路基工程课程设计

俯斜式档珞的斷面殺针啓名/熔4/車 佞：此奈欢通丈禽土建禽浣时 冋:2013耳5月目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章 概述 2\o"CurrentDocument"设计任务 2\o"CurrentDocument"基本资料 2\o"CurrentDocument"第二章 路基断面设计 2\o"CurrentDocument"2.1横断面各部尺寸拟定 2\o"CurrentDocument"2.2绘制路基横断面图 3\o"CurrentDocument"第三章 土压力计算 3\o"CurrentDocument"3.1挡墙基础标高及墙截面尺寸的拟定 3\o"CurrentDocument"3.2库仑土压力计算 33.2.2假设有第二破裂面 33.2.2普通情况 5\o"CurrentDocument"第四章 挡墙边坡稳定性验算 8\o"CurrentDocument"4.1抗滑稳定性验算 8\o"CurrentDocument"4.2抗倾覆稳定性验算 8\o"CurrentDocument"4.3偏心距验算 8\o"CurrentDocument"基底承载力验算 9\o"CurrentDocument"1/2截面验算 9\o"CurrentDocument"第五章 施工方法及程序 9\o"CurrentDocument"5.1路基的施工方法及主要机具设备 95.1.1路基填土施工技术 10路基压实施工技术 105.1.3路基路面排水施工技术 105.1.4路基防护施工技术 105.1.5主要机具设备 11\o"CurrentDocument"5.2质量检验方法及主要设备 115.2.1地基系数的检测（Rs。法） 115.2.2路基压实度的检测（灌砂法） 125.2.3动态变形模量 125.2.4动力触探法 235.2.5路基密实度的检测（探地雷达法） 23\o"CurrentDocument"附：质量检验标准 14第一章概述1.1设计任务根据所给条件，参照现行规范进行俯斜式挡土墙断面设计。1.2基本资料场地的地质条件(某一断面)地表以下的地层分别为：①耕殖土，厚0.5m,fak=50kPa：②粉质粘土，厚5m,硬塑，W=13%,fak=400kPa：③圆砾石，厚10m,密实，fak=800kPao本地区标准冻深为0.2m,地面标高为153.130m,地下水位为地表以下5m。线路条件：II级铁路，设计时速80km/h„线路路基为某一直线段；设计路基标高160.630mo气候条件：年平均降水量200mm,无地表水。作用在路基面上的荷载按《铁路路基设计规范TB10001-2005》确定。查表得墙后填土重度Y=20kN/m3时，对应换算土柱高ho=3.Om,宽挡墙设置的基本要求：釆用俯斜式重力式挡墙，墙顶标高为157.130m,上部路堤边坡的斜率1:1.25；墙胸垂直，墙背坡率1:0.35：考虑到铁路征地红线的要求，路基中心距墙趾的距离不超过15m,具体示意见图1所示。设计内容及要求进行该区间单线地段路基横断面设计和挡墙设计。无地下水及地震影响。降水量较小，排水设置按规范要求设计。轨道类型：轻型轨道设计依《铁路路基设计规范TB10001-2005))进行设计。第二章路基断面设计2.1横断面各部尺寸拟定根据规范选取路基顶面宽度B=5.7m,边坡坡率为1：1.252.2绘制路基横断面图见附录第三章土压力计算3.1挡墙基础标高及墙截面尺寸的拟定依据规范，路基埋深不小于lm,挡墙墙顶宽不小于0.4m,此处取埋深d0=1.5m,墙顶宽b0=2.5mo故墙身高H=5.5m3.2库仑土压力计算填土内摩擦角＜p=40°,墙背坡率1：21:0.35。边坡坡率1：m=l:1.25,边坡与水平方向夹角#38.66。,计算可得边坡水平宽度b=4.375m,竖直高度a=3.5m°荷载换算土柱高ho=3.Om,宽l0=3.1m,与边坡顶端水平净距d=1.3m3.2.1假设有第二破裂面墙背与竖直方向夹角a=19.29°,墙高Hi=5.5m,路肩距地面高H=Hi+a=9m假设第一破裂面发生在边坡上£=sin-1(単•)=76.37°SIH(p11=-(90°-＜p)--(e-i)=6.415°乙 乙1 1Pi=2(90°-q))+-(s-i)=43.855。检验:Pj=43.855。＞%=19.29。，不成立。Bo为破裂面发生在边坡顶角时的最大角，tanp0=b~Htana=0.35,故％H+a=19.29°b、 假设第一破裂面发生在荷载内侧=(m+n)H]sini=5.497mQ=csc(2®+i)—-cot(M+1)=0.926RTg+°+爲需磊善+tan@+i)娥1, ・IHsinicot1(1+善y)=-1.753cos甲Hcos@+i)tan口=-Q土JQ—R=0.690检验：Htan煜+H]tana=8.135m>b+d=5675m与假设不符合，不成立s假设第一破裂面发生在荷载中间-cot(2^+i)=0.841h3=(m+n)H]siiii=5.497m-cot(2^+i)=0.841Q=csc(20+i)詈R=cot0cot(2(p+i)+h：HH+2%cos(0+i)

sin0sin(20+i)tan(0+i)善亠（1+HH+2%cos(0+i)

sin0sin(20+i)tan(0+i)善亠（1+善）-coti(l+牛+、=—1.3252h5]H+2%

盂冷—IF-COS0

cos(0+i)tan*=-Q土Jq?-R=0・785检验：HtanA+H]tana=8.99m>b+d+l0=8.775m与假设不符，不成立

d.假设第一破裂面发生在荷载外边缘h3=(m+n)H]siiii=5.497mtan/?=coti+d+"°_Jkcsci=0.761x HHQ=tan(20+i+0J=-0.446,H1 ,・H(d+10)+210%R coti+———览——口=3.297ksini h；tanax=-Q±J(Q-R)[Q+cot(0+i)]=1.405检验：心=54.55。＞°=19.29。，故不成立e>假设第一破裂面发生在荷载外侧h3=(m+n)H]siiii=5.497mQ=csc(2(p+i)一cot(2(p+i)=1.245R=cot0cot(20+i)+cos(0+i)

sin0sin(20+i)h?討tan(0+i)cos(0+i)

sin0sin(20+i)h?討tan(0+i)211H1shiT"c°ti(l+善)+譽2—1.3572h5HCOS0

cos@+i)tanZ?=-Q±y/Q2-R=0.46验算:Htaii/^+Hitaiia=6.065m<b+cI+Iq=&775m不符合假设，故不成立a根据以上假设和计算可知，不会发生第二破裂面。3.2.2普通情况填土与墙背摩擦角^=20°,墙高H=5.5m,墙背倾角tz=-19.29°屮=0+5-0=79.29°J(tany/+cot©(tan屮J(tany/+cot©(tan屮+a.假设破裂面发生边坡上tani=0.8,i=3&66。屮、=0-i=l・34°,%=0+5-a-i=40.63°tan(^+i)=一tan屮)±J(tan屮、+cot0)[tan屮]+tan(a+i)j=6.4060=42.47。检验:当破裂面发生在边坡上时伽％=b+H论=035H+a0^=19.29。＜0=42.47。,故不符合假设b、 假设破裂面发生在荷载内侧州=丄(a+H)2=40.5nr,BQ=-ab+丄H(H+2a)tana=-4.375m2222tan0=0.5060=28.82。检验：(H+a)tan0-Htana=6.479m>b+d=5.675m不符合假设c、 假设破裂面发生在荷载中间^=-(a+H+2h0)(a+H)=67.5m22Bq=丄ab+(b+d)h0+ZH(H+2a+2h0)tan<z=6.875m，22tan0=0.622,0=31.87。检验：b+d=5.675m<(H+a)tan^-Htana=7.523m<b+d+l0=8.775m符合假设，故破裂面发生在荷载中间。因此，

E=/(Aotan^-Bo)cos^+=234.304kN/msin(0+p)Ex=Eacos(J-a)=181.34kN/m,Ey=Easin(J-a)=148.372kN/m.b-atan^1片= =2.261mtailtailtzlh= =1.337m"tantailtzh3=H-l\-h2=1.902mZ」》(3吐3叮!卞)+3%叭］863mx3(H-+2aH-al^+21)oh3)Zv=B+Zvtana=3.873m人=(tail0-taila)cos(&+0)=0324sin(O+p)cr0= =19.46RN/m2=/a^=22.703kN/nr%=;/H人=35.676kN/nr

d、假设破裂面发生在荷载外侧^)=|(a+H)2=40.5iirBq=丄ab-IJIq+-H(H+2a)tana=-13.675m222tan0=0.376,0=20.59。检验：(H+a)tail0-Htana=5.309m<b+d+l0=8.775m不符合假设。综上所述，破裂面可能发生荷载中间，破裂角正切值tanO=0.622第四章挡墙边坡稳定性验算由以上计算可知，E决=234・304kN/m,E=181.34kN/m,Ev=148372kN/mh=2.261m,Zx=1.863m,Zv=3.873m1 x y人=0.308,Sa=19.461^1/1112,cra=22.703kN/nr,cth=35.656kN/nF挡墙重度7^=231^/m3墙底宽B=4.175m横截面积S=(2.6X2+1.575)x4.5m2=19.594nr挡土墙单位长度重力G=S/h.=450.656kN/m抗滑稳定性验算墙体与地基摩擦系数f=0.4瓦二心：‘"=1.32>[K」=1.3Ex符合要求4.2抗倾覆稳定性验算4.2抗倾覆稳定性验算2.6x5.5xl.3+丄x0.9625x5.5x(2.6+竺竺1)Zg= Z ——=1.825m19.594=4.13>[K]=1.6工=4.13>[K]=1.6%工M°EXZX符合要求4.3偏心距验算

e=--ZN=0.494m<-=0.754me=--ZN=0.494m<-=0.754m216符合要求4.4基底承载力验算TOC\o"1-5"\h\z<7nttx=—(1+—)=21909kPa<[<7(]=400kPa囂BB45.67 丄」符合要求4.5 1/2截面验算Br=(2.6+4.525)*2=3.5625mH1 fxE/=——•一+—(H_h,)q=61.295血/m222E/=Earcos(J-a)=47.439血/m,E/=Earsin(J一a)=38.815kN/mEJEJZvf=Br+Zxtail<z=3.237my kS'=(2.6+3.5625)x2.75一2=8.47311FG,=/bS,=194.889kN/mrt2.6X2.75X1.3+0.5x0.9625x2.75x(2.6+0.9625^3).…Zc'= =1.553m8.473GfZrf+ErZr-EfZrZN1=——-——丄一丄——-一-=1.644111G4EJBrer=Brer=——Znr=0.138m<0.3Bf=1.069m满足要求综上所述，该设计尺寸合格。第五章施工方法及程序5.1路基的施工方法及主要机具设备5.1.1路基填土施工技术路基一般是用自然土修筑的。在路基填筑之前应对自然土进行试验分析，确定其物理力学性质。测定其最佳含水量及最大干容重，以便指导路基施工及对路基填筑成品的检测，从有关试验结果分析：土质颗粒越细，其相应的回弹模量越低。而砂性土回弹模量比较高，这就是通常所说的砂性土是良好的筑路材料。施工选择取土场时，通过选择塑性指标较小的土来填筑路基。当路基填料达不到规定的最小强度时，应釆取掺合粗粒料，或换填，或用石灰等稳定材料处理。5.1.2路基压实施工技术规范规定铁路底面以下80一150cm部分的上路堤其压实度必须大于等于95%,为了使路基具有足够的强度和稳定性，必须予以人工压实，以提高其密度程度。所以路基的压实工作是路基施工中的重要工序，亦是提高路基强度和稳定性的根本技术措施之一，对土质路基來说，影响压实效果的因素有内因和外因两个方面，内因指土质和湿度，外因指压实功能及压实时的外界自然和人为的其他因素等。为此，达到好的压实效果，除了好的土质和含水量外，要选择好的压实机械和压实方法來选择和操作。5.1.3路基路面排水施工技术1、 地下排水，即减少地下水、农田排灌水对路基稳定性及其强度的影响。2、 路表排水，除将路面、地面的水迅速排出之外，应最大限度地减少雨水对路基、路面质量的影响，减少因路表水排水不畅或路表水下渗对路基、路面结构和使用性能产生的损害。5.1.4路基防护施工技术1、 坡面防护：坡面防护的目的是防止地表水流的冲刷、坡面岩土的风化剥落以及与环境的协调，通常措施是釆用石砌垢工防护，混凝土预制块护坡多用在路堤边坡，连片的及带窗孔的护面墙，用于路堑边坡。现在，种草防护技术应用较为广泛，边坡较高则采用砌石框格种草防护，起到改善生态环境，美化景观和坡面防护的三重效果。2、 冲刷防护：传统的方法是用砌石、抛石、铁丝石笼和挡土墙防护。改进后可以用高强土工格栅代替铁丝做石笼，用聚脂或聚胺脂类土工织物混凝土护坡模袋做成的护面板防护受水冲击的边坡，很能适应土体不均匀沉降。3、支挡防护：挡土墙用于支挡防护目前仍占主要。①石砌的重力式挡土墙多用于石料丰富、墙高较低、地基较好的场合。②钢筋混结构的悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙和板柱挡土墙受其力比较合理，墙身垢工体积小，也己广泛应用于公路路基的防护。③垛式挡土墙易于调整墙的高度，并采用预制构件拼装，是一种特殊形式的挡土墙。5.1.5主要机具设备1、 碾压机械选用振动压路机进行碾压：振动压路机压实深度较大，最适用于压实非粘性土、碎石、块石及不同类型、不同厚度的沥青混合料面层。2、 土石方施工机械路基土石方施工机械，包括挖、装、运、压实等工序的主机、辅机及其可换的工作装置等。3、 常用机械：铲土运输机械：推土机、铲运机和平地机；挖掘机械：正铲挖掘机、反铲挖掘机、拉铲挖掘机和抓铲挖掘机；工程运输机械：公路型和非公路型车辆；石方工程机械：松土器和各种凿岩钻孔机械。5.2质量检验方法及主要设备5.2.1地基系数的检测(K30法)路基在外力作用下会产生变形，变形量直接影响到轨道的平顺性和列车的舒适性，共至影响到行车安全。而路基表层变形量很难用物理指标(如压实度)來衡量。因此需要建立一个力学指标(地基系数)来对工程质量进行控制。Kso平板载荷试验作为一种抗力指标，能够直观地表征路基刚度及承载能力，物理意义明确,针对性强，与传统物理量纲相比具有明显的优越性。K30测试装置主要由加载系统、量测系统两大部分组成，其中加载系统由荷载板、T•斤顶、油压表、油泵、油管等组检测地基系数时，K30底板与测试支架要水平地放置，同时由大型配重车辆提供反力，然后分级加载，每级荷载当lmin的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1%,以保证地基在外力作用下充分下沉并达到稳定。最后找出&S曲线上下沉量基准值（1.25mm）时的荷载强度，按K30=5s/Ss测得该测点表层地基系数，单位为MPa/nio在现场检测时，为了减小荷载板与地基面间的缝隙对试验结果的影响，消除虚假沉降现象，应在检测开始前对地基进行预压。同时还要注意在对路基进行每级加压时，还需不断给「斤顶补充因地基沉降而产生的卸载值，以保证路基在稳定恒载下沉降达到稳定。5.2.2路基压实度的检测（灌砂法）根据《时速200km新建铁路线桥隧站设计暂行规定》、《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》，路基施工检测采用孔隙率指标。在对这一指标进行检测时，目前国内主要采用核子密度仪法、环刀法、灌砂法等儿种方式。核子密度仪虽然检测方式方便快捷，该类方法适用于测量各种土的密度和含水量。它的缺点是，放射性物质对人体有害，另外需要打洞的仪器，在打洞过程中使洞壁附近结构遭到破坏，影响测定的准确性。对于核子密度仪法，可作施工控制使用，但要与常规方法比较，以验证其可靠性。环刀法与灌砂法相比虽然体积小、操作简便，但检测时易受人为因素、土层干湿情况影响，且测试深度不易掌握，往往数值波动较大。灌砂法进行孔隙率检测时，其工艺简单且不受路基填料的影响,可以测定整个碾压层的密度，对同一碾压层多次测试数值波动较小，且受人为因素影响也小。灌砂法的检测原理是：对现场路基挖坑取土样称其质量，再用标准砂换算出坑土样的体积（标准砂的密度和灌入坑中的砂的质量是已知或能算出），质量与体积的比值即为湿密度。测出土的含水量，就可求出土的干密度，根据实验室做出的填料的密度，计算出该测点填料的孔隙率。《标准》对不同结构层的孔隙率有不同的要求。5.2.3动态变形模量动态平板荷载试验是通过落锤试验和沉陷测定來直接获取土体动态特性的承载力指标“动态变形模量值”的，以Em表示，其计量单位为MPaoEvd和K30之间具有一定的相关性，动态平板荷载试验可作为一种快速的试验方法。动态变形模量测试仪由加载装置、荷载板和沉陷测定仪三部分组成。测试原理：%=碍其中：r为圆形刚性荷载板的半径，即150mm；8为荷载板的最大动应力，它是通过在刚性基础上，由最大冲击力7.07kN且冲击时间为18ms时标定得到8=0.1MPa；S为实测荷载板下沉幅值；1.5为荷载板形状影响系数。5.2.4动力触探法动力触探试验是利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，根据打入土中的难易程度來判断土层的工程性质的一种方法。动力触探可分为轻型、重型和特重型。轻型动力触探可确定一般粘性土地基承载力，重型和特重型动力触探可确定中砂以上的砂类土和碎石类土地基承载力，动力触探还可用于查明地层在垂直和水平方向的均匀程度。5.2.5路基密实度的检测（探地雷达法）对于高填方路堤，路基深度大于的下部施工质量就很难用常规的方法进行检测，原有的应用钻探抽芯或开挖抽样的工程质量检查方法不仅效率低、代表性差，而且对路基有破坏，回填碾压密实度差。探地雷达对于公路、铁路路基以及隧道等深层质量无损检测，取得了非常好的效果。探地雷达仪器配置主要有主机、发射机、接收机、计算机、电池包、天线、附件等组成。一般來说，在路基中天线探测有效深度，（2mWzW6m）完全满足检测要求。一般认为，当两种介质的电性差异0.01时，电磁波在这两种介质的分界面上就会有足够能量的反射存在，两种介质间的电性差异。当两介质之间的电性差异Py>0.01,说明介质可分辨。一般情况下，在雷达图像上有一组较强的反射波组，为介质之间的分界面反射，其深度变化反映层间厚度的变化。当某一段波组比较紊乱，或有类似抛物线形态的图像出现时，该段的异常段（在排除干扰因素的情况下），判释为“空洞或回填不实”。雳达波图是由若干子波叠加合成的。子波是检测断面上横向某位置处不同深度路基压实情况电磁波反射图，若子波在某一深度处峰值较大，则说明该处填料较为松散，反之则较密实。

附：质量检验标准据《铁路路基设计规范》1B1001-20056.2.1.中规定：级配沙砾石应采用地基系数和孔隙率作为指标。并应符合表6.2.1-1和表6.2.1-2的规定。表6.2.1-1基床表层的压实标准层位\更料类别等\级压实指标细粒土、粉砂、改良土砂类土(粉砂除外)砾石土碎石土块石土I级I【级I级II级I级II级I级II级I级II级基床表层压实系数K—(0.93)地基系数K30(MPa/m)—(100)——110150140150140——相对密度Dr————0.8————————孔隙率n(%)—————28292829——注：细