книги / Проектирование пойменных насыпей на мостовых переходах

11. Вычисляют составляющую веса каждого отсека, касательную к кривой скольжения, кН/м,

T-GsmO.

12.Подсчитывают суммы сил IN и IT .

Все расчеты сводят в табл. 15.

13.Находят по чертежу длину сухой части кривой скольженияLc, м, и

водонасыщенной L0, м.

14.Для каждой из намеченных кривых скольжения (I, II, III, IV и V) определяют значение коэффициента устойчивости К, который представля­

ет собой отношение суммы удерживающих сил к сумме сил сдвигающих,

где се- сцепление сухого грунта, кПа;

с„- сцепление водонасыщенного грунта, кПа; Удоды' удельный вес воды, кН/м3;

J- гидравлический градиент;

I Q e - суммарная площадь всех отсеков водонасыщенной части грунта, м2.

15. Подсчитанные по формуле (32) значения коэффициента устойчи­ вости К откладывают из соответствующего центра перпендикулярно к ли­

нии ON (рис. 39), а затем графическим построением определяют мини­ мальный коэффициент устойчивости и соответствующую ему кривую скольжения. На рис. 39 минимальным является коэффициент устойчивости

К3. Ему соответствует кривая скольжения III, проходящая через ось земля­

ного полотна.

Минимальный коэффициент устойчивости пойменной насыпи должен быть не менее 1,3 [45]. Если в результате расчета коэффициент устойчиво­ сти получится менее 1,3, то нужно уменьшить крутизну откосов поймен­ ной насыпи, уширить бермы или ввести дополнительные бермы, а затем повторить весь расчет.

Определение коэффициента устойчивости К по формуле (32) произ­

водят в тех случаях, когда пойменная насыпь отсыпается из супесчаных и суглинистых грунтов.

Пойменная насыпь, возведенная из среднезернистых и крупнозерни­ стых песков, обладает высокой фильтрационной способностью. Уровень грунтовой воды в теле такой насыпи следует за уровнем воды на её откосе в течение всего периода подъема и спада пойменной воды (см. п. 3). Кри­ вая депрессии близка к горизонтальной прямой, и сила гидродинамическо­ го давления воды практически отсутствует. Кроме того, силы сцепления в песчаных грунтах весьма малы, и или можно пренебречь.

71

Поэтому коэффициент устойчивости пойменной насыпи, отсыпан­ ной из песка, определяют по формуле

Глинистые грунты являются практически водонепроницаемыми. В ре­ зультате этого пойменные насыпи, отсыпанные из глины, не подвергаются гидродинамическому воздействию воды. При определении веса грунта в пределах каждого отсека учитывают его удельный вес в сухом состоянии.

Поэтому коэффициент устойчивости пойменной насыпи, возведенной из глинистых грунтов, следует определять по формуле

(34)

Т.Т

Численные значения физико-механических характеристик грунтов, применяемых для отсыпки пойменных насыпей, устанавливают на основа­ нии результатов инженерно-геологических изысканий и испытаний грун­ тов в лаборатории. Если данные лабораторных исследований отсутствуют, то принимают средние значения физико-механических характеристик грунтов, приведенные в прилож.5 и 6.

14. ПРИМЕР РАСЧЕТА УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ ВЫСОКОЙ ПОЙМЕННОЙ НАСЫПИ АВТОДОРОЖНОГО

МОСТОВОГО ПЕРЕХОДА

Требуется произвести расчет устойчивости откосов высокой поймен­

ной насыпи автодорожного мостового перехода через большую равнинную

реку.

И с х о д н ы е д а н н ы е :

1.Мостовой переход является участком автомобильной дороги П тех­ нической категории.

2.На рис. 41 показан поперечный профиль насыпи. Высота ее #=13,40 м. Ш ирина земляного полотна В= 15,0 м [48]. Крутизна откоса

надводной (сухой) части насыпи до высоты 6,0 м принята равной 1:1,5. Откос насыпи в пределах подтопления запроектирован с крутизной 1:2. Надводная и подтапливаемая части откоса сопрягаются с помощью берм шириной 4,0 м.

3.Отметка расчетного уровня высоких вод РУВВ 150,86 м.

4.Грунт земляного полотна - суглинок.

5. Удельный вес грунта 7=16,5 кН/м3.

6. Удельный вес твердой фазы (скелета) грунта у0= 27,1 кН/м3. 7. Пористость грунта п=35%.

73

Рис. 41.К примеру расчета устойчивости откосов высокой пойменной насыпи

8.Сцепление сухого грунта сс=10 кПа.

9; Сцепление водонасыщенного грунта с0=5кПа. 10. Угол внутреннего трения <р=25°.

1.Через точку А, соответствующую подошве откоса пойменной насы­ пи (рис. 41), проводим вертикальную прямую и на ней откладываем от­ резок АЕ, равный высоте насыпи Я.

2.Через точку Е проводим горизонтальную прямую и на ней отклады­ ваем отрезок, равный 4,5Я. В результате этого получаем точку N.

3.Определяем положение точки О, которая находится на пересечении двух лучей, проведенных из точек А и М (точка М соответствует бровке

насыпи) под углами и р2 к откосу и горизонту. Так как откос имеет берму и переменный коэффициент заложения т, то заменяем его прямой

AM, соединяющей точку подошвы откоса (точку А) и точку бровки насы­ пи (точку М ) (пунктирная линия на рис. 41). С помощью транспортира из­ меряем угол наклона а линии AM к горизонту. Угол а получился равным 26°. По табл. 14 определяем соответствующие этому углу а значения углов

Pi и Д2: Р г 25° и р2=35°. Откладываем найденные значения углов # и р2на

чертеже и на пересечении двух лучей получаем точку О.

4.Соединяем точки N и О прямой линией (на рис. 41 она показана пунктиром), которая представляет собой прямую центров наиболее опас­ ных кривых скольжения.

5.Намечаем положение пяти кривых скольжения (рис. 41). Кривую I проводим через бровку левого откоса насыпи; кривую И- через точку, на­ ходящуюся посередине между бровкой левого откоса и осью земляного полотна; кривую 1Пчерез ось земляного полотна; кривую IVчерез точку, находящуюся посередине между осью земляного полотна и бровкой пра­ вого откоса; кривую V - через бровку правого откоса. Эти кривые скольже­ ния имеют следующие радиусы : Л/ = 34,5 м; R2=31,5 м; R2=29,2 м;

R4=28,0 м и R5=27,6 м.

6.Заменяем временную колесную нагрузку весом эквивалентного слоя грунта толщиной /ь» которую находим по формуле (30)

эB(d +e)y 15(3,95 + 0,2)16,5

7.Строим кривую депрессии. Условно принимаем ее за наклонную прямую и проводим из точки Р (рис. 41), находящейся на оси земляного полотна на расчетном уровне высоких вод РУВВ, под углом 3°26/,тангенс которого равен гидравлическому градиенту J (0,06).

8.Выполняем построение кривых скольжения. Для большей нагляд­ ности покажем на рис.41 только одну кривую скольжения (кривую Ш).

7 5 '

Линия депрессии делит отсеченный этой кривой объем грунта на верхнюю (сухую) и нижнюю (водонасыщенную) части.

9. Объем грунта земляного полотна, отсеченный каждой кривой скольжения, разбиваем вертикальными сечениями на ряд отсеков одинако­ вой ширины (по 3,0 м). Длину каждого отсека принимаем равной 1,0 м.

10. Определяем удельный вес водонасыщенного грунта по формуле

(31)

_ Сто-УдодЛ Ю 0 - » ) _ (2 7 ,1 -1 0 )0 0 0 -3 5 )

= 11,1 кН/м3.

11. Находим по чертежу расстояния х (рис.40) от центра тяжести каж­

дого отсека до вертикали, проходящей через центр кривой скольжения (вправо - со знаком плюс, влево - со знаком минус).

Например, для отсека №1 х, = 23,6 м; для отсека № Ю х10= -3,1 м.

12.Определяем углы наклона 0 (рис.40) отрезков кривой скольжения

кгоризонту в пределах каждого отсека.

Например, для отсека №1

14. Вычисляем веса сухой и водонасыщенной частей каждого отсека GcuGe, а затем и общий вес отсека (?= Gc + G„.

Например, для отсека №1 Сс(,)= П еГ,; Гс= П с(1) у =6,90-16,5 = 113,8 кН/м;

G^pO; С!1= 113,8 кН/м;

для отсека №10

Gc(io)= Ос(ю;Гс= 8,40 • 16,5= 138,6 кН/м;

Офоу= Л (|о»Гг- 7,65'11,1 =84,9 кН/м;

G,o=138,6 + 84,9 = 223,5 кН/м.

15. Для каждого отсека определяем составляющую его веса N, нор­

мальную к кривой скольжения. Например, для отсека №1

76

N, = Gicos 9 1; cos 9 t= cos 53°55 - 0,5889; 113,8-0,5889= 67,0 KH /M ;

для отсека № 10

JVio= G |0cos 9 ,0; cos 9 ш= cos 6°06 - 0,9943;

N ,0= 2 2 3 ,5 • 0,9943= 222,2 KH/M.

16. Для каждого отсека вычисляем составляющую его веса Т,

касательную к кривой скольжения. Например, для отсека №1

Г ,= G, sin 0 ,= 113,8*0,8082= 92,0 кН/м; для отсека № 10

Г10= G ,о sin 9 ю= 223,5 (-0,1062) = -23,7 кН/м.

Все расчеты для кривой скольжения III сводим в табл.16.

17.Подсчитываем сумму площадей £Q e= 49,38 м2 (табл.16).

18.Находим суммы сил £ N = 3 1 6 3 ,2 кН/м и £7= 1152,0 кН/м (табл. 16).

19.По чертежу определяем длины сухой и водонасыщенной частей кривой скольжения Le= 16,4 м и La=24,8 м.

20.Для каждой из намеченных кривых скольжения по формуле (32) вычисляем коэффициент устойчивости К.

21. Найденные значения коэффициента устойчивости К откладываем

из соответствующего центра перпендикулярно к линии ON и получаем точки а, в, с, d u e (рис.41). Эти точки соединяем плавной кривой.

Как видно из чертежа, критической является кривая скольжения Ш, проходящая через ось земляного полотна. Этой кривой соответствует наи­ меньшее значение коэффициента устойчивости К = 1,48.

Для всех кривых скольжения, в том числе и для критической, коэф­ фициент устойчивости К получился больше 1,3. Следовательно, устойчи­

вость откосов запроектированной насыпи обеспечена.

15. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ПОЙМЕННЫХ НАСЫПЕЙ ПРОТИВ ПРОСАДКИ

Если пойменные насыпи возводятся на основании из грунтов, оказы­ вающих слабое сопротивление нагрузке (неплотные, водонасыщенные грунты), то такие насыпи могут давать просадку, которая обусловлена де­ формацией основания. Просадка пойменных насыпей характеризуется вер­ тикальным перемещением поверхности земляного полотна (рис.7).

77

Грунт основания под влиянием веса пойменной насыпи сжимается и уплотняется, а при большой нагрузке может выжиматься из-под насыпи в стороны (рис.7). Поэтому следует производить расчет устойчивости высо­ ких пойменных насыпей против бокового сдвига грунта в их основании.

Для обеспечения устойчивости пойменной насыпи необходимо, чтобы во всех точках грунтового массива основания касательные напряжения не превышали сопротивления грунта сдвигу, то есть

Т щах < С0,

где r mBX - максимальная величина касательных напряжений в основании, которые вызываются нагрузкой от сооружения, кПа;

с„ - сцепление водонасыщенного грунта, кПа.

Касательные напряжения достигают наибольших значений в тех точ­ ках основания, которые находятся на оси насыпи. Для этих точек каса­ тельные напряжения г тах (в кПа) вычисляют по формуле

где z - глубина погружения точки М (рис.42),для которой определяется ве­ личина т тах, м;

р- удельное давление насыпи на грунт в средней ее части, кПа;

а- заложение откоса насыпи, м;

В - ширина земляного полотна,м.

Рис.42. Схема к определению максимальных касательных напряжений в основании пойменной насыпи

При определении величины р нужно учитывать давление от веса на­

сыпи и временную колесную нагрузку, которая заменяется весом эквива­ лентного слоя грунта толщиной h3(рис. 42). Величину А, подсчитывают по

формуле (30).

79