Назначение грунтов
|
Слои
|
Плотность частиц грунта ρs, г/см3
|
Граница текучести WT, %
|
Число пластичности Jp, %
|
Толщина слоев Н, м
|
Естественная влажность Wес,
%
|
Грунт тела насыпи
|
тело насыпи
|
2,72
|
36,2
|
16
|
17,7
|
0,55 WT
|
Грунты естественного основания
|
1 слой
|
2,70
|
37,2
|
16
|
3
|
0,68 WT
|
|
2 слой
|
2,70
|
39,6
|
17
|
> 3
|
0,70 WT
|
1. Прочность и стойкость
земляного полотна в значительной мере обеспечивается за счет послойного
уплотнения грунтов, требуемой влажности и плотности в соответствии с
нормативными документами.
Определяем дорожно-климатическую
зону района строительства (У-III).
2. В соответствии с ДБН
автомобильных дорог принимаем нормативные значения таких параметров земляного
полотна:
ширина В = 15,0 м
толщина рабочего слоя hр = 1,5 м
крутизна откосов верхней части
насыпи 1:m
Рабочий слой отсыпается из не
пучинистого или слабо пучинистого грунта (песок).
Для верхних 6 м заложение откосов
1:1,5; 6-12 м - 1:1,75; оставшееся - 1:1,5
3. На основании принимаемых
параметров земляного полотна разрабатываем расчетную схему насыпи (рис. 1.1).
4. Определяем естественную
влажность грунтов насыпи (рабочего слоя и основания грунта тела насыпи).
, где
WT
- граница текучести
Wотн
- относительная влажность грунта
Для рабочего слоя WT =
12,8%, грунт тела насыпи WT = 36,2%.
Wec
= 4,9% - рабочий слой
Wec
= 19,9% - тело насыпи
. Рассчитываем плотность
сухого грунта при его естественной влажности.
ρs для песка = 2,53 г./см3
ρs -
плотность частиц грунта, г/см3
V0
- объем воздуха, защемленного в порах грунта при естественной влажности (0,1)
рабочий слой г/см3
тело насыпи г/см3
. Определяем оптимальную
влажность грунта
α
- коэффициент, принятый в зависимости от типа грунта
рабочий слой - 0,52
тело насыпи - 0,52
%
%
7. Определяем требуемый
рабочий интервал влажности
рабочий слой %
тело насыпи %
. Определяем
максимальную плотность грунта
V
- объем защемленного воздуха в порах грунта при оптимальной влажности рабочего
слоя - 0,98, тела насыпи - 0,95/0,98.
г/см3
г/см3
. Определяем требуемую
плотность грунта по формуле
Kyi
- наименьший нормативный коэффициент уплотнения грунтов, принимаемый в
зависимости от типа покрытия, дорожно-климатической зоны и глубины
расположенного слоя грунта от поверхности насыпи. Климатическая зона Украины -
У-2
К1 для
рабочего слоя насыпи - 0,98.
Не подтопляемая часть
насыпи:
до 1,5 м К2 =
0,98
до 6 м К3 =
0,95
ниже 6 К4 =
0,98
К5 = 0,98
Подтопляемая часть
насыпи:
К6 = 0,98
г/см3
г/см3
г/см3
г/см3
г/см3
. Определяем
ориентировочное число проходов дорожного катка среднего веса
пр.
пр.
пр.
. Определяем количество
уплотняемых слоев насыпи
ti
- толщина уплотняемого слоя 0,25-0,4 м
сл.
сл.
сл.
сл.
сл.
сл.
Таблица 1.1. - Расчетные
данные
Глубина расположения слоев насыпи z,
м
|
Высота слоев насыпи h,
м
|
Тип грунта
|
Влажность на границе текучести грунта Wтi, %
|
Естественная влажность грунта Wпрi, %
|
Оптимальная влажность грунта Wопт,
%
|
Рабочий интервал необходимой влажности Wнеобх
|
Плотность сухого грунта при естественной влажности ρdi, т/м3
|
Нормативный коэффициент плотности Кi
|
Необходимая плотность сухого грунта ρd пот,
т/м3
|
Толщина слоя грунта, который уплотняется ti, м
|
Число уплотненных слоев n
|
Количество проходов дорожного катка Nei
|
1,5
|
1,5
|
Пи-сок
|
12,8
|
4,9
|
8,66
|
7,76; 9,56
|
1,95
|
0,98
|
1,91
|
0,4
|
2
|
4
|
4.5
|
0,5
|
Суглинок
|
36,2
|
19,9
|
22,99
|
20,46; 25,5 2
|
1,47
|
0,95
|
1,4
|
0,35
|
2
|
5
|
6
|
4,5
|
|
36,2
|
19,9
|
22,99
|
20,46; 25,52
|
1,47
|
0,98
|
1,44
|
0,3
|
15
|
5
|
2.5
|
6
|
|
36,2
|
19,9
|
22,99
|
20,46; 25,52
|
1,47
|
0,98
|
1,44
|
0,4
|
15
|
5
|
3,2
|
4,9
|
|
36,2
|
19,9
|
22,99
|
20,46; 25,52
|
1,47
|
0,98
|
1,44
|
0,3125
|
8
|
5
|
17,7
|
2,5
|
|
36,2
|
19,9
|
22,99
|
20,46; 25,52
|
1,47
|
0,98
|
1,44
|
0,4
|
8
|
5
|
2. Расчет крутизны
откосов насыпи и ее устойчивости
1. Расчет крутизны откосов насыпи и
ее устойчивости определяем методом равнопрочного откоса профессора Маслова.
tg ψi
- коэффициент сдвига, определяемый расчетом;
tg αi
- коэффициент крутизны откоса, зависящий от угла наклона откоса.
. Определить показатель
консистенции грунта.
Wp
- влажность на границе раскатывания
%
3. Определяем
коэффициент пористости грунта.
. В зависимости от
полученных расчетных значений числа пластичности JL
и коэффициента пористости еi
принимаем значения углов внутреннего трения φni и коэффициенты сцепления частиц сni.
сn1 = 0,23 тс/м2
φn1 = 43,9°
сn2 = 1,93 тс/м2
φn2 = 20,2°
сn3 = 2,08 тс/м2
φn3 = 21,2°
сn4 = 2,08 тс/м2
φn4 = 21,2°
. Для крутизны откоса
линии согласно ДБН определяется значение tgα.
m
- заложение откоса на определенной высоте насыпи
tgα1=
α1=29,7264°
tgα2=
tgα3=
tgα4
α2=α3=α4=33,7033°
. Для разных уровней
высоты насыпи определяется суммарное расчетное давление столба грунта:
qw
= ρdтр
(1 + 0,01Wопт) h1…
+ qw-1
qw1
= 1,91 (1+0,01*8,66) 1,5=3,11 т/м2
qw2
= 1,4 (1+0,01*22,99) 0,5+3,11=3,97 т/м2
qw3
= 1,4 (1+0,01*22,99) 2+3,97=7,41 т/м2
qw4
= 1,4 (1+0,01*22,99) 2+7,41=10,85 т/м2
qw5
= 1,44 (1+0,01*22,99) 2+10,85=14,39 т/м2
qw6
= 1,44 (1+0,01*22,99) 2+14,39=17,93 т/м2
qw7
= 1,44 (1+0,01*22,99) 2+17,93=21,47 т/м2
qw8
= 1,44 (1+0,01*22,99) 2+21,47=25,01 т/м2
qw9
= 1,44 (1+0,01*22,99) 0,5+25,01=25,90 т/м2
qw10
= 1,44 (1+0,01*22,99) 2+25,90=29,44 т/м2
qw11
= 1,44 (1+0,01*22,99) 1,2+29,44=31,57 т/м2
. Для принятых углов
внутреннего трения φni
определяем значения tg
φni
tg φn1 = 43,9 φn1 = 0,068
tg φn2 = 20,02
φn1 = 0,364
tg φn3 = 21,2 φn1 = 0,388
tg φn4 = 21,2 φn1 = 0,388
. Рассчитываем коэффициент сдвига tgψwi и угол сдвига
ψw1
= 46,02°
ψw2
= 40,5°
ψw3
= 32,14°
ψw4
= 28,63°
ψw5
= 28,03°
ψw6
= 26,74°
ψw7
= 25,86°
ψw8
= 25,22°
ψw6
= 25,09°
ψw6
= 24,63°
ψw6
= 24,41°
. Рассчитываем крутизну
откосов насыпи
Кзап
= 1,08
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
°
Таблица 2.1 - Параметры,
рассчитываемые во втором разделе
Номер слоя грунта
|
Толщина слоя
|
Крутизна откоса 1:m
|
tgαi
|
αi, град
|
Коэффициент порис - тости
ei
|
Плотность грунта ρi, т/м3
|
Расчетное давление столба грунта qwi,
т/м3
|
Угол внутреннего трения φni, град
|
tg φni,
град
|
Сцепление частичек грунта Сni,
тс/м2
|
Расчетный коэффициент запаса стойкости Кзап
|
1
|
1,5
|
1:1,75
|
0,57
|
29,7°
|
0,42
|
1,91
|
3,11
|
43,9°
|
0,96
|
0,23
|
1,08
|
2
|
4,5
|
1:1,75
|
0,66
|
33,7°
|
0,94
|
1,4
|
3,97
|
20,02°
|
0,36
|
1,93
|
1,08
|
3
|
6
|
1:1,5
|
0,66
|
33,7°
|
0,94
|
1,4
|
14,39
|
21,2°
|
0,39
|
1,93
|
1,08
|
4
|
2,5
|
1:1,5
|
0,56
|
33,7°
|
0,89
|
1,44
|
25,01
|
21,2°
|
0,39
|
2,08
|
1,08
|
5
|
3,2
|
1:1,5
|
0,66
|
33,7°
|
0,89
|
1,44
|
25,90
|
21,2°
|
0,39
|
1,08
|
3. Расчет устойчивости
высокой насыпи земляного полотна
графоаналитическим методом
1. Производим расчет по замене
временной нагрузки от гусеничных машин на эквивалентную нагрузку грунтового
столба h0
P
- давление на одну гусеницу (6 тс/м)
n0
- количество гусениц, которые расположены на земляном полотне по ширине В (8)
m0
- количество установленных гусеничных машин по ширине земляного полотна В (4)
l
- ширина базы гусеничных машин, внешние размеры которых равны 3,3 м
k0
- количество зазоров между гусеничными машинами (3)
l0
- размер зазора между гусеницами машин равный 0,4 м
ρi - нужная плотность грунта с учетом оптимальной влажности i-ых слоев насыпи (ρ2
= 1,9 г/см3)
. Из рисунка 3.1
определяем радиус R = 37,8 м.
sin γi
= xi/R
Таблица 3.1 - Расчет sin γ, γ и cos γ
Номер секции
|
|
sin γ
|
γ
|
cos γ
|
1
|
|
0,8677
|
60,19
|
0,4971
|
2
|
|
0,7407
|
47,79
|
0,6718
|
3
|
|
0,6190
|
38,24
|
0,7854
|
4
|
|
0,4974
|
29,83
|
0,8675
|
5
|
|
0,3757
|
22,07
|
0,9267
|
6
|
|
0,2593
|
15,03
|
0,9658
|
7
|
|
0,1323
|
7,60
|
0,9912
|
8
|
|
0,0212
|
1,2148
|
0,9998
|
9
|
|
-0,1111
|
6,3787
|
0,9938
|
10
|
|
-0,2328
|
13,4621
|
0,9725
|
11
|
|
-0,3545
|
20,76
|
0,9351
|
12
|
|
-0,4762
|
28,44
|
0,8793
|
. Графическим измерением определяем
площади каждого отсека.
. Определяем массу грунта каждого
отсека с учетом разной площади слоев и необходимой плотности.
Qi = ωi * ρпотр
Определяем нормальные и касательные
напряжения во всех точках на кривой спада:
Ni = Qi*cos γ
Ti = Qi*sin
γ
Таблица 3.2 - Расчет площадей и масс
грунта в секциях
Номер отсека
|
Необходимая плотность грунта с учетом влажности ρпотр,
т/м3
|
Площади отсеков ω, м2
|
Масса грунта по слоям отсека Qi,
тс/м
|
Суммарная масса грунта отсека Q,
тс/м
|
Ni, тс/м
|
Тi,
тс/м
|
1
|
1,72 2,08 1,72 1,77
|
7,82 6,6 12,6 1,68
|
13,45 13,73 21,67 3,0
|
51,85
|
25,77
|
44,99
|
2
|
1,72 2,08 1,72 1,77 1,77 1,77
|
7,82 6,9 20,24 12,88 11,68 1,28
|
13,45 14,35 34,81 22,8 20,67 2,27
|
108,35
|
72,79
|
80,25
|
3
|
1,72 2,08 1,72 1,77 1,77
|
7,82 6,9 20,7 27,6 17,02
|
13,45 14,35 35,6 48,85 30,13
|
142,38
|
111,83
|
88,13
|
4
|
1,72 2,08 1,72 1,72 1,77 1,77 1,77 1,99
|
1,36 3,15 3,2 19,32 27,6 24,84 2,46 2,4
|
2,34 6,55 5,5 33,23 48,85 43,97 4,35 4,78
|
149,57
|
129,75
|
74,4
|
5
|
1,72 1,77 1,99 1,99 1,95
|
12,88 55,2 10,12 3,3 0,8
|
22,15 97,7 20,14 6,57 1,56
|
148,12
|
137,26
|
55,65
|
6
|
1,72 1,77 1,77 1,99 1,95
|
3,06 2,4 52,44 13,8 6,44
|
5,26 4,28 92,82 27,46 12,58
|
142,23
|
137,37
|
36,88
|
7
|
1,77 1,77 1,99 1,95
|
20,7 27,6 13,8 10,58
|
36,64 48,85 27,46 20,63
|
133,58
|
132,4
|
17,67
|
8
|
1,77 1,99 1,95
|
38,64 13,8 12,42
|
68,39 27,46 24,22
|
120,07
|
120,05
|
2,55
|
9
|
1,77 1,99 1,95
|
29,9 13,8 14,17
|
52,92 27,46 27,63
|
108,01
|
107,34
|
-12
|
10
|
1,77 1,99 1,95
|
21,16 13,8 7,82
|
37,45 27,46 15,25
|
80,16
|
77,96
|
-18,66
|
11
|
1,77 1,99 1,99 1,95
|
12,42 11,04 2,28 1,8
|
21,98 21,97 4,54 3,51
|
52
|
48,63
|
-18,434
|
12
|
1,77 1,99
|
4,14 5,52
|
7,33 10,98
|
18,31
|
16,1
|
-8,72
|
. Определяем коэффициент
устойчивости по формуле:
Kyi
= 1,6
. Опеделяем допустимый
коэффициент устойчивости:
К1 -
коэффициент, который учитывает надежность данных про характеристики грунтов,
которые зависят от количества использованных образцов, принимается в пределах
1,0 - 1,1;
К2 -
коэффициент, учитывающий категорию дороги;
К3 -
коэффициент, учитывающий степень вреда для народного хозяйства в случае аварии
сооружения;
К4 -
коэффициент, учитывающий соответствие расчетной схемы природным
инженерно-геологическим условиям;
К5 -
коэффициент, учитывающий вид грунта и его работу в сооружении.
4. Расчет осадки
естественного грунтового основания под высокой насыпью
1. Назначаем толщину слоев
грунтового основания
Н = 2 м
. Определяем показатель консистенции
грунтового основания:
Wp
= WT - Jp
We
= 0,72 WT
We1
= 26,8%
We2
= 28,5%p = 37,2
- 16 = 21,2%p = 39,6
- 17 = 22,6%
3. Определяем плотность
сухого грунтового основания.
г/см3
г/см3
4. Определяем коэффициент пористости
грунтового основания при естественной влажности.
. Принимаем нормативные
значения модулей деформации.
Е1 = 1700
тс/м2
Е2 = 1500
тс/м2
. Определяем плотность
грунтового основания с учетом естественной влажности.
г/см3
г/см3
. Определяем напряжение
от веса грунта основания.
где Zi - глубина i-ой
границы слоя грунта основания, м.
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
. Определяем среднее
напряжение от собственного веса грунта основания.
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
. Определяем
относительные глубины основания.
где Zi - глубина, на которой определяется
напряжение, м;
B0
- ширина земляного полотна понизу (В=72,1), м.
. Методом интерполяции
устанавливаем коэффициент α.
α0
= 1 α5
= 0,984
α1
= 0,997 α6
= 0,981
α2
= 0,994 α7
= 0,978
α3
= 0,99 α8
= 0,966
α4
= 0,987 α9 = 0,953
. Определяем вес столба
грунта для каждого слоя.
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2
тс/м2 тс/м2
. Определяем среднее
давление под подошвой насыпи
P
= Σqi =
34,46 т/м2
. Определяем
дополнительное давление на основание
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2 т/м2
т/м2
. Определяем
дополнительное напряжение от постоянной и временной нагрузки насыпи.
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
. Вычисляем среднее
значение дополнительного напряжения от постоянной и временной нагрузки.
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2 т/м2
т/м2
16. Для того, чтобы нарисовать
эпюру, определим значения нижней границы сжатой толщины грунтового основания.
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2
т/м2 т/м2
т/м2
. Рассчитываем осадку
основания
, м
где β
= 0,8
м
м
м м
м
м
м м
м
. Определяем суммарную
осадку сжатой толщины грунтов основания.
м
. Определяем
дополнительный объем грунта, необходимый для отсыпки насыпи на 1 м длины
м3
Список литературы
1.
Бабков В.Ф., Безрук В.Н. Основы грунтоведения и механики грунтов.
- М.: Высшая школа, 1986 г.
2.
Котов М.Ф. Механика грунтов в примерах. - М.: Высшая школа, 1988
г.
3.
Автомобильные дороги. Примеры проектированию - М.: Транспорт, 1983
г.
4.
Маслов Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. - М.:
Высшая школа 1982 г.
5.
СНиП 2.05.02-85. Автомобильные дороги.
6.
СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений.
7.
Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к
СНиП2.02.01-83). - М.: Стройиздат, 1986 г.
8.
ДСТУ 3008-95.
Документація, звіти у сфери науки і техніки.-Київ: Держстандарт України,
1995.-38 с.
9.
Бируля В.И. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. Под ред. Проф. А.К. Бируля. - Харьков, 1956.