Расчет противодеформационных конструкций по условию обеспечения несущей способности глинистых грунтов земляного полотна

Согласно ЦПИ-24 /73/ минимальная толщина H слоя балластных и дренирующих материалов над глинистыми грунтами может быть установлена по данным таблицы 8.3.

Для глинистых грунтов, характеризующихся влажностью на границе текучести W_L > 0,35, необходимо выполнить расчет по условию обеспечения их несущей способности.

На ремонтируемом участке отсутствуют грунты с W_L > 0,35, поэтому расчет выполняется для участка с W_L = 0,22 находящегося на 683 километре.

Таблица 8.3 – Минимальная толщина H слоя балластных и дренирующих материалов

Для предотвращения пластических сдвигов в верхней части толщи глинистых грунтов должно быть выполнено условие равенства несущей способности Р_кр и суммарного напряжения s от поездной нагрузки и веса грунта

Р_кр= s. (8.5)

Напряжение в земляном полотне s определяется от расчетной нагрузки четырехосного грузового вагона.

Зависимость напряжений s от глубины залегания расчетного уровня принимается согласно данным /60/.

Исходными данными для расчета являются характеристики грунтов, приведенные в таблице 8.1.

Показатель текучести грунта определяется по следующей формуле

(8.6)

Плотность сухого грунта определяется по следующей формуле

(8.7)

Интенсивность пучения грунта f определяется по данным инженерно-геологического обследования (табл. 8.1).

Для рассматриваемого километра f =0.

Коэффициент пористости грунта с учетом интенсивности пучения вычисляются по формуле

(8.8)

Нормативные значения прочностных характеристик грунта в талом состоянии С_Т и φ_Т принимаются в соответствии с показателями текучести I_L и коэффициентом пористости е₀ по СНиП /74/.

Для рассматриваемого километра (683 км) I_L имеет отрицательное значение, для которого в /67/ отсутствуют нормативные значения C_Т и φ_Т.

Расчетное значение сцепления оттаивающего грунта находится по формуле

, (8.9)

где – коэффициент снижения сцепления грунта при динамическом воздействии после оттаивания; B– коэффициент, учитывающий снижение прочности грунта при морозном пучении.

Так как нормативное значение C_Т отсутствует, то расчет С_р по формуле (8.9) не выполняется.

Также расчетное сцепление можно определить по эмпирической зависимости

(8.10)

В связи с тем, что для рассматриваемого километра I_L = –0,429, то С_р принимается равным 0.

Из двух значений сцеплений, полученных по выражениям (8.9-8.10), для дальнейшего расчета принимается наименьшее.

Расчетное значение угла внутреннего трения принимается на 2^о меньше нормативных величин , которые определяются по /74/, а также по формуле

(8.11)

Из двух значений φ_р в качестве расчетного принимается наименьшее значение.

Полученные величины C_р и используются для нахождения P_кр (при этом толщина слоя h балластных и дренирующих материалов задается с соблюдением условия h < 2 м).

, (8.12)

где C_р - удельное сцепление, 10⁵ Па (кгс/см²); - угол внутреннего трения, рад; - плотность грунта, г/см³.

(8.13)

Расчет P_кр выполняется для двух любых значений h (h₁ = 0,6 м, h₂ = 1,2 м). Далее строится зависимость P_кр= f(h) и сопоставляется с расчетным напряженным состоянием этих грунтов /67/. До глубины H_р, на которой обеспечивается равенство P_кр = σ, глинистые грунты должны быть заменены на более прочные дренирующие грунты.

На этом участке P_кр < 100 кПа, это свидетельствует о том, что прочностные характеристики грунтов недостаточны, поэтому H_р принимается равным 2 м.

По результатам расчета заполняется таблица 8.4, в которой приводятся сведения по каждому сечению пути о толщине слоя дренирующих материалов после ремонта H_пр, о минимальной толщине слоя H_min по /74/ для рассматриваемых климатических условий и о расчетной толщине H_р по условию обеспечения несущей способности глинистых грунтов.

Для ремонтируемого участка H_min составляет 1 м при ∑W = –2000 градусо-суток.

Таблица 8.4 – Результаты расчета толщины слоя балластных и дренирующих материалов

Расчет несущей способности глинистых грунтов основной площадки показал, что мощность защитного слоя достаточна (H_пр > H_р) для исключения пластических сдвигов верхней толщи грунта, и достаточна (H_пр > H_min) для исключения промерзания глинистых грунтов.

На ремонтируемом участке земляное полотно представлено супесями непучинистыми, что не способствует образованию пучин. Однако как показали расчеты, что при влажности грунтов равной влажности приведенной в таблице 8.1 возможно пучение. Для предотвращения этого необходимо в качестве дренирующего слоя укладывать один слой геотекстиля типа «Спандбонд».