Расчет и проектирование железнодорожного пути на обходе

 

РОСЖЕЛДОР

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Сибирский государственный университет путей сообщения» (СГУПС)

Кафедра «Путь и путевое хозяйство»

 

 

 

 

 

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПУТИ

  НА ОБХОДЕ

Курсовой проект

по дисциплине «Железнодорожный путь»

 

Пояснительная записка

КП.ЖДП-12-СМТ-22-2014

 

 

Разработал  студент группы 12-СМТ-22                        Карел Е.Н.

 

Проверил     старший преподаватель                      Гришина Г.Г.

 

 

 

Краткая рецензия:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

 

 

 

2014. Год

 

Оглавление

 

 

Задание на выполнение курсового проекта.

 

1 Проектирование пойменной насыпи.

1.1 Проектирование основной площадки.

 

Проектирование основной площадки заключается в определении ее размеров и формы, которые в каждом конкретном случае назначаются исходя из требований по обеспечению устойчивости.

Ширина основной площадки (В) назначается из условия размещения на ней верхнего строения пути и обочин земляного полотна.

 

,                                                         (1.1)

 

где,  – нормативная ширина на прямом участке;

 – уширение основной  площадки на кривых участках  пути, принимается в зависимости  от радиуса по таблице 1.2 /4/;

При грузонапряженности 19 млн. ткм/км согласно СТН Ц – 01 – 95 /1/ участок пути относится к II категории линии.

Для линий II категории в кривой R=650 м и недренирующих песков принимаем . Значения приняты по таблице 1.1; 1.2 /4/.

 

BI=7,6+0,45=8,05 м

 

Для отвода атмосферной воды от верха земляного полотна сооруженной из глинистых грунтов и недренирующих песков, основная площадка проектируется в виде трапеции с шириной поверху 2,3 м и высотой 0,15 м на однопутном участке (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 – Поперечный профиль основной площадки земляного полотна из недренирующих песков.

1.2 Назначение откосного  укрепления и определение вида  укрепления.

 

Выбор типа укрепления делают на основе технико-экономического сравнения нескольких вариантов.

Укрепление укладывают на слой обратного фильтра из щебня (гравия) или геотекстиля с целью предотвращения вымывания и выноса частиц грунта при вытекании воды из насыпи после выхода паводка.

В качестве укрепления откосов для конкретных условий предлагается бетонные или железобетонные плиты, использование которых целесообразно при непучинистых или слабопучинистых грунтах.

Конструкция укрепления с указанием отметок и элементов приведена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Укрепление откоса пойменной насыпи бетонными плитами.

 

Границей укрепления откосов является отметка бровки бермы. Бермы пойменных насыпей предназначены для обеспечения общей устойчивости и защиты откосов от размыва.

Отметка бровки бермы является одновременно отметкой верха ее укрепления бетонными или железобетонными плитами и определяется по формуле (1.2)

Гб=ГВВ+hн+hп+∆z+a,                                       (1.2)

,                                              (1.3)

 

где ГВВ – отметка горизонта высоких вод;

hн – высота наката на откос фронтально подходящей волны;

λ,h – соответственно длина и высота волны;

hп,∆z – соответственно высота подпора воды моста, высота ветрового нагона;

а – величина запаса принимаемая для насыпи у больших и средних мостов равной 0,5 м.

Расчет произведен для конкретных условий.

 

hн=

 

Гб=223,1+2,32+0,15+0,25+0,5=226,32 м

 

Ширина бермы поверху определяется вариационным методом расчета устойчивости откосов насыпи и находящейся в интервале от 3 м до 10 м. первоначально принимаем ширину бермы 5 м. Ее поверхности придается уклон 40‰ в сторону бровки бермы.

Незатопляемая часть откосов насыпи выше бермы при песчаных грунтах укрепляется крупнообломочной обсыпкой толщиной 15 – 20 см.

Начальная крутизна откосов насыпи выше бермы назначается согласно таблице 1.4 /4/ и равна 1:1,5 высотой до 6 м, 1,:1,75 в нижней части насыпи высотой от 6 до отметки бровки бермы.

 

1.3 Расчетная схема и действующая нагрузка.

 

На расчетной схеме (рис. 1.3) изображена основная часть насыпи (Нр), высота которой определяется как разность отметок проектной бровки (Гпр) и земли (Гз). При недренирующем грунте насыпи заданная отметка профильной бровки

 является проектной.

 

Нр=Гпр-Гз                                                   (1.4)

 

Нр=235,4-219,8=15,6 м

 

На основной площадке показывается действующее давление в виде полосовых прямоугольных нагружений от подвижного состава и веса верхнего строения пути.

Рисунок 1.3 - Расчетная схема к определению требуемой плотности грунта насыпи.

Интенсивность вибродинамической нагрузки от подвижного состава определяется по формуле:

 

,                                                    (1.5)

 

где, Р0 – осевая нагрузка расчетной подвижной единицы;

n – число осей в тележке;

 – длина жесткой базы тележки;

 – длина  шпалы (2,7 м – для железобетонной  шпалы).

Значения Р0, n, принимаем для конкретного подвижного состава, однако учитывая предельную величину нагрузки воспринимаемой глинистым грунтом

равной 80 кПа принимаем в дальнейший расчет = 80 кПа. Давление от верхнего строения пути и этой полосовой нагрузки назначаем по таблице 1.5/1/ с учетом типа рельсов и рода шпал.

Для рельсов типа Р65 и железобетонных шпал принимаем =17 кПа и =4,9 м для однопутной железной дороги.

 

1.4 Проектирование  поперечного профиля насыпи.

1.4.1 Назначение крутизны откосов.

 

Первоначально крутизна откосов назначается по нормативам для насыпей типового профиля из таблицы 1.4. /4/ и затем уточняется расчетом общей устойчивости насыпи с учетом ее подтопления.

Крутизна откосов насыпи, сооруженной из мелкого песка, в верхней части насыпи от основной площадки до 6 м равна 1: 1,5, ниже отметки Гб равна 1:1,75.

 

1.4.2 Определение расчетных характеристик  грунта.

 

С учетом водонасыщения грунта в зоне подтопляемой насыпи в блоке смещения выделяется три слоя, границами которых является депрессионная поверхность и поверхность основания.

В верхнем слое I характеристики грунта насыпи принимаем по результатам расчета плотности в сухом состоянии.

 

;        ;             

 

где, – плотность частиц грунта, т/м3

1,15 – коэффициент учитывающий  повышение прочностных характеристик  при отсыпке уплотненного грунта.

, – угол внутреннего трения и удельное сцепление грунта природного сложения.

Коэффициент пористости е’ принимаем по ветви нагрузки компрессионной кривой для мелкого песка при кПа.

 

e’=0,570

 

 кH/м3

 

=1,15*tg 34°=0,776

 

 кПа

 

В среднем слое II характеристики грунта насыпи определяют с учетом взвешивающего действия воды и дополнительного увлажнения после подтопления.

 

;              ;           

 

где, – плотность воды, равная 1

0,75; 0,5 – коэффициенты, учитывающие  снижение прочности переувлажненного  грунта.

 

 кH/м3

 

0,582

 

=0,5*4,6=2,3 кПа

 

В нижнем слое III грунта основания расчетные значения характеристик определяются с учетом его насыщения водой.

 

;     ;      

 

где, – характеристики грунта основания природного сложения

 – коэффициент  пористости грунта основания, принимаемый  по ветви нагрузки компрессионной  кривой при напряжении от веса  бермы

 

 

 

где, – высота бермы в сечении по ее бровке, hб=7,23м.

 

19,61*7,23 =141,8 кПа

 

=0,660

 

 кН/м3

 

 

 

 кПа

 

Полученные характеристики грунта насыпи и основания наносим на расчетную схему к графоаналитическому расчету общей устойчивости откоса насыпи (рисунок 1.4).

 

1.4.3 Расчет устойчивости откоса насыпи.

1.4.3.1 Расчетная схема и исходные характеристики

 

На расчетной схеме (рисунок 1.4), изображаемой в масштабе 1:100, показан поперечный контур низовой части насыпи.

На основной площадке (по оси пути) построен фиктивный столбик грунта эквивалентный поездной нагрузке Ро и Рвс шириной bo и высотой zф.

 

 

 

где, – ширина нагрузки от веса верхнего строения пути на однопутном  участке 4,9 м.

 

 

Радиус возможной кривой смещения принят по рисунку 1.4 (расчетная схема), R= 47,23 м.

Полученный блок смещения разбиваем на 13 отсеков.

 

1.4.3.2 Определение общей устойчивости.

 

Расчет ведется графоаналитическим методом в предположенной круглоцилиндрической поверхности возможного смещения с использованием формулы К. Терцаги и с учетом подтопления насыпи:

 

                         (1.7)

 

где, Кст – коэффициент устойчивости при статическом состоянии грунта в теле насыпи,

, – соответственно сумма моментов сил удерживающих и сдвигающих его,

n – суммарное количество отсеков блока смещения,

m – количество блоков смещения в которых действуют удерживающие касательные силы,

 – соответственно  удельное сцепление (кПа) и коэффициент  внутреннего трения грунта в  основании i-ого отсека длиной li,

, – нормальная и касательная к основанию i-ого отсека силы его веса, кН,

 – гидродинамическая  сила, кН.

Сопротивление грунта сдвигу оценивается коэффициентом устойчивости насыпи при динамическом состоянии грунта Кдин, который должен быть не менее допускаемого значения [К], регламентируемого требованиями /1/.

 

                                        (1.8)

 

где, – коэффициент динамики,

 – коэффициент ответственности сооружения,

 – коэффициент  сочетания нагрузки,

 – коэффициент  условий работы.

Коэффициент устойчивости определяется по формуле 1.7 для участка насыпи длиной 1м с учетом удерживающих и сдвигающих сил вычисляем для каждого i-ого отсека.

Нормальная и касательная составляющая силы веса отсека определяется по формулам:

 

,     

 

где, – вес i-ого отсека, кН.

 

 

 

где, – площади частей отсека находящийся в первом, втором и третьем слоях блока смещения.

 – угол  основания отсека к горизонту

 

 

 

 – расстояние  от середины основания отсека до направления вертикального радиуса, м.

Величина гидродинамической силы , кН, определяется по формуле:

 

 

 

Расчет устойчивости ведется в табличной форме (таблица 1.1).

 

1.4.4 Выводы

 

В формулу 1.8 подставляем полученные значения, определяем расчетный  коэффициент устойчивости и сравниваем его с допускаемым значением коэффициента устойчивости.

 

 

 

Полученная величина сравнивается с допускаемым значением [K]. В данном расчете . С учетом полученного результата профиль следует скорректировать в зависимости от величины .

 

 

 

 

 

При , ширина берм должна быть уменьшена до 4 м.

 

1.5 Заключение

 

Поперечный профиль запроектированной насыпи в масштабе 1:200 приведен на рисунке 1.5.

Высота насыпи измеряется в сечении по оси и составляет 15,6 м.

Ширина основной площадки составляет величину В=8,05 м, при чем уширение в

 

кривой ∆b = 0,45 м делается в одну сторону, то есть с внутренней стороны кривой. Расстояние от бровки до оси насыпи bвн = 3,8 м, а с наружней стороны bнар = 4,25 м.

Крутизна откосов назначена после сравнения расчетного Кд=1,352 с [К]=1,263 и рекомендуется:

• на расстоянии 6 м от основной площадки 1:1,5
• ниже до отметки Гб 1:1,75
• подтопляемой бермы 1:2