Проектирование и укрепление откосов от размыва

Выбор типа укрепления
Верхняя часть насыпи включая берму укрепляется от размыва атмосферными осадками и стекающей с основной площадки воды (водная эрозия) созданием дернового покрова.
Укреплению подлежат:
- откосы насыпи до бермы, обочины насыпи и поверхность бермы.
Нижняя часть насыпи – откос ниже незатопляемой бермы подлежит укреплению с учетом его подтопления и волнового воздействия.
Основными расчетными параметрами при проектировании укрепления нижней части насыпи являются:
- высота волны с обеспеченностью 1% её непревышения h1% (п.8 задания);
- средняя длина волны λ (п.9 задания).
При высоте волны до 1,5 м выбираем каменную наброску, при большей высоте волны железобетонные плиты, омоноличенные по контуру.

Расчет каменной наброски
Расчетный размер камня в наброске dк выбирается, исходя из требований обеспечения устойчивости камня на откосе данной крутизны в зависимости от высоты и длины волны:
1) Определяется вес расчетного камня Qк (кН) по формуле
,

При диаметре камня dк ≤ 0,15 м принимаем однослойную наброску, если dк > 0,15 м , то принимают двухслойную наброску.
Для двухслойной каменной наброски расчетный размер камня второго (нижнего) слоя dк-2 определяется из условия их фильтрационной устойчивости
где dк-1 - диаметр первого вышележащего контактирующего слоя каменной наброски.
Толщина однослойной каменной наброски (защитной призмы) t должна быть не менее t ≥ 3dк при несортированной горной массе и не менее t ≥ 2,5dк – при сортированном камне.
При двухслойной каменной наброске толщина каждого i-го слоя наброски определяется ti ≥ 2dк-i
Толщина защитного слоя призмы а должна отвечать условию a ≥ 3dк , но быть не менее 1,0 м.

Пример расчета каменной наброски
Высота волны – 1,46 м
Длина волны – 8,37 м

Толщина определяется, исходя из требований обеспечения плиты от всплытия (из-за противодавления воды), сдвига и опрокидывания её расчетной волной, по формуле
где Кб – коэффициент запаса (для линий: скоростных, особогрузонапряженных и I категории – 1,30; II категории – 1,20; III категории – 1,15 и IV категории – 1,10);
ηпл = 1,10 – коэффициент, учитывающий тип плиты (при омоноличенных плитах);
h1% – высота волны 1%-ной обеспеченности, м;
λ – средняя длина волны, м;
В = 2,5 м – размер плиты, перпендикулярный урезу воды;
γпл = 25,0 кН/м3 и γв = 10,0 кН/м3– удельный вес материала плиты и воды соответственно;
m =2,0 – показатель заложения откоса.
Железобетонные плиты, омоноличенные по контуру в карты, применяются при скорости течения до 6,0 м/с и высоте волны до 3,0 м. Типовыми являются плиты размером 2,50х3,00 толщиной от 0,10 м до 0,20 м.
Эти плиты соединяются сваркой арматурой, выпуски которой делают по краям. Карты могут иметь размеры до 20-30 м. Шов между соседними картами принимается 0,06-0,10 м и заделывается пластичными смесями. Омоноличенные карты укладывают на подготовку из разнозернистого гравия или щебня толщиной 10 см, а под швами делается ленточный фильтр.
Расчет толщины железобетонных плит

Схема покрытия из плит, омоноличенных по контуру
1 – железобетонные плиты; 2 – обратный фильтр; 3 – геотекстиль; НРУВ – наивысший расчетный уровень;
В – размер плиты, перпендикулярный урезу воды; а – длина плиты; b – ширина шва между плитами.
Количество плит, укладываемых по откосу:
nпл= l/а
где l – длина образующей укрепляемого откоса
где Нук – высота укрепляемого откоса
m – заложение крутизны откоса.

Пример расчета железобетонных плит
Категория линии - 2
Высота волны – 1,64 м
Длина волны – 7,65 м
Высота бермы – 7 м
Ближайшая конструктивная толщина плиты равна 0,2 м.
Оставшиеся 0,65 м омоноличиваются.

Проектирование обратных фильтров
Обратный фильтр служит для предотвращения механической суффозии мелких частиц грунта откоса в поры каменной наброски при понижении уровня подтопления, спаде пойменных вод и накате и откате волны на откос. Обратный фильтр, как правило, по технологическим соображениям принимается однослойным. При этом обратный фильтр проектируется из условия не допущения выноса частиц грунта в фильтр, а также вымывания частиц самого фильтра через наброску. Для однослойных фильтров из зернистых материалов требования к их гранулометрическому составу определяются формулами:
где CU-ф – степень неоднородности гранулометрического состава фильтра;
d60-ф, d50-ф и d10-ф – размеры частиц фильтра, меньше которых по массе в нем содержится соответственно 60%, 50 % и 10%, определяемые по кривой гранулометрического состава (п. 12 из задания)
dk-i – расчетный размер камня i-го слоя каменной наброски, контактирующего с фильтром;
d50-г – размеры частиц грунта насыпи, контактирующего с фильтром, меньше которых по массе в нем содержится 50 %. (п.6.6 из задания)
если не выполняется, то производят отсев фракций
если не выполняется, то укладывают нетканый геотекстиль
если не выполняется, то укладывают нетканый геотекстиль

В качестве обратного фильтра под железобетонными плитами применяют слой щебня или песчано-гравийной смеси. Требования к материалу такого фильтра аналогичны, как и для обратного фильтра под каменной наброской, и он должен предотвращать вымывание частиц грунта и частиц самого фильтра через швы в плитах. Для однослойного обратного фильтра параметры подбираются по формулам:
b = 6 мм – ширина шва между плитами.
Если не выполняется условие по грунту, то под фильтр предусматривают укладку геотекстиля в виде нетканого материала, имеющего толщину не менее 4 мм и поверхностную плотность не менее 500 г/м2.
Толщина обратного однослойного фильтра под плитами определяется аналогично, как и при каменной наброске.
если не выполняется, то производят отсев фракций
если не выполняется, то укладывают нетканый геотекстиль
если не выполняется, то укладывают нетканый геотекстиль

Пример проектирования обратного фильтра для каменной наброски
Толщина камня второго слоя каменной наброски – 0,22 м
Диаметр частиц грунта насыпи, меньше которых по весу 50% – 0,12 мм
Гранулометрический состав грунта для обратного фильтра
6
13
20
30
42
65
100
0,1
0,25
0,5
2
10
25
60

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
21,74
0,19
Условие не выполняется, поэтому необходимо произвести отсев фракций. Можно производить отсев фракций, как мелких, так и крупных. Но, также желательно избавиться от засорителя <0,1 мм. При первом приближении произведем отсев фракций <0,1 мм и 60-25 мм.

После отсева фракций необходимо пересчитать процентное соотношение оставшихся фракций и построить новую кривую гранулометрического состава. Отсеянные фракции составляли 35+6=41% от всего состава обратного фильтра. После ее отсева состав оставшихся фракций увеличивается на величину 100/(100-41). Таблица гранулометрического состава грунта для обратного фильтра выглядит следующим образом
24
12
41
61
100
0,25
0,5
2
10
25
0,1

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
0,23
9,60
Условие не выполняется, поэтому необходимо произвести отсев фракций. Производим отсев фракции 25-10 мм.

После отсева фракции необходимо пересчитать процентное соотношение оставшихся фракций и построить новую кривую гранулометрического состава. Отсеянная фракция составляла 39% от всего состава обратного фильтра. После ее отсева состав оставшихся фракций увеличивается на величину 100/(100-39). Таблица гранулометрического состава грунта для обратного фильтра выглядит следующим образом
19
38
66
0,25
0,5
0,1
2
10
100

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
0,18
1,64
Условие не выполняется, поэтому необходимо произвести отсев фракций. Производим отсев фракции 10-2 мм.

После отсева фракции необходимо пересчитать процентное соотношение оставшихся фракций и построить новую кривую гранулометрического состава. Отсеянная фракция составляла 34% от всего состава обратного фильтра. После ее отсева состав оставшихся фракций увеличивается на величину 100/(100-34). Таблица гранулометрического состава грунта для обратного фильтра выглядит следующим образом
29
58
0,25
0,5
0,1
2
100

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
0,15
0,56
Условие выполняется, проверяем оставшиеся условия.
0,43
Условие на границе «каменная наброска-обратный фильтр» не выполняется. Чтобы исключить вымывание грунта обратного фильтра через наброску, необходимо устройство слоя геотекстиля между грунтом обратного фильтра и каменной наброской.

Толщина обратного фильтра определяется из условия
Двухслойная каменная наброска
Геотекстиль между наброской и обратным фильтром
Обратный фильтр

Пример проектирования обратного фильтра для железобетонных плит
Диаметр частиц грунта насыпи, меньше которых по весу 50% – 0,12 мм
Гранулометрический состав грунта для обратного фильтра
6
13
20
30
42
65
100
0,1
0,25
0,5
2
10
25
60

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
21,74
0,19
Условие не выполняется, поэтому необходимо произвести отсев фракций. В данном примере будем производить отсев мелких фракций. При первом приближении произведем отсев фракций <0,1 мм и 0,25-0,1 мм.

После отсева фракций необходимо пересчитать процентное соотношение оставшихся фракций и построить новую кривую гранулометрического состава. Отсеянные фракции составляли 6+7=13% от всего состава обратного фильтра. После их отсева состав оставшихся фракций увеличивается на величину 100/(100-13). Таблица гранулометрического состава грунта для обратного фильтра выглядит следующим образом
20
8
34
60
100
0,5
2
10
25
60
0,25

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
25
0,76
Условие не выполняется, поэтому необходимо произвести отсев фракций. Произведем отсев фракции 0,5-0,25 мм.

После отсева фракций необходимо пересчитать процентное соотношение оставшихся фракций и построить новую кривую гранулометрического состава. Отсеянная фракция составляла 8% от всего состава обратного фильтра. После ее отсева состав оставшихся фракций увеличивается на величину 100/(100-8). Таблица гранулометрического состава грунта для обратного фильтра выглядит следующим образом
13
28
57
100
0,5
2
10
25
60

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
28
1,70
Условие не выполняется, поэтому необходимо произвести отсев фракций. Произведем отсев фракции 2-0,5 мм.

После отсева фракций необходимо пересчитать процентное соотношение оставшихся фракций и построить новую кривую гранулометрического состава. Отсеянная фракция составляла 13% от всего состава обратного фильтра. После ее отсева состав оставшихся фракций увеличивается на величину 100/(100-13). Таблица гранулометрического состава грунта для обратного фильтра выглядит следующим образом
17
50
100
2
10
25
60

По кривой гранулометрического состава необходимо найти величины d60-ф и d10-ф
6,67
32
Условие выполняется, проверяем оставшиеся условия.
13,59
Условие на границе «грунт насыпи-обратный фильтр» не выполняется. Чтобы исключить вымывание грунта из тела насыпи, необходимо устройство слоя геотекстиля между грунтом насыпи и обратным фильтром.
25