 1-ого слоя основания
Толщина 1-ого слоя основания – 2,5 м
Удельный вес частиц грунта – 26,7 кН/м3
Влажность – 32 %
Угол внутреннего трения – 11 ̊
Характеристика компрессионной кривой
Компрессионная кривая 2-ого слоя основания
Характеристики 2-ого слоя основания
Толщина 2-ого слоя основания – 30,0 м
Удельный вес частиц грунта – 26,7 кН/м3
Влажность – 20 %
Угол внутреннего трения – 18 ̊
Компрессионная кривая 1-ого слоя основания

В точке 0: h = 0 м
0,712
0,656
0,618
0,596
0,582
0,572
100
0,789
200
300
400
500
600
0
24,8
0,770

Построение эпюры напряжений по подошве насыпи
Необходимо учесть интенсивность нагрузки от верхнего строения пути. Высота фиктивного столба грунта ВСП, приведенная к ширине ОПЗП определяется по формуле

Напряжения в точках «а» и «к» равны 0.
Напряжение в точке «б» равны напряжениям в точках «в», «з», «и»:
Напряжение в точке «д» равны напряжениям в точке «е»:
Далее необходимо произвести расчет интенсивности каждой элементарной нагрузки:
Напряжения от элементарных нагрузок определяются по формуле:
где: b – ширина нагрузки.

Пример расчета
Категория дороги – 2
Количество путей – 1
Высота насыпи – 15 м
Высота незатопляемой бермы – 7 м
Ширина незатопляемой бермы – 8 м
Удельный вес грунта защитного слоя – 19,5 кН/м3
Удельный вес нижней части насыпи – 18,8 кН/м3

I
Для точки «2» схема определения напряжений от элементарной нагрузки I выглядит следующим образом:
2
z = 2,5 м
β1
β2
l1
l2
b

II
Для точки «2» схема определения напряжений от элементарной нагрузки II выглядит следующим образом:
2
z = 2,5 м
β1
β2
l1
Напряжения от остальных элементарных нагрузок рассчитываются аналогично.
Весь расчет рекомендуется свести в таблицу.

2
3
4
5

Построение эпюр напряжений в основании насыпи после сооружения насыпи и коэффициента пористости грунта
Суммарное напряжение в расчетных точках определяется по формуле:
По найденному значению напряжения необходимо найти соответствующий коэффициент пористости по компрессионной кривой.

Определение относительных осадок слоев и суммарной осадки насыпи

Осадка основания не реализуется ниже глубины, где σp = 0,2σпр, исходя из этого условия пересчитывается толщина последнего сжимаемого слоя. Определение глубины сжимаемой толщи показано на рисунке.
Из рисунка видно, что глубина сжимаемой толщи будет равна 37 м. Так как изначально задавались глубиной сжимаемой толщи равной 40,3 м и толщиной слоев по 12,6 м, то после пересчета толщина последнего слоя будет равна Δh = 9,3 м. Для данной точки:

Эпюры к расчету осадки насыпи

Для четвертого слоя:
Для пятого слоя:

Если условие не выполняется, необходимо предусмотреть мероприятия для уменьшения величины осадки до предельно-допустимого значения.
Далее рассчитывается уширение основной площадки земляного полотна. Это делается для того, чтобы с помощью подъемки на балласт можно было поднять уровень головки рельса до проектной отметки.
Минимальное уширение ОПЗП принимается равным 0,5 м.