Методические рекомендации по предотвращению растяжки водопропускных труб (46187)

ЦНИИС МИНТРАНССТРОЯ

УТВЕРЖДАЮ:

Зам. директора института

/Г. ХАСХАЧИХ/

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ РАСТЯЖКИ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ

МОСКВА 1974

ПРЕДИСЛОВИЕ

«Методические рекомендации по предотвращению растяжки водопропускных труб» разработаны в Новосибирском филиале Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительства в дополнение к действующим нормативным документам в соответствии с решением Технического управления Минтрансстроя.

В Рекомендациях изложена методика расчета и конструирования водопропускных труб с учетом явления растяжки в сложных инженерно-геологических условиях, в том числе в районах вечной мерзлоты. Применение Рекомендаций послужит улучшению качества и долговечности водопропускных труб, повышению их устойчивости против растяжки - деформации весьма распространенной, особенно в Северной строительно-климатической зоне.

Рекомендации составлены кандидатами техн. наук А.С. Потаповым, Р.И. Подвальным и И.З. Лобановым по результатам исследований, выполненных СибЦНИИСом в 1962 - 1972 гг. совместно с проектными и строительными организациями Минтрансстроя. При разработке учтен многолетний опыт строительства и эксплуатации водопропускных труб на железных дорогах Сибири.

Директор СибЦНИИСа                                     /Б. Корякин/

1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Методические рекомендации предназначены для проектирования труб в сложных инженерно-геологических условиях, и том числе в районах вечной мерзлоты.

1.2. В работе приведены: методика определения условий, при которых возможно возникновение растяжки труб, рекомендации по проектированию и строительству труб с учетом явления растяжки.1

1.3. Принято, что целостность трубы (отсутствие растяжки) должна быть обеспечена как во время строительства, так и в период эксплуатации. При этом учитывается, что для сооружений на талых грунтах наиболее неблагоприятным периодом является время отсыпки насыпи и первые годы эксплуатации. Для сооружений на вечномерзлых грунтах неблагоприятные условия, кроме того, могут возникать и в процессе последующей длительной эксплуатации.

1.4. Основным условием устойчивости трубы против растяжки является обеспечение стабильности основания и устойчивости откосов насыпи.2

1 Под растяжкой понимается удлинение труб с раскрытием межсекционных швов или с разрывом секций.

2 Под стабильностью основания понимается отсутствие зон пластических деформаций (локальных сдвигов, не выходящих на поверхность), в том числе по фиксированным плоскостям скольжения (слабым прослойкам грунта, на границе оттаивания и т.п.).

1.5. Проектирование труб на вечномерзлых грунтах выполняют на основе расчетов теплового режима, исходя из принципа использования грунтов основания. При отсутствии таких расчетов принимают самое невыгодное положение верхней границы мерзлоты.

1.6. Рекомендациями предусматривается следующий порядок проектирования:

1. Проверка устойчивости трубы против растяжки, исходя из условий стабильности основания1:

- расчет по схеме глубокого сдвига для определения возможности возникновения локальных зон пластических деформаций;

- расчет по схеме плоского сдвига для определения возможности локальных сдвигов по фиксированным плоскостям.

1 Проверка и обеспечение устойчивости откосов насыпи выполняются в соответствии с указаниями действующих нормативных документов.

2. В зависимости от результатов расчетов принимают решение о проектировании трубы:

- при выполнении указаний п. 1.4 трубу проектируют по существующим нормам; к очертанию поперечника насыпи и к основанию не предъявляют никаких дополнительных требований;

- в случае, если результаты расчета свидетельствуют о возможности возникновения пластических деформаций, рассматривают варианты:

а) предотвращения растяжки труб путем обеспечения стабильности основания;

б) конструктивного приспособления трубы к условиям возможного перемещения окружающего ее грунта.

1.7. Во всех случаях (в том числе с мероприятиями, указанными в п. 1.6) проектирование конструкций самой трубы осуществляют с использованием типовых решений из унифицированных элементов.

1.8. Указанные в п. 1.6, а также в разделах 4 и 5 мероприятия могут применяться в отдельности или комплексно. Окончательное решение принимают на основе технико-экономического сравнения вариантов с учетом возможного срока развития деформаций.

1.9. На стадии проектирования следует предусматривать устройство приспособлений, позволяющих вести наблюдения и контроль за перемещением и деформациями трубы, насыпи и основания, а в Северной строительно-климатической зоне, кроме того, за температурой вечномерзлых грунтов основания.

1.10. Приведенные в разделе 6 рекомендации по производству работ относятся, главным образом, к районам вечной мерзлоты и имеют целью исключение деформаций труб в связи с неравномерным оттаиванием мерзлого грунта в основании.

2. НАГРУЗКИ. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

2.1. При расчете оснований и конструкций труб учитывают нагрузки:

- постоянные - вес насыпи и элементов трубы;

- временные - давление грунта от подвижного состава.

2.2. Расчеты ведут на нагрузки, которые получают умножением нормативных величин на коэффициент перегрузки n, принимаемый по табл. 1.

Таблица 1

2.3. В качестве факторов сопротивления учитывают:

- при расчетах стабильности основания - нормативные характеристики;

- при расчетах конструктивных элементов - расчетные характеристики.

2.4. Для расчетов оснований необходимы следующие характеристики грунтов:

- угол внутреннего трения ??;

- удельное сцепление с;

-объемный вес ??о;

- коэффициент пористости ??;

- консистенция В;

- степень влажности G.

Указанные характеристики определяют с учетом естественного состояния грунтов и возможного его изменения в процессе строительства и эксплуатации.

2.5. Характеристики сопротивления сдвигу с и ?? определяют:

а) для талых грунтов - методом быстрого среза образцов после полной их консолидации под уплотняющим давлением;

б) то же неконсолидированных образцов;

в) для оттаявших грунтов - методом быстрого среза образцов после полной их консолидации во время оттаивания под уплотняющим давлением;

г) для оттаивающих грунтов - методом быстрого среза неконсолидированных образцов немедленно после оттаивания.

2.6. При расчетах по схеме глубокого сдвига значения с и  принимают по результатам испытаний согласно п. 2.5, а и в; при расчетах по схеме плоского сдвига согласно п. 2.5, б и г.

2.7. Для предварительных расчетов значения с и ?? допускается принимать по таблицам СНиП II-Б.1-62* и «Методических указаний по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» (Оргтрансстрой, М., 1968). На стадии рабочего проектирования характеристики сдвига можно определять с помощью указанных таблиц после их проверки или корректировки по результатам изысканий района строительства.

3. ПРОВЕРКА УСЛОВИЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТРУБЫ ПРОТИВ РАСТЯЖКИ

3.1. Проверку стабильности основания по схеме глубокого сдвига выполняют при наличии в основании под трубой и под примыкающими к ней участками насыпи водонасыщенных глинистых грунтов, мелких заиленных и пылеватых песков, крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем, а также оттаивающих мерзлых грунтов (исключая сыпучемерзлые и монолитные скальные без линз и прослоек льда).

3.2. Расчет стабильности основания по схеме глубокого сдвига производят по условию

Ко = min  1,                                          (1)

где Ко - коэффициент стабильности;

g - объемный вес грунта насыпи, т/м3;

Н - высота насыпи, м;

nq = 1 +  - коэффициент, учитывающий влияние временной вертикальной нагрузки;

q - давление по подошве насыпи от временной вертикальной нагрузки, т/м2, определяемое по СН 200-62, где класс нагрузки К следует принимать равным 10 при талых и 14 при мерзлых грунтах в основании;

сн и н - нормативные величины удельного сцепления, т/м2, и угла внутреннего трения, град., в данной точке основания;

??b =  - напряжение в той же точке от собственного веса грунта основания, т/м2;

??оi - объемный вес грунта в i-ом слое основания, т/м3;

для водонасыщенных грунтов ??о = 1,0 т/м3;

hi - мощность i-го слоя основания, м;

Рис. 1. Графики вспомогательных коэффициентов для расчета стабильности основания по схеме глубокого сдвига

ni - количество слоев грунта основания, расположенных выше данной точки;

?? = z/b - отношение глубины расположения данной точки основания (от подошвы насыпи) к полуширине основной площадки;

D - коэффициент, определяемый по графикам на рис. 1 в зависимости от отношений ?? = z/б и ?? = В/b;

В - полуширина подошвы насыпи, м.

3.3. Для предварительных расчетов допускается:

а) не производить проверку стабильности основания по формуле (1), если высота насыпи не превышает предельных величин, указанных в табл. 2.

Таблица 2

Примечания. 1. Таблица составлена для однопутных железнодорожных насыпей, заложение откосов которых на участке, примыкающем к основной площадке, равно 1,5 и увеличивается на 0,25 через каждые 6 м по высоте. Нормативные характеристики грунтов основания приняты по табл. 13 СНиП II-Б.1-62.* Временная вертикальная нагрузка - С14.

2. Для заиленных мелких и пылеватых песков предельные высоты насыпи определяют как для супеси. Для крупнообломочных грунтов с глинистым заполнителем характеристики основания принимают по характеристикам заполнителя.

б) определять предельное заложение откосов насыпи m по графикам рис. 2, рассчитанным для водонасыщенных грунтов при ко = 1,00, ?? = 1,8 т/м3.

Примечание. При неоднородном основании величины m определяют по характеристикам грунта каждого слоя и в качестве предельной принимают наибольшую из них.

Рис. 2. Графики m = f(Нnq/сн; jн) при о = 1,0 т/м3

3.4. В случае медленной отсыпки насыпи расчеты основания по схеме глубокого сдвига следует выполнять согласно «Методическим указаниям по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» (Оргтрансстрой, М., 1968).

3.5. Проверку основания по схеме плоского сдвига выполняют для случаев, когда в основании под подошвой насыпи залегают слабые прослойки из грунтов, перечисленных в п. 3.1, подстилаемые более прочными или мерзлыми грунтами.

3.6. Расчет стабильности основания по схеме плоского сдвига (рис. 3) производят по условию

nqxz  ??пр,                                                                (2)

где

пр = ztgн + сн1;                                                         (3)

z = kgH(1 - ),                                                        (4)

xz = 2 kg x(1 - ).                                                  (5)

В формулах (2) - (5):

Н - высота насыпи от ее верха до уровня расчетной плоскости, м;

В - полуширина насыпи в уровне расчетной плоскости, м;

х - координаты точек в расчетной плоскости, отсчитываемые от оси насыпи, м;

x- коэффициент бокового давления грунта, который для насыпи разрешается принимать равным 0,333;

k = 0,75 (1 + ) - коэффициент поперечника насыпи;

сн1 и ??н1 - нормативные величины удельного сцепления, т/м2, и угла внутреннего трения, град., для грунта слабой прослойки.

Примечания. 1. За расчетную плоскость принимают плоскость контакта слабой прослойки с более прочным грунтом, а для вечномерзлых грунтов - границу оттаивания с учетом возможного ее перемещения.

2. При величине коэффициента k > 1 (рис. 3, б) в расчет вводят k = 1 и B = 1,5mH; координаты x в этом случае отсчитывают от условной оси, отстоящей от подошвы откоса, продолженного до расчетной плоскости, на расстоянии 1,5 mH.

Рис. 3. Схемы к расчетам по п. 3.6:

а - при k £ 1; б - при k > 1; 1 - подошва насыпи; 2 - нижняя граница слабой прослойки