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 姓 名 学 号 班 级 指导教师 年 月 日 铁路路基工程 课程设计报告 1 目 录 第一章 概述 1 一 设计任务 1 二 设计资料 1 第二章 路基横断面设计 3 一 横断面各部尺寸拟定 3 二 路基横断面图示 3 三 路基填料的选择 4 第三章 重力式挡土墙设计 5 一 作用在挡土墙上的力系 5 二 挡土墙尺寸拟定 5 三 库伦土压力计算 7 四 挡土墙检算 9 五 挡土墙横断面图 10 第四章 排水措施及施工方法 11 一 综合排水设施设计 11 二 施工方法 11 参考文献 12 铁路路基工程 课程设计报告 0 第一章 概述 一 一 设计任务设计任务 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 二 设计资料设计资料 某 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 挡土墙为仰斜式路肩 地基 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 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 土质地基 B 6 B 6 偏心距 e 岩石地基 B 4 B 4 基底应力 容许承载力 1 2 容许承载力 铁路路基工程 课程设计报告 1 2 土与墙背的摩擦角 墙身材料 墙背土 岩块及粗颗粒细粒土 混凝土 1 2 0 21 32 或 石砌体 2 3 0 2 3 或 第二破裂面或假想墙背土体 0 注 0 oo 1 23030 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 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f 0 04 注 1 2 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 铁路路基工程 课程设计报告 2 第二章 路基横断面设计 一 一 横断面各部尺寸拟定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 0 15m 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 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 h 级重型双线铁路 按规范取值 4 边坡坡度 根据规范规定 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 二 路基横断面图示路基横断面图示 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 图图 1 双线路堤标准横断面图 单位 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 铁路路基工程 课程设计报告 3 三 三 路基填料的选择路基填料的选择 根据规范 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 铁路路基工程 课程设计报告 4 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 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 地基 行具体设计与相关验算 一 一 作用在挡土墙上的力系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 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 二 挡土墙尺寸拟定挡土墙尺寸拟定 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 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 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 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 铁路路基工程 课程设计报告 5 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 图图 2 挡土墙尺寸方案一 单位 挡土墙尺寸方案一 单位 m 图图 3 挡土墙尺寸方案二 单位 挡土墙尺寸方案二 单位 m 铁路路基工程 课程设计报告 6 图图 4 挡土墙尺寸方案三 单位 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 三 三 库伦土压力计算库伦土压力计算 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 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 铁路路基工程 课程设计报告 7 图图 5 方案三库伦土压力计算图示 单位 方案三库伦土压力计算图示 单位 m 1 计算破裂角 0 25 14 214 03arctg 仰斜墙背 取负值 35 35 2 14 0238 48 假设破裂面交于第一个换算土柱荷载分布范围之内 0 0 11 2 82 3 2 857 600 22 AHh H 00 0 11 2 2 3 28 82 3 2 0 2520 800 22 BdhH Hh tg 0 0 20 800 0 794 0 7940 700 0 794 0 808 57 600 B tgtgtgtgtg A 0 80838 961arctg 校核假定 8 0 8086 464Htg 0 8 0 2523 37 36 464Htgdl 8 0 25246 464Htgd 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 96135 cos 0 8080 250 0 158 sinsin 38 96138 48 a tgtg 00 tan57 600 0 80820 800 19 0 158138 590 tantan0 8080 25 a a AB EkN m 铁路路基工程 课程设计报告 8 cos 138 590 cos 17 514 03 138 341 aExEkN m sin 138 590 sin 17 514 03 8 310 aEyEkN m 1 2 4 656 0 8080 25 d hm tgtg 12 84 6563 344hHhm 3232 02 22 02 383 3 2 3 344 2 417 323 82 3 2 3 344 x Hh h Zm Hh h 3 42 417 0 254 004 yx ZBZ tgm 0 19 3 2 0 1589 614aahKPa 19 8 0 15824 035HaHKPa 四 四 挡土墙检算挡土墙检算 基底为硬质岩 其容许承载力为 1200kPa 基底与地层间的摩擦系 地基 数 墙重 588 800KN mG 1 抗滑稳定性验算 588 8008 310 0 4 1 7261 3 138 341 y x GEf Kc E 满足 2 抗倾覆稳定性验算 0 588 500 2 6738 310 4 004 4 8061 6 138 341 2 417 Gyy xx GZE Z K E Z 满足 3 合力偏心距检算 0 588 800 2 6738 310 4 004 138 341 2 417 2 131 588 8008 310 y N MM Zm N 1 72 1310 4310 2 N B eZm 满足 0 4310 850 4 B em max min 6588 5008 3106 0 431 1 1 3 43 4 175 6211200 N e BB KPaKPaKPa 或41 905 铁路路基工程 课程设计报告 9 4 挡土墙墙身 H 2 截面强度验算 法向应力验算 33 4 3 2 2 Bm 24 035 212 017 2 H H KPa 2 1 62 490 m 222 aa HH EhKN cos 62 378 x a EEkN m sin 3 747 yaEEkN m y 2 256m 3 764mxZZ 285 200 mGKN 2 144GZm 0 285 200 2 1443 737 3 76462 378 2 256 1 678 285 2003 747 y N MM Zm N 1 6 1 6780 0780 2 N B eZm 满足 0 0780 3 3 20 96 em 满足 max min 6 1103 483a77 109a210KPa N e KPKP BB 或 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 五 挡土墙横断面图挡土墙横断面图 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 图图 6 挡土墙布置 单位 挡土墙布置 单位 m 铁路路基工程 课程设计报告 10 第四章 排水措