路基工程

西南交通大学《路基路面工程》课程设计报告学生姓名：吴水涛学生学号：010612301487班级编号：土木六部指导教师：王迅2014年5月28日一、设计资料某Ⅰ级重型双线铁路，旅客列车设计行车速度140km/h，K2+500~K3+500段路堤处于直线地段，高度4～12m，根据实际情况，需设置重力式挡土墙。（一）设计题号题号墙高（m）挡墙类型456789101112路肩墙墙后填料粉土123456789砂类土101112131415161718碎石类土192021222324252627不易风化的块石282930313233343536路堤墙墙后填料粉土37383940414243砂类土44454647484950碎石类土51525354555657不易风化的块石58596061626364根据墙型、墙高和填料性质的不同分出不同题号，如上图所示，由指导教师分配给学生。其中路堤墙设定挡墙上部有2米高的路堤填土。（进一步考虑挡墙材料的不同，从而挡墙容重和土与墙背间的摩擦角不同，可将题号扩大一倍。）（二）设计荷载只考虑主力的作用，且不考虑常水位时静水压力和浮力。（三）材料挡土墙材料分混凝土和石砌体两种（任选其一），墙背填料有粉土、砂类土、碎石类土和不易风化的块石四种（根据题号选择其一）。相关参数可参看附表或《铁路路基支挡结构设计规范》。二、说明书（一）、认真分析设计任务书所提供的设计依据。（二）、依据《铁路路基设计规范（TB10001-2005）》，确定双线铁路的线间距，并确定路基各部分尺寸。（三）换算土柱的确定进行路基及其加固建筑物的力学检算时，系将路基面上的轨道静载和列车竖向活载一起换算成与路基土体容重相同的矩形土体，此为换算土柱。绘制出换算土柱高度及分布宽度计算图示，并选取参数进行计算。计算结果可参照《铁路路基设计规范（TB10001-2005）》附表A进行检查。（四）、挡土墙尺寸的初步拟定采用重力式仰斜挡土墙。初步拟定墙顶宽度、墙背和墙胸的坡度、墙底宽度和坡度。（五）、挡土墙设计荷载的计算作用在挡土墙上的力，一般可只计算主力，在浸水地区、地震动峰值加速度为0.2g（原为八度）及以上地区及有冻胀力等情况下，尚应计算附加力和特殊力。本设计中只考虑如下主力：1、墙背填料及荷载的主动土压力作用在挡土墙墙背的主动土压力，一般按库仑主动土压力公式计算。当破裂面交于路基面时，破裂棱体的面积S随着挡土墙及破裂面位置而变化，但都可归纳为一个表达式：当边界条件确定后，A0、B0为常数，并可从破裂棱体的几何关系求得。附表“各种边界条件下的库仑主动土压力公式”给出了不同边界条件下的库仑主动土压力计算公式。在具体计算时，由于无法预知破裂面的位置，一般是先假设破裂面位置，然后按此情况计算出破裂角θ，再根据几何关系来校核假设是否正确。若假设不合理，则需选用另外的破裂面位置重新计算，直至校核合理。最后可根据附表中公式计算土压力的大小，方向和作用点位置。2、墙身重力及位于挡土墙顶面上的恒载（1）墙身重力可由挡墙面积乘以挡墙圬工的容重得到；（2）挡土墙顶面上的恒载：若设计中的换算土柱一部分已侵入挡土墙墙顶范围，则此部分换算土柱应计入挡土墙顶面上的恒载。3、基底的法向力及摩擦力（六）、挡土墙的检算1、挡土墙稳定性检算挡土墙稳定性检算要求检算项目主要力主要力加附加力滑动稳定系数Kc≥1.30≥1.20倾覆稳定系数K0≥1.60≥1.30偏心距e土质地基≤B/6≤B/6岩石地基≤B/4≤B/4基底应力σ≤[容许承载力]≤1.2[容许承载力]（1）挡土墙沿基底的抗滑动稳定系数（非浸水）式中N——作用基底上的总垂直力（kN）；xE——墙后主动土压力的总水平分力（kN）；'xE——墙前土压力的水平分力（kN）；0——基底倾斜角（°）；f——基底与地层间的摩擦系数。倾斜基底尚应检算沿地基水平方向的滑动稳定性。基底下有软弱土层时，还应检算该土层的滑动稳定性。（2）挡土墙抗倾覆稳定系数式中yM——稳定力系对墙趾的总力矩（kNm）；0M——倾覆力系对墙趾的总力矩（kNm）。（3）挡土墙基底合力的偏心距式中e——基底合力的偏心距（m），当为倾斜基底时，为倾斜基底合力的偏心距；B——基底宽度（m），倾斜基底为其斜宽；C——作用于基底上的垂直分力对墙趾的力臂（m）；N——作用于基底上的总垂直力（kN）。当为倾斜基底时，作用于其上的总垂直力：（4）基底压应力式中1——挡土墙趾部的压应力（kPa）；2——挡土墙踵部的压应力（kPa）。2、挡土墙截面强度检算通常仅选取一、两个墙身截面进行强度捡算，如基底、基础顶面、1/2墙高处、墙身变截面处等截面。挡土墙稳定性检算要求检算项目主要力主要力加附加力压应力σ≤[容许承载力]≤1.3[容许承载力]剪应力τ≤[容许承载力]≤[容许承载力]偏心距e≤0.3B’≤0.35B’3、若上述各项检算中有不合格者，则应调整挡土墙尺寸，重新进行计算，直到各项检算指标全部合格。（七）、绘制挡土墙设计图纸三．计算书一1.采用浆砌片石仰斜式路堤挡土墙，墙高H=9m，墙后填土为砂类土，墙顶填土高度a=3m，顶宽A=2.50m，底宽B=2.80m，墙背、墙胸都仰斜，坡度均为0.25：1,（α=14.04°），墙底倾斜，坡度0.2:1，（β=11.31°），墙趾与墙底坡度相同，墙身分段长度10m。2.土壤地质情况填土为砂类土，内摩擦角35°，填土与墙背间的摩擦角23.33°，容重为=18kN/m3，基底与地层间摩擦系数f取0.4。3.墙身材料采用7.5号砂浆，片石砌体，砌体容重=22kN/m3；按规范:砌体容许压应力为1050kPa，容许剪应力为100kPa。4.车辆荷载车辆荷载为计算的方便，可简化换算为路基填土的均布土层，并采用全断面布载。根据查阅《列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度表》可得，换算土层厚度h0=3.4m，宽度l0=3.7m。5.双线铁路路基尺寸双线铁路线间距4m，路基面宽度12m。6.换算土柱二．墙背土压力计算对于墙趾前土体的被动土压力，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，以偏于安全，一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。1.破裂面计算假设破裂面位于荷载单边荷载右端，如附图1：附图1.破裂角：2.验算破裂面是否交于荷载内：破裂面至墙锺荷载内缘至墙踵荷载外缘至墙踵∴7.5510.4511.24破裂面在荷载内。3.主动土压力计算4.土压力作用点位置确定一、墙身稳定性检算1.抗滑稳定性检算所以满足挡土墙抗滑稳定性要求。2.倾覆稳定性检算满足挡土墙倾覆稳定的要求。3.挡土墙身正截面强度和稳定验算取基顶截面为验算截面：1．基顶截面压力计算由墙踵点土压力的计算结果：;基顶截面宽度：基顶截面处的计算墙高为：;基顶处的土压力为：单位墙长（1m）上土压力的水平分量：单位墙长（1m）上土压力的竖直分量：土压力水平分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度：土压力竖直分量的作用点至基顶截面前缘的力臂长度：2．基顶截面偏心距验算：截面宽度：取单位墙长（1m），基顶截面以上墙身自重：墙身重心至验算截面前缘力臂长度：墙顶防撞护栏重量换算集中力：护栏换算集中力至验算截面前缘的力臂长度：按本细则公式（6.3.5）计算，查表6.3.5-1取综合数应组合系数并按表4.1.7的规定，取荷载分项系数截面形心上的竖向力组合设计值为：基底截面形心处，墙身自重及护栏重量作用的力矩：基底截面形心处，墙身自重及护栏重量作用的力矩：按本细则表4.1.7的规定，分别取作用分项系数：根据本细则表6.3.5-1的规定，取综合效应组合系数0.1ZC截面形心上的总力矩组合设计值：查本细则表6.3.6得合力偏心距容许限值为：截面上的轴向力合力偏心距：符合偏心距验算要求，应按本细则公式（6.3.8-1）验算受压构件墙身承载力。3．截面承载力验算：由前计算结果知，作用于截面形心上的竖向力组合设计值为：按本细则表3.1.5的规定，本挡土墙之结构重要性系数为：查本细则表6.3.8得长细比修正系数：由本细则公式（6.3.8-3）计算构件的长细比：按本细则6.3.8条规定：由公式（6.3.8-1）得构件轴向力的偏心距0e和长细比s对受压构件承载力的影响系数：墙身受压构件抗力效应设计值：符合本细则公式（6.3.8-1）的规定，所以截面尺寸满足承载力验算要求。4．正截面直接受剪验算：按本细则6.3.12条规定，要求：计算截面上的剪力组合设计值：由基础资料得：又：可计算得到轴压比为：查本细则表6.3.12得：符合正截面直接受剪验算要求。四、设计图纸附图3五、参考文献[1]铁道工程．郝瀛主编．铁道工程．中国铁道出版社，2000；[2]铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006）．中国铁道出版社，2006；[3]铁路路基设计规范（TB10001-2005）．中国铁道出版社，2005；[4]铁路工程设计技术手册路基．铁道部第一勘测设计院．中国铁道出版社，1995。