路基工程课程设计范例

工程教育试点班
《铁路路基工程》课程设计报告
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第一章概述................. 错误!未定义书签。

一、设计任务
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二、设计资料
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第二章路基横断面设计....... 错误!未定义书签。

一、横断面各部尺寸拟定
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二、路基横断面图示
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三、路基填料的选择
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第三章重力式挡土墙设计...... 错误!未定义书签。

一、作用在挡土墙上的力系
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二、挡土墙尺寸拟定
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三、库伦土压力计算
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四、挡土墙检算
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五、挡土墙横断面图
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第四章排水措施及施工方法.... 错误!未定义书签。

一、综合排水设施设计
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二、施工方法
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参考文献....................... 错误!未定义书签。

第一章 概述
一、 设计任务
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：
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、 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 ，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
[] 地基=1200kPa 。

根据实际情况，需设置重力式挡土墙，挡土墙为仰斜式路肩墙，
墙后填土为砂类土，墙高8m ，墙背坡度为1:，墙胸坡度为1:。

1）挡土墙稳定性检算要求
挡土墙稳定性检算要求
2）土与墙背的摩擦角
注：0o o 123030ϕϕδ>、为土的内摩擦角，为土的综合内摩擦角；、计算墙背角时仍用。

3）其他参数指标
注：12、计算水位以下的填料重度采用浮重度；、填料的重度可根据填料性质与压实情况，做适当修正。

第二章路基横断面设计
一、横断面各部尺寸拟定
（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。

（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，其中路肩宽度不小于。

（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,底层厚度为，基床总厚度为，本设计中为时速140km/hⅠ级重型双线铁路，按规范取值。

（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：。

（5）排水沟：根据规范，排水沟底宽，深度，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、路基横断面图示
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：
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、路基填料的选择
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。

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 重力式挡土墙设计
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:，墙胸坡度为1:。

基底为硬质岩，其容许承载力为[] 地基=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。

一、 作用在挡土墙上的力系
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。

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。

由于路基土分层，基床表层采用级配碎石，重度19kN/m 3,查表，换算土柱宽度b 0为，高度h 0为 ，双线铁路即为两个换算土柱。

二、 挡土墙尺寸拟定
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 ，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 ，宽度不小于 ，突出墙身的飞檐宽为 。

按照基本要求设计，方案一取顶面宽度为H/12 ,再根据其墙背坡度为1:，墙胸坡度为1:的几何关系，就可以绘出其断面形式如图2。

拟定好尺寸进行库伦土压力计算和挡土墙验算后，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。

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，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。

三、库伦土压力计算
【方案一和方案二验算不满足，可省略详细计算步骤】
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，内摩擦角为**，
土与墙背内摩擦角为**，墙高H=8m，底部尺寸B= ,换算土柱宽度b
0=，高度h
= ，
d=2m，墙背坡度为1:，墙胸坡度为1:，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
'(0.25)14214.03arctg α==︒=
φ+δ-α=35+35/2-14.0238.48ψ=︒︒︒=︒（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：
0011(2)(82 3.2)857.60022
A H h H =+=+⨯⨯= 00011(2)2 3.28(82 3.2)0.2520.80022
B dh H H h tg α=+
+=⨯+⨯⨯+⨯⨯= 0020.800()()0.794(0.7940.700)(0.794)0.80857.600B tg tg tg tg tg A θψψφψ=-++=-+⨯+= 0.80838.961arctg θ==︒
校核假定：
80.808 6.464Htg θ=⨯=
080.252 3.37.3 6.464Htg d l α++=⨯++=≥
80.2524 6.464Htg d α+=⨯+=≤
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：
()()()()()cos 38.96135cos (0.8080.250)=0.158sin sin 38.96138.48a tg tg θϕλθαθψ++=-=-⨯++
00tan 57.6000.80820.800190.158138.590/tan tan 0.8080.25
a a A B E kN m θγλθα-⨯-==⨯=--
cos()138.590cos(17.514.03)138.341/a Ex E kN m δα=-=⨯-=
sin()138.590sin(17.514.03)8.310/a Ey E kN m δα=-=⨯-=
12 4.6560.8080.25
d h m tg tg θα===-- 128 4.656 3.344h H h m =-=-=
()()3232022202383 3.2 3.344 2.41732382 3.2 3.344x H h h Z m H h h ++⨯⨯===++⨯⨯
3.4 2.4170.25
4.004y x Z B Z tg m α=+=+⨯=
019 3.20.1589.614a a h KPa σγλ==⨯⨯=
1980.15824.035H a H KPa σγλ==⨯⨯=
四、 挡土墙检算
基底为硬质岩，其容许承载力为[]σ地基=1200kPa ，基底与地层间的摩擦系数，
墙重：588.800KN/m G =
1) 抗滑稳定性验算
()(588.8008.310)0.4 1.726 1.3 138.341y x G E f Kc E ++⨯===≥（满足）
2) 抗倾覆稳定性验算
0588.500 2.6738.310 4.004 4.806 1.6 138.341 2.417
G y y x x GZ E Z K E Z +⨯+⨯===≥⨯（满足） 3) 合力偏心距检算
0588.800 2.6738.310 4.004138.341 2.417 2.131588.8008.310y N M M Z m N -⨯+⨯-⨯===+∑∑∑ 1.7 2.1310.43102N B e Z m =-=-=-≤
0.4310.850 4
B e m =≤=（满足） max min 6588.5008.3106(0.431)1(1)3.4 3.4175.6211200N e B B KPa KPa KPa
σ+⨯-⎛⎫=
±=± ⎪⎝⎭=≤∑或41.905
4) 挡土墙墙身H/2截面强度验算
法向应力验算 3 3.4' 3.22B m +==
'24.035/212.0172H H KPa σσ===
21'()'62.490/m 222
a a H H E h KN σσ=-+= ''cos()62.378/x a E E kN m δα=-=
''sin() 3.747/y a E E kN m δα=-=
y ' 2.256m ' 3.764m x Z Z ==
'285.200/m G KN = ' 2.144G Z m =
0''285.200 2.144 3.737 3.76462.378 2.256' 1.678'285,200 3.747
y N M M Z m N -⨯+⨯-⨯===+∑∑∑ ''' 1.6 1.6780.07802
N B e Z m =-=-=-≤ '0.0780.3 3.20.96 e m =≤⨯=（满足）
max
min 61103.483a 77.109a 210KPa N e KP KP B B σ⎛⎫=±=≤ ⎪⎝⎭
∑或（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、 挡土墙横断面图
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、综合排水设施设计
1)路堤排水设备
********
2)挡土墙排水设施
********
二、施工方法
(一)路堤施工方法
********
(二)重力式路肩挡土墙施工方法
********
参考文献
[1]杨广庆.路基工程.北京:中国铁道出版社,2010.
[2]中华人民共和国铁道部.铁路路基设计规范(TB10001-2005).北京:中国铁道出版社,2005.
[3]中华人民共和国铁道部.铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2006).北京:中国铁道出版社,2006.
[4]……。