Установление ширины основной площадки земляного полотна 1 page

Основная площадка земляного полотна характеризуется шириной и формой поверхности, зависящими от категории линии, вида грунтов и количества путей.

Верх однопутного и двухпутного земляного полотна из хорошо дренирующих грунтов устраивается горизонтальным. Верх земляного полотна станционных площадок из скальных, крупнообломочных и песчаных дренирующих грунтов также устраивается горизонтальным. Поперечное очертание верха однопутного земляного полотна (сливную призму) из недренирующих грунтов без защитного слоя следует проектировать в виде трапеции шириной поверху 2,3 м, высотой 0,15 м и основанием, равным ширине основной площадки земляного полотна, а поперечное очертание верха земляного полотна, сооружаемого под два пути, - в виде треугольника высотой 0,2 м и основанием, равным ширине основной площадки земляного полотна (рис.1.3).

Поперечное очертание верха земляного полотна станционных площадок в зависимости от числа путей и вида грунта проектируется односкатным или двускатным, при значительной ширине площадки допускается применять пилообразный поперечный профиль (см. рис. 1.4).

Ширину основной площадки земляного полотна новых железных дорог на прямых участках пути в пределах перегонов следует принимать по нормам, приведенным в таблице 1.1. При наличии защитного слоя под балластной призмой значения для недренирующих грунтов уменьшаются на 0,4 м; измеряется она в уровне проектной бровки, превышающей профильную бровку на 0,15 м. Расстояние от оси вновь укладываемого второго, третьего или четвертого пути до бровки земляного полотна следует принимать не менее половины ширины основной площадки земляного полотна, указанной в таблице 1.1 для первой и второй категорий магистральных линий.

Минимальная ширина обочин со стороны противоположной расположению проектируемого второго пути должна быть не менее 0,5 м. Если эта норма не обеспечивается, допускается увеличивать расстояние между существующим и проектируемым главными путями.

Ширину земляного полотна многопутных железных дорог следует назначать с учетом уширенного расстояния между осями второго и третьего путей, которое устанавливается на основании [15]. Ширину земляного полотна в случае размещения путей в разных уровнях следует устанавливать расчетом. Ширину земляного полотна на раздельных пунктах устанавливают, исходя из проектируемого путевого развития. При этом расстояние от оси крайних станционных путей до бровки земляного полотна должно быть не менее половины ширины, приведенной в таблице 1.1.

Таблица 1.1

*К дренирующим, по условиям работы земляного полотна, следует относить грунты, имеющие при максимальной плотности по стандартному уплотнению коэффициент фильтрации не менее 0,5 м/сут и содержащие в гранулометрическом составе не более 10% частиц размером менее 0,1 мм. Допускается с согласия заказчика при соответствующем технико-экономическом обосновании применять в качестве дренирующего грунта пески мелкие и пылеватые с коэффициентом фильтрации не менее 0,5 м/сут.

Примечания:

1. Ширина земляного полотна (табл. 1.1) измеряется: при грунтах, указанных в графе 3, - в уровне профильной бровки; при грунтах, указанных в графе 4, - в уровне проектной бровки.

2. Ширину земляного полотна насыпей, возводимых на слабых основаниях, и насыпей, возводимых с запасом на осадку, следует устанавливать с расчетом обеспечения требуемых размеров после полной осадки.

Рис. 1.4. Поперечные сечения основной площадки земляного полотна на раздельных пунктах (цифрами обозначены номера путей)

1.2. Определение уширения земляного полотна в кривых участках пути

Ширину земляного полотна на линиях всех категорий на участках, расположенных в кривых, следует увеличивать на величину, указанную в таблице 1.2. Уширение выполняют со стороны наружной бровки земляного полотна. Схема уширения земляного полотна в кривой приведена на рис. 1.5.

Переход от нормальной к уширенной основной площадке устраивается на протяжении переходных кривых, сопрягающих прямые и кривые участки железнодорожных линий.

Таблица 1.2

Необходимо учитывать и величину уширения в кривых междупутий между осями первого и вновь укладываемого второго главного пути, а также третьего и вновь укладываемого четвертого главного пути, предусмотренную ГОСТ 9238-83. Уширения в кривых на скоростных и особо грузонапряженных дорогах устанавливаются по расчету.

Рис. 1.5. Схема уширения земляного полотна в кривой

1.3. Определение крутизны откосов насыпей и выемок

Крутизну откосов насыпей и выемок следует назначать в зависимости от вида грунта и рабочих отметок согласно таблицам 1.3 и 1.4 с учетом геологических, гидрогеологических, гидрологических и климатических условий местности, а также намечаемых способов производства работ.

Таблица 1.3

*Крутизну откосов в глинистых грунтах полутвердой и тугопластичной консистенции, а также в песках мелких и пылеватых следует принимать не менее указанных в таблице 1.3 значений и проверять расчетом. При расчете необходимо учитывать снижение прочности и деформативных характеристик грунтов под влиянием вибродинамического воздействия.

** Для линии 1V категории 1:1.75.

*** К районам избыточного увлажнения относятся территории, в пределах которых среднегодовое количество осадков значительно превышает возможную испаряемость с поверхности суши; к районам с засушливым климатом – территории, на которых количество осадков значительно меньше возможной испаряемости (по абсолютной величине меньше 300 мм).

Таблица 1.4

Примечания:

1. Откосы крутизной 1:0,2 применяются при контурном взрывании, при этом в благоприятных инженерно-геологических условиях в слабовыветривающихся грунтах допускаются вертикальные откосы выемок.

2. В скальных выемках в пределах поверхностного (делювиально-элювиального) слоя крутизну откосов следует назначать с учетом мощности этого слоя грунта и его прочности.

3. У подошвы откосов в скальных легковыветривающихся грунтах следует предусмотреть устройство кювет-траншей шириной понизу 4 м и глубиной 0,6 м. В слабовыветривающихся и выветривающихся скальных грунтах при невыдержанности их залегания, сильной дислоцированности, неблагоприятном расположении поверхностей ослабления следует у подошвы откосов предусмотреть улавливающие траншеи, габаритные размеры которых устанавливаются расчетом.

4. В засушливых районах выемки в подвижных песках на сильно заносимых участках следует проектировать с кювет-траншеями у подошвы откосов шириной понизу не менее 4 м и глубиной до 0,6 м.

При рабочих отметках, превышающих значения, приведенные в таблицах 1.3 и 1.4, крутизна откосов устанавливается по индивидуальному проекту.

2. Обработка продольного профиля

Прежде чем приступить к подготовке исходной информации для ввода

в машину, производится обработка продольного профиля. Она включает в себя определение пикетных положений и рабочих отметок характерных точек – нулевых мест, мест изменения крутизны откосов насыпей и выемок, границ изменения ширины основной площадки земляного полотна и границ насыпей у устоев моста.

2.1. Определение местоположения нулевых точек

Местоположение нулевых точек (переход выемок в насыпь и наоборот)

(см. рис.2.1) определяется, исходя из пропорционального отношения

, (2.1)

отсюда

, (2.2)

где Х – расстояние от нулевого места до ближайшей предыдущей пикетной или плюсовой точки, м;

L – расстояние между ближайшими к нулевому месту пикетными или плюсовыми точками насыпи и выемки, м;

Н₁, Н₂ – рабочие отметки указанных точек насыпи и выемки, м.

2.2. Определение мест изменения крутизны откосов насыпей и выемок

Места изменения крутизны откосов высоких насыпей (в недренирующих грунтах более 6 м, а дренирующих – более 12 м) и глубоких выемок с рабочими отметками, превышающими 12 м (6 м в случае использования глинистых и пылеватых грунтов в районах избыточного увлажнения), определяем, пользуясь формулами

(при Н₁< Н₂); (2.3)

(при Н₁> Н₂), (2.4)

где Н₀ – рабочая отметка, соответствующая началу изменения крутизны откосов, м.

Если длины участков земляного полотна, на которых требуется уположение откосов, не превышают 100 м, а наибольшая рабочая отметка превосходит Н₀ не более чем на 0,5 м, изменением крутизны откосов при обработке продольного профиля можно пренебречь.

Расчетные схемы к определению положения мест изменения крутизны откосов высоких насыпей в недренирующих грунтах приведены на рис.2.2.

Рис. 2.1. Расчетная схема к определению местоположения нулевых точек

Рис. 2.2. Расчетные схемы к определению положения мест изменения крутизны откосов высоких насыпей в недренирующих грунтах:

а) при Н₁< Н_2;

_б) при Н₁> Н₂

2.3. Определение границ изменения ширины основной площадки земляного полотна, пикетного положения задних граней устоев моста

Отметки мест изменения ширины основной площадки земляного полотна, связанного с изменением вида грунта (переход от дренирующих грунтов к недренирующим и наоборот), а также отметки границ участков, где земляное полотно сооружается по индивидуальным проектам, что требует уширения земляного полотна, определяются непосредственно по профилю.

Отметки начала и конца кривых, требующих уширения земляного полотна, величина которого принимается согласно таблице 1.2, определяются линейным интерполированием, что можно выразить формулами

(при Н₁ < Н₂); (2.5)

(при Н₁ > Н₂), (2.6)

где Н – искомая отметка начала или конца кривой, расположенная на расстоянии a метров от пикетной или плюсовой точки с рабочей отметкой Н₁, м.

Расчетная схема к определению отметок начала и конца кривых участков пути приведена на рис.2.3.

Рис. 2.3. Расчетная схема к определению отметок начала и конца кривых участков пути

У больших железнодорожных мостов (отверстие 50 м) земляное полотно на протяжении 10 м от задних граней устоев отсыпают уширенным на 0,5 м в каждую сторону от оси полотна, а на последующих 15 м постепенно сводят до нормативной ширины (см. рис. 2.4).

Для определения пикетного положения задних граней устоев рассчитывается длина моста. Расчеты ведутся в следующей последовательности:

а) определяются отметки передних граней устоев моста. Для этого в обе стороны от оси моста откладывается половина его отверстия, и по формулам (2.5), (2.6) находятся искомые отметки;

б) определяется длина моста:

при отверстии до 10 м

, (2.7)

при отверстии более 10 м

; (2.8)

в) откладываются в обе стороны от оси моста отрезки, равные половине длины моста, находятся отметки начала и конца моста.

В данных формулах l_отв – отверстие моста, м; Н₁ + Н₂ – сумма рабочих отметок передних граней устоев моста, м; 1,25 – крутизна откоса конуса. Для обсыпных устоев и свайно-эстакадных мостов крутизна откоса конуса принимается 1:1,5. Если отверстие моста состоит из нескольких пролетов, то ширина промежуточной опоры условно принимается равной 2 м.

Расстоянием от верхней бровки конуса до задней грани устоя в расчетах можно пренебречь, так как оно незначительно и в зависимости от отверстия моста составляет от 0,75 до 1 м.

Рис. 2.4. Схема уширения земляного полотна на подходах к большому мосту

3. Расчет объемов земляных работ

Для железнодорожного земляного полотна типична знакопеременность высотного размера с более или менее частыми переходами через нуль. Высота насыпей и глубина выемок в пересеченной местности меняются практически непрерывно, а поперечные сечения остаются в геометрическом отношении сравнительно однородными. Для этих условий более представительной и общей фигурой является трапецеидальный клин (см. рис.3.1).

Любой участок железнодорожного земляного полотна можно представить в виде полного или усеченного клина длиной L.

Объем земляных работ в этом случае может быть подсчитан по формуле, предложенной д.т.н., проф. Першиным С.П. Рабочая универсальная формула имеет вид

, (3.1)

где Н – максимальная отметка в граничном сечении рассматриваемого участка, м;

L – длина участка, м;

m – показатель крутизны откоса земляного полотна;

В – ширина меньшего основания рассматриваемой трапеции, м;

j₁(a), j₂(a) – некоторые функции, зависящие от a, определяемые по [5].

(3.2)

где Н₁, Н₂ – рабочие отметки в начале и конце рассматриваемого участка, м, причем Н₁ – минимальная отметка, Н₂ – максимальная.

Данная формула положена в основу программы для расчета объемов земляных работ на ЭВМ.

3.1. Подготовка исходной информации, производство расчетов на ЭВМ

Исходная информация для подсчета объемов земляного полотна должна содержать следующие данные:

В – ширину основной площадки земляного полотна (в кривых с учетом уширения),м;

Н₁ и Н₂ – рабочие отметки в начале и конце каждого элементарного участка, м, причем Н₁ – минимальная отметка, Н₂ – максимальная;

L – длину элементарного участка, м.

Кроме этого, перед началом производства расчетов необходимо указать тип профиля (насыпь или выемка), тип грунта (дренирующий или недренирующий), место производства работ (перегон, станция или разъезд).

Имя программы «Определение объемов земляных работ». Разработчик – Н.В. Волков.

Результатом выполнения работы является ведомость объемов земляных работ.

Рис. 3.1. Трапецеидальный клин

3.2.Определение общих объемов земляных масс с учетом необходимых поправок

В результаты машинных расчетов необходимо внести ряд поправок:

1) поправку на наличие косогорности (при показателе крутизны косогора n<10). Дополнительный объем земляных работ при сооружении насыпей или выемок на косогоре определяется по формуле

, (3.3)

где

, (3.4)

при этом F_кг – увеличение площади поперечного сечения насыпи или выемки на косогоре (см. рис.3.2) по сравнению с прямым участком пути, м²;

m – показатель крутизны откоса насыпи или выемки (при наличии перелома крутизны откоса необходимо находить средневзвешенное значение-m₀);

n - показатель крутизны косогора;

В – для насыпей принимается равной В₀ – ширине основной площадки, для выемок дополнительно учитывается ширина двух кюветов поверху и ширина закюветных полок (в кривых следует предусмотреть требуемую величину уширения);

Рис. 3.2. Поперечный профиль насыпи на косогоре

2) поправки за счет уменьшения объема насыпи, занимаемого трубами.

Объем насыпи занимаемый трубами определяется по формулам:

а) для круглых труб

; (3.5)

б) для прямоугольных труб

, (3.6)

D – внешний диаметр круглой трубы, м, определяемый по формуле

; (3.7)

l _отв – отверстие трубы, м;

_ст – толщина стенки круглой трубы (в расчетах можно принимать _ст = 15…18 см);

– отверстие и высота прямоугольной трубы, м;

d, d – толщина боковых стенок и верхнего ригеля прямоугольной трубы (d=11…30 см; d=11…40 см);

L _тр – длина трубы, м (для данного вида расчетов длину трубы можно ориентировочно принять равной ширине основания насыпи понизу);

3) поправку на дополнительный объем земляного полотна, связанный с уширением основной площадки при подходе к большим железнодорожным мостам

, (3.8)

где - уширение земляного полотна, принимаемое на основании [15], м;

Н₁ – высота насыпи в месте начала ее уширения, м;

Н₂ – высота насыпи у задней грани стенки устоя, м.

Запас на осадку и планировку насыпей учитывается введением коэффициента К₁ = 1,05…1,1; поправка на укладываемость грунта в теле насыпи – коэффициентом К₂, который в зависимости от вида грунта изменяется в пределах от 1 до 1,2.

Поправки на наличие сливной призмы, кюветов, недобор грунта в выемках учтены при составлении программы.

С учетом всех вышеприведенных поправок общие объемы земляного полотна будут определяться по формулам:

а) для насыпей

; (3.9)

б) для выемок

. (3.10)

На участках ломаного профиля подсчет объемов земляных работ ведется по формуле

, (3.11)

где F₁, F₂ – площади поперечных сечений выемки или насыпи соответственно в начале и конце участка длиной L, м².

Рис. 3.3. Поперечные профили земляного полотна на участке ломаного профиля:

а) для насыпи; б) для выемки

Для определения площадей поперечных сечений их следует вычертить в масштабе 1:100 или 1:50, разбить на простейшие геометрические фигуры, найти площади этих фигур и суммировать (рис. 3.3).

Таким образом, . (3.12)

Общие объемы земляных масс на участке ломаного профиля определяются по формулам:

а) для насыпей

; (3.13)

б) для выемок

, (3.14)

где V_{сл. пр.} – объем сливной призмы, м³, определяемый по формуле

; (3.15)

V_кюв. – объем кюветов, м³.

, (3.16)

где 1,56 – площадь двух кюветов, м²;

к₃ – коэффициент, учитывающий недобор грунта в выемке, к₃ = 0,9.

Следует учесть, что при необходимости в формулы (3.13) и (3.14) вводятся поправки, вошедшие в формулы (3.9), (3.10).

Результаты подсчета объемов с учетом всех поправок сводятся в ведомость попикетных объемов (табл. 3.1).

Таблица 3.1

Ведомость попикетных объемов

пк-пк+	Насыпь (Н) Выемка (В)	Н1,м	Н2,м	L, м	м3	Поправки, м3	Vобщ, м3
V тр	Vдоп	Vкг	Vсл.пр	Vкюв

Определенные таким образом общие объемы земляных масс используются в дальнейшем при определении категории сложности железнодорожной линии, установлении сроков строительства и решении вопроса рационального распределения земляных масс.

4. Подготовительные и отделочные работы

Комплекс работ по подготовке территории строительства заключается в расчистке полосы отвода, выполнении осушительных работ, устройстве землевозных дорог, подготовке основания насыпей.

4.1. Расчистка полосы отвода

Полоса отвода, на которой должны быть размещены сооружения железной дороги, в своем исходном состоянии редко бывает пригодна для производства земляных работ. Обычно в ее пределах растет кустарник, лес, имеются препятствия – камни, пни, различные посторонние предметы, подлежащие сносу строения.

Расчистку полосы отвода от мелколесья, пней, кустарника и валунов выполняют после вырубки леса в зоне полосы отвода, предусмотренной проектом. Нормы отвода земель приведены в таблице 4.1.

Вырубку леса и кустарника производят: на перегонах – сплошь в пределах расположения земляного полотна, включая бермы, резервы, а также на местах устройства водоотводных канав, линий связи, притрассовых и подъездных автомобильных дорог, на площадях расположения карьеров и других сооружений; на станциях – участками под станционные пути, здания и сооружения.

Вне пределов сплошной вырубки срубают деревья, угрожающие падением на путь, линию связи и т.д., ухудшающие видимость сигналов и переездов. В снегозаносимых местах, на поймах рек вырубку ведут с учетом климатических особенностей района, без нарушения геологических условий и водного режима.

На сырых и заболоченных участках вырубку леса осуществляют в осенне-зимний период, после промерзания верхнего слоя грунта.

При прокладке железной дороги в лесу, когда необходимо устроить просеку, равную ширине полосы отвода, вначале вдоль трассы прорубают так называемый трелёвочный волок – свободную полосу шириной 3…4 м, предназначенную для перемещения трактора, который вытаскивает поваленные и очищенные от сучьев деревья (хлысты). Эту операцию называют трелёвкой. Деревья валят на трелёвочный волок параллельно друг другу под углом 30…40⁰ к направлению трассы волока вершинами в сторону перемещения поваленных деревьев.