铁路工程抗震设计规范.docx
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铁路工程抗震设计规范
铁路工程抗震设计规范
2006-10-25
主编部门：
中华人民共和国铁道部
批准部门：
中华人民共和国国家计划委员会
施行日期：
1988年7月1日
关于发布《铁路工程抗震设计规范》的通知
计标〔1987〕1609号
根据国家计委计标〔1984〕10号通知的要求，由铁道部第一勘测设计院会同有关单位共同编制的《铁路工程抗震设计规范》，已经有关部门会审。
现批准《铁路工程抗震设计规范》GBJ111—87为国家标准，自一九八八年七月一日起施行。
本规范由铁道部管理，其具体解释等工作由铁道部第一勘测设计院负责。
出版发行由我委基本建设标准定额研究所负责组织。
国家计划委员会
一九八七年九月十六日
编制说明
本规范是根据我部（79）基技字6号和（79）基技字94号文的要求，由我部第一勘测设计院会同有关单位对1977年发布的部标准《铁路工程抗震设计规范》（试行）进行修订，于1984年根据国家计委计标〔1984〕10号的通知要求，本规范列入国家标准制订计划中。
规范编制组在编制过程中，认真总结了原规范试行以来的经验，组织了专题的科学研究，进行了比较广泛的调查研究。
本规范在广泛征求全国各有关单位意见的基础上反复修改后，于1986年7月由我部主持召开了审查会议，最后经有关部门审查定稿。
本规范共分五章和八个附录。
其主要内容有：
总则、线路场地和地基、路基和挡土墙、桥梁、隧道等。
在实施本规范的过程中，请各单位注意积累资料，总结经验，并将需要修改和补充的意见及时函告铁道部第一勘测设计院（甘肃兰州铁路新村），并抄送铁道部专业设计院（北京西交民巷），供修订时参考。
铁道部
1987年7月
主要符号
作用和作用效应
Ma——桥墩基顶截面弯矩
Mi——桥墩高hi处截面弯矩
Ma——拱桥拱脚截面弯矩
MijE——j振型i点处的地震力矩
FijE——j振型i点处的水平地震力
fiwE——作用于水中桥墩i点处单位墩高的水平地震动水压力
Vo——桥墩基顶截面剪力
Va——拱桥拱脚截面剪力
SiE——由水平地震作用在i点处产生的作用效应
SijE——由地震作用j振型在i点处产生的作用效应
Ra——桥梁支座的反力
FihE——i质点的水平地震力
计算系数
ηc——综合影响系数
ηi——水平地震作用沿高度的增大系数
Kh——水平地震系数
Kc——滑动稳定系数
Ko——倾覆稳定系数
j——结构物j振型的振型参与系数
β——动力系数
ξi——拱桥的基本周期系数
βj——相应于j振型自振周期Tj的动力系数
μ——滑动摩擦系数
ψ——地基土容许承载力的修正系数
ψl——液化土的力学指标的折减系数
几何参数
a——桥墩基础底面顺外力作用方向的基础长度
b——挡土墙墙底面的宽度
bi——挡土墙验算截面1处的宽度
bo——桥墩基础侧面土抗力的计算宽度
dw——地下水的埋深
ds——标准贯入或静力触探试验点的深度
du——液化土层上覆盖非液化土层的厚度
f——拱桥矢高
H——结构物的总高度
h——基础置于地面或一般冲刷线以下的深度
hi——验算i截面的计算高度
hf——基础或承台的高度
hw——桥墩处常水位至基顶面的高度
Jf——基础或承合质量对其质心轴的转动惯量
Jp——桥墩总质量对其质心轴的转动惯量
Io——桥墩墩身底面垂直于计算方向的形心轴的惯性矩
p——基础底面计算方向的核心半径
W——桥墩基底截面的抵抗矩
S——截面重心至最大压应力边缘的距离
l——桥梁的跨度
材料指标
Co——相应于基底处地基土的竖向地基系数
E——材料的弹性模量
m——土的地基系数的比例系数
Ip——粘性土的塑性指数
γ——材料的重力密度
Vsm——土层平均剪切波速
φ——土的内摩擦角
φo——土的综合内摩擦角
δ——挡土墙墙背或桥台台背与填土之间的摩擦角
σo——地基土的基本承载力
〔σ〕——地基土的容许承载力
其它
N——实测标准贯入锤击数
Ncr——液化临界标准贯入锤击数
No——当ds＝3m，dw和du＝2m，α4＝1时土层的液化临界标准贯入锤击数
Tl——结构的j振型自振周期
T——结构的自振周期
δ11——桥墩基底单位水平力产生的水平位移
δ12——桥墩基底单位弯矩产生的水平位移
δ22——桥墩基底单位弯矩产生的转角
xij——j振型在墩身第i段质心处的振型坐标
kfj——j振型基础质心角变位的振型函数
θ——地震角
mp*——墩身广义质量
Kp*——墩身广义刚度
mi——集中在i质点的质量
mb——桥墩墩顶处的计算质量
md——桥墩墩顶梁体计算质量
mf——桥墩基础的质量
mat——拱桥拱脚以上整孔桥的全部计算质量
g——重力加速度
第一章 总则
第1.0.1条为贯彻抗震以预防为主的方针，做好铁路工程的抗震设计，以保障铁路运输的畅通和人民生命财产的安全，特制订本规范。
第1.0.2条本规范适用于基本烈度为7度、8度、9度所在地区的新建国家铁路网1435mm标准轨距铁路（以下简称铁路）和工业企业标准轨距铁路（以下简称工企铁路）的线路、路基、挡土墙、桥梁，隧道工程的抗震设计。
有特殊抗震要求的建筑物和新型结构应进行专门研究设计。
第1.0.3条按本规范经抗震设防后的铁路工程，当遭受相当于基本烈度的地震影响时，Ⅰ、Ⅱ级铁路的损坏部份稍加整修后即可正常使用；Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路经短期抢修后即能恢复通车；Ⅱ、Ⅲ级工企铁路的桥梁、隧道等工程不发生严重破坏。
第1.0.4条建筑物的设计烈度，除国家有特殊规定外，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级铁路和Ⅰ级工企铁路应采用所在地区的基本烈度；Ⅱ、Ⅲ级工企铁路除桥梁支座、桥梁和棚洞的防止落梁设施应采用所在地区的基本烈度外，其它工程的设计烈度均应按基本烈度降低1度采用。
第1.0.5条跨越铁路的跨线桥、天桥、立交明洞、渡槽等建筑物应按不低于该处铁路工程的设计烈度进行抗震设计。
第1.0.6条建筑物的抗震设计，应按本规范采取抗震措施，并按规定范围验算抗震强度和稳定性。
第1.0.7条验算建筑物的抗震强度和稳定性时，应只计水平地震的作用。
水平地震系数应按表1.0.7采用。
水平地震系数 表1.0.7
设计烈度（度）
7
8
9
水平地震系数Kh
0.1
0.2
0.4
设计烈度为9度的悬臂结构和预应力混凝土刚构桥等，还应计入竖向地震作用，并应按水平与竖向地震作用同时发生的最不利的情况组合。
竖向地震作用可取结构恒载和活荷载的7%，有条件时也可按竖向地震系数KV等于0.2进行计算。
第1.0.8条铁路工程抗震设计方案，应符合下列原则：
一、选择在基本烈度较低和对抗震有利的地段。
二、建筑物体形简单、自重轻、刚度和质量分布匀称、重心低。
三、采用有利于提高结构整体性的连接方式。
四、技术上先进、经济上合理和便于修复加固。
第1.0.9条铁路工程抗震设计除应符合本规范外，尚应符合现行有关标准、规范的要求。
第二章 线路、场地和地基
第一节线路
第2.1.1条线路应选择在工程地质条件良好、地形开阔平坦或缓坡地段，并宜绕避近期活动的断层破碎带，易液化砂土、粘砂土及软土等松软地基，较厚的松散山坡堆积层，严重的泥石流发育地区，不稳定的悬崖深谷，严重的山坡变形和易塌陷的地下空洞等地区对抗震不利的地段。
第2.1.2条线路应避开基本烈度为9度的地震区的主要活动断裂带。
难以避开时，应选择在其较窄处。
第2.1.3条液化土和软土等松软地区，线路宜选择在有较厚覆盖层处并宜设置低路堤。
第2.1.4条土质松软或岩层破碎、地质构造不利地段的线路不应做深长路堑。
线路难以避开不稳定的悬崖陡壁地段时，应采用隧道。
隧道设在傍山地段时，隧道应内移；隧道洞口不应设在地震时易产生崩塌、滑坡、错落等不良地质地区。
第2.1.5条桥梁位置应选择在良好的地基和稳定的河岸地段。
当难以避开液化土和软土地基时，桥梁中线应与河流正交。
第二节场地和地基
第2.2.1条桥墩和拱桥采用反应谱理论计算地震作用时，评定场地土和场地分类应符合下列规定：
一、场地土分类
1.Ⅰ类场地土：
岩石和土层为密实的块石土、漂石土，或岩石、土层的平均剪切坡速Vsm大于500m/s。
2.Ⅱ类场地土：
Ⅰ类场地土、Ⅲ类场地土以外的稳定土，或土层的平均剪切波速Vsm大于140m/s并小于或等于500m/s。
3.Ⅲ类场地土：
土层为松散饱和的中砂、细砂、粉砂；新近沉积的粘性土和软塑至流塑的粘性土；淤泥和淤泥质土；新填土，或土层的平均剪切波速Vsm小于或等于140m/s。
二、场地分类
1.场地为单一场地土时，场地类别应与场地土类别一致。
2.场地内存在多层的场地土时，场地类别应取计算深度内土层的平均剪切波速Vsm值，并应符合表2.2.1规定。
场地分类 表2.2.1
场地类别
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
场地土平均剪切波速Vsm（m/s）
＞500
500？
＞140
≤140
3.当无土层剪切波速实测资料时，可按本规范附录一选用。
但对于特大桥和结构复杂，修复困难的桥梁的多层土场地，应采用实测剪切波速进行评定。
4.评定场地类别时，其土层的深度应为地面（指旱桥）或一般冲刷线以下25m，并不得小于基础底面以下10m。
第2.2.2条设计烈度为7度，地面以下15m以内，设计烈度为8度或9度，地面以下2m以内，有可能液化土层的地段，应按本规范附录二的标准贯入法或静力触探法进行试验，并应结合场地的工程地质和水文地质条件进行综合分析，判定其地震时是否液化。
当可能液化的土层符合下列条件之一时，可不考虑液化的影响，并不再进行液化判定。
一、地质年代属于上更新统及其以前年代的炮和砂土、粘砂土和塑性指数Ip小于或等于10的砂粘土。
二、土中采用六偏磷酸钠作分散剂的测定方法测得的粘粒重量百分比Pc，当设计烈度为7度时应大于10；为8度时应大于13；为9度时应大于16。
三、基础埋置深度不超过2m的天然地基，应符合图2.2.2的要求。
（1）砂土
（2）粘砂土和Ip≤10的砂粘土
图2.2.2利用du和dw的液化初判图
du——第一层液化土顶面至地表或一般冲刷线之间所有上覆非液化土层的厚度，不包括软土和砂类土的厚度；
dw——最高地下水的埋深。
第2.2.3条验算地基抗震强度时，地基土的容许承载力的修正系数，应按表2.2.3采用。
地基土容许承载力的修正系数Ψ值 表2.2.3
地基土
修正系数Ψ值
未风化至风化颇重的硬质岩石
1.5
未风化至风化轻微的软质岩
1.5
基本承载力σo＞500kPa的岩石和土
1.4
150kPa＜σo≤500kPa的岩石和土
1.3
100kPa＜σo≤150kPa的土
1.2
注：
①软质岩是指饱和单轴极限抗压强度为15？
30MPa的岩石；
②100kPa＜σo≤150kPa的土，不包括液化土、软土、人工弃填土等。
柱桩的地基容许承载力的修正系数可取1.5；摩擦桩的地基容许承载力的修正系数根据土的性质可取1.2？
1.4。
第2.2.4条地基内有液化土层时，液化土层力学指标的折减系数，可按本规范附录三采用；液化土层以下的土层容许承载力的修正系数，宜符合本规范第2.2.3条的规定；液化土层以上的土层容许承载力不应修正。
第三章 路基和挡土墙
第一节抗震强度和稳定性验算
第3.1.1条路基抗震稳定性的验算范围，应符合表3.1.1－1的规定。
路基抗震稳定性的验算范围 表3.1.1－1
Ⅰ、Ⅱ级铁路
Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路
7
8
9
9
岩石及非液化土、非
软土地基上的路堤
非浸水
用岩块及细粒土（粉粘土、
粘土、有机土除外）填筑
不验算
H＞20验算
H＞15验算
H＞20验算
用粗粒土（粘砂、粉砂、细
砂除外）填筑
不验算
H＞12验算
H＞6验算
H＞12验算
浸水
用渗水性土填筑
（粉砂、细砂、中砂除外）
不验算
Hw＞3验算
Hw＞2验算
水库地区Hw＞3验算
地面横坡大于1：
3的路堤
不验算
验算
验算
验算
路堑
粘性土、黄土、碎石类土
一般不验算
H＞20验算
H＞15验算
H＞20验算
注：
①H为路基边坡高度（m）；
②Hw为路堤浸水常水位的深度（m）。
挡土墙抗震强度和稳定性的验算范围，应符合表3.1.1－2的规定。
挡土墙抗震强度和稳定性的验算范围 表3.1.1－2
Ⅰ、Ⅱ级铁路
Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路
7
8
9
9
岩石及非液化土、非软土地基
非浸水
不验算
H＞4验算
验算
验算
浸水
不验算
验算
验算
验算
液化土及软土地基
验算
验算
验算
验算
注：
表中H为挡土墙墙趾至墙顶面的高度（m）。
第3.1.2条验算路基的抗震稳定性和挡土墙的抗震强度和稳定性时，Ⅰ、Ⅱ级铁路的荷载应包括恒载、列车活荷载和水平地震作用。
其余各级铁路的荷载应只包括恒载和水平地震作用。
水平地震作用应采用静力法计算。
浸水挡土墙和水库地区浸水路堤，以及滨河地区Ⅰ、Ⅱ级铁路浸水路堤，尚应计常水位的水压力和浮力。
第3.1.3条验算路基抗震稳定性时，水平地震力和稳定系数的计算，应符合以下规定（图3.1.3）：
一、作用于各条土块质心处的水平地震力应按下式计算：
FihE＝ηc·Kh·mi·g （3.1.3－1）
式中FihE——水平地震力（kN）；
ηc——综合影响系数，应采用0.25；
Kh——水平地震系数，应按本规范表1.0.7采用；
mi——第i条土块的质量（t）；
g——重力加速度（m/
）。
二、稳定系数应按下式计算：
式中κ——稳定系数
μ——滑动摩擦系数；
Cs——土的单位粘聚力（kPa）；
L——破裂圆弧的总长度（m）；
N——滑动土体在破裂圆弧面上的总垂直压力（kN）；
T——滑动土体在破裂圆弧面上的总下滑力（kN）；
n——水平地震作用于破裂圆弧面上的总上掀力（kN）；
t——水平地震作用于破裂圆弧面上的总下滑力（kN）。
图3.1.3验算路基稳定性图式
三、路基稳定系数κ的取值，应符合下列规定：
Ⅰ、Ⅱ级铁路、路基边坡高度小于或等于20m时，路基稳定系数κ不应小于1.10，边坡高度大于20m时，不应小于1.15；Ⅲ级铁路及各级工企铁路，不应小于1.05。
第3.1.4条作用于挡土墙上的地震主动土压力，应按库伦理论公式计算。
但土的内摩擦角φ或土的综合内摩擦角φo、墙背摩擦角δ、土的容重γ，受地震作用的影响，应根据地震角分别按下列公式进行修正。
φE＝φ－θ （3.1.4－1）
φOE＝φo－θ （3.1.4-2）
δE＝δ＋θ （3.1.4－3）
式中φE——修正后的土的内摩擦角（度）；
φOE——修正后的土的综合内摩擦角（度）；
δE——修正后的墙背摩擦角（度）；
？
E——修正后的土的容重（kN/）；
θ——地震角，应按表3.1.4采用。
地震角 表3.1.4
7
8
9
δ
水上
1°30′
3°
6°
水下
2°30′
5°
10°
第3.1.5条挡土墙
第i截面以上墙身质心处的水平地震力，应按下式计算：
FihE＝ηc·Kh·ηi·mi·g （3.1.5）
式中FihE——第i截面以上墙身质心处的水平地震力（kN）；
ηc——综合影响系数，岩石地基应采用0.20，非岩石地基应采用0.25；
mi——第i截面以上墙身的质量（t）；
ηi——水平地震作用沿墙高增大系数，其数值应按表3.1.5采用（图3.1.5）。
水平地震作用沿墙高增大系数ηi 表3.1.5
Ⅰ、Ⅱ级铁路
Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路
H≤12
1
1
H＞12
hi
1＋__
H
1
（1）挡土墙验算第i截面以上墙体
（2）水平地震作用增大系数
图3.1.5水平地震作用增大系数图式
hi——第i截面以上墙身质心至墙底的高度（m）。
第3.1.6条挡土墙的抗震强度和稳定性验算，应符合下列规定：
一、基础底面合力偏心距应符合表3.1.6－1的规定。
基础底面合力偏心距 表3.1.6－1
地基土
偏心距
未风化至风化颇重的硬质岩石
≤b/3
上项以外的其它岩石
≤b/4
基本承载力σo＞200kPa的土层
≤b/5
基本承载力σo≤200kPa的土层
≤b/6
注：
b为挡土墙底面的宽度（m）。
二、混凝土和石砌体墙身截面偏心距，不应大于验算截面处的宽度的0.4倍。
三、建筑材料的容许应力的修正系数，应按表3.1.6－2的规定采用。
建筑材料容许应力修正系数 表3.1.6－2
材料名称
应力类别
修正系数
混凝土和石砌体
剪应力、主拉应力
1.0
压应力
1.5
钢材
剪应力、拉、压应力
1.5
四、滑动稳定系数κc取值不应小于1.1；倾覆稳定系数κo取值不应小于1.2。
五、挡土墙的稳定系数，应按下列公式计算（图3.1.6）。
1.沿倾斜基底滑动稳定系数
式中N——作用于基底上的总垂直力（kN）；
？
Ex——地震主动土压力的总水平分力（kN）；
？
Ey——地震主动土压力的总垂直分力（kN）；
αo——基底倾斜角（度）。
图3.1.6验算挡土墙稳定性图式
2.倾覆稳定系数
式中My——稳定力系对墙趾的总力矩（kN·m）；
Mo——倾覆力系对墙趾的总力矩（kN·m）。
第二节抗震措施
第3.2.1条路堤填料的选择，应符合下列规定：
一、路堤填料应选用抗震稳定性较好的土，不宜用粉砂、细砂、粘砂、粘粉土、粘土和有机土。
Ⅰ、Ⅱ级铁路当受条件限制采用上述填料时，应改良土质或采取加固措施。
二、路堤浸水部分的填料，应选用抗震稳定性较好的渗水性土。
当采用粉砂、细砂、中砂作填料时，应采取防止液化的措施。
第3.2.2条在岩石和非液化土、非软土地基上的路堤，边坡高度大于表3.2.2规定时，其边坡坡度应按现行《铁路路基设计规范》规定放缓一级。
路堤边坡高度限值 表3.2.2
Ⅰ、Ⅱ级铁路
Ⅲ级铁路及Ⅰ工企铁路
8
9
9
岩块及细粒土（粉粘土、粘土、有机土除外）
15
10
15
粗粒土（细砂、粉砂、粘砂除外）
6
3
6
第3.2.3条路基为半填半挖和路堤修筑在地面横坡大于1;5的稳定斜坡上时，原地面应挖台阶，台阶宽度不应小于1.5m。
并应做好排水工程。
必要时，尚应采取设置支挡建筑物等防滑措施。
第3.2.4条路堤地基为液化土层时，应采取加固地基土或设置反压护道等措施。
但当满足下列条件之一者，可不采取抗震措施。
一、Ⅰ、Ⅱ级铁路路堤高度小于3m；Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路路堤高度小于4m。
二、设计烈度为7度、8度、9度，地面以下分别为5、6、7m深度内，且液化土层的累计厚度小于2m时，Ⅰ、Ⅱ级铁路路堤高度小于5m；Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路路堤高度小于6m。
三、上覆非液化土层厚度du或地下水位的深度dw值，应大于表3.2.4的规定。
du或dw的限值 表3.2.4
7
8
9
Ⅰ、Ⅱ级铁路
5
6
7
Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路
3
4
5
第3.2.5条在液化地区取土时，Ⅰ、Ⅱ级铁路路堤高度大于3m的地段，取土坑至路堤坡脚的距离不应小于3m。
第3.2.6条软土地基上小于临界高度的路堤，当地面硬壳的厚度大于表3.2.6规定时，可不采取抗震措施。
当硬壳厚度小于表3.2.6规定时，设计烈度为8度和9度，路堤边坡坡度应按现行《铁路路基设计规范》规定放缓一级或加设宽为1？
2m的护道，护道的高度不宜小于路堤高度的1/2。
硬壳厚度限值 表3.2.6
8
9
Ⅰ、Ⅱ级铁路
2
3
Ⅲ级铁路及Ⅰ级工企铁路
/
2
第3.2.7条软土地基上大于临界高度的路堤，应符合下列规定：
一、当地基已采取砂井、碎石桩、石灰桩等加固时，可不再考虑地震影响。
二、当采用反压护道加固且设计烈度为8度和9度时，Ⅰ、Ⅱ级铁路应将护道和堤身的边坡坡度均按现行《铁路路基设计规范》规定的坡值放缓一级。
第3.2.8条软土地基上的路堤基底采用砂石垫层时，垫层材料应采用碎卵石或粗砂夹碎石（卵石），不得采用中砂或细砂。
第3.2.9条粘性土路堑边坡高度大于表3.2.9规定时，应按现行《铁路路基设
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