路基工程课设计算书.docx
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路基工程课设计算书
路基工程课程设计
——单线铁路衡重式路肩挡土墙设计
指导老师:
方焘
班级:
08铁工2班
姓名:
xxx
学号:
2008011001xxxx
2011年7月3日
目录
一、设计任务书3
1.1设计任务3
1.2要求3
1.3设计资料3
1.4结构构造及墙背填料要求4
1.5施工注意事项4
1.6设计依据5
二、设计计算书5
2.1挡土墙图示5
2.2墙身尺寸5
2.3物理参数6
2.4坡线土柱6
2.5无荷载的情况7
2.5.1滑动稳定性验算7
2.5.2倾覆稳定性验算8
2.5.3地基应力及偏心距验算8
2.5.4基础强度验算8
2.5.5上墙截面强度验算9
2.5.6墙底截面强度验算9
2.6所有荷载都作用的情况:
10
2.6.1滑动稳定性验算10
2.6.2倾覆稳定性验算10
2.6.3地基应力及偏心距验算11
2.6.4基础强度验算11
2.6.5上墙截面强度验算11
2.6.6墙底截面强度验算12
2.7各组合最不利结果13
2.7.1滑移验算13
2.7.2倾覆验算13
2.7.3地基验算13
2.7.4基础验算14
2.7.5上墙截面强度验算14
2.7.6墙底截面强度验算14
2.8土压力计算图示15
一、设计任务书
1.1设计任务
单线铁路衡重式路肩挡土墙设计
1.2要求
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;
本段路基需设置路肩衡重挡土墙;
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;
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。
1.3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:
2.0‰
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:
411.0
线路横断面及中线地面标高测量记录:
412.20(附录一)
挡土墙圬工材料:
C20片石混凝土,γ圬=23KN/m3
路基填料:
填土物理力学指标:
γ=17.1KN/m3φ=30.1
挡土墙地基容许承载力[σ]=500Kpa,
地基摩擦系数f=0.4
地质资料:
(1)砂粘土[σ]=200Kpa
(2)石灰岩[σ]=400~600Kpa
1.4结构构造及墙背填料要求
1.沿墙10M~25M或与其他建筑物相接处应设置伸缩缝,其缝宽均采用2~2CM。
2.挡土墙应设置泄水孔,按上下左右每隔2~3M交错布置,拆线墙背的易积水处也应布置。
泄水孔的坡度为4%,向墙外为下坡,其进水侧应设置反滤层,厚度不得小于0.3M。
3.墙背填料一般均采用细粒土
4.路肩挡土墙顶部应设置帽石,帽石可采用C15混凝土或粗料石制作,其厚度不得小于0.4M,其宽度不得小于0.6M,飞檐宽度应为0.1M
5.当墙顶高出地面4M且连续长度大于20M时,或位于车站范围内或靠近居民区,道路旁,墙顶高出3M时,或墙趾下悬崖陡与1:
0.75,连续长度大于20M的山坡时均应设置防护栏杆。
栏杆立柱及扶手的水平推力应按0.75kN/m作用在立柱上计算,并应按1KN集中荷载检算。
1.5施工注意事项
1.不同品种的水泥不得混合使用
2.墙体大放脚采用C15毛石混凝土捣制,毛石掺入量不超过总体积的25%。
3.毛石应符合设计规定的类别和强度,石质应均匀,不易风化,无裂纹
4.基础砌筑时,石块间较大的空隙应先填塞砂浆,后用碎石块嵌塞,不得采用先摆碎石块,后塞砂浆或干填碎石块方法
5.当基础完成后立即回填,以小型机械进行分层夯实,并以表层稍留向外斜坡,以免积水渗入浸泡基底
6.砌筑处露面应选择有平面的石块,使砌体表面整齐,不得使用小石块镶垫
7.墙边回填土方需待砌体砂浆强度达到70%以上时方可回填
1.6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
二、设计计算书
2.1挡土墙图示
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:
2.2墙身尺寸
墙身总高:
12.000(m)
上墙高:
4.800(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
墙底倾斜坡率:
0.000:
1
下墙土压力计算方法:
力多边形法
2.3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:
0.500
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:
30.100(度)
墙后填土粘聚力:
0.000(kPa)
墙后填土容重:
17.100(kN/m3)
墙背与墙后填土摩擦角:
20.060(度)
地基土容重:
18.000(kN/m3)
修正后地基土容许承载力:
500.000(kPa)
地基土容许承载力提高系数:
墙趾值提高系数:
1.200
墙踵值提高系数:
1.300
平均值提高系数:
1.000
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)
土压力计算方法:
库仑
2.4坡线土柱
坡面线段数:
1
折线序号水平投影长(m)竖向投影长(m)换算土柱数
17.8000.0001
第1个:
距离1.200(m),宽度3.400(m),高度3.200(m)(用户输入)
地面横坡角度:
0.000(度)
填土对横坡面的摩擦角:
30.100(度)
墙顶标高:
412.20(m)
2.5无荷载的情况
[土压力计算]计算高度为12.000(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:
30.672(度)
Ea=168.495(kN)Ex=63.458(kN)Ey=156.089(kN)作用点高度Zy=1.600(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=29.949(度)第1破裂角=29.970(度)
Ea=130.992(kN)Ex=65.400(kN)Ey=113.498(kN)作用点高度Zy=1.600(m)
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角:
38.117(度)
Ea=209.670(kN)Ex=208.512(kN)Ey=22.003(kN)作用点高度Zy=3.086(m)
墙身截面积=46.512(m2)重量=1069.776(kN)
衡重台上填料重(包括超载)=113.043(kN)重心坐标(3.268,-2.646)(相对于墙面坡上角点)
2.5.1滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.500
滑移力=273.912(kN)抗滑力=659.160(kN)
滑移验算满足:
Kc=2.406>1.300
2.5.2倾覆稳定性验算
相对于墙趾,墙身重力的力臂Zw=2.378(m)
相对于墙趾,上墙Ey的力臂Zx=4.898(m)
相对于墙趾,上墙Ex的力臂Zy=8.800(m)
相对于墙趾,下墙Ey的力臂Zx3=4.791(m)
相对于墙趾,下墙Ex的力臂Zy3=3.086(m)
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=1218.928(kN-m)抗倾覆力矩=3642.573(kN-m)
倾覆验算满足:
K0=2.988>1.600
2.5.3地基应力及偏心距验算
基础类型为天然地基,验算墙底偏心距及压应力
作用于基础底的总竖向力=1318.320(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=2423.646(kN-m)
基础底面宽度B=4.020(m)偏心距e=0.172(m)
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.838(m)
基底压应力:
趾部=411.915踵部=243.966(kPa)
最大应力与最小应力之比=411.915/243.966=1.688
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.172<=0.167*4.020=0.670(m)
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=411.915<=600.000(kPa)
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=243.966<=650.000(kPa)
地基平均承载力验算满足:
压应力=327.940<=500.000(kPa)
2.5.4基础强度验算
基础为天然基础,不作强度验算
2.5.5上墙截面强度验算
上墙重力Ws=284.832(kN)
上墙墙背处的Ex=65.400(kN)
上墙墙背处的Ey=26.160(kN)
相对于上墙墙趾,上墙重力的力臂Zw=1.469(m)
相对于上墙墙趾,上墙Ex的力臂Zy=1.600(m)
相对于上墙墙趾,上墙Ey的力臂Zx=3.020(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=1.263(m)
截面宽度B=3.660(m)偏心距e1=0.567(m)
截面上偏心距验算满足:
e1=0.567<=0.300*3.660=1.098(m)
截面上压应力:
面坡=164.002背坡=5.939(kPa)
压应力验算满足:
计算值=164.002<=1050.000(kPa)
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-16.119<=125.000(kPa)
斜截面剪应力检算
斜剪应力验算满足:
计算值=26.348<=125.000(kPa)
2.5.6墙底截面强度验算
验算截面以上,墙身截面积=46.512(m2)重量=1069.776(kN)
相对于验算截面外边缘,墙身重力的力臂Zw=2.378(m)
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=1318.320(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=2423.646(kN-m)
相对于验算截面外边缘,合力作用力臂Zn=1.838(m)
截面宽度B=4.020(m)偏心距e1=0.172(m)
截面上偏心距验算满足:
e1=0.172<=0.300*4.020=1.206(m)
截面上压应力:
面坡=411.915背坡=243.966(kPa)
压应力验算满足:
计算值=411.915<=1050.000(kPa)
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-63.039<=125.000(kPa)
2.6所有荷载都作用的情况:
[土压力计算]计算高度为12.000(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:
12.060(度)
Ea=300.464(kN)Ex=113.160(kN)Ey=278.341(kN)作用点高度Zy=1.730(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=27.697(度)第1破裂角=10.404(度)
Ea=250.205(kN)Ex=133.339(kN)Ey=211.715(kN)作用点高度Zy=2.058(m)
计算下墙土压力
按力多边形法计算得到:
破裂角:
36.035(度)
Ea=175.727(kN)Ex=174.756(kN)Ey=18.441(kN)作用点高度Zy=3.373(m)
墙身截面积=46.512(m2)重量=1069.776(kN)
衡重台上填料重(包括超载)=123.144(kN)重心坐标(3.284,-2.560)(相对于墙面坡上角点)
2.6.1滑动稳定性验算
基底摩擦系数=0.500
滑移力=308.096(kN)抗滑力=711.538(kN)
滑移验算满足:
Kc=2.309>1.300
2.6.2倾覆稳定性验算
相对于墙趾,墙身重力的力臂Zw=2.378(m)
相对于墙趾,上墙Ey的力臂Zx=4.740(m)
相对于墙趾,上墙Ex的力臂Zy=9.258(m)
相对于墙趾,下墙Ey的力臂Zx3=4.863(m)
相对于墙趾,下墙Ex的力臂Zy3=3.373(m)
验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性
倾覆力矩=1823.936(kN-m)抗倾覆力矩=4115.388(kN-m)
倾覆验算满足:
K0=2.256>1.600
2.6.3地基应力及偏心距验算
基础类型为天然地基,验算墙底偏心距及压应力
作用于基础底的总竖向力=1423.076(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=2291.452(kN-m)
基础底面宽度B=4.020(m)偏心距e=0.400(m)
基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn=1.610(m)
基底压应力:
趾部=565.231踵部=142.768(kPa)
最大应力与最小应力之比=565.231/142.768=3.959
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.400<=0.167*4.020=0.670(m)
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=565.231<=600.000(kPa)
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=142.768<=650.000(kPa)
地基平均承载力验算满足:
压应力=353.999<=500.000(kPa)
2.6.4基础强度验算
基础为天然基础,不作强度验算
2.6.5上墙截面强度验算
上墙重力Ws=284.832(kN)
上墙墙背处的Ex=133.339(kN)
上墙墙背处的Ey=53.336(kN)
相对于上墙墙趾,上墙重力的力臂Zw=1.469(m)
相对于上墙墙趾,上墙Ex的力臂Zy=2.058(m)
相对于上墙墙趾,上墙Ey的力臂Zx=2.837(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=0.873(m)
截面宽度B=3.660(m)偏心距e1=0.957(m)
截面上偏心距验算满足:
e1=0.957<=0.300*3.660=1.098(m)
截面上压应力:
面坡=237.333背坡=-52.542(kPa)
压应力验算满足:
计算值=237.333<=1050.000(kPa)
拉应力验算满足:
计算值=52.542<=125.000(kPa)
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-0.527<=125.000(kPa)
斜截面剪应力检算
斜剪应力验算满足:
计算值=52.649<=125.000(kPa)
2.6.6墙底截面强度验算
验算截面以上,墙身截面积=46.512(m2)重量=1069.776(kN)
相对于验算截面外边缘,墙身重力的力臂Zw=2.378(m)
[容许应力法]:
法向应力检算:
作用于截面总竖向力=1423.076(kN)作用于墙趾下点的总弯矩=2291.452(kN-m)
相对于验算截面外边缘,合力作用力臂Zn=1.610(m)
截面宽度B=4.020(m)偏心距e1=0.400(m)
截面上偏心距验算满足:
e1=0.400<=0.300*4.020=1.206(m)
截面上压应力:
面坡=565.231背坡=142.768(kPa)
压应力验算满足:
计算值=565.231<=1050.000(kPa)
切向应力检算:
剪应力验算满足:
计算值=-64.959<=125.000(kPa)
2.7各组合最不利结果
2.7.1滑移验算
安全系数最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
抗滑力=711.538(kN),滑移力=308.096(kN)。
滑移验算满足:
Kc=2.309>1.300
2.7.2倾覆验算
安全系数最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
抗倾覆力矩=4115.388(kN-M),倾覆力矩=1823.936(kN-m)。
倾覆验算满足:
K0=2.256>1.600
2.7.3地基验算
作用于基底的合力偏心距验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
作用于基底的合力偏心距验算满足:
e=0.400<=0.167*4.020=0.670(m)
墙趾处地基承载力验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
墙趾处地基承载力验算满足:
压应力=565.231<=600.000(kPa)
墙踵处地基承载力验算最不利为:
组合1(无荷载的情况)
墙踵处地基承载力验算满足:
压应力=243.966<=650.000(kPa)
地基平均承载力验算最不利为:
组合1(所有荷载都作用的情况)
地基平均承载力验算满足:
压应力=353.999<=500.000(kPa)
2.7.4基础验算
不做强度计算。
2.7.5上墙截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
截面上偏心距验算满足:
e1=0.957<=0.300*3.660=1.098(m)
压应力验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
压应力验算满足:
计算值=237.333<=1050.000(kPa)
拉应力验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
拉应力验算满足:
计算值=52.542<=125.000(kPa)
剪应力验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
剪应力验算满足:
计算值=-0.527<=125.000(kPa)
斜截面剪应力检算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
斜剪应力验算满足:
计算值=52.649<=125.000(kPa)
2.7.6墙底截面强度验算
[容许应力法]:
截面上偏心距验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
截面上偏心距验算满足:
e1=0.400<=0.300*4.020=1.206(m)
压应力验算最不利为:
组合2(所有荷载都作用的情况)
压应力验算满足:
计算值=565.231<=1050.000(kPa)
拉应力验算最不利为:
组合1(无荷载的情况)
拉应力验算满足:
计算值=0.000<=125.000(kPa)
剪应力验算最不利为:
组合1(无荷载的情况)
剪应力验算满足:
计算值=-63.039<=125.000(kPa)
2.8土压力计算图示
全墙土压力(出现第二破裂面):
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