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山区铁路锚定扳挡土墙毕业论文山区铁路锚定扳挡土墙毕业论文 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 路基的组成及作用路基的组成及作用 一 路基工程的组成一 路基工程的组成及特点及特点 铁路路基是铁路线路的重要组成部分 它与桥梁 隧道相连 组成了一个线路整 体 路基工程主要由以下三部分建筑组成 1 路基本体工程 路基本体是直接能够铺设轨道 并承受列车荷载的部分 例如 路堤 路堑等 它是路基工程的主体建筑物 2 路基防护和加固建筑物 路基防护属于路基的防护工程 例如 挡土墙 护坡等 3 排水设备 排水设备也属于路基的附属工程 例如 排除地面水的排水沟 侧沟天沟和排除 地下水的排水槽 渗水暗沟 渗水隧洞等 综上所述 路基工程包括路基基本体工程 路基排水工程 路基防护和加固建筑 物以及由于修筑路基而必须进行的改河 改沟工程等 这些工程组成完整的体系 以 保证路基正常 完整的工作 二 路基的作用二 路基的作用 路基是轨道或路面的基础 它承受着轨道以及机车车辆或路面及交通荷载的静荷 载和动荷载 并将荷载向地基深处传递扩散 在纵断面上 路基的作用是必须保证线 路需要的里程 在平面上 路基作用是与桥梁 隧道连接组成完整贯通的线路 在土木工程中 路基在施工数量 占地面积 投资方面都占有重要的地位 三 路基工程的特点和建筑要求三 路基工程的特点和建筑要求 从路基的作用来看 路基是轨道的基础 从路基作为一种建筑物来看 它是一种土 工结构物 线路穿越万水千山 路基是绵延千万里的线性建筑 路基工程作为一种土 工结构物 它建于岩土之上 大自然之中 它具有某些不同于一般的钢铁或混凝土结 构物的独特的特点 1 路基主要由松散的土 石 材料所构成 路基建筑在岩土地基上 并以岩石和土作为建筑材料 岩石和土都是不连续的介质具 有破碎性 孔隙性和多样性 土体性质复杂多变 不仅仅是由于线路通过的地形 地 质条件不同而具有完全不同的性质 即使同一种岩土 由于气候四季的变化 水位的 涨落 受力状况的改变的情况下 对其工程性质也会产生根本的影响 研究岩土性质 的岩土力学是一门发展中的年轻学科 在过去的研究中大都将土石视为弹性体 假设 其应力 应变是线性的 在许多的计算中采用材料力学和弹性力学的既有公式 或将 土石视为刚性体 但是 这些假定都不能与土石受力后的性状完全相符 路基设计理 论主要建立在岩土力学的基础上 并借鉴岩土力学的科技成果 近年来 随着土力学 的发展和新型材料的应用 将为路基设计提供良好的的条件 2 路基完全暴露在大自然之中 随着铁路和公路的延伸 路基处在各种复杂的变化着的自然条件下 例如 地质 水 降雨 气候 地震等条件 因而它时刻受到自然条件变化的侵袭和破坏 因为路 基材料是土等松散体 所以路基本身的强度和稳定性也是常常变化的 其工程性质对 自然条件的变化十分敏感 抵抗能力差 从而引发路基的各种病害 如路堑边坡被水 流冲蚀 膨胀土路基干缩湿胀引起路基边坡坍塌 路基冻害 雨季发生大滑坡以及地 震时沙土液化引起路基滑走等路基病害 它们均与自然条件有着密不可分的关系 从 而在路基的设计 施工 养护均不能离开具体的自然条件 应该充分的调查研究 认 识和克服自然灾害 这是路基工程工作的重要内容 3 路基同时受轨道静荷载和列车动荷载的作用 路基上的轨道或路面结构和附属结构产生的是静荷载 而列车产生的是动荷载 列车荷载属于交通荷载 其特点是多次重复作用 动荷载是造成路基或机床病害的主 要原因之一 路基土在重复荷载的作用下产生累积变形 而且土的强度会降低 表现 出疲劳的特性 这样就需要研究土体在动力作用下的变形 稳定问题 必须了解土的 动力特性 包括土的动强度和液化 冻孔隙水压力的增长及消散模式 土的震陷等 一些新的测试手段和计算模型的出现 为进一步研究基床土动力影响 为我国铁路重 载高速铁路或高速公路的发展提供了更完善的条件 在一般路基的设计中 将动荷载 视为静荷载计算 在本路基的设计中也将动荷载视为动荷载进行设计计算 根据以上的路基特点 为使路基正常工作 路基建筑应该满足以下要求 1 路基必须平顺 路基面应具有足够的宽度和上方界限 路基的平顺状态是指路肩高程和平面位置与线路平面 纵面设计相符合 线路的 平面位置以线路的中心线表示 路基面宽度应满足轨道或路面铺设和养护要求 在路 基面上方应具有足以保证行车安全和便于线路维修养护的安全空间 2 路基必须坚固 稳定 路基坚固 稳定的要求是不容许路基丧失稳定和产生容许范围以内的变形 如软 土地基不能满足承载力的要求 必须进行地基处理 高路堤由于压缩性大和填筑不密 实 所以要由预留沉降 高路堤会形成滑动面造成路堤的不稳定 故要进行支挡结构 的设计 因此 在路基设计中 应采取必要的工程措施以确保路基具有足够的强度和 稳定性 3 路基的设计和施工应该满足技术和经济要求 路基修筑的经济效益不仅只是施工时的投资 还包括日后维修和养护的费用 所 以应综合各方面的因素 不能只注重初期的投资 而忽视了质量和应有的设施 这样 虽然节省了初期的投入 但为以后的运营和养护埋下了隐患 往往得不偿失 综合经 济效益降低了 质量也得不到保证 根据国家的政策路基的设计应少占农田 便利工 农生产 便利人民生活 第二节第二节 路基的设计路基的设计 一 路基设计的分类一 路基设计的分类 路基的设计可以分为一般设计和个别设计两类 路基的一般设计指的是在一般的工程地质 水文地质条件下 边坡高度不超过 铁路路基设计规范 TB1001 99 或 公路路基设计规范 JTJ013 95 所规定 的边坡范围 可采用一般的施工方法施工的路基 一般路基的设计可采用标准设计 这种路基在线路中最长见 工程量也很大 路基的个别设计是指除上述一般设计以外 在特殊条件下的路基工程设计 它包 括 1 工程地质及水文条件复杂或路堑边坡超过一般设计的边坡 2 修筑在陡坡上的路堤 陡坡是指横向坡度等于或大于 1 2 5 或者在填料与基底均 不易风化的岩石时 横向坡度等于或大于 1 2 0 的情况 3 在特殊条件下的路基 如滑坡地段 崩塌地段 泥石流地区 水库地区 河滩以 及滨河地段 软土和泥沼地区 裂隙黏土地区 溶岩以及其他坑洞地区 多年冻土地 区 风沙地区 雪害地区等 4 有关的路基防护和加固及改移河道工程 5 采用大爆破及水力充填施工方法的路基 对于个别设计的路堤 应做好工程和水文地质的调查 对路基断面和边坡 基地 的设计要进行必要的检算 在本设计中 在 DK71 20 DK71 70 处有一段路堤需要 进行个别设计 经过路基稳定性的检算 需要做一段支挡结构 经过方案必选 锚定 板稳定可靠 比较经济可取 最终选择锚定板挡土墙作为支挡结构 二 路基设计的资料二 路基设计的资料 路基的设计无论是个别设计还是一般设计 一般所需的资料如下 1 线路与列车的载重资料 线路的地形平面图 线路的总断面图与横断面图 2 地质资料 线路的地质平面 纵断面 横断面土 工程地质说明书 土质与地下 水质实验资料 地下水位 流向 渗透系数等资料 3 气象水文等资料 4 其他资料 如设计任务书的要求等 三 路基设计完成的任务三 路基设计完成的任务 1 设计说明书 路基设计地段的地形 地质条件及设计原则 路基加固附属工程及 土石方调配 施工养护以及注意事项以及有待进一步解决的问题 2 设计图表 包括一般路基的横断面设计图 附排水系统图 个别设计的路基的 平纵断面图 横断面图以及结构大详图 3 工程数量 材料数量 机具及工程概预算 四 路基设计工作的顺序四 路基设计工作的顺序 根据设计任务书的要求 充分掌握路基设计地段的资料与情况 根据既有的地形 地质 气象 水文等情况 对设计对象在满足稳定可靠 经济合理的基础上 提出几 种可供选择的设计方案 待选定方案后 作方案的细部尺寸与形状的设计检算 最后 根据设计图计算工程量 材料数量以及工程概预算 编写设计说明书及整理图表资料 设计图应达到施工图的要求 第三节第三节 路基工程设计的发展前景路基工程设计的发展前景 近年来 随着我国经济的飞速的发展 许多高速铁路 重载铁路 大运量铁路纷 纷上马兴建 我国在路基工程的建设中取得了令人欣喜的成绩 青 藏铁路的兴建 铁路建设面临世界性三大难题 即多年冻土 生态环保 高寒缺氧等问题 青藏铁路 自开工建设以来 建设者高度重视青藏铁路冻土攻关难题 先后安排了上亿元科研经 费用于冻土研究 中国科学家采取了以桥代路 片石通风路基 通风管路基 碎石和 片石护坡等冻土层保护措施 目前 这些措施十分有效 冻土攻关取得重要进展 青 藏铁路是世界级的生态铁路 11 亿元的环保投资是目前中国环保投入最多的铁路建设 项目 青藏铁路从西宁至拉萨全长 1956 公里 是世界上海拔最高 线路最长 穿越冻 土里程最长的高原铁路 一期工程西宁至格尔木段 814 公里已于 1979 年铺通 二期工 程格尔木至拉萨段于 2001 年 6 月 29 日开工 全长 1142 公里 铁路需要在海拔几千米 的冻土高原地区修建 路基需要修建在常年冻土地带 在冻融循环过程中 路基承载 以及沉降都需要特别设计 还有生态保护等许许多多的技术难题都需要攻关 我国的 科研工作者日夜奋战 这些难题都一一解决 取得了可喜的成绩 在路基施工中也是 困难重重 机械设备效率降低下 施工人员由于高原反应 难以正常的工作 他们工 作的艰辛是常人难以想象的 一道道的难题逐步得到了解决 许许多多的人也付出了 血的代价 现在青 藏即将竣工通车 而我国的铁路建设又迈出了令人振奋的一步 在过去的 50 年里路基工程取得了很大的成绩 特别是对特殊地区 特殊土路基以 及各种复杂地形 地质 气候条件下的路基 无论在科研 工作实践水平 测试技术 上都有很大的发展和提高 积累了丰富的经验 由于科技的飞速发展 在勘测手段上 也不断更新 如用钻孔技术配合地球物理勘探了解地层层序和地质构造 溶岩溶洞的 范围 用静力触探仪 十字板剪力仪 旁压仪查明软土地基地层结构 强度 承载力 等 在设计方面 用电子计算机对路基稳定 支挡结构进行优化设计 采用袋袋沙井 塑料排水板 粉喷桩加固软土地基 采用锚定板挡土墙 加筋挡土墙等轻型支挡结构 作支挡建筑物 采用新材料 例如利用高分子聚合材料进行病害的整治 虽然 路基工程的成绩显著 但是还存在着一些必须重视和急待解决的问题 首 先是路基施工难以满足技术要求的问题 尤其是机床在动荷载和季节四季变化的影响 造成了基床的不稳定 基床与轨道结构相互影响 没有稳定可靠的基床 即使轨道结 构的强度再高 也不能适应运量增长的要求 所以 在施工方面也引起了人们的足够 重视 引进和研制了一些土石方挖 装 运的机械 以保证填土的压实质量符合标准 在检测土体的压实度方面采用了核子密度仪来快速的控制填土的压实质量 在土石方 的调配方面也冲出了只满足移挖作填的思想束缚 而更注重填料的质量 运用统筹学 的思想进行规划设计路基的质量问题已逐渐被人们所认识和重视 施工时应严格把关 对基床土质和密度加强检测 逐渐健全了施工管理制度 为了保证提高工程质量 在 大量工程经验和理论研究的基础上 编制了 铁路路基设计规范 TB10001 99 铁路路基施工规范 TBJ202 96 和 铁路路基压实技术规则 等 经济的快速发展 无形中增大了铁路运输的压力 随着运输发展的紧张趋势 提 高客货列车的速度和增大运量 已势在必行 因此 只有保持施工质量 才能改变铁 路路基在铁路工程结构中历来最薄弱的环节的现状 另为 应积极开张路基的科研工 作 为路基的发展打下良好的基础 如在设计计算中研究计算机程序的成套设计 即 软件包的使用 这样可以大大的提高路基设计效率和质量 在抗滑支挡工程中 黏性 土抗滑桩中桩上荷载的研究 提高路基的稳定性 软土地基加固措施及设计计算方法 的研究 确保软土地基的承载稳定性 运筹规划管理原则在施工的运用 确保施工的 合理经济 养护工作中处理基床病害的新材料 新技术的开发 滑坡落石的报警装置 保证运营的安全 综上所述 我国的路基工程在近年来取得了可喜的成绩 在不断的满足我国经济 发展的需要 随着运量的骤增 我国的铁路也有着几次大的提速 这与路基工程的发 展是密不可分的 我国的铁路建设已经向高速 重载方向发展过度 路基工程的要求 也会越来越高 做为铁路设计施工的工作者任重而道远 第二章第二章 路基的构造及一般路基的设计路基的构造及一般路基的设计 路基是轨道和路面的基础 坚固 稳定 不产生有害变形的路基关系到轨道或路 面的好坏 影响投产后的整个线路的运营及养护维修和线路状态的优劣 在路基的设 计中还应该考虑技术经济条件 工期限制 节约用地等因素 而所有这些因素 都可 以通过控制垂直于线路中心线的横断面的设计而实现的 合理的横断面设计 不仅能 减少填挖方量 节约投资 而且还可以提高路基的稳定性 减少在以后的运营中的路 基的病害 使得运营和养护的费用降低 所以 路基的设计应该将路基横断面优化 尽量做到经济合理 坚固稳定 第一节第一节 路基横断路面的形式和组成路基横断路面的形式和组成 一 路基横断面的形式一 路基横断面的形式 路基横断面就是指垂直于线路中心线截取的断面 在铁路或者道路工程中 路基 横断面有以下几种形式 1 路堤 当铺设轨道或者路面的路基面高于天然地面时 路基已填筑的方式构成 这种路 基称为路堤 如图 2 1 a 2 路堑 当铺设轨道或路面的路基面低于天然地面时 路基已开挖的方式构成 这种路基 称为路堑 如图 2 1 b 3 半路堤 当天然地面横向倾斜 路基的路基面边线和天然地面相交时 路堤体在地面和路 基路基面相交县以上部分无填筑工程量 这种路堤称为半路堤 如图 2 1 c 4 半路堑 当天然地面横向倾斜 路堑路基面的一侧无开挖工作量时 这种路基称为半路堑 如图 2 1 d 5 半路堤半路堑 当天然地面横向倾斜 路基一部分以填筑方式构成而另一部分以开挖方式构成时 这 种路堤称为半路堤半路堑 如图 2 1 e 6 不填不挖路基 当路基的路基面和经过处理后的天然地基面齐平 路基无填挖土方时 这种路基成为 不填不挖路基 如图 2 1 f 设计标高 地面标高 地面标高 设计标高 a 路堤断面 b 路堑断面 设计标高 地面标高 c 半路堤断面 d 半路堑断面 e 半路堤半路堑断面 f 零点断面 不挖不填路基 图 2 1 路基横断面形式图 在进行路基设计时 先要进行横断面设计 路基横断面设计要解决的主要问题是 确定横断面个部分的形状与尺寸 例如 路基面的形状和宽度 路基边坡的形状和坡 度等 横断面确定以后 在全面综合考虑路基工程在纵断面上的配合以及路基主体工 程与其余各项工程的配合等 例如 路堤与路堑的过渡 纵向排水设计 挡土墙纵向 设计等等二二 路基横断面的组成路基横断面的组成 路基由路基本体和路基设备两部分组成 一 路基本体 一 路基本体 路基本体是指在各种路基形式中 为了能按线路设计要求铺设轨道或路面而挖填 的部分 路基本体是由路基顶面 路肩 基床 边坡 基底几部分构成 如图 2 2 所 示 有线路中心引出一垂线与两肩顶的连线交于 O 点 O 点的标高称为路基标高 顶 肩的标高称为路肩标高 为方便 同一以路肩标高来表示路基标高 路肩标高有线路 纵断面设计确定 应该高出地面积水和最高地下水位 另外 线路中心线与地面线交 点的标高称为地面标高 路肩标高与地面标高之差称为路基中心高 边坡坡度是指边 坡上两点间的竖直距离和水平距离 用 1 m 表示 边坡的坡度对边坡稳定由重要的 影响 以后详作介绍 B 路基宽度 b 路肩 H 路基中心高 h 路基边坡高度 图 2 2 路基本体 1 路基顶面 能直接在其上面铺设轨道修筑面层的部分及路肩组成 称为路基顶面或简称路基 面 在路堤中路基顶面即为路堤本身的顶面 也称路堤顶面 在路堑中 路基顶面即 为堑体开挖后形成的构造面 2 路肩 铁路路基顶面中 道床覆盖以外的部分称为路肩 路基的作用就是保护路堤受力 的堤心部分 防止道渣落失 保持路基面的横向排水 供养护维修人员作业行走避车 放养护器具 防洪抢险临时堆放砂石料 埋设各种标志 通信信号 电力给水设备等 所以 路肩的设计必须在考虑了施工误差 高路堤沉落于自然剥蚀等因素后 必须要 保持必要的宽度 在线路设计中 以路肩边缘的高程表示路基的设计高程 称为路肩 高程 3 基床 铁路路基面以下受列车动荷载作用和受水文 气候四季变化影响的深度范围称为 基床 他的确切的厚度随具体的线路构造 运输条件和水文气候的条件不同而有明显 的差异 根具大量的实验资料分析结果表明自路基面下 0 5 米内受列车的动应力影响较 大 1 0 米处路基动应力仅为路基面应力的三分之一 4 边坡 路基横断面两侧的边线称为路基边坡 边坡与路基顶面的交点称为顶肩 边坡与 地面的交点称为坡脚 在路堑中称为路堑顶边缘 其高程与路肩高程的差路堑边坡高 度 路基的边坡高度为路肩高程与坡脚高程之差 5 基底 基底即为路基的地基 也就是路基填土的天然地面以下受填土自重及轨道 列车 动荷载影响的土体部分 基底部分土体的稳定 对整个路基本体以至轨道的稳定性都 是至关重要的 铁别是在软弱土的地基上修建路堤 必须要进行基底处理 以免危及 行车安全和正常运营 二 路基设备 二 路基设备 1 路基设备是路基的组成部分 是为了确保路基体的稳定性而采用的必要的合理的 附属工程措施 它包括排水和防护 加固两大类 路基的排水设分地面排水和地下排水两种 地面排水设备用以拦截地面径流 汇 集路基范围内的雨水 并使之流向天然沟谷 地下排水设备用以用于拦截和疏导地下 水或降低地下水位以改善地基土和路基边坡的工作条件 防止或避免地下水对路基体 以及地基的有害影响 水对土工建筑物的影响极大 因此 路基应该具有完善的排水 设备 2 路基防护设备常用的有坡面防护和冲刷防护 用以防止和消弱风霜雨雪 气温变 化 以及流水冲刷等各种自然因素对路基体造成的直接或间接的有害影响为了防止路 基边坡和坡脚受坡面雨水的冲刷 防止日晒雨淋三淋所引起土的干湿循环 防止气温 变化引起徒的冻融变化等因素影响边坡的稳定常采用坡面防护 为了防止和水对边坡 坡脚或坡脚处地基不断的冲刷 应设冲刷防护 特殊条件下的路基防护的种类也很多 例如 在多年的冻土地带 为了防止冻融线路的剧烈变化应该采取各种保温措施 在 泥石流多发的地带 泥石流时刻威胁着路堤 一般设有拦蓄疏导工程批 在沙漠或者 风沙地区 为了防止路基体部被掩埋 应采取各种防风固沙设施 3 路基加固设备是用以加固路基体本体或地基的工程设施 在路基工程中 路路基 护堤 支垛 挡土墙 抗滑桩及其他地基加固措施等 路基加固设备是提高路基稳定 的一种有效措施 三 铁路路基标准横断面图式 三 铁路路基标准横断面图式 为了避免或减少重复性的设计计算工作 因此将在设计中经常遇到的可以共用的 图式加以认定 便可以直接应用的标准图式 路基横断面标准设计 是根据 路基 有关规定 对路基边坡高度与坡度地面排 水设备 路基基底的处理 路基取土坑与路堑弃土堆的位置等设计内容作了系统的研 究后确定的并编成路基标准设计横断面突击 它适用于工程地质和水文地质良好 土 质均一 边坡高度在规定范围内和采用一般方法施工的新建铁路路基 所以 在一般 的设计中 当所设计的断面条件和标准设计适用的条件相同时 可以直接采用路基标 准横断面图 不需用另作设计计算 1 路堤标准横断面图 路基的标准横断面图式由于填土的种类 地面横向坡度以及边坡高度的不同而有 不同的形式 例如 图 2 3 a 给出的是一般性粘土路堤标准横断面图 特的限制 条件是边坡高度不大于 8 米 地面横坡 i 1 10 两侧设有取土坑 而图 2 3 给出 的是地面横坡大于 1 5 而小于 1 2 5 的粘性土路堤标准横断面 取土坑 取土坑2 4 1 1 5 1 1 5 1 10 8 0 15 图 2 3 a 地面坡度 i1 10 2 4 1 0 1 5 1 2 5 用 地 界 12 0 图 2 3 b 地面坡度 1 5i1 2 5 进行路基横断面设计时 在排水方面只考虑大气降雨的影响 对于路基来说地面 排水的设备是排水沟或者按照规定挖通的排水坑 在 路基 中有如下规定 路堤取 土应根据路堤取土的需要数量 考虑路基排水 改地造田和农田灌溉的要求 结合施 工方法 附近地形土质情况 选用浅挖宽取 坡地取平和取土坑等方法 若无上述要 求 取土坑可深挖窄取 少占农田 另外 作为排水沟的取土坑 其深度应与桥涵进 出口相配合 当出口通向沟谷陡坡时 为了防止冲刷应该适当加固 取土坑的坑底应 该保持平顺 为了方便排水 排水沟的纵向坡度不应小于 2 地面平坦地带或反排水 地段 容许在困难情况下取 1 取土坑的坑底宽度在 10 米以内时 其横向坡度可设为向线路外侧倾斜的下坡 坡 度 2 4 大于 10 米时 可做成两侧向中间倾斜的 坡度 2 4 取土坑的边坡可 是土质而定 一般在靠近路基的一边可设为 1 1 5 远离边坡的另一侧可设为 1 1 当地面有明显横坡时 排水沟或者用作排水的取土坑应该设计在路堤迎水的一侧 地 面横坡不明显时 可设在路堤两侧 排水沟的尺寸一般为底宽 0 4 米 深 0 6 米 但如果因为水流量过大 则有漫溢的 可能 应该根据径流流量 在迎水一侧加设一道或者数道截水沟 或者加大排水沟断 面 由上标准图可以看出 在排水沟或取土坑至路堤坡脚有一定的距离 这一位置称 为天然护道 其宽度一般不小于 2 米 设护道是为了使水沟或坑内的水不影响路堤的 稳固性 在不设派随狗或没有取土坑的一侧也应设天然护道 以免雨水在坡脚滞留和 农田积水对路堤产生不良影响 在地质条件较好和排水条件良好的地段或者经济作物 高产地段 若能采取一定措施使路基稳定时 可以将天然护道宽度减至 1 米 在排水 沟或取土坑至用地限界应留有不少于 1 米的宽度 这样可以保持沟壁的完整 2 路堑的标准横断面图 路基的标准断面图式根据土质的情况也有很多 种下面主要以有弃土堆的粘性土 路堑横断面标准图和无弃土堆的粗沙 中沙路堑标准横断面为例子作介绍 如下所示 图 2 4 a 图 2 4 b 1 0 弃土堆弃土堆 用 地 界 用 地 界 1 0 5 0 2 0 5 0 1 0 2 0 5 0 20 0 图 2 4 a 黏性土有弃土堆路堑标准设计断面图 1 0 5 0 1 0 用 地 界 用 地 界 20 0 纵断面路肩标高 路肩设计标高 图 2 4 b 无弃土堆路堑标准设计断面 弃土堆内侧坡脚至堑顶的距离虽土质条件和边坡高度而定 一般为 2 5 米 弃土 堆的边坡不应陡于 1 1 5 另一侧为 1 1 5 其高度一般不应超过 8 米 弃土堆还应 有向外的横向坡 为了利于排水其坡度不应小于 2 弃土堆置于山坡上侧时应连续 堆积 并应保证弃土堆本身以及路堑边坡的稳定 如果置于山坡下侧时 应间断堆积 每隔 50 100 米留一米以上的间隔 保证弃土堆内侧的水能顺利排出 沿河流弃土时 不得阻塞河流 挤压桥孔和造成河岸冲刷 结合农业的需要 弃土堆可以选择在低洼 处 在不影响路基排水的条件下 可将弃土堆摊开以利改地造田 三 路基设计荷载三 路基设计荷载 路基面承受轨道静荷载和列车竖向活载两种主要荷载 轨道静载根据采用的列车 轨道类型及其道床的标准形式尺寸进行的计算 列车荷载一律采用中华人民共和国铁 路标准活载 即 中 活载 标准活载的计算图式见图 2 5 特种活载 普通活载 250 220 80 92 图 2 5 中 活载 计算图式 在路基面上作用着列车竖向荷载和轨道荷载 轨道的静荷载可以按线路类型 按 每公里各种材料的数量及重量 求每沿米上的重量及其分布的宽度 列车统一采用 中 活载 如上图所示 路基中常仅取图中的机车活载为荷载 由于在 中 活载 图式中机车轴距为 1 5 m 所以 改为每沿米荷载时应将标中荷载的机车轴重除以机车 轴距 1 5 米 将机车活载和轨道静载加在一起 按由轨端作 45 应力扩散角与路基面 相交的宽度视为分布宽度的矩形荷载 将路基面上的轨道和列车荷载的合力 换算成 与路基土体重度相同的土土柱来代替作用在路基面上的荷载 如图 2 6 荷载土柱的换算 高度和分布宽度的计算图 图 2 6 换算土柱高度及分布宽度计算图 第二节第二节 路基面及基床的设计路基面及基床的设计 一 路基面一 路基面 一 路基面的形状 一 路基面的形状 路基面的形状根据土质情况可以分为有路拱和无路拱两种 路拱的作用是迅速排 除道床下的积水 以保证路面的干燥 非渗水土和用封闭层处理的路基面应做成路拱 渗水土或岩石 年平均降水量大于 400mm 地区的易风化泥质岩石除外 的路基面做成 平面 渗水土 岩石路基与非渗水路基相连时 路基面应有非渗水土路肩高程向渗水 土路肩施工高程顺坡 而且长度不小于 10m 在精河伊利地区 地处天山北麓低山丘 陵区 地质条件主要良好 有洪积圆砾土 中密 密实 分布广泛 易于开挖 不 用爆破等复杂的施工程序 在线路沿线可以直接就地取材 用作路堤的填土 圆砾土 为渗水土 故路基不用设置路拱 二 路基面的宽度 二 路基面的宽度 1 路基面宽度确定的依据 路基面宽度应该根据远期发展的铁路等级 正线数目 轨道类型 道床标准形式 以及尺寸计算确定 路基面宽度等于道床坡脚间所占用的路基宽度 再加上两侧的路 肩宽度 路肩的作用是加强路基的稳定性 防止道渣滚落在路基面以外 同时便于为 修和养护 级铁路的路堤上路肩的宽度不得小于 0 6m 路堑上的路肩不得小于 0 4m 级铁路的路堤和路堑上的路肩宽度均不得小于 0 4m 2 区间直线地段路基面宽度 A 单线非渗水土路基面宽度计算 2 1 22 xAB 2 2 12 m hh B 2 1 0 15m A 2 1 X B 2 1 0 3m 式中 B 路基面宽度 A 道床顶宽 C 路肩宽度 m 道床边坡坡率 钢轨处轨枕下道床厚度 1 h 钢轨埋入道床厚度 2 h B 单线岩石 渗水土路基面宽度计算 因为精河 伊利线 路基的填料采用洪 积圆砾土 故其路基面宽度用此方法计算确定 特举例说明如图 2 7 2 3 12 B 2 h h m c A 1 1 2 1 21 图 2 7 单线岩石 渗水土路基面宽度 C 双线非渗水土的路基面宽度计算 1 B D A 2X 2C 12 m h B h B 0 2A 0 3 X B0 4m 式中 双线的线间距 其值不应小于 4 0m 1 D 靠路基中心的钢轨轨枕下的道床厚度 1 h D 双线岩石 渗水土路基面宽度计算 112 B A D 2mh h 2C 新建铁路区间直线地段的路基面宽度 可以按照 铁路路基设计规范 TBJ1 85 中的规定值中选用 如表 2 1 所示 直线地段路基面宽度 精河 伊利线 为单线铁路 所采用的标准为线上二级 线下一级 经过 查询下页图表可以选择 此设计铁路路基面在直线地段的宽度 路基的宽度为 6 6m 路堑的宽度 6 2m 3 曲线地段路基面加宽 在曲线地段 为了平衡列车在曲线上运动的离心力 曲线外轨需要设置超高 曲 线外侧的超高是加厚外轨轨下道床来实现的 由于道床加厚 道床坡脚外移 因而在 曲线外侧的路基宽度随之而适当加宽以保证路肩宽度不小于规定值 路基面加宽的数 值系可按各级铁路最大可能超高度 曲线外轨最大超高不得超过 150mm 但线铁路上 下行 行车速度相差悬殊时 不得超过 125mm 计算确定 如计算的超高值小于最大 超高值 则用计算超高值 并核算路基外侧加宽值 表 2 1 新建铁路区间直线地段的路基面宽度 区间单线曲线地段的路基面加宽值 应按照表 2 2 选择加宽 如下表所示 表 2 2 单线铁路曲线地段路基面加宽值 铁路等级曲 线 半径路基外侧加宽值 单 线双 线 非渗水土渗水土 岩石非渗水土渗水土 岩石 路基面宽度路基面宽度路基面宽度路基面宽度 铁 路 等 级 轨 道 类 型 道床 厚度 路堤路堑 道床 厚度路堤路堑 道床 厚度路堤路堑 道床 厚度路堤路堑 特重型0 507 57 10 356 66 20 5011 611 20 3510 610 2 重型0 507 57 10 356 66 20 5011 611 20 3510 610 2 级 次重型0 457 16 70 306 35 90 4511 310 90 3010 39 9 次重型0 456 76 50 305 95 5 级中型0 406 56 30 305 95 5 中型0 406 26 10 305 55 5 级轻型0 355 66 20 255 05 0 600m 以下0 5m 600m 以上 800m0 4m 800m 以上 1200m0 3m 1200m 以上 2500m0 2m 级 级 2500m 以上 4000m0 1m 450m 以下0 4m 450m 以上 600m0 3m 600m 以上 800m0 2m 级 800m 以上 2000m0 1m 本设计设计的线路是精河 伊利山区铁路的路基 里程是 DK70 700 00 DK72 300 00 此线路由直线路段 也有曲线路段 曲线路段需要根据其里程进行加宽 其中 DK70 700 DK71 144 34 为圆曲线 半径为 1600m 查上表可知其外侧需要加 宽 0 2m DK71 144 34 DK71 254 34 为缓和曲线 它的外侧加宽值需要根据圆曲 线的加宽值确定 即外侧加宽值需要在 0 2m 0m 之间线性过渡 而 DK71 254 34 DK71 369 15 之间为直线路段 不需要进行加宽 DK71 369 15 DK71 519 15 之 间为缓和曲线 需要根据后面的圆曲线确定加宽值 即外侧加宽值在 0m 0 3m 之间 线形过渡 应为 DK71 519 15 DK71 789 24 为圆曲线 半径为 1200m 查表可知 外侧需要加宽 0 3m DK71 789 24 DK71 939 24 为缓和曲线 外侧加宽值在 0 3m 0 之间线形过渡 DK71 939 24 DK72 77 36 为直线段不需要加宽 DK72 077 36 DK72 187 36 为缓和曲线 加宽值在 0m 0 3m 之间线性过渡 而 DK72 187 36 DK72 300 00 之间为圆曲线 半径为 1600m 经查上表可知 外侧需 要加宽 0 2m 以上为曲线线路路基面的加宽值 详细加宽情况见附图 铁路路基横断 面详图 4 预留沉降加宽 由于土质 施工时压实不够 路堤经过常年累月的行车震动和和自身的压密等因 素的影响 铁路路堤不可避免的会有沉降问题出现所以沉落量要根据图纸类别 施工 方法 施工期限 施工质量 填土高度综合考虑 在规范中规定高路堤设计时应考虑 加宽路基面 其每侧的加宽值 b 按如下公式计算 b 0 01 0 02 h m 式中 m 到床边坡坡率 级铁路 m 1 75 级铁路 m 1 5 h 路堤边坡高度 在横断面图的绘制中 路基面的预留沉降加宽见附图铁路路基的横断面图 二 铁路路基的基床二 铁路路基的基床 一 基床的标准 一 基床的标准 基床是指路基上部受到列车的动力作用和水文 气候影响变化较大的一层 它的 确切厚度随具体的线路构造 运输条件和水文 气候条件的不同而有差别 我国的实 测动应力在地面以下的衰减情况如下表 2 3 所示 表 2 3 路基面以下动应力衰减比 路面以下深度 m 0 00 30 50 61 01 21 52 02 53 0 动应力衰减比1 000 750 650 570 390 360 290 170 150 12 所谓动应力衰减比 系指路基面以下某深度处动应力衰减值与路基面处动应力之 比 又上表可见 动应力影响深度约为 3m 其中 0 0 7m 范围内最为显著 0 6m 处 约为 0 6 1 5m 处约为 0 3 2m 处约为 0 2 2 5m 处约为 0 15 根据大量的实测资料分 析表明自路基面至以下 0 5m 范围内收动力影响最大 而到路基面以下 1 0m 处其路基 的动应力仅为路基面应力的三分之一 因而铁路路基设计规范中将基床分为表层和底 层两部分 其厚度符合 路规 规定 如表 2 4 所示 表 2 4 基床表层和底层厚度 铁 路 等级 级 级 级 表 层0 6m0 5m0 4m 层 位 底 层1 9m1 5m1 1m 目前我国还没有一套完整的基床设计方法 往往是根据一些国家和和地区的经验 进行设计的 在陡坡地段的半挖半填路基 路基面以下 1m 基床范围内应予以挖除换填 填料应符合基床的挖填要求 挖方顶面应设 4 的向外排水坡 路堤基床基床为渗水土 时而其下部分为非渗水土时 非渗水土层应设 4 横向排水坡 路堑表层换填渗水土时 其底层顶面应设 4 的横向排水坡 必要时应设置渗管或加深侧沟 将水排除 基床的稳定性和强度须能适应复杂的动荷载和水 温度等自然条件的变化 以防止基 床病害的产生 为保证基床部分应有的强度 对基床图的压实有如下标准 如图 2 5 所示 表 2 5 基床土的压实标准 填料种类细粒土和粘沙 粉沙粗粒土 粘沙 粉沙除外 基床部位压实系数 K相对密度 r D 表层0 950 75 底层0 900 70 二 路堤基床 二 路堤基床 在基床病害的诸多因素当中 其中基床的填土为内因 水 四季的变化 动荷载 都是外因 要预防基床变形和病害的产生 除改善路基的排水条件和路基图的压实密 度外 主要要保证路基土的压实质量 路堤基床表层的填料应符合下列要求 1 应优先选用 A 组填料 其次为 B 组填料 但颗粒直径不得大于 150mm 2 当选用 B 组填料中的沙粘土时 在年平均降水量大于 500mm 的地区 其塑性指 数不得大于 12 液限指数不得大于 32 3 当不得不使用 C 组填料中的细粒土含量大于 30 的卵石土 碎石土 圆砾土 角砾土 和细粒土中的粉土 粉黏土时 在年平均降水量达于 500mm 的地区 其塑 性指数不得大于 2 液限不得大于 32 4 对于不符合上述要求的填料 应作土质改良措施 5 严禁使用 D E 作为基床表层填料 基床的底层可选用 A B C 组填料 当不得不使用 D 组填料时 必须采取加固和 改良措施 基床土的压实度 对于细粒土和黏沙应采用压实系数或地基系数作为控制 指标 对粗粒土 粘沙和粉沙除外 应采用相对密度或地基系数作为控制指标 对于 碎石类土和块石类混合料采用地基系数作为控制指标 如表 2 6 所示 表 2 6 基床土的压实度 细粒土和 粘沙 粉沙 细沙 中沙 粗砂 砾沙 砾石土碎石土 块石类 混合料 层 位 填料类别 压实标准 级 级 级 压实系数 h K0 910 91 地基系数 30 K0 90 91 01 21 2 表 层 相对密度 r D 0 750 75 压实系数 h K0 890 86 地基系数 30 K0 80 70 81 01 01 2 底 层 相对密度 r D 0 70 7 高度小于基床厚度的低路堤 基床表层厚度范围内天然地基的土质及其密度应符 合表层填料的规定 当基床底层厚度范围内台赧然地基为冲击细粒土时 其静力初探 比贯入阻力值不得小于 1Mpa 在精河 伊利这段 1 6km 的线路线路计中 铁路等级为线下为一级 经查表 2 4 可知 基床的表层为 0 6m 而低层为 1 9m 铁路沿线洪积圆砾土分布十分广泛 可以就地取材用作路基填料 洪积圆砾土属于 A 组优质填料 可以做路基表层填料 对一些级配不良的圆砾土可以用作底层填料 上述填料需要一定的压实及密实度才能 承受列车荷载 查询上表 2 6 可知 基床表层经压实后有以下控制指标 地基系数为 1 2Mpa cm 其相对密度为 0 75 而地基底层压实后由如下控制指标 地基系数为 1 0Mpa cm 相对密度为 0 7 三 路堑基床 三 路堑基床 基床表层土的压实度不应小于表 2 6 的规定值 否则要采取压实措施 路堑表层土在年平均降水量大于 500mm 的地区 当为易风化的泥质岩石和塑性指 数大于 12 和液限大于 32 的粘土时 应采取环天或土质改良等措施 在此段路线基床的设计中 开挖后路堑基床的表层土有洪积圆砾土 强风化的砾 岩 根据其密实度和表 2 6 进行比对 看是否需要碾压处理 对强风化 全风化的 泥岩和泥岩加砾岩应该做换填处理 四 基床的加固措施 四 基床的加固措施 路基基床的加固应根据土质及其密度 降水量 地下水类型及其埋藏深度 加固 材料来源等经过比选用适宜的加固措施 基床加固的选用应符合下列要求 1 当路堑表层和低路堤基床表层范内天然地基土的密度不能满足标准时 可以采用 重型碾压机械就地碾压 2 当基床土不能满足规范规定时 可采用换土或加入石灰 水泥 砂石 炉渣等掺 和料进行退职改良措施 3 当基床土受水的影响时 应增设地面或地下排水设备 拦截 引排或降低 树干 基床范围内的水 4 设置土工合成材料 5 综合加固措施 当并存的诸多因素均可引发基床的病害时 可以采用上述加固措 施的组合 五 基床施工的注意事项 五 基床施工的注意事项 1 基床底层填筑压实之前 应做好对基床底层下承层的质量检查与验收 包括压实 质量指数 平整度 宽度 高程 边坡等 2 采用级配良好的砂卵石填筑时 其砂卵石填料的规格 材质应符合下列规定 砂卵石基床表层压实标准应满足试验要求达到合格 砂卵石颗粒粒径及级配应满足基床表层压要求 3 路基的压实作业 在操作时应遵循 先轻后重 先慢后快 先边后中 的原则 在碾压过程中 应始终保持压路机械行驶方向的直线性 基床底层的压实质量标准以 试验合格为准 4 基床底层填筑压实质量达设计和验标要求并经签证后 方可进行下一工序 否则 应查找原因 重新进行压实 直到合格 5 当检测结果达到规定要求后进行修整养护 当压实达不到要求 要分析原因 重 新补压 直至达到设计要求 6 基床表面修整养护 完工后的基床表面不应有裸露的粗粒砂卵石 粗集料窝及局 部的低凹不平整 不圆顺 处理可用人工清除不合格集料 洒水 补足集料碾压或夯 压 并对全路段进行一至二遍静压收光 当检测结果满足设计要求后 应对其外型质 量进行整修 使其达到检验标准要求 7 碾压完成后应立即对路段进行封闭 严禁压路机械 运输车辆在表层转弯 调头 通行 以防挠动级配砂卵石 让级配砂卵石静置板结 第三节第三节 路基及路堑设计路基及路堑设计 一 填料一 填料 一 填料的分类 一 填料的分类 填料分类主要根据土石的颗粒组成 颗粒形状 塑性指数 液限等 分为岩块 粗粒土 细粒土三大类 按照填料的性质及适用性可以分为 A B C D E 五组 A 组 优质填料 包括硬块石 级配良好的和细粒土含量小于 15 的漂石土 卵 石土 碎石土 圆砾土 角砾土 砾沙 粗砂和中沙 B 组 良好填料 包括不易风化的软块石 胶结物为硅质或钙质 级配不良的 漂石土 卵石土 碎石土 圆砾土 角砾土 砾沙 粗砂和中沙 细粒土含量在 15 30 的漂石土 卵石土 碎石土 圆砾土 角砾土和细砂 黏沙 沙粉土 砂黏土 C 组 一般填料 包括易风化的软块石 胶结物为泥质 细粒土含量在 30 以 上的漂石土 卵石土 碎石土 圆砾土 角砾土和细砂 黏沙 沙粉土 砂黏土 D 组 不易使用的差质填料 包括全风化及全风化的软块石黏粉土和黏土 E 组 严禁使用的劣质填料 包括有机土 二 填料的要求和规定 二 填料的要求和规定 1 路堤基床以下部分的填料 宜选用 A B C 组填料 如果选用 D 组填料是时 应采取不同的措施 乳房缓坡 加固坡面 提高压实密度 渗水土与粘土分层填筑或 者选用稳定性较好的土田与坡面之上等 2 路堤浸水部分的填料 宜选用渗水土填料 当采用细砂 粉沙作填料时 应采 取防振动液化措施 路堤以采用同一种填料填筑 以免产生不均匀沉降 不同性质的填料混杂填筑时 会使其接触面形成滑动面或者在路堤内造成水囊 如果条件困难可以使两种不同的填 料分开诸层填筑 二 路堤的边坡形式和坡度二 路堤的边坡形式和坡度 一 路堤边坡 一 路堤边坡 路基的边坡形式和坡度应根据填料的物理力学性质 边坡高度 列车荷载和地基 工程地质条件等确定 当地质条件良好 边坡不大于表 2 7 的范围时 其边坡形式和边坡坡度应按表 2 7 选用 表中所规定的坡度值是根据有代表性的普通填料的物理力学性质 考 虑列车荷载的作用 经过大量的稳定检算 并结合边坡的实践经验 综合分析而定的 如果有可靠的经验 则边坡坡度的设置不受上述限制 当采用大于 25mm 的不易 风化的块石 边坡采用干砌时 其边坡坡度可根据具体情况而定 填料为容易风化的 软块石时 其边坡为坡度应按风化后土质边坡设计 当路堤边坡高度大于表 2 7 所列 举的数值时 则应进行个别设计 其超出的下部边坡形式和坡度 应根据填料的性质 有稳定分析计算确定 最小稳定系数为 1 15 1 25 边坡形式宜用阶梯形 表 2 7 路堤边坡形式和坡度 边坡高度 m 边坡坡度 m 填料 类别 全部 高度 上部 高度 下部 高度 全部 坡度 上部 坡度 下部 坡度 边坡 形式 细粒土 20812 1 1 51 1 5折线形 粗粒土 碎石土 卵石土 漂石土 20128 1 1 51 1 75折线形 8 8 1 1 3 直线性 硬块石 20 12 1 1 5 直线性 注 粗粒土不包括细砂 粉沙 黏沙 实践证明 按照上表坡度值设计的路堤边坡一般是成功的 路堤边坡的坡坏很少 是因为边坡选择不当而造成的 绝大数情况是由于在路基设计中忽略了路基基地的水 文 地质条件 或者是由于填土的压实度不足而引起过大的下沉和基床病害的严重发 展所致 因此在路基的边坡设计时 要对基底的地质工程条件给与足够的重视 二 路堑边坡 二 路堑边坡 路堑挖方的特殊性在于它受线路通过地段既定的地质构造的控制 还受地质 气 候以及其他因素的影响 所以 路堑边坡形式及坡度应根据工程地质水文地质条件 土的性质 边坡高度 排水措施 施工方法 并结合自然稳定山坡和人工边坡的调查 及力学分析综合确定 当边坡坡度不大于 20m 时 可以根据表 2 8 设计 表 2 8 土质路堑边坡坡度 土的种类边坡坡度 一般均质的粘土 粘沙土 沙粘土1 1 1 1 5 中密以上的中沙 粗砂 砾沙1 1 5 1 1 75 胶结和密室1 0 5 1 1 卵石土 碎石土 圆砾土 角砾土 中密1 1 1 1 5 路堑边坡的设计原则 应根据土的物理力学性质 岩层的产状 节理发育程度 风化程度 当地的工程地质条件和水文地质条件 结合自然的极限山坡和以成人工边 坡的调查并考虑将要采用的施工方法等因素 综合分析而定 在大多数情况下 地质构造是不均匀的 影响边坡的因素错综复杂 不能通过简 单的力学计算去解决 这时 就应对自然的极限山坡和以成的人工边坡进行调查 根 据当地的地质构造 地层岩性水文地质等条件 分析和推断将要开挖的边标坡的稳定 性 这就是工程地质法 所谓自然极限山坡 就是指在当地各种地质条件的作用下长 期形成的出于极限状态下的自然山坡 将要开挖的边坡同自然山坡一样将受到相似的 地质作用 而以挖成的人工边坡是经受了实践考验的 可以借鉴成功的经验 在实际 的设计中 常常用两种方法进行必选 进行最安全设计 三 精伊线路基的设计 三 精伊线路基的设计 由以上叙述的理论可知 路基面宽度为路堤为 6