路基工程課程設(shè)計(jì)

1、目 錄1 設(shè)計(jì)資料11.1 線路資料11.2 設(shè)計(jì)荷載11.3 材料12 說明書22.1 設(shè)計(jì)依據(jù)22.2 換算土柱的確定22.3 擋土墻尺寸的初步擬定22.4 擋土墻設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算22.5 擋土墻的檢算32.5.1 擋土墻穩(wěn)定性檢算32.5.2 擋土墻截面強(qiáng)度檢算52.6 繪制擋土墻設(shè)計(jì)圖紙53 計(jì)算書63.1 擋土墻與路堤相關(guān)參數(shù)63.1.1 擋土墻63.1.2 土壤地質(zhì)情況63.1.3 擋土墻材料63.1.4 換算土柱63.1.5 雙線鐵路路基尺寸63.2 墻背主動(dòng)土壓力的計(jì)算63.2.1 各個(gè)邊界條件下的界限角分布73.2.2 主動(dòng)土壓力的計(jì)算（手算檢核）93.3 墻身穩(wěn)定性檢算103

2、.3.1 滑動(dòng)穩(wěn)定性檢算103.3.2 傾覆穩(wěn)定性檢算113.3.3 擋土墻基底應(yīng)力和偏心距檢算123.3.4 擋土墻墻身截面強(qiáng)度檢算124 設(shè)計(jì)圖紙14西 南 交 通 大 學(xué)路基工程課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)生姓名： 學(xué)生學(xué)號(hào)： 班級(jí)編號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2016年 6月 8日1 設(shè)計(jì)資料1.1 線路資料 某級(jí)重型雙線鐵路，旅客列車設(shè)計(jì)行車速度140km/h，K2+500K3+500 段路堤處于直線地段，高度412m，根據(jù)實(shí)際情況，需設(shè)置重力式擋土墻。1.2 設(shè)計(jì)荷載只考慮主力的作用，且不考慮常水位時(shí)靜水壓力和浮力。1.3 材料擋土墻材料為混凝土，墻背填料為不易風(fēng)化的塊石。相關(guān)參數(shù)可參看附表或鐵路路基支擋

3、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范。2 說明書2.1 設(shè)計(jì)依據(jù) 依據(jù)鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10001-2005），確定雙線鐵路的線間距，并確定路基各部分尺寸。2.2 換算土柱的確定進(jìn)行路基及其加固建筑物的力學(xué)檢算時(shí)，系將路基面上的軌道靜載和列車豎向活載一起換算成與路基土體容重相同的矩形土體，此為換算土柱。繪制出換算土柱高度及分布寬度計(jì)算圖示，并選取參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果可參照鐵路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（TB10001-2005）附表A進(jìn)行檢查。2.3 擋土墻尺寸的初步擬定采用重力式仰斜擋土墻。初步擬定墻頂寬度、墻背和墻胸的坡度、墻底寬度和坡度。2.4 擋土墻設(shè)計(jì)荷載的計(jì)算作用在擋土墻上的力，一般可只計(jì)算主力，在浸水地區(qū)、地震

4、動(dòng)峰值加速度為0.2g（原為八度）及以上地區(qū)及有凍脹力等情況下，尚應(yīng)計(jì)算附加力和特殊力。本設(shè)計(jì)中只考慮如下主力：（1）、墻背填料及荷載的主動(dòng)土壓力作用在擋土墻墻背的主動(dòng)土壓力，一般按庫侖主動(dòng)土壓力公式計(jì)算。當(dāng)破裂面交于路基面時(shí)，破裂棱體的面積S隨著擋土墻及破裂面位置而變化，但都可歸納為一個(gè)表達(dá)式：式中 當(dāng)邊界條件確定后，A0、B0為常數(shù)，并可從破裂棱體的幾何關(guān)系求得。附表“各種邊界條件下的庫侖主動(dòng)土壓力公式”給出了不同邊界條件下的庫侖主動(dòng)土壓力計(jì)算公式。在具體計(jì)算時(shí)，由于無法預(yù)知破裂面的位置，一般是先假設(shè)破裂面位置，然后按此情況計(jì)算出破裂角，再根據(jù)幾何關(guān)系來校核假設(shè)是否正確。若假設(shè)不合理，則需

5、選用另外的破裂面位置重新計(jì)算，直至校核合理。最后可根據(jù)附表中公式計(jì)算土壓力的大小，方向和作用點(diǎn)位置。（2）、墻身重力及位于擋土墻頂面上的恒載 a 墻身重力可由擋墻面積乘以擋墻圬工的容重得到； b 擋土墻頂面上的恒載：若設(shè)計(jì)中的換算土柱一部分已侵入擋土墻墻頂范圍，則此部分換算土柱應(yīng)計(jì)入擋土墻頂面上的恒載。(3) 、基底的法向力及摩擦力。2.5 擋土墻的檢算2.5.1 擋土墻穩(wěn)定性檢算擋土墻穩(wěn)定性檢算要求檢算項(xiàng)目主要力主要力加附加力滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)Kc1.301.20傾覆穩(wěn)定系數(shù)K01.601.30偏心距e土質(zhì)地基B/6B/6巖石地基B/4B/4基底應(yīng)力容許承載力1.2容許承載力（1）擋土墻沿基底的抗

6、滑動(dòng)穩(wěn)定系數(shù)（非浸水）式中 作用基底上的總垂直力（kN）；墻后主動(dòng)土壓力的總水平分力（kN）；墻前土壓力的水平分力（kN）；基底傾斜角（°）；基底與地層間的摩擦系數(shù)。傾斜基底尚應(yīng)檢算沿地基水平方向的滑動(dòng)穩(wěn)定性。基底下有軟弱土層時(shí)，還應(yīng)檢算該土層的滑動(dòng)穩(wěn)定性。（2）擋土墻抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)式中 穩(wěn)定力系對(duì)墻趾的總力矩（kNm）；傾覆力系對(duì)墻趾的總力矩（kNm）。（3）擋土墻基底合力的偏心距式中 基底合力的偏心距（m），當(dāng)為傾斜基底時(shí)，為傾斜基底合力的偏心距；B基底寬度（m），傾斜基底為其斜寬；C作用于基底上的垂直分力對(duì)墻趾的力臂（m）；作用于基底上的總垂直力（kN）。當(dāng)為傾斜基底時(shí)，作用于

7、其上的總垂直力：（4）基底壓應(yīng)力式中 擋土墻趾部的壓應(yīng)力（kPa）；擋土墻踵部的壓應(yīng)力（kPa）。2.5.2 擋土墻截面強(qiáng)度檢算通常僅選取一、兩個(gè)墻身截面進(jìn)行強(qiáng)度撿算，如基底、基礎(chǔ)頂面、1/2墻高處、墻身變截面處等截面。擋土墻穩(wěn)定性檢算要求檢算項(xiàng)目主要力主要力加附加力壓應(yīng)力容許承載力1.3容許承載力剪應(yīng)力容許承載力容許承載力偏心距e0.3B0.35B若上述各項(xiàng)檢算中有不合格者，則應(yīng)調(diào)整擋土墻尺寸，重新進(jìn)行計(jì)算，直到各項(xiàng)檢算指標(biāo)全部合格。2.6 繪制擋土墻設(shè)計(jì)圖紙3 計(jì)算書3.1 擋土墻與路堤相關(guān)參數(shù)3.1.1 擋土墻采用片石混凝土重力式仰斜擋土墻，墻高6.5m，寬0.74m。墻背墻胸均采用仰斜

8、，坡度為1 : 0.25。3.1.2 土壤地質(zhì)情況墻后填土為不宜風(fēng)化的塊石，內(nèi)摩擦角45度，填土與墻背間的摩擦角為22.5°，容重為19，基底與底層間的摩擦系數(shù)f為0.5。3.1.3 擋土墻材料 采用C15混凝土，容重為23，容許壓應(yīng)力=6.1MPa，容許拉應(yīng)力=0.36MPa，剪應(yīng)力=0.71MPa。3.1.4 換算土柱 土柱高度為3.2m，寬度為3.3m。3.1.5 雙線鐵路路基尺寸雙線線間距4m，道床頂面寬度3.4m，道床厚度0.3m，路基面寬度11.2m。3.2 墻背主動(dòng)土壓力的計(jì)算對(duì)于墻前被動(dòng)土壓力，在擋土墻基礎(chǔ)一般埋深的情況下，考慮到自然力與人畜活動(dòng)的作用，偏于安全。一般

9、不計(jì)算被動(dòng)土壓力，取線路縱向每延米進(jìn)行計(jì)算。各主要參數(shù)：破裂面與豎直方向夾角墻后填土與墻背之間的摩擦角，取22.5°仰斜式擋土墻的墻背坡角，14.04°填土的內(nèi)摩擦角，取45°f基底摩擦系數(shù)，0.5填土容重，19kN/m3H擋土墻高度，6.5mB擋土墻厚度，0.74m換算土柱高度，3.2m換算土柱寬度，3.3mk路肩到換算土柱最近變緣距離，1.95m擋土墻容許壓應(yīng)力，6.1MPa擋土墻容許拉應(yīng)力，0.36MPa擋土墻容許剪應(yīng)力，0.71MPa地基容許承載力，400kPa3.2.1 各個(gè)邊界條件下的界限角分布 分為五種情況，各種情況對(duì)應(yīng)不同的計(jì)算公式。由分析可知，破

10、裂角的取值范圍為（0°，45°）。所以，破裂邊位于I或II。經(jīng)C語言編程分析知(源程序見附錄），破裂邊在II范圍內(nèi)。程序運(yùn)行結(jié)果如下圖：即：，破裂面在II范圍內(nèi)。3.2.2 主動(dòng)土壓力的計(jì)算（手算檢核） （1）、查附表知對(duì)應(yīng)情形為第2種邊界條件，以此計(jì)算土壓力過程如下：則由計(jì)算公式可得：（2） 、為其他值時(shí) a、=28°時(shí)b、=32°時(shí)c、=36°時(shí)d、=40°時(shí) 由上述可知，為28°，32°，36°，40°時(shí)，主動(dòng)土壓力的值均小于為34.11°時(shí)的主動(dòng)土壓力。因此，Ea=41.93k

11、N。3.3 墻身穩(wěn)定性檢算3.3.1 滑動(dòng)穩(wěn)定性檢算式中 作用基底上的總垂直力（kN）；墻后主動(dòng)土壓力的總水平分力（kN）；墻前土壓力的水平分力（kN）；基底傾斜角（°）；基底與地層間的摩擦系數(shù)。相關(guān)參數(shù)：Ex=41.48kN，Ey=6.17kNZx=1.89m，Zy=1.21mEx=41.48kN，Ey=6.17kNZx=1.89m，Zy=1.21m則：滿足要求。3.3.2 傾覆穩(wěn)定性檢算 式中 穩(wěn)定力系對(duì)墻趾的總力矩（kNm）；傾覆力系對(duì)墻趾的總力矩（kNm）。滿足要求。3.3.3 擋土墻基底應(yīng)力和偏心距檢算a、偏心距的檢算式中 基底合力的偏心距（m），當(dāng)為傾斜基底時(shí)，為傾斜基底

12、合力的偏心距；B基底寬度（m），傾斜基底為其斜寬；C作用于基底上的垂直分力對(duì)墻趾的力臂（m）；作用于基底上的總垂直力（kN）。則：故，基底偏心距滿足要求。b、基底應(yīng)力故考慮基應(yīng)力的重分布滿足要求。3.3.4 擋土墻墻身截面強(qiáng)度檢算 取擋土墻1/2截面處進(jìn)行檢算，計(jì)算過程同3.3.3 擋土墻基底應(yīng)力和偏心距檢算。墻后土體應(yīng)力分布：則，Ea=0.5*3.25*0.08*3.25*19=8.03kNEx=7.94kN，Ey=1.18kN，Zx=1.08m，Zy=1.00m,Zg=0.77m,G=55.3kN a、偏心距檢算滿足要求。b、應(yīng)力檢算 滿足要求。c、剪應(yīng)力檢算滿足要求。所以，該擋土墻設(shè)計(jì)合

13、格。4 設(shè)計(jì)圖紙附 錄一、直線地段標(biāo)準(zhǔn)路基面寬度二、列車和軌道荷載換算土柱高度及分布寬度三、重力式擋土墻材料參數(shù)四、填料物理力學(xué)指標(biāo)五、基底與地層間的摩擦系數(shù)六、各種邊界條件下的庫侖主動(dòng)土壓力公式源程序：#include <stdio.h>#include <math.h>int main()double A0,B0,Ea,Ex,Ey,Zx,Zy,h1=0,h2=0,thp,max=0, B=0.7, k=1.95, H=6.0, fe=45*3.1415926/180, dt=22.5*3.1415926/180,af=14.04*3.1415926/180, Kc,

14、K0,r=19, h0=3.2, ps=fe+dt-af;for(double th=14.04;th<=45;th=th+0.01)if(th<=28.81) A0=H*H/2; B0=0.5*H*H*tan(af); Ea=r*(A0*tan(th*3.1415926/180)-B0)*cos(th*3.1415926/180+fe)/sin(th*3.1415926/180+ps);else A0=H*(H+2*h0)/2; B0=A0*tan(af)+k*h0; Ea=r*(A0*tan(th*3.1415926/180)-B0)*cos(th*3.1415926/180+

15、fe)/sin(th*3.1415926/180+ps); if(Ea>=max) max=Ea; thp=th; Ex=max*cos(dt-af); Ey=max*sin(dt-af); if(thp<=28.81) Zx=H/3; Zy=B+Zx*tan(af); else h1=k/(tan(thp*3.1415926/180)-tan(af); h2=H-h1; Zx=(H*H*H+3*h0*h2*h2)/(3*(H*H+2*h0*h2); Zy=B+Zx*tan(af); Kc=(B*H*23+Ey)*0.5/Ex; K0=(B*H*23*(H/4+B)/2+Ey*Zy)/(Ex*Zx); printf("Ea=%f,th=%fn",max,thp);printf("Ex=%f,Ey=%f,nZx=%f,Zy=%fn",Ex,Ey,Zx,Zy)