《路基工程》课程设计.docx
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《路基工程》课程设计
《路基工程》课程设计任务书
姓名万伟班级软件+道铁2班
一、设计任务
单线铁路衡重式路肩挡土墙设计
二、要求
１、根据线路横断面测量资料，点绘路基设计地段的地面横断面，并按给定的线路中心地面设计标高、设计段起点路肩设计标高和线路坡度，对该段路基进行施工图设计；
２、本段路基需设置路肩衡重挡土墙；
3、对墙身最高的挡土墙设计断面进行检算，包括计算土压力、绘制土压应力图、检算全墙稳定性和墙身截面强度；
4、绘制路基横断面设计图及挡土墙正面设计图，计算挡土墙的工程数量，编写设计说明。
三、设计资料
线路标准：
单线Ⅰ级铁路
轨道类型：
重型
旅客列车设计行车速度：
160km/h
基床表层类型为：
土质
线路纵断面：
1.3‰
线路平面：
直线
路基设计起迄里程：
DK536+710~DK536+825起点路肩设计标高：
线路横断面及中线地面标高测量记录：
（附录一）
挡土墙圬工材料：
C20片石混凝土，γ圬＝23KN/m3
路基填料：
A、B类填料物理力学指标：
γ=17.9KN/m3φ＝30.3
挡土墙地基容许承载力［σ］＝Kpa，地基摩擦系数f=0.400
地质资料;
（1）砂粘土［σ］＝200Kpa
（2）石灰岩［σ］＝400～600Kpa
四、设计依据
《铁路路基设计规范》TB10001-2005
《铁路路基支挡结构设计规范》TB10025-2006
《铁路工程设计技术手册——路基》95修订版
五、完成文件
1、路基横断面设计图（1：
200）
2、衡重式路肩挡土墙正面设计图（纵1：
500、竖1：
200）
3、挡土墙设计计算书（包括挡土墙计算断面、破裂面位置及土压应力的附图1：
100）
4、挡土墙工程数量及设计说明（写在正面设计图中）
六、附录（另行发给）
附录一横断面测量记录
《铁路路基》课程设计指导书
单线铁路衡重式路肩挡土墙设计
一、准备工作：
1.认真阅读任务书、指导书及路基设计规范和路基支挡结构设计设计相关规范和相关参考资料。
2.熟悉路基工程制图标准。
二、设计步骤和方法：
1.点绘地面横断面
①根据任务书给出的线路起点路肩设计标高和线路纵坡、计算各断面（里程见横断面测量记录）的路肩设计标高；再根据测量的中线地面标高，计算路基中心填挖高度。
②按横断面测量记录在坐标纸（500mm×350mm）上排列布置并点绘地面线，比例尺为1:
200，用计算机绘图者绘在A3图纸上。
横断面排列原则为：
起点断面排在图纸的左下角，以自下而上，先左后右按里程顺序布置点绘横断面，各竖向排列的横断面线路中心线必须上下对齐，断面间隔疏密应均匀得当，所有断面（10个）排在一张图纸中（可分三个竖列布置）。
③在每个断面上均标注里程及地面标高。
④根据地质测绘资料，在横断面上绘出地层分界线（地表覆盖层与基岩的分界线），统一绘两米深的砂粘土覆盖层。
2.挡土墙长度及断面尺寸的确定
①根据各路基横断面中心填挖高，在图中画出路基面设计位置（不画路拱），并标注路肩设计标高和路基面宽度。
②根据地形和填方情况，确定需设置路肩挡土墙的部位和起讫里程，并由墙面坡度（1：
0.05）及基础埋置深度、墙趾嵌入地层的最小尺寸，确定每个横断面上挡土墙的高度（取成整数米）。
③按任务书所给的设计条件——墙背填料γ及φ值，地基容许承载力[σ]和基底摩擦系数f，以及墙身高度，通过理正软件检算合格后按其尺寸，在路基横断面图中绘出。
3.挡土墙稳定性和强度检算（用理正软件计算）
①土压力计算：
土压力按库仑理论计算。
当上墙出现第二破裂面时，按第二破裂面公式计算；当不出现第二破裂面时，按库仑公式计算；下墙土压力按力多边形法的公式计算，墙背摩擦角δ=2/3φ。
计算土压力时，路基面宽度及荷载换算土柱的宽度和高度根据设计资料查相关规范确定。
土压力计算公式参考理正软件的编制原理。
土压力计算后需按比例（1：
100）绘出上、下墙破裂面及全墙土压应力图，附在计算书中。
②挡土墙检算：
按《铁路路基设计规范》TB10001-2005规定，对挡土墙进行稳定性和强度检算。
检算项目有：
抗滑动稳定系数Kc，抗倾复稳定系数K。
，基底合力偏心距e，基底压应力σ，墙身截面强度（只检算上墙底的截面法向应力、平剪的剪应力和偏心距）。
③Kc、K。
、e、σ的检算结果需符合规范要求，经济合理。
4.挡土墙正面图及构造设计
①在坐标纸上点绘挡土墙趾纵向地面线（包含表层土分界线），并在其上进行挡土墙立面设计。
比例尺的规定见任务书。
②根据基础埋深的要求，确定不同墙高的分段长度（基底纵向呈台阶状，每段墙高以整米计），并结合横断面设计，调整并确定挡土墙设计起讫里程（注意与路堤的衔接，检查填方锥体位置是否恰当），绘制挡土墙不同高度各部分结构参数表格。
③参照所给标准图的格式，绘制挡土墙正面图。
按构造要求，设置伸缩缝和沉降缝。
泄水孔的设置可在设计说明中指出，不必绘在图中。
④在挡土墙正面图的下方，设有图栏，图栏中应有如下内容：
墙高／墙长，墙趾标高，路肩设计标高，线路设计坡度及里程。
5.路基横断面设计
在横断面图中除了路肩挡土墙设计外，尚须对整个路基横断面进行设计（路基面、边坡、排水沟或侧沟。
天沟则不在此处设计）。
路基面宽度及路堤边坡均按规范设计，石灰岩路堑边坡：
1：
O.5～1:
O．75（根据风化程度确定，具体值），粘砂土路堑边坡：
1：
1.25，侧沟及排水沟：
深0.6米、底宽0.4米、梯形断面，不作水力计算。
6.计算挡土墙工程数量：
挡土墙断面面积可参考贰线2044（帽石面积已除外）。
根据理正计算成果计算挡土墙体积，得圬工数量（C20片石混凝土，单位：
米3）。
帽石数量单独计算。
计算挡土墙基础开挖土石方数量：
由横断面得挖基断面积，再用平均距离法计算土石方。
按规范要求设置防护栏杆。
栏杆采用角钢立柱式，其工程数量以长度计（单位：
延米）。
工程数量计算结果，列表绘在挡土墙正面图中。
7.编写设计说明：
设计说明应包含以下内容：
①设置挡土墙的理由。
②挡土墙设计起讫里程，挡土墙类型及圬工材料。
③挡土墙设计依据。
④挡土墙结构构造上有什么要求，例如伸缩缝、泄水孔、反滤层、地基基础、栏杆等。
⑤对墙背填料的要求。
⑥施工注意事项。
设计说明应简单明了、文字精炼、字数控制在200～300字左右即可。
三、设计图的要求和设计文件组成
1.设计图：
①设计图共2张。
一张图名为DK536+710~DK536+825衡重式路肩挡土墙正面设计图。
图中附有设计说明及主要工程数量．图号为：
TGJ－011/2；另一张图名为DK536+710~DK536+825路基横断面设计图，图号为TGJ－012/2。
②设计图均绘在不透明的坐标纸上．图幅外框尺寸：
500mm×350mm（粗实线）。
③标题栏绘在图的右下角，格式及尺寸如下：
④设计图用铅笔绘制．路基断面、挡墙结构轮廓设计线均用粗线，地面线、尺寸线用细线，线路中心线用细点划线。
图中文字一律采用仿宋体。
2.设计文件的组成：
本课程设计文件由设计任务书要求完成的全部文件（一套计算书、二张设计图）及任务书组成。
计算书用16开（B5）大小，质地坚实的横格纸书写，计算中附图应绘在坐标纸上；设计完成后，每张设计图均叠成与计算书同样大小，并露出右下角图号。
连同计算书一起，再配上专用封面（学院购买），装订成册，交给指导教师。
设计说明
一、概况
本段路线以填挖相间通过一山丘下部，地势左低右高，路堤中心最大填高8.58米，最大挖深1.2米，为收回路堤边坡，于路基左侧设置路肩挡土墙。
地层情况：
砂粘土，厚度2米
石灰岩，厚度大于10米
二、工程措施
1．挡土墙设计起讫里程DK536+710~DK536+825，挡土墙类型为衡重式路肩挡土墙，该挡土墙的圬工材料为C20片石混凝土。
2．衡重式路肩挡土墙与护墙均沿墙长每隔10～20m设置一道伸缩缝,缝宽0.02m,缝内沿内、外、顶三边填塞沥青麻筋，深0.2m。
3．衡重式路肩挡土墙与护墙均沿墙长、高每隔2～3m上、下、左、右交错设
置泄水孔，衡重式路肩挡土墙最下一排泄水孔高出地面0.3m，护墙最下一排泄水
孔高出路肩0.3m，泄水孔孔径φ=0.10m，挡土墙后自墙顶以下0.5m至最下一排泄
水孔处设0.3m厚砂夹卵石反滤层，并于最下一排泄水孔下夯填粘土隔水层，厚0.3m，
宽不小于0.5m。
；护墙泄水孔后设0.5×0.5×0.3m（厚）砂夹卵石反滤层。
4.DK536+710～DK536+720段右侧设半梯形侧沟，底宽×深=0.4m×0.6m，侧沟均采用M5水泥砂浆砌片石砌筑，厚0.3m。
5.墙背填料应选用A、B类填料，禁止使用D、E类填料。
6.
衡重式挡土墙验算[执行标准：
铁路]
计算项目：
衡重式挡土墙
------------------------------------------------------------------------
原始条件:
墙身尺寸:
墙身总高:
11.000（m）
上墙高:
4.400（m）
墙顶宽:
1.500（m）
台宽:
1.800（m）
面坡倾斜坡度:
1:
0.050
上墙背坡倾斜坡度:
1:
0.400
下墙背坡倾斜坡度:
1:
-0.250
采用1个扩展墙址台阶:
墙趾台阶b1:
0.100（m）
墙趾台阶h1:
0.400（m）
墙趾台阶与墙面坡坡度相同
墙底倾斜坡率:
0.100:
1
下墙土压力计算方法:
力多边形法
物理参数：
圬工砌体容重:
23.000（kN/m3）
圬工之间摩擦系数:
0.400
地基土摩擦系数:
0.400
砌体种类:
片石砌体
水泥土砂浆强度等级:
M7.5
挡土墙类型:
一般挡土墙
墙后填土内摩擦角:
30.300（度）
墙后填土粘聚力:
0.000（kPa）
墙后填土容重:
17.900（kN/m3）
墙背与墙后填土摩擦角:
20.200（度）
地基土容重:
18.000（kN/m3）
修正后地基土容许承载力:
500.000（kPa）
墙底摩擦系数:
0.500
地基土类型:
土质地基
地基土内摩擦角:
30.000（度）
坡线土柱:
坡面线段数:
2
折线序号水平投影长（m）竖向投影长（m）换算土柱数
16.3000.0001
第1个:
距离0.700（m）1级重型,渗水土,砼枕
25.0000.0000
地面横坡角度:
45.000（度）
墙顶标高:
0.000（m）
=====================================================================
第1种情况:
无荷载的情况
[土压力计算]计算高度为11.396（m）处的库仑主动土压力
计算上墙土压力
按假想墙背计算得到:
第1破裂角：
30.888（度）
Ea=154.463Ex=54.659Ey=144.469（kN）作用点高度Zy=1.467（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=29.840（度）第1破裂角=29.835（度）
Ea=114.610Ex=57.062Ey=99.395（kN）作用点高度Zy=1.467（m）
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角：
38.083（度）
Ea=198.590Ex=197.442Ey=21.323（kN）作用点高度Zy=2.982（m）
墙身截面积=42.292（m2）重量=972.718kN
衡重台上填料重=111.682（kN）重心坐标（3.185,-2.398）（相对于墙面坡上角点）
（一）滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.500
采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:
基底倾斜角度=5.711（度）
Wn=1098.768（kN）En=145.442（kN）Wt=109.877（kN）Et=241.230（kN）
滑移力=131.353（kN）抗滑力=622.105（kN）
滑移验算满足:
Kc=4.736>1.300
地基土摩擦系数=0.400
地基土层水平向:
滑移力=254.504（kN）抗滑力=495.634（kN）
地基土层水平向:
滑移验算满足:
Kc2=1.947>1.300
（二）倾覆稳定性验算
相对于墙趾,墙身重力的力臂Zw=2.400（m）
相对于墙趾,上墙Ey的力臂Zx=4.869（m）
相对于墙趾,上墙Ex的力臂Zy=8.067（m）
相对于墙趾,下墙Ey的力臂Zx3=4.706（m）
相对于墙趾,下墙Ex的力臂Zy3=2.586（m）
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=970.792（kN-m）抗倾覆力矩=3407.073（kN-m）
倾覆验算满足:
K0=3.510>1.500
（三）地基应力及偏心距验算
基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力
取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距
作用于基础底的总竖向力=1244.211（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2436.280（kN-m）
基础底面宽度B=3.981（m）偏心距e=0.032（m）
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.958（m）
基底压应力:
趾部=327.762踵部=297.355（kPa）
最大应力与最小应力之比=327.762/297.355=1.102
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.032<=0.167*3.981=0.663（m）
地基承载力验算满足:
最大压应力=327.762<=500.000（kPa）
（四）基础强度验算
基础为天然地基，不作强度验算
（五）上墙截面强度验算
上墙重力Ws=251.988（kN）
上墙墙背处的Ex=57.062（kN）
上墙墙背处的Ey=22.825（kN）
相对于上墙墙趾，上墙重力的力臂Zw=1.406（m）
相对于上墙墙趾，上墙Ex的力臂Zy=1.467（m）
相对于上墙墙趾，上墙Ey的力臂Zx=2.893（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
相对于上墙墙趾，合力作用力臂Zn=1.225（m）
截面宽度B=3.480（m）偏心距e1=0.515（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.515<=0.300*3.480=1.044（m）
截面上压应力:
面坡=149.086背坡=8.852（kPa）
压应力验算满足:
计算值=149.086<=1050.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-15.191<=125.000（kPa）
斜截面剪应力检算
斜剪应力验算满足:
计算值=23.785<=125.000（kPa）
（六）墙底截面强度验算
验算截面以上，墙身截面积=41.488（m2）重量=954.224kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.395（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=1206.472（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2407.325（kN-m）
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.995（m）
截面宽度B=4.060（m）偏心距e1=0.035（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.035<=0.300*4.060=1.218（m）
截面上压应力:
面坡=312.380背坡=281.941（kPa）
压应力验算满足:
计算值=312.380<=1050.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-56.178<=125.000（kPa）
（七）台顶截面强度验算
[土压力计算]计算高度为10.600（m）处的库仑主动土压力
计算上墙土压力
按假想墙背计算得到:
第1破裂角：
30.888（度）
Ea=154.463Ex=54.659Ey=144.469（kN）作用点高度Zy=1.467（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=29.840（度）第1破裂角=29.835（度）
Ea=114.610Ex=57.062Ey=99.395（kN）作用点高度Zy=1.467（m）
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角：
37.897（度）
Ea=166.636Ex=165.673Ey=17.892（kN）作用点高度Zy=2.673（m）
[强度验算]
验算截面以上，墙身截面积=39.848（m2）重量=916.504kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.409（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=1165.321（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2244.399（kN-m）
相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn=1.926（m）
截面宽度B=4.040（m）偏心距e1=0.094（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.094<=0.300*4.040=1.212（m）
截面上压应力:
面坡=328.717背坡=248.174（kPa）
压应力验算满足:
计算值=328.717<=1050.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-60.246<=125.000（kPa）
=====================================================================
第2种情况:
所有荷载都作用的情况
[土压力计算]计算高度为11.396（m）处的库仑主动土压力
计算上墙土压力
按假想墙背计算得到:
第1破裂角：
10.350（度）
Ea=291.221Ex=103.054Ey=272.378（kN）作用点高度Zy=1.788（m）
因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面存在：
第2破裂角=33.020（度）第1破裂角=4.563（度）
Ea=261.490Ex=117.409Ey=233.650（kN）作用点高度Zy=1.911（m）
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角：
36.188（度）
Ea=167.668Ex=166.699Ey=18.003（kN）作用点高度Zy=3.276（m）
墙身截面积=42.292（m2）重量=972.718kN
衡重台上填料重=98.487（kN）重心坐标（3.174,-2.521）（相对于墙面坡上角点）
（一）滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.500
采用倾斜基底增强抗滑动稳定性,计算过程如下:
基底倾斜角度=5.711（度）
Wn=1065.888（kN）En=278.673（kN）Wt=106.589（kN）Et=257.657（kN）
滑移力=151.068（kN）抗滑力=672.281（kN）
滑移验算满足:
Kc=4.450>1.300
地基土摩擦系数=0.400
地基土层水平向:
滑移力=284.108（kN）抗滑力=534.791（kN）
地基土层水平向:
滑移验算满足:
Kc2=1.882>1.300
（二）倾覆稳定性验算
相对于墙趾,墙身重力的力臂Zw=2.400（m）
相对于墙趾,上墙Ey的力臂Zx=4.468（m）
相对于墙趾,上墙Ex的力臂Zy=8.511（m）
相对于墙趾,下墙Ey的力臂Zx3=4.780（m）
相对于墙趾,下墙Ex的力臂Zy3=2.880（m）
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=1479.251（kN-m）抗倾覆力矩=3841.264（kN-m）
倾覆验算满足:
K0=2.597>1.500
（三）地基应力及偏心距验算
基础为天然地基，验算墙底偏心距及压应力
取倾斜基底的倾斜宽度验算地基承载力和偏心距
作用于基础底的总竖向力=1344.562（kN）作用于墙趾下点的总弯矩=2362.012（kN-m）
基础底面宽度B=3.981（m）偏心距e=0.234（m）
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.757（m）
基底压应力:
趾部=456.719踵部=218.816（kPa）
最大应力与最小应力之比=456.719/218.816=2.087
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.234<=0.167*3.981=0.663（m）
地基承载力验算满足:
最大压应力=456.719<=500.000（kPa）
（四）基础强度验算
基础为天然地基，不作强度验算
（五）上墙截面强度验算
上墙重力Ws=251.988（kN）
上墙墙背处的Ex=117.409（kN）
上墙墙背处的Ey=46.964（kN）
相对于上墙墙趾，上墙重力的力臂Zw=1.406（m）
相对于上墙墙趾，上墙Ex的力臂Zy=1.911（m）
相对于上墙墙趾，上墙Ey的力臂Zx=2.716（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
相对于上墙墙趾，合力作用力臂Zn=0.861（m）
截面宽度B=3.480（m）偏心距e1=0.879（m）
截面上偏心距验算满足:
e1=0.879<=0.300*3.480=1.044（m）
截面上压应力:
面坡=216.038背坡=-44.227（kPa）
压应力验算满足:
计算值=216.038<=1050.000（kPa）
拉应力验算满足:
计算值=44.227<=125.000（kPa）
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-0.624<=125.000（kPa）
斜截面剪应力检算
斜剪应力验算满足:
计算值=48.552<=125.000（kPa）
（六）墙底截面强度验算
验算截面以上，墙身截面积=41.488（m2）重量=954.224kN
相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw=2.395（m）
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=1304.363（kN）作用于墙趾下点的总弯
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