某I級鐵路路基設(shè)計-懸臂式和扶壁式擋土墻設(shè)計【蘭州交通大學

1、.某I級鐵路路基設(shè)計-懸臂式和扶壁式擋土墻設(shè)計【蘭州交通大學】 某I級鐵路路基設(shè)計-懸臂式和扶壁式擋土墻設(shè) 計 The design of a Class I railroad embankment-Cantilever and buttressed retaining wall 專 業(yè)： 土木工程 學 號： 201003428 姓 名： 竇XX 指導(dǎo)老師： 孫XX 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）評語 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告表 課題類型和性質(zhì)：（1）A工程設(shè)計；B技術(shù)開發(fā)；C軟件工程；D理論研究； （2）X真實課題；Y模擬課題；Z虛擬課題 （1）

2、、（2）均要填，如AY、BX等。 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文）學生自查表 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要 鐵路路基是軌道的基礎(chǔ)，是經(jīng)過開挖或填筑而形成的土工建筑物，其主要作用是滿足軌道的鋪設(shè)、承受軌道和列車產(chǎn)生的荷載、提供列車運營的必要條件。鐵路路基設(shè)計主要確保路基的承載能力、穩(wěn)定性、耐久性三方面的的性能要求。邊坡的穩(wěn)定與否理論上都運用邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)進行判斷。要得到邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，主要運用土力學，分析邊坡的穩(wěn)定性方法主要有：直線滑動面法，圓弧滑動面法。要保持邊坡的穩(wěn)定性，目前常用的防護措施有：重力式擋土墻，懸臂式擋土墻，扶壁式擋土墻。本設(shè)計為某I級鐵路路基設(shè)

3、計-懸臂式和扶壁式擋土墻設(shè)計，主要是完成路基本體工程、路基防護工程、路基排水工程、路基支擋和加固工程的設(shè)計計算。路基的穩(wěn)定性與地形條件、氣候條件、地質(zhì)條件、水文和水文地質(zhì)條件、土的類別有關(guān)，設(shè)計跟據(jù)上述條件合理地布置擋土墻，選擇適應(yīng)的擋土墻類型和邊坡防護類形。排水設(shè)施的設(shè)計遵循“防、排、截、堵相結(jié)合，因地制宜，綜合治理“原則，邊到防水可靠，排水通暢，經(jīng)濟合理的目的。 關(guān)鍵詞：鐵路路基，穩(wěn)定性，土壓力，擋土墻 1 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract Railway embankment is the foundation of the track is through excavat

4、ion or filling of earth structures formed, its main role is to meet the laying of tracks, train tracks and produced to withstand loads, providing the necessary conditions for train operations. Railway embankment is designed primarily to ensure that the carrying capacity of the roadbed, stability, du

5、rability three aspects of performance requirements. Slope stability or not theoretically use to judge the stability factor of the slope. To get the slope stability factor, the main use of soil mechanics, slope stability analysis methods are: linear sliding surface method, circular sliding surface me

6、thod. To maintain the stability of the slope, protective measures currently used are: gravity retaining wall, cantilevered retaining wall, retaining wall buttresses. This design is a Class I railroad embankment design - and buttresses cantilever retaining wall design, the main body of the project is

7、 to complete the basic road, embankment protection works, drainage works roadbed subgrade retaining and strengthening the engineering design calculations. Stability and terrain conditions, weather conditions, geological conditions, hydrological and hydrogeological conditions of roadbed soil categori

8、es related to the design, according to the above conditions with reasonable layout retaining wall, retaining wall type and select adaptation shaped slope protection class . Drainage facilities designed to follow the "defense, row, cut, blocking the combination of local conditions, comprehensive

9、 management" principle, while the waterproof and reliable, smooth drainage, economical and reasonable purposes. Keywords: Railway embankment, stability analysis, earth pressure, retaining walls 2 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 目錄 摘 要 . 1 Abstract . 2 第一章 緒論 . 1 一、路基 . 1 （一）路基的概念 . 1 （二）路基的作用及其在土木工程中的地位 . 1 （三）

10、路基工程的特點 . 1 （四）路基的建筑要求 . 1 （五）路基設(shè)計的基本內(nèi)容 . 1 二、擋土墻 . 2 （一）重力式擋土墻 . 2 （二）懸臂式、扶壁式擋土墻 . 2 （三）支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 . 3 第二章 設(shè)計路基橫斷面 . 4 一、新建山區(qū)鐵路路基的設(shè)計要求及工程地質(zhì) . 4 （一）路基的設(shè)計要求 . 4 （二）新建山區(qū)鐵路路基工程地質(zhì)說明表 . 4 二、路基的類型及設(shè)計步驟 . 5 （一）路基橫斷面基本形式 . 5 （二）路基的類型和構(gòu)造 . 5 （三）路基面及基床 . 7 （四）路基的設(shè)計步驟 . 8 三、路基的設(shè)計 . 8 （一）選擇路基斷面形式 . 8 （二）確定路基寬度與路基

11、高度 . 8 第三章 路基邊坡穩(wěn)定性設(shè)計 . 11 一、概述 . 11 （一）邊坡穩(wěn)定系數(shù) . 11 （二）火車荷載換算成土柱高度 . 12 二、直線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 . 12 三、曲線滑動面的邊坡穩(wěn)定性分析 . 14 （一）圓弧滑動面的條分法 . 14 （二）圓弧滑動面的條分法設(shè)計計算 . 16 第四章 重力式擋土墻 . 23 一、重力式擋土墻的構(gòu)造 . 23 （一）墻身 . 23 （二）基礎(chǔ) . 23 （三）沉降縫與伸縮縫 . 23 （四）排水措施 . 23 二、重力式擋土墻設(shè)計與計算 . 23 I 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） （一）擋土墻的穩(wěn)定性檢算 . 24 （二）基底應(yīng)力及偏

12、心距檢算 . 24 三、設(shè)計計算 . 24 第五章 懸臂式、扶壁式擋土墻 . 33 一、懸臂式擋土墻 . 33 （一）基礎(chǔ)資料 . 33 （二）土壓力計算 . 33 （三）全墻穩(wěn)定性及基礎(chǔ)承載力驗算 . 36 （四）墻身結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 38 二、扶壁式擋土墻 . 50 （一）扶壁式擋土墻尺寸 . 50 （二）扶壁式擋土墻所受各種力系的計算 . 51 （三）扶壁式擋土墻外部穩(wěn)定性檢算 . 58 （四）扶壁式擋土墻結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 58 結(jié) 論 . 84 致 謝 . 85 參考文獻 . 86 外文資料翻譯 . 1 英文 . 1 譯文 . 5 II 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 緒論 一、路基 （

13、一）路基的概念 路基是軌道、路面的基礎(chǔ)，是為滿足軌道鋪設(shè)、路面施工和運營而修建的土工結(jié)構(gòu)物，它承受著軌道及機車車輛、路面及交通荷載的靜荷載和動荷載，并將荷載向地基深處傳遞、擴散。路基是鐵道線路和道路的重要組成部分，貫穿于鐵路和公路的全線。在縱斷面上，路基必須保證線路需要的高程；在平面上，路基與橋梁、涵洞和隧道等連接組成完整、貫通的線路。 （二）路基的作用及其在土木工程中的地位 路基是軌道或路面的基礎(chǔ)，它承受著軌道及機車車輛或路面及交通荷載的靜荷載和動荷載，并將荷載向地基深處傳遞擴散。在縱斷面上，路基必須保證路線需要的高程；在平面上，路基與橋、隧連接組成完整貫通的線路。 在土木工程中，路基在施工

14、數(shù)量、占地面積及投資方面都占有重要地位。 路基工程包括路基本體工程、路基排水工程、路基防護和加固建筑物以及由于修筑路基而必須的改河、改溝工程等。由這些工程組成完整的體系，以保證路基正常運行、良好的工作。 （三）路基工程的特點 1.路基建筑在土石地基上并以土石為建筑材料； 2.路基完全暴露在大自然中； 3.路基同時受靜荷載和動荷載的作用。 （四）路基的建筑要求 1.路基必須平順，路基面有足夠的寬度和上方界限； 2.路基必須具有足夠的強度、穩(wěn)定性和剛度； 3.路基必須具有足夠的水、溫度穩(wěn)定性； 4.路基的設(shè)計和施工應(yīng)滿足技術(shù)經(jīng)濟要求。 （五）路基設(shè)計的基本內(nèi)容 路基設(shè)計應(yīng)根據(jù)鐵路、公路打算性質(zhì)、等

15、級和技術(shù)標準，結(jié)合當?shù)氐淖匀粭l件，擬定正確的設(shè)計方案作為施工的依據(jù)。 路基設(shè)計的具體內(nèi)容包括以下幾方面： 1 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1.做好沿線自然情況的勘察工作，收集必要的設(shè)計資料，作為路基設(shè)計的依據(jù)，如沿線地區(qū)地質(zhì)、水文、地形、地貌及氣象等資料。 2根據(jù)路線縱斷面設(shè)計確定的填挖高度，結(jié)合沿線地質(zhì)、水文調(diào)查資料，進行路基本體工程設(shè)計。 3.根據(jù)線路沿線地面水和地下水流情況，進行排水系統(tǒng)的總體布置，以及地面、地下排水結(jié)構(gòu)物的設(shè)計。 4. 路基防護和加固設(shè)計，包括邊坡防護、沖刷防護與支擋結(jié)構(gòu)物等的布置與設(shè)計計算。 5.路基工程其他設(shè)施的布設(shè)與計算，如取土坑、棄土堆和護坡道等。 二、擋土墻

16、 （一）重力式擋土墻 1. 重力式擋土墻的構(gòu)造 擋土墻的構(gòu)造必須滿足強度和穩(wěn)定性要求，同時還應(yīng)考慮就地取材、經(jīng)濟合理、施工養(yǎng)護的方便與安全。常用的重力式擋土墻，一般由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施與伸縮縫等部分構(gòu)成。 2. 重力式擋土墻穩(wěn)定性與強度檢算 （1）擋土墻的抗滑穩(wěn)定性和抗傾覆穩(wěn)定性檢算； （2）基底應(yīng)力及偏心距檢算； （3）墻身截面應(yīng)力的檢算。 （二）懸臂式、扶壁式擋土墻 1. 懸臂式擋土墻 （1）采用鋼筋混凝土材料，由立臂、墻趾板、墻踵板三部分組成，墻的斷面尺寸較小； （2）墻高時立臂下部的彎矩較大； （3）宜在石料缺乏、地基承載力較低的填土地段使用； （4）墻高不宜大于6m，當墻高大于4m

17、宜在墻面板前加肋。 2. 扶壁式擋土墻 （1）當懸臂式擋土墻的立臂較高時沿墻長方向每隔一定的距離加一道扶壁把墻面板和墻踵板連接起來，以減小立臂下部的彎矩； 2 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） （2）扶壁式擋墻宜在石料缺乏、地基承載力較低的地段使用，墻高不宜大于10m。 （三）支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計要求 1.支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計，應(yīng)貫徹國家技術(shù)經(jīng)濟政策，按全面規(guī)劃、遠期近期結(jié)合、統(tǒng)籌兼?zhèn)涞脑瓌t。 2.支擋結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)滿足在各種設(shè)計荷載組合下支擋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、堅固和耐久。結(jié)構(gòu)類型的選擇及設(shè)置位置的確定，應(yīng)安全可靠、經(jīng)濟合理、便于施工養(yǎng)護，結(jié)構(gòu)材料應(yīng)符合耐久、耐腐蝕的要求。同時，支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計也要滿足相關(guān)規(guī)范、規(guī)定的要求

18、。 3.支擋結(jié)構(gòu)荷載分類 （1）主力； （2）附加力； （3）特殊力。 4.鐵路列車動荷載應(yīng)采用中華人民共和國鐵路標準荷載（即“中活載”）。軌道和列車荷載用換算土柱來代替。 3 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 第二章 設(shè)計路基橫斷面 一、新建山區(qū)鐵路路基的設(shè)計要求及工程地質(zhì) （一）路基的設(shè)計要求 新建山區(qū)鐵路技術(shù)標準：雙線鐵路，設(shè)計行車速度120km/h，線路等級為級重型，列車荷載統(tǒng)一采用中-22級活載作為標準荷載，即“中-活載”。設(shè)計段全長345m。其中，三個斷面路堤中心填高分別為13.7m、8.9m、7.4m。 （二）新建山區(qū)鐵路路基工程地質(zhì)說明表 1.地形地貌 該工點位于黃河階地，地勢南高

19、北低，地形略有起伏。 2.地層巖性 工點范圍內(nèi)揭露地層為第四系全新統(tǒng)人工填筑土，沖積砂質(zhì)黃土、粗圓礫土，描述如下： （1）人工填筑土(Q4ml)：主要分布于既有線路堤，厚35m，灰黃色，以砂質(zhì)黃土為主，局部夾圓礫土，稍濕，稍密-中密，級普通土。 （2）砂質(zhì)黃土(Q4al3)：地表分布或分布于人工填筑土層下，厚48m，局部13m，灰黃色，土質(zhì)較純，局部含有少量小圓礫等，結(jié)構(gòu)較為致密，可見水平層理，稍濕-潮濕，稍密-中密，級普通土，0=120kPa。 （3）粗圓礫土(Q4al6)：分布于黃土層下，厚大于5m，青灰色，渾圓狀，成分以花崗巖、石英砂巖為主，粒徑大于60mm約占3045%，6020mm約

20、占20%，202m約10%，砂質(zhì)充填，稍濕，中密，級硬土，0=500kPa。 3.水文地質(zhì) 工點范圍內(nèi)未見地表水。 地下水為第四系孔隙潛水，水位埋深210m對混凝土及其結(jié)構(gòu)具硫酸鹽侵蝕性，作用等級為H1；對鋼筋混凝土中鋼筋具氯鹽侵蝕性，環(huán)境作用等級L1。 4.不良地質(zhì)與特殊巖土 工點范圍內(nèi)無不良地質(zhì)現(xiàn)象， 特殊巖土為濕陷性黃土，段內(nèi)分布的全新統(tǒng)砂質(zhì)黃土具級自重濕陷性，濕陷性土層厚度48m；設(shè)計時應(yīng)予以考慮并采取處理措施。 4 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 二、路基的類型及設(shè)計步驟 （一）路基橫斷面基本形式 路基橫斷面垂直于線路中心線截取的路基斷面。依其所處的地形條件不同，有各種斷面形式。路基按

21、其橫斷面的挖填情況分為路堤、路塹、半路堤半路塹以及不填不挖斷面等。鐵路路基的典型斷面形式見下圖。在進行路基設(shè)計時，先要進行橫斷面設(shè)計。橫斷面確定以后，再全面綜合考慮路基工程在縱斷面上的配合以及路基本體工程與其他各項工程的配合。 圖2-1路基斷面形式 （二）路基的類型和構(gòu)造 在各種路基形式中，為了能按線路設(shè)計要求鋪設(shè)軌道而構(gòu)筑的部分，稱為路基本體。它是路基工程的主體建筑物。 通常根據(jù)鐵路路線設(shè)計確定的路基高程與天然地面高程是不同的。路基高于天然地面時，需要進行填筑；路基設(shè)計高程低于天然地面時，需進行挖掘。通常把垂直線路中心線截取的截面稱為路基橫斷面。路基橫斷面的類型可分為以下幾種：路堤、路塹、半

22、路堤、半路塹、半路堤半路塹和不填不挖路基，而且鐵路路基由路基本體和路基設(shè)備兩部分組成： 5 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 1.路基本體 在各種路基形式中，為了能按線路設(shè)計要求鋪設(shè)軌道或路面而構(gòu)筑的部分，稱為路基本體。在路基橫斷面中，路基本體由路基頂面、路肩、基床、邊坡、基底幾部分構(gòu)成。 （a） 路堤 （b）路塹 圖2-2 路基本體 路基高程線路中心線設(shè)計高程為路基高程。由于線路中心線的高程與路肩高程時常相同，所以為測量工作方便起見，常用路肩高程代替路基高程。 路基高度路基設(shè)計高程與路基中心地面高程之差。 （1）路基頂面 能直接在其上面鋪設(shè)軌道或鋪筑面層的部分及路肩組成，稱為路基頂面。在路堤中路

23、面即為路堤堤身的頂面；在路塹中，路基面即為塹體開挖后形成的構(gòu)造面。 （2）路肩 鐵路路基頂面中，道床覆蓋以外的部分稱為路肩，其作用是保護路堤受力的堤心部分，防治道砟失落，保持路基面你的橫向排水，供養(yǎng)護維修人員作業(yè)行走避讓，放置養(yǎng)護機具，防洪搶險臨時堆放砂石料，埋設(shè)各種標志、通行信號、電力給水設(shè)備等。在線路設(shè)計中，路基的設(shè)計高程以路肩邊緣的高程表示，稱為路肩高程。 （3）基床 鐵路路基面以下受到列車動荷載作用和受水文，氣候四季變化影響的深度范圍稱為基床。其狀態(tài)直接影響到列車運行的平穩(wěn)和速度的提高。 （4）邊坡 路基橫斷面兩側(cè)的邊線稱為路基邊坡。邊坡與路基頂面的交點稱為頂肩。邊坡與地面的交點，在路

24、堤中稱為坡腳，在路塹中稱為路塹塹頂邊緣。它是影響路基穩(wěn)定的控制因素。 （5）基底 基底即為路堤的地基。基底部分土體的穩(wěn)固性，對整個路基本體以至軌 道的穩(wěn)定性都是極為關(guān)鍵的。 6 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） 2.路基設(shè)備 路基設(shè)備是路基的組成部分，是為確保路基體的穩(wěn)固性而采用的必要的經(jīng)濟合理的附屬工程措施。它包括排水設(shè)備和防護、加固設(shè)備兩大類。 路基的排水設(shè)備分地面排水設(shè)備和地下排水設(shè)備兩種。地面排水設(shè)備用以攔截地面徑流，匯集路基范圍內(nèi)的雨水并使其暢通的流向天然排水溝谷，以防止地面水對路基的浸濕、沖刷而影響其良好狀態(tài)。地下排水設(shè)備用以攔截、疏導(dǎo)地下水和降低地下水位，以改善地基土和路基邊坡的工作

25、條件，防止或避免地下水對地基和路基體的有害影響。 路基的防護設(shè)備用以防止或削弱風霜雨雪、氣溫變化及流水沖刷等各種自然因素對路基體所造成的直接或間接的有害影響。其種類很多，類型各異。常用的防護設(shè)備是坡面防護和沖刷防護。路基加固設(shè)備是用以加固路基本體或地基的工程設(shè)施，在路基工程中，有護堤、擋土墻、支垛、抗滑樁及其他地基加固措施等。路基加固設(shè)備是提高路基穩(wěn)定的一種有效措施。 高速鐵路要為列車的高速行駛提供一個高平順性和穩(wěn)定性的軌下基礎(chǔ)，而路基作為軌道結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，必須具有強度高、剛性大、穩(wěn)定性和耐久性好。因此，高速鐵路的路基設(shè)計要求許多方面深化設(shè)計參數(shù)保持在要求的范圍之內(nèi)。 （三）路基面及基床 1.鐵

26、路路基面 路基面是路基本體中實現(xiàn)軌道鋪設(shè)和列車運行以及進行線路養(yǎng)護維修等構(gòu)筑的工作面。它應(yīng)具有足夠的寬度和良好的性狀。鐵路一般為雙線，其路基面形狀為三角形。設(shè)定有中心向兩側(cè)的橫向排水坡，當曲線加寬時，仍保持三角形路基面形狀不變。 路基面寬度等于道床坡度角間所占用的路基寬度再加上兩側(cè)的路肩寬度。它應(yīng)滿足鋪設(shè)軌道、設(shè)置線路及信號標志、通行維修機具和行人，便于養(yǎng)護維修作業(yè)，制止土體側(cè)向擠動以保證路基核心部分的穩(wěn)固等各項要求。路基面寬度與鐵路等級、軌道類型、道床厚度、填料性質(zhì)及路肩寬度等因素有關(guān)。 2.鐵路路基基床 基床結(jié)構(gòu) 路基基床應(yīng)由基床表層和基床底層構(gòu)成?；脖韺雍穸葻o砟軌道為 0.4m， 有砟軌道為 0.7m，基床底層厚度為 2.3m?；驳讓拥捻敳亢突惨韵绿盍喜课坏捻敳繎?yīng)設(shè)人字排水坡。 路基基床填料與壓實標準 基床表層應(yīng)填筑級配碎石，其壓實標準應(yīng)符合規(guī)定。其材料規(guī)格應(yīng)符合下列要求： 7 蘭州交通大學畢業(yè)設(shè)計（論文） （1） 基床表層級配碎石材料由開山塊石、天然卵石或砂礫石經(jīng)破碎篩選而成。 （2） 基床表層級配碎石的粒徑級配應(yīng)符合的規(guī)定。其不均勻系數(shù) Cu 不得小于15，0.02mm 以下顆粒質(zhì)量百分率不得大于 3。 （3） 基床表層級配碎石與下部填土之間應(yīng)滿足 D154d85