路基工程课程设计
一、 设计资料
1.墙身构造
某Ⅰ级重型双线铁路,旅客列车设计行车速度140km/h,K2+500~K3+500段路堤处于直线地段,高度4~12m,根据实际情况,需要设置重力式挡土墙。
拟采用浆砌片石仰斜式路堤挡土墙,墙高H=9m,墙后填土为砂类土,墙顶填土高度a=3m,顶宽A=2.50m,底宽B=2.80m,墙背、墙胸都仰斜,坡度均为0.25:1,(α=14.04°),墙底倾斜,坡度0.2:1,(β=11.31°),墙趾与墙底坡度相同,墙身分段长度10m。
2.土壤地质情况
填土为砂类土,内摩擦角35°,填土与墙背间的摩擦角
23.3°,容3重为=18kN/m3,基底与地层间摩擦系数f取0.4。
3.墙身材料
采用7.5号砂浆,片石砌体,砌体容重=22kN/m3;按规范:砌体容许压应力为
4.车辆荷载
车辆荷载为计算的方便,可简化换算为路基填土的均布土层, 并采用全断面布载。
根据查阅《列车和轨道荷载换算土柱高度及分布宽度表》可得,换算土层厚度h0=3.4m,宽度l0=3.7m。
5.双线铁路路基尺寸
双线铁路线间距4m,路基面宽度12m。
1050kPa,容许剪应力为100kPa。
二、 墙背土压力计算
对于墙趾前土体的被动土压
力
,在挡土墙基础一般埋深
的情况下,考虑到各种自然力和人畜活动的作用,以偏于安全,一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。 1.破裂面计算
假设破裂面位于荷载单边荷载右端,如附图1:
附图
1
= (3+9+2×3.4)×(3+9)/2 =112.8
B0ab/2(bk)h00.5H(H2a2h0)tg
=3×5/2+(5+0.3)×3.4+0.5×9×(9+2×3+2×3.4) ×tg14.04° =49.98㎡
==3523.3314.04=44.31
tgtg
0.97620.8711
.破裂角:=41.06
2.验算破裂面是否交于荷载内:
破裂面至墙锺(H+a)tg(93)tg41.0610.45m 荷载内缘至墙踵Htgbk9tg14.0450.37.55m 荷载外缘至墙踵Htg+b+k+l09tg14.0450.33.711.24m ∴7.55
3.主动土压力计算
Ea(0tgB0)
cos()sin()
18(112.80.87149.98)
cos(41.0635)sin(41.0644.31)
210.06kN/m
EXEacos()210.06cos(23.3314.04)207.29kN/mEyEasin()210.06sin(23.3314.04)33.98kN/m
4.土压力作用点位置确定
h1h2
batgθtgθ-tgα
ktgθ-tga
3
530.87110.87110.25
0.30.87110.25
2
3.84m0.48m
h3Hh1h293.840.484.68m,x
3
Ha(H
22
2
3h1Hh2)3h0h3
2
2
3(H2aHah12h0h3)
2
93(933.8490.48)33.44.68
3(923933.8423.44.68)
,
2
3.04m
yBxtg2.883.040.253.64m
三、 墙身稳定性检算
1.抗滑稳定性检算
墙身截面面积:
A1(90.55)2.521.125mA20.380.50.19m
2
2
2
A32.880.55/20.792mAA1A2A322.18m
2
各截面重心到墙趾的水平距离:
x12.5/2(90.55)/2tg14.042.69mx20.190.5/2tg14.040.25mx32.88/21.44m墙身重力:
GA2222.18487.96kN/m墙身重心到墙趾的水平距离:
ZG
AixiA
21.1252.690.190.250.7921.44
22.18
2.62m
基底法向力:
N
GEy487.9633.98521.94kN/m
基底滑动稳定系数:
(NExtg)fEpcosKc
Ex
(521.94207.29tg11.31)0.40
207.29521.94tg11.31
2.191.30
Ntg
所以满足挡土墙抗滑稳定性要求。
2.倾覆稳定性检算
各力系对墙趾的稳定力矩之和:
MM
y
GZGEyZy487.962.6233.983.641402.14kN
各力系对墙趾的倾覆力矩之和:
ExZx207.293.04630.16kN
倾覆稳定系数:
M
K0
y
1402.14/630.162.231.60
M
满足挡土墙倾覆稳定的要求。 3.挡土墙基底应力及偏心距检算 由于基底倾斜,基底的法向力为:
N
'
NcosE
x
sin521.94cos11.31207.29sin11.31
552.46kN/m
偏心距:
B2
B2
M
y
M
'
e
ZN
2.82
1402.14630.16
552.46
N
0.003m
B6
0.467m
偏心距满足要求。
基底压应力:
1=
N'
B
6e552.4660.00311198.58kPa
B2.82.86e552.4660.00311196.04kPa
B2.82.8
2=
N'
B
1,21050kPa
所以基底应力也满足要求。 4.墙身截面强度检算 土压力系数:
a(tgtg)
0.16
cossin
tg41.06tg14.04
cos41.0635sin41.0644.31
如附图2所示,检算截面Ⅰ-Ⅰ,宽度BⅠ=2.5m,高HⅠ=7.95m。
附图2
①法向应力及偏心距检算
0h0a183.40.169.79kPa
aaa1830.168.64kPa
HHa1890.1625.92kPa
从土压力分布图中可求得Ⅰ-Ⅰ截面以上的土压力及墙身自重:
EaⅠ160.89kN/m
ExⅠEaⅠcos()158.78kN/mEyⅠEaⅠsin()25.97kN/mGⅠA227.952.5437.25kN/mⅠ
土压力和墙身重力到截面左下角的距离:
19.703.84(3.84/30.483.63)19.700.48(0.243.63)(21.0819.70)0.48(0.48/33.63)21.083.633.63/2
i
EZ
i
ZxⅠ=2.01m
ExⅠ
'
(41.3321.08)3.633.63/3
158.78
ZyⅠBZxⅠtgBcos()/cosZxⅠtg2.8cos(11.3114.04)/cos14.042.01tg14.043.38m
ZGⅠ2.5/27.95/2tg14.042.24m
法向力:
N
Ⅰ
GⅠEyⅠ437.2525.97463.22kN/m
Ⅰ-Ⅰ截面以上部分稳定力矩和倾覆力矩分别为:
MM
yⅠ
GⅠZGⅠEyⅠZyⅠ437.252.2425.973.381067.22kN
0Ⅰ
ExⅠZxⅠ158.782.01319.15kN
偏心距:
e
BⅠ2
ZN
BⅠ2
M
yⅠ
M0Ⅰ
Ⅰ
2.52
1067.22319.15
463.22
0.36m
N
e0.3BⅠ0.75
所以偏心距符合要求。
压应力:
N
1Ⅰ
BⅠ
Ⅰ
(1
6eBⅠ6e
)
463.222.5463.222.5
(1
60.362.560.362.5
)345.38kPa
N
2Ⅰ
BⅠ
Ⅰ
(1
BⅠ
)(1
)25.20kPa
1Ⅰ,2Ⅰ1050kPa
所以压应力也符合要求。 ②剪应力的检算 剪应力:
T
=
BⅠ
ExⅠBⅠ
158.782.5
63.51kpa100kPa
剪应力也符合要求。
四、设计图纸
附图3
五、参考文献
[1] 铁道工程.郝瀛主编.铁道工程.中国铁道出版社,2000;
[2] 铁路路基支挡结构设计规范(TB10025-2006).中国铁道出版社,2006; [3] 铁路路基设计规范(TB10001-2005).中国铁道出版社,2005; [4] 铁路工程设计技术手册 路基.铁道部第一勘测设计院.中国铁道出版社,1995。