路基工程课程设计--北京交通大学

[6]铁路路基支挡结构设计规范（TB10025-2006），中国铁道出版社，2006；
[7]铁路路基设计规范（TB10001-2005），中国铁道出版社，2005；
附录
设计中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重度相同的矩形土体。Ⅰ级重型双线铁路，时速140km/h，列车轴重220kN，间距1.5m。由于路基土分层，基床表层采用级配碎石，重度19kN/m3,查表，换算土柱宽度b0为3.3m，高度h0为3.2m，双线铁路即为两个换算土柱。
二、
重力式挡土墙的构造要求挡土墙顶面宽度一般为垂直墙高的1/12,即H/12，采用混凝土结构顶宽不应小于0.4m ，路肩挡土墙应设置帽石，其材料可用C15混凝土或粗实料，厚度不小于0.4m ，宽度不小于0.6m ，突出墙身的飞檐宽为0.1m 。
压实标准，基床表层：级配碎石满足地基系数 ，孔隙率 ；基床底层填料满足地基系数 ，相对密实度 。基床下部就地取材残积土压实标准 ，地基系数 。
第三章
重力式挡土墙是依靠自身的质量和地基反力抵抗土体和外荷载产生的土压力，因此挡土墙及地基应有足够的稳定性和强度。本设计中墙身材料采用C15混凝土，其重度 ,挡土墙为为仰斜式路肩墙，墙后填料为砂类土，内摩擦角 ，土与墙背内摩擦角 。墙高8m，墙背坡度为1:0.25，墙胸坡度为1:0.30。基底为硬质岩，其容许承载力为 =1200kPa，基底与地层间的摩擦系数 ，下面进行具体设计与相关验算。
图1双线路堤标准横断面图（单位：m）
（注：具体路堤横断面图见CAD版图纸。）
三、
根据规范，Ⅰ级铁路路堤基床表层应选用A组填料（砂类土除外），但缺乏A组填料时，经济比选后可采用级配碎石或级配砂砾石，本设计中采用级配良好的碎石，属于A组填料。基床底层填料应选用A、B组填料，否则应采取土质改良或加固措施，本设计中采用A组或B组都可，可根据经济性比选。路堤基床以下部位填料宜选用A、B、C组填料，选择D组填料时应采取土质改良或加固措施，本设计中根据要求选用即可。
三、
计算过程中采用Excle公式进行计算，对于方案一和方案二验算不满足，此处省略详细计算步骤，具体数据可参见附录，方案三的详细计算步骤如下：
基本数据：挡土墙为为仰斜式路肩墙，墙后填料为砂类土，内摩擦角 ，土与墙背内摩擦角 ， 墙高H=8m，底部尺寸B=3.4m ,换算土柱宽度b0=3.3m，高度h0=3.2m，d=2m，墙背坡度为1:0.25，墙胸坡度为1:0.30，尺寸如图5所示：
图5方案三库伦土压力计算图示（单位：m）
1)计算破裂角θ
（仰斜墙背，α取负值）
假设破裂面交于第一个换算土柱荷载分布范围之内：
校核假定：
故破裂面位于第一个换算土柱分布范围内，满足要求。
2)求土压力系数 ：
四、
基底为硬质岩，其容许承载力为 =1200kPa，基底与地层间的摩擦系数 ，墙重：
1)抗滑稳定性验算
地下排水：当地下水埋藏浅且无固定含水层时，采用明沟、排水槽、渗水暗沟、边坡渗沟、支撑渗沟等排水设施；当地下水埋藏深或为固定含水层时，可采用渗水隧洞、渗井、渗管或仰斜式钻孔等。渗水暗沟和渗水隧洞的纵坡不宜小于5%，条件困难时不应小于2%，并且按规范要求设置反滤层。
2)挡土墙排水设施
挡土墙的排水设备，以疏干墙后填料中的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，而使墙身承受而外的静水压力，消除粘性土填料因含水量增加而产生的膨胀压力，减少冻胀压力为目的，通常由地面排水和墙身排水两部分组成。
5)摊铺采用平地机，在路基上采用方格网控制填料量。在摊铺后，进行人工及时消除粗细集料离析现象。之后采用轮胎压路机快速碾压一遍，暴露的不平整再进行整平和整形。碾压时，先静压后弱振再强振，最后静压收光，碾压由内侧路肩向外侧进行，碾压后进行那个质量评定，应符合要求。
6)路基施工时要进行地基沉降、侧向位移的动态观测。在填土过程中，应根据观测结果整理绘制“填土高—时间－沉降量”关系曲线图，分析土体的侧向位移及发展趋势及，判断地基的稳定性。
图2挡土墙尺寸方案一（单位：m）
图3挡土墙尺寸方案二（单位：m）
图4挡土墙尺寸方案三（单位：m）
此处需要说明的是双线铁路第一个换算土柱距离挡土墙背墙顶点的水平距离最开始根据以往算例取了0.4m，在进行方案二，方案三设计时则是根据第二章中所设计的路基横断面尺寸进行距离计算得到第一个换算土柱距离挡土墙背墙顶点的水平距离为2m，从图中也可看出这一变化，最终选定方案三，如图4所示。
北 京 交 通 大 学
《路基工程》课程设计报告
学生姓名：……
学生学号：……
班级编号：土木1003班
指导教师：冯瑞玲刘建坤
2013年6月23日
《路基工程》课程设计计算书
第一章概述
一、
设计依《铁路路基设计规范TB 10001-2005》、《铁路路基支挡结构设计规范TB10025-2006》及《铁路工程设计技术手册-路基》进行设计。设计内容包括以下：
参考
[1]路基工程，刘建坤、曾巧玲、侯永峰主编，中国建筑工业出版社，2006；
[2]铁路路基工程，宫全美主编，中国铁道出版社，2007；
[3]路基工程，杨广庆主编，中国铁道出版社，2003；
[4]路基及支挡结构，尹紫红主编，中国电力出版社，2011；
[5]客运专线铁路路基设计技术，屈晓辉、崔俊杰编著，人民交通出版社，2008；
1）挡土墙稳定性检算要求
挡土墙稳定性检算要求
检算项目
主要力系
主要力系加附加力系
滑动稳定系数Kc
≥1.30
≥1.20
倾覆稳定系数K0
≥1.60
≥1.40
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]
2）土与墙背的摩擦角
墙身材料墙背土
岩块及粗颗粒
地面排水：设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地面松土，防止雨水和地面水下渗，必要时加设铺砌，为防止地表水渗入地基，可夯实墙前回填土或加固边沟。
墙身排水：沿墙身和墙高以梅花形交错布置泄水孔，按上下左右每隔2~3米交错布置，坡度不小于4%，孔口尺寸采用5~10cm的圆孔。最下排泄水孔的进口下部铺设隔水层，防止积水渗入基底，并且在泄水孔进口侧设置厚度为0.3m的卵石反滤层。
2)抗倾覆稳定性验算
3)合力偏心距检算
（满足）
4)挡土墙墙身H/2截面强度验算
法向应力验算
（满足）
（满足）
通过以上计算可知，方案三的挡土墙设计各项指标符合要求。
五、
图6为挡土墙在路堤中的布置横断面图的示意，具体详见图纸。
图6挡土墙布置（单位：m）
第四章排水措施及施工方法
一、
1)路堤排水设备
地面排水：在路堤地面迎水一侧设置排水沟，排水沟横断面尺寸：底宽0.4m、深度0.6m、坡率1:1。
（4）边坡坡度：根据规范规定，Ⅰ级铁路的路基边坡高度不宜大于15m，设计该路基边坡为直线型，高度8m，坡率为1：1.5。
（5）排水沟：根据规范，排水沟底宽0.4m，深度0.6m，边坡坡率采用
1：1，在排水沟和路基之间修筑2m宽的人工护道。
二、
由以上确定的基本参数，则本设计中双线标准路基结构的横断面图示如下：
一、
作用在挡土墙上的力系，根据荷载性质及发生概率分为主要力系、附加力系和特殊力系。本设计中根据要求只考虑主要力系的作用，不考虑常水位时的静水压力和浮力。主要力系是指经常作用在挡土墙上的力，包括由墙背填料自重及列车轨道荷载引起的土压力Ea，墙身自重G，基地方向反力R及摩擦力T，为了偏于安全的考虑，不考虑墙前被动土压力的作用。
3)基床底层填筑：基床底层填筑前进行现场填筑压实工艺试验，长度控制在100m内，填筑时分层的最大压实厚度控制在30cm内，在每一层填筑过程中，先确认填料质量、含水率、铺土厚度、填料表面平整度符合要求后，再进行碾压。基床底层压实质量，采用地基系数、动态变形模量、压实系数指标控制。
4)基床表层填筑：基床表层的填筑按照验收基床底层、搅拌运输、摊铺碾压、检测修整“四区段”和拌合、运输、摊铺、碾压、检测实验、修整养护“六流程”的施工工艺组织施工。基床表层级配碎石分层填筑，填筑压实厚度控制在15—30cm。
浇筑应连续进行，如因故必须间断时，其间断时间应小于前层片石混凝土的初凝时间。施工缝的位置应在混凝土浇筑之前确定，宜留置在结构受剪力和弯矩较小且便于施工的部位。混凝土浇筑完成后，对混凝土裸露面及时进行修整、抹平，待初凝后再抹第二遍并压光或拉毛。
2)沉降缝设置
沉降缝按照设计要求位置设置，挡土墙施工时，按沉降缝位置分段施工，挡土墙施工完成后，沉降缝用沥青麻筋沿内、外、顶三方填塞，深入10～20cm。
(二)重力式路肩挡土墙施工方法
1)混凝土搅拌和浇筑：
现场拌制混凝土配料时，拌第一盘混凝土时必须对按要求称重，得出碎石、砂、水的比率。然后可以按此比率用手推车计量。对骨料的含水率应经常进行检测，雨季施工时，应增加测定次数，据此调整骨料和水的用量。混凝土拌和物应拌和均匀，颜色一致，运至浇筑现场不得有离析泌水现象，严禁使用不合格的混凝土进行施工。
（2）路基面宽度：根据《铁路路基设计规范》TB1001—2005（以下简称“规范”）查表得，路基面宽度为11.2m，其中路肩宽度不小于0.8m。
（3）基床厚度：根据规范规定，对于时速不超过160km/h的Ⅰ、Ⅱ级铁路，路基床表层厚度为0.6m,底层厚度为1.9m，基床总厚度为2.5m，本设计中为时速140km/hⅠ级重型双线铁路，按规范取值。
细粒土
混凝土
石砌体
第二破裂面或假想墙背土体
注：Fra Baidu bibliotek
3）其他参数指标
砂类土内摩擦角
35o
砂类土重度（KN/m3）
17、18
砂类土基地与地层间的摩擦系数
0.04
注：
第二章路基横断面设计
一、
（1）断面形式：根据本设计的基本资料，路基断面形式为路堤式。路基面形状设计为三角形路拱，由路基中心线向两侧设置4%的人字排水坡，拱高约为0.15m。
二、
(一)路堤施工方法
1)地面处理：清除基地表层植被，挖出树根，做好临时排水设施。
2)基床以下路堤的填筑：应按照“三阶段，四区段，八流程”的顺序进行。三阶段：准备阶段—施工阶段—竣工阶段；四区域：填筑区—平整区—碾压区—检验区；八流程：施工准备—基底处理—分层填筑—摊铺整平—洒水（晾晒）—碾压夯实—检验签证—路面整形（边坡整修）。路堤应沿横断面全宽、纵向分层填筑，从最低处分层填筑，两边向中部填筑。路基两侧超填宽度不宜小于50cm，竣工时应刷坡整平。填料摊铺是用推土机进行初平，再用平地机进行平整，填层面应无显著的局部凹凸，并做成向两侧横向排水坡。压实顺序按先两侧后中间，先静压后弱振，再强振的操作程序进行碾压。压路机的最大碾压行驶速度控制在4km/h，各区段交接处，纵向搭接长度控制在2m，沿线路纵向行与行之间压实重叠不小于40cm。
按照基本要求设计，方案一取顶面宽度为H/12即 取 ,再根据其墙背坡度为1:0.25，墙胸坡度为1:0.30的几何关系，就可以绘出其断面形式如图2。拟定好尺寸用Excle公式进行库伦土压力计算和挡土墙验算后（具体验算过程见附录），发现方案一的墙身尺寸不符合要求，继续加大墙身尺寸，取墙顶宽度为2m，其他角度尺寸不变，按几何关系就可得到方案二如图3所示。同理对方案二进行验算，方案二也不符合要求，继续改进取墙顶宽度为3m进行验算，验算合格，最终确定挡土墙身尺寸如图4所示。
1、双线标准路基结构的设计；
2、重力式挡土墙各部分尺寸的拟定；
3、重力式挡土墙设计荷载的计算；
4、重力式挡土墙的检算（抗剪强度不需要检算）；
5、绘制设计图纸。
二、
某Ⅰ级重型双线铁路，旅客列车设计行车速度140km/h，该段路堤处于直线地段，路堤设计高度在4～12m之间，已知基底为硬质岩，其容许承载力为 =1200kPa。根据实际情况，需设置重力式挡土墙，挡土墙为为仰斜式路肩墙，墙后填土为砂类土，墙高8m，墙背坡度为1:0.25，墙胸坡度为1:0.30。