Расчет осадок основания насыпи

Основание насыпи по глубине делится на ряд слоев горизонтальными плоскостями произвольно при однородном грунте или в соответствии с литологическим строением основания при разнородных грунтах; так как осадка формируется в большей степени в верхних слоях, то их толщина назначается меньшей, чем нижних (всего необходимо иметь не менее трех слоев). Основание считается весомым полупространством, задача плоская, двухмерная, статическая. Основание считается загруженным эпюрой верти­кальных составляющих нормальных напряжений, определяемых по формуле:

(2.34.)

Сжатие (осадка) каждого слоя тол­щиной h_i, м, будет выражаться формулой:

(2.35.)

где и – средние в слое величины коэффициентов пористости, соответственно природные (до возведения насыпи) и расчетные (после возведения насыпи и полнойреализации осадки основания); h_i – толщина слоя, м.

До возведения насыпи величины e_np-i находятся по компрессионной кривой грунта основания по напряжениям от собственного веса грунта основания σ_γ-осн, действую­щим по нижней границе расчетного слоя и определяемым по формуле:

(2.36.)

После реализации осадки грунт будет иметь в слое коэффициенты пористости , которые берутся по той же компрессионной кривой, но при напряжениях от измененного (грунт уплотнился) собственного веса плюс напряжения от воздействия нагрузки от насыпи (воздействия эпюры).Это напряжениенаходится по формуле как сумма напряжений от воздействий прямоугольных и треугольных нагрузок, на которые разбивается эпюра.

Суммарную осадку всех слоев найдем для рассматриваемого вертикального сечения как сумму осадок всех расчетных слоев. Это будет приближенная осадка точки контакта насыпи с основанием для данного сечения:

(2.37.)

где: п – количество расчетных слоев.

Однако сжатие основания может распространяться ниже уровня z_k, намеченного проектировщиком, или может закончиться выше этого уровня. Поэтому полная искомая осадка основания:

(2.38.)

где S_доп – дополнительная осадка толщи основания, реализуемая ниже или не реализуемая выше уровня z_k, м.

Для ее определения вводится понятие относительной осадки η. Относительная осадка любого i -го слоя:

(2.39.)

или абсолютная осадка i -го слоя:

(2.40.)

Дополнительную осадку основания определяют графическим путем по нижеприведенным правилам:

– строят график зависимости η=f(z) в определенном масштабе по осям;

– отрезок графика между точками с глубиной 5 и 10 м делят пополам и опускают из полученной точки линию на ось z;

– отрезок графика между точками 2 и 5 м продляют до пересечения с прямой полученной при построении в предыдущем пункте;

– полученную точку пересечения отрезков соединяют с точкой графика которая соответствует глубине 10 м и продляют до пересечения с осью z;

– точка пересечения даст глубину на которой закончится осадка основания;

– относительную добавочную осадку определим как площадь треугольника заключенную между достроенной линией графика, осью z и линией с абсциссой в 10 м.

(2.41.)

В итоге полная осадка основания определится как:

(2.42.)

Осадка основной площадки с учетом упругой переработки деформаций основания телом насыпи и долей нереализованной осадки в процессе строительства:

(2.43.)

где α – доля осадки основания, реализуемая в процессе строительства насыпи, α=0,7;

i – погашения осадки основания в теле насыпи, являющемся не совсем упругим принимаем i =0.001;

H – высота насыпи.

В процессе эксплуатации насыпи в нормальном режиме нереализованная осадка в процессе строительства компенсируется деформациями тела земляного полотна т.е. проектная отметка головки рельса изменяется. Постановку головки рельса в проектное положения проводят путем досыпки балласта под подошву шпалы с последующей его подбивкой. В итоге балласт начинает скапливаться у откоса насыпи и в конечном итоге ссыпаться с него. Для предотвращения всего вышеперечисленного основную площадку следует уширять на расстояние:

(2.44.)

где: m_б =1.5 – показатель откоса балластной призмы.