h3 = Zmax - hб - hдоп, (В.1)
где Zmax - максимальная глубина сезонного промерзания земляного полотна из дренирующих грунтов от верха балластной призмы; определяется по среднему многолетнему значению суммы градусо-суток (, °С · сут) отрицательных температур наружного воздуха (СНиП 2.01.01-82);
hб - толщина балластного слоя (от верха балластной призмы);
hдоп - допустимая толщина промерзающего глинистого грунта под подушкой из дренирующих грунтов.
В Технических указаниях [10] приведены поправочные коэффициенты для определения расчетной глубины промерзания
(В.2)
где q — коэффициент, учитывающий вид дренирующего грунта (q = 1 для песчано-гравийной смеси и 0,90 —для асбестовых отходов);
n — коэффициент, учитывающий вид конструкции земляного полотна (п = 1 для нулевых мест, 0,95—для выемок глубин более 1 м, 1,05 — для насыпей высотой более 1 м);
т — коэффициент, учитывающий увеличение глубины промерзания земляного полотна по сравнению с многолетними и средними данными, определяется по формуле
, (В.3)
где 10 — максимальная в десятилетнем периоде сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха за год, 10 °С · сут.
Величина hдоп, определяется по формуле
, (В.4)
где доп допустимая величина пучения, принимается в зависимости от категории дорог и перспективной скорости движения поездов.
Категория дорог ........ IV III II—I
доп, мм....................... 35 25 20
С — коэффициент, характеризующий условия промерзания и пучения С = 1 для условий сезонного промерзания и несливающейся мерзлоты, С = 1,4—для условий сливающейся мерзлоты;
f — расчетная интенсивность пучения, зависит от вида и состояния грунта (в наибольшей степени от его влажности).
Установление толщины защитного слоя, при которой значение морозного пучения земляного полотна не превысит допустимых значений, должно проводиться методом подбора — путем последовательных приближений. Для упрощения этих расчетов составлены вспомогательные графики (рисунки В.1, В.2).
Для построения первичных графиков (рисунок В.1), характеризующих глубину промерзания двухслойной среды в зависимости от толщины поверхностного слоя дренирующих грунтов при различных климатических условиях, использована номограмма, взятая из Технических указаний [10], рисунок В.3.
а — при многолетней средней сумме градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха , °С · сут — 2600; б — то же — 2200; в — то же — 1800; г — то же — 1400;
д — то же — 1000
Нпр — глубина промерзания двухслойной среды, м.
Рисунок В.1 — Графики для определения толщины слоя дренирующего грунта, обеспечивающего непревышение допустимой величины пучения 20 мм, при различной интенсивности пучения f, %, для различных климатических условий
а — при допустимой величине пучения = 20 мм; б — то же, при = 25 мм; в — то же, при = 35 мм; Hдр — толщина слоя дренирующего грунта, м; f — интенсивность пучения, %; — средняя многолетняя сумма отрицательных температур наружного воздуха, градусо-сутки
Рисунок В.2 — Толщина дренирующего слоя, обеспечивающая непревышение допустимой величины пучения, в зависимости от интенсивности пучения, для различных климатических условий
Zпр — глубина промерзания; — средняя многолетняя сумма градусо-суток отрицательных температур наружного воздуха; h — толщина слоя дренирующего грунта (песчано-гравийного)
Рисунок В.3 — Номограмма для определения глубины промерзания в зависимости от климатических условий при различной толщине дренирующего грунта
На итоговом графике (рисунок В.2) представлены значения суммарной толщины слоя дренирующих (песчано-гравийных) грунтов (H = h3 + hб), обеспечивающего непревышение заданной величины пучения подстилающих глинистых грунтов (20—25—35 мм) при известных климатических и грунтовых условиях, выражаемых через суммарное количество градусо-суток отрицательных температур и через интенсивность пучения глинистых грунтов f.
Требуемая толщина защитного слоя из песчано-гравийных грунтов h3 определяется по формуле
h3 = nm Hдр - hб. (В.5)
Значения определяются по СНиП 2.01.01-82.
Значения интенсивности пучения могут быть установлены по прилагаемой таблице В.1 с учетом прогнозируемого режима поверхностных и грунтовых вод, устанавливающегося в результате разработки земляного полотна и осуществления запроектированных противодеформационных устройств.
В таблице В.2 приведены результаты расчетов, выполненных с использованием приведенных графиков по двум пунктам при различных условиях для насыпей и выемок.
Окончательно решение о требуемой толщине защитного слоя для каждого объекта принимается по большему из двух значений, полученных из условия непревышения допустимой величины морозного пучения подстилающих грунтов и по условию их прочности, но не менее предусмотренных СНиП 32-01-95.
Расчет толщины защитного слоя по условию обеспечения необходимой прочности подстилающего слоя
Принятая в настоящее время методика расчета представлена в ВСН 61 -89, Технических указаниях и Методических рекомендациях [9—11 ] и в другой технической литературе.
Для предотвращения возможности возникновения в грунте деформаций, пластических сдвигов суммарные нормативные напряжения «» (от поездной нагрузки, собственного веса грунта и веса верхнего строения пути) не должны превышать критической для данного грунта нагрузки —Ркр.
Таблица В. 1 — Характеристика пучинистости грунтов
Грунты |
Интенсивность пучения грунтов f |
|||||
|
Основания выемок и естественные основания |
Насыпи высотой более 2 м |
||||
|
сухие |
сырые |
мокрые |
|
||
|
Влажность глинистых грунтов |
|||||
|
от Wp +0,10Wп до Wp +0,25Wп |
от Wp +0,25Wп до Wp +0,50Wп |
от Wp +0,5Wп до Wp +0,75Wп |
более Wp + 0,75Wп |
от Wp +0,10Wп до Wp +0,25Wп |
от Wp +0,25Wп до Wp +0,50Wп |
Суглинки и глины пылеватые |
0,03—0,05 |
0,10-0,15 |
0,15-0,20 |
0,20—0,30 |
0,02—0,03 |
0,04—0,07 |
Суглинки, глины, пылеватые супеси
|
0,02—0,04 |
0,08—0,12 |
0,12—0,18 |
0,18—0,25 |
0,01—0,02 |
0,03—0,06 |
Супеси |
0,01—0,03 |
0,06—0,10 |
0,10—0,15 |
0,15—0,20 |
0,01-0,2
|
0,02—0,05
|
Песок пылеватый и мелкий
|
0,00-0,01 |
0,02—0,05 |
0,05-0,10 |
0,05—0,10 |
|
|
Крупнообломочные с пылевато-глинистым заполнителем, более 30 % по массе |
0,01—0,02 |
0,03—0,05 |
0,05-0,07 |
0,07—0,10 |
0,01—0,02 |
0,02-0,03 |
Таблица В.2
Исходные данные |
Определяемые величины |
Определение h3 = тпНдр — hб для дорог |
||||||||||
Место расположения |
Вид сооружения, грунты |
Влажность грунтов Показатель текучести, IL |
По СНиП 2.01.01-82 , , °С·сут |
Коэффициенты по формуле В.2 |
Интенсивность пучения f по таблице В.1 |
I—II категорий = 20 мм |
IV категории, = 35 м |
|||||
|
|
|
|
m |
n |
|
по СНиП 32-01-95, hб, м |
требуемая толщина дренирующего грунта по рисунку Б.2, Ндр, м |
h3, м |
hб, м |
Hдр, м h3, м |
|
Москва (Калинин) |
Выемка глубиной более 1 м |
Сухая 0,1—0,25 |
1032 |
1,10 |
0,95 |
0,03-0,05 |
0,7 |
0,6 |
0 |
0,6 |
0,10 |
0 |
|
Суглинки |
Сырая |
1032 |
1,10 |
0,95 |
0,10—0,15 |
0,7 |
1,1 |
0,45 |
0,6 |
0,85 |
0,29 |
|
пылеватые |
0,25—0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мокрая |
1032 |
1,10 |
0,95 |
0.15—0,20 |
0,7 |
1,15 |
0,50 |
0,6 |
1,0 |
0,45 |
|
|
0,50—0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Насыпь, |
0,1-0,25 |
1032 |
1,10 |
1,05 |
0,02-0,03 |
0,7 |
0,2 |
0 |
0,6 |
0 |
0 |
|
Н > 1 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
0,25—0,50 |
1032 |
1,10 |
1,05 |
0,04—0,07 |
0,7 |
0,8 |
0,22 |
0,6 |
0,4 |
0 |
|
пылеватые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Челябинск |
Выемка |
Сухая |
1783 |
1,10* |
0,95 |
0,04 |
0,7 |
1,15 |
0,50 |
0,6 |
0,6 |
0,03 |
(Свердловск) |
Н > 1 м |
0,1—0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
Сырая |
1783 |
1,10* |
0,95 |
0,12 |
0,7 |
1,8 |
1,18 |
0,6 |
1,5 |
0,97 |
|
пылеватые |
0,25-0,50 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мокрая |
1783 |
1,10* |
0,95 |
0,18 |
0,7 |
1,9 |
1,29 |
0,6 |
1,65 |
1,12 |
|
|
0,5-0,75 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Насыпь |
0,1—0,25 |
1783 |
1,10* |
1,05 |
0,025 |
0,7 |
0,7 |
0,11 |
0,6 |
0 |
0 |
|
Н > 1 м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
0,25-0,50 |
1783 |
1,10* |
1,05 |
0,055 |
0,7 |
1,4 |
0,92 |
0,6 |
0,9 |
0,44 |
|
пылеватые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание — Значения коэффициента т приняты условно. |
В указанных нормативах значение Ркр определяется по формуле
, кПа (тс/м2) (В.6)
где С — удельное сцепление, кПа (тс/м2);
— угол внутреннего трения, рад;
— удельный вес грунта, кН/м3 (тс/м3);
h — расстояние от основной площадки до рассматриваемого горизонта, м.
Значение Ркр может быть определено по преобразованной — упрощенной формуле
, кПа(тс/м2), (В.7)
где А и Б — параметры, значения которых устанавливаются по номограмме (рисунок В.4) в зависимости от сдвиговых характеристик грунта.