ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ НАСЫПИ НА БОЛОТАХ ПО УСЛОВИЮ ДОПУСТИМЫХ УПРУГИХ ОСАДОК

Одобрены Главтранспроектом

Москва 1981

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

Увеличение скоростей движения и весовых норм поездов, внедрение большегрузных вагонов и мощных локомотивов усиливает динамическое воздействие транспортной нагрузки на путь.

Под нагрузкой от поездов в земляном полотне помимо прочих процессов возникают обратимые (упругие) деформации. Особенно велика роль и значимость этих деформаций для насыпей на болотах. Повышенная податливость торфа в основании таких насыпей вызывает деформации самих насыпей.

При чрезмерном развитии упругих деформаций нарушаемся работа элементов верхнего строения пути и земляного полотна. Нередко на таких участках вводится постоянное ограничение скоростей движения поездов, которое наносит значительный материальный ущерб.

Настоящие Методические рекомендации содержат метод расчета основных конструктивных элементов земляного полотна на болотах (высоты насыпи и глубины выторфовывания), исходя из допустимых по условиям нормальной эксплуатации упругих осадок насыпей.

Методические рекомендации разработаны канд. техн. наук С.Г. Жорняком и инж. Н.Н. Серовой при участии инж. Л.И. Кузнецовой и канд. техн. наук Е.А. Яковлевой.

Работа выполнена в лаборатории конструкций земляного полотна ЦНИИСа. В проведении полевых инженерно-геологических обследований принимали участие сотрудники институтов Гипротранспуть, Ленгипротранс и Киевгипротранс.

Замечания и предложения по работе направлять по адресу: 129329, Москва, Кольская ул., д. 1, ЦНИИС.

Зам. директора института                                                                       Л.Б. Соколов

Зав. отделением земляного полотна и верхнего строения пути         Б.И. Цвелодуб

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Методические рекомендации составлены в дополнение к действующим «Методическим указаниям по проектированию земляного полотна на слабых грунтах» (М., Оргтрансстрой, 1968) и содержат метод расчета высоты насыпи и глубины вырезки торфа из ее основания, исходя из требования, чтобы упругие осадки насыпи не превышали допустимой по условиям нормальной эксплуатации величины.

Расчет по предлагаемому методу рекомендуется применять для объектов индивидуального проектирования, к числу которых относятся

насыпи на болотах I типа глубиной более 4 м;

насыпи на болотах II типа глубиной более 3 м;

насыпи на болотах линий IV - V категорий;

насыпи на болотах под второй путь при совмещенном или раздельном земляном полотне, когда применение типовых решений может вызвать недопустимые деформации насыпи первого пути;

земляное полотно эксплуатируемых линий на болотах при его усилении посредством увеличения высоты насыпи;

другие случаи, когда применение типовых решений невозможно или нецелесообразно по технико-экономическим соображениям.

Принятая терминология

1.2. Толщина насыпи - высота ее, над поверхностью болота, сложенная с глубиной выторфовывания и величиной осадки основания насыпи по оси пути.

Мощность насыпного слоя - толщина насыпи, сложенная с толщиной балластного слоя под шпалой.

Упругое перемещение поверхности торфяного основания насыпи (в дальнейшем употребляется сокращенно-упругое перемещение насыпи) - обратимое изменение положения поверхности контакта насыпь-торф по вертикали, возникающее при приложении нагрузки от движущегося поезда.

Упругая осадка поверхности торфяного основания насыпи (в дальнейшем употребляется сокращенно - упругая осадка насыпи) - упругое перемещение насыпи, при котором она занимает положение ниже исходного, имевшего место без поездной нагрузки.

Основные расчетные предпосылки

1.3. Изложенные ниже методы расчета применяются при выполнении следующих двух условий:

1. Торф под насыпью находится ниже уровня грунтовых вод.

2. Мощность насыпного слоя проектируемого земляного полотна составляет величину не менее 2 м. На неосушенных болотах условие 1 для насыпей, имеющих остаточную осадку более 80 см выполняется, так как средний многолетний уровень грунтовых вод на таких болотах находится на глубине от 0 и до 35 см от их поверхности при средней амплитуде колебаний уровня 50 см.

Кроме того, при остаточной осадке более 60 см выполняется (с учетом требования СНиП II-39-76 о возвышении бровки «плавающей» насыпи над поверхностью болота не менее чем на 1,2 м) также и условие 2.

1.4. Исследования, проведенные в ЦНИИСе, показали, что при условиях 1 и 2

упругие перемещения насыпи на стабилизированном основании обусловлены, главным образом, деформациями изменения формы, возникающими в торфяном грунте при приложении и снятии нагрузки от колес движущегося поезда;

величина упругой осадки торфяного основания изменяется не существенно с изменением скорости движения поезда, модуля упругости подрельсового основания, типа рельсов и эпюры шпал.

1.5. Приведенный ниже метод расчета упругих перемещений насыпи основывается на указанных положениях.

2. РАСЧЕТ ВЕЛИЧИНЫ УПРУГИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ НАСЫПИ

2.1. Расчет величины упругих перемещений насыпи производится по формуле

,                      (1)

где ;

q - интенсивность полосовой нагрузки, заменяющей воздействие поезда на основание насыпи;

μ - - коэффициент Пуассона торфа под насыпью;

Е - модуль упругости торфа под насыпью;

в - полуширина рельсовой колеи;

h0 - мощность насыпного слоя (расстояние от подошвы шпалы до поверхности контакта насыпь-торф, измеренное по оси пути);

 - длина шпалы;

Н - мощность слоя торфа под насыпью по оси пути;

x - расстояние от оси пути по горизонтали до точки, в которой определяется перемещение насыпи.

2.2. Зависимость (1) связывает величину упругих перемещений насыпи λ в данной точке ее поперечного сечения с расстоянием от этой точки до оси пути х, величиной нагрузки от поезда на основание q, мощностью насыпного слоя h0, мощностью торфа под насыпью Н и с упругими характеристиками торфяного группа μ, Е.

Распределение упругих перемещений, как это следует из формулы (1) и подтверждено экспериментально, неравномерно по поперечному сечению насыпи: наряду с упругой осадкой по оси пути (х = 0) в откосной части насыпи и за ее пределами при проходе поезда имеют место перемещения обратного знака - вверх.

Максимальная по величине упругая осадка имеет место по оси пути.

2.3. Формула дли определения упругой осадки насыпи по оси пути, полученная из (1) при х = 0, имеет вид

.                   (2)

Формула (1) преобразована к виду

                                                                 (3)

Формула (2)

                                                                 (4)

где  - модуль сдвига торфа.

,                      (5)

.                      (6)

Зависимости (3) и (4) используются для практических расчетов величины упругих перемещений насыпи.

Интенсивность полосовой нагрузки q принимается равной величине максимального нормального напряжения σz от единицы подвижного состава данного типа на глубине Z=h0.

Значения напряжений σz на глубинах от 2 до 8 м для основных типов единиц подвижного состава, обращающихся по железнодорожной сети СССР, приведены в таблице.

Величина функции К0 в формуле (4) зависит от мощности насыпного слоя h0 и мощности торфа под насыпью Н. Кривые значения К0 в зависимости от h0 и Н при 2в=1520 мм и = 2,75 м приведены на рис. 1.

Рис. 1. Кривые значений функции

Расстояние от нижней постели шпалы до поверхности контакта насыпь-торф, h2

Электровозы

Вагоны

Тепловозы

19,5т

22т

23т

23т

23т

23т

23т

23т

23т

21т

20,5т

21т

21,8т

21т

21т

21т

16т

23т

21т

21,5т

21,3т

21,5т

20,5т

21т

ВЛ19м

ВЛ22м

ВЛ23

ВЛ8

ВЛ10

ВЛ60

ВЛ80

К

Ф

ЧС1

ЧС3

ЧС2

ЧС4

Фп

4-х осные

6-х осные

8-х осные

пассажирские

ТЭ-116

ТЭ-3 ТЭ-7

ТЭ-10

ТЭП-10

Т10Л ТЭ10П

ТЭП60

ЧМЭ3

ТГ102к

ТГ102

2,0

0,243

0,264

0,266

0,217

0,193

0,255

0,192

0,243,

0,252

0,164

0,230

0,233

0,215

0,235

0,293

0,332

0,143

0,301

0,252

0,258

0,256

0,252

0,253

0,201

2,5

0,202

0,221

0,223

0,185

0,164

0,244

0,162

0,204

0,211

0,137

0,193

0,196

0,174

0,192

0,246

0,278

0,118

0,248

0,210

0,215

0,215

0,211

0,209

0,166

3,0

0,170

0,186

0,189

0,159

0,140

0,180

0,137

0,173

0,177

0,116

0,164

0,165

0,141

0,158

0,208

0,235

0,097

0,207

0,176

0,180

0,181

0,177

0,174

0,139

3,5

0,144

0,158

0,161

0,138

0,121

0,153

0,118

0,149

0,149

0,099

0,140

0,140

0,116

0,135

0,180

0,202

0,081

0,174

0,149

0,153

0,155

0,150

0,145

0,118

4,0

0,124

0,136

0,139

0,121

0,106

0,131

0,102

0,129

0,128

0,037

0,121

0,121

0,096

0,116

0,157

0,176

0,068

0,148

0,128

0,131

0,135

0,129

0,122

0,101

4,5

0,108

0,119

0,122

0,107

0,094

0,114

0,090

0,112

0,109

0,076

0,106

0,105

0,081

0,102

0,140

0,155

0,057

0,128

0,111

0,114

0,118

0,111

0,104

0,088

5,0

0,095

0,105

0,107

0,096

0,084

0,099

0,080

0,099

0,095

0,067

0,094

0,092

0,069

0,090

0,125

0,139

0,049

0,112

0,098

0,099

0,105

0,098

0,089

0,078

5,5

0,085

0,094

0,096

0,086

0,076

0,087

0,072

0,089

0,081

0,059

0,084

0,081

0,059

0,080

0,112

0,125

0,042

0,099

0,086

0,089

0,094

0,086

0,078

0,070

6,0

0,076

0,084

0,087

0,078

0,069

0,078

0,065

0,079

0,073

0,054

0,076

0,073

0,051

0,072

0,101

0,114

0,037

0,088

0,077

0,079

0,085

0,076

0,068

0,064

6,5

0,070

0,077

0,079

0,071

0,063

0,069

0,058

0,072

0,064

0,049

0,069

0,066

0,044

0,065

0,091

0,104

0,032

0,080

0,070

0,072

0,078

0,068

0,059

0,058

7,0

0,064

0,071

0,072

0,065

0,058

0,063

0,055

0,066

0,057

0,045

0,064

0,060

0,039

0,058

0,083

0,096

0,028

0,073

0,063

0,065

0,072

0,062

0,053

0,053

7,5

0,059

0,065

0,067

0,060

0,054

0,057

0,051

0,061

0,051

0,041

0,059

0,054

0,035

0,053

0,076

0,088

0,025

0,067

0,057

0,060

0,066

0,057

0,047

0,049

8,0

0,055

0,060

0,062

0,056

0,050

0,053

0,047

0,056

0,046

0,038

0,055

0,050

0,031

0,048

0,069

0,082

0,022

0,062

0,053

0,056

0,062

0,051

0,042

0,046