铁路路基课程设计.doc

北京交通大学2006级路基课程设计 第一章 概述1、 设计任务： 在已获得的知识和参阅其他文献的基础上，设计某曲线地段路基横断面图并进行边坡稳定性验算。2、 基本资料：1）、线路资料一级、重型、区间单线铁路，曲线半径为5000m，设计断面位于圆曲线地段，无地下水及地震的影响。设计断面路肩标高为194.5m，年平均降水量为200mm,由于较少，所以排水沟按规范要求设计，无地表水。路基基地承载力满足要求，不需另做验算。2）、场地地形图及线路平面图 图113）、工程地质情况土层编号土的名称土层顶面标高m土层厚度m1残积土187.552强风化花岗岩182.5未钻穿4）、填土的物理力学性质土的名称重度kn/m3粘聚力kpa内磨擦角残积土18.020225）、参考文献 铁路路基设计规范 tb10012005 路基工程 刘建坤，曾巧玲，侯永峰。中国建筑工业出版社，2006。第一章 路基横断面设计 路基横断面是指垂直线路中心线截取的截面，其设计包括路基本体设计和路基附属结构设计，主要是对路基本体的各组成按照规范进行设计。路基本体是为了能按线路设计要求铺设轨道而构筑的部分，主要包括：路基面、路肩、填料、基床、边坡、路基基底；路基附属部分主要包口排水结构和防护、加固结构两大类。1、 绘制设计断面的地形图见图11。2、 横断面各部尺寸拟定a. 断面形式： 设计面的实际标高为187.5m,而设计标高为194.5m，所以设计的路基断面形式为路堤。b. 路基面宽度： 据已知条件：一级铁路、单线曲线地段、重型轨，断面形式为路堤，旅客列车设计行车速度为160km/h，曲线半径为5000m,查铁路路基设计规范 tb10012005 中表4.2.3得，路基面宽度为7.8m,路肩宽度为0.8m,路基面设4%的人字坡。c. 路肩 路肩是指路基面两侧自道床坡角至路基边缘的部分，铁路路基设计规范 tb10012005规定了时速在160km/h以内一、二级线路的路肩宽度为：路堤不应小于0.8m，路基外侧路肩宽为1.51米，路基内侧路肩宽1.55米。路肩高程即路基面的高程为194.5m。d. 基床厚度 对于时速不超过160km/h的一、二级线路铁路路基设计规范 tb10012005规定了基床表层厚度为0.6m,底层厚度为1.9m，基床总厚度为2.5m。e. 边坡坡度据规范铁路路基设计规范 tb10012005中表7.4.1知，该路基边坡为折线形，第一段坡率为：1：1.5 ,高度8m.第二段坡率为1:1.75,高度12m,第三段为1:2,高度8.41m,总高度28.41m。道床边坡坡率为1:1.75f. 排水沟据规范铁路路基设计规范 tb10012005中9.2.2规定：地面横坡明显地段的排水沟、天沟可在横坡上放一侧设置。当地面横坡不明显时，宜在路基两侧设置。据规范铁路路基设计规范 tb10012005中9.2.5（2）规定，排水沟底宽0.4m，深度0.6m，边坡坡率采用1：1。3、 路基面加宽量计算 在曲线地段，由于曲线轨道的外轨设置超高、外侧道床加厚、道床坡脚外移，故曲线外侧的路基面应予以加宽。查表知，列车运行曲线半径为5000m，运行速度为160km/h的旅客列车，路基面外侧加宽值为b 1=0.2m。铁路路基设计规范 tb10012005中7.3.3中规定：路堤边坡高度大于15m时，应满足以下要求：根据填料、边坡高度等加宽路基面，其每侧加宽值b应按下式计算： b= c*m*h据地形图和初步拟定的路基横断面尺寸，画出的路基横断面图边坡高度为28.41m,大于15m，因此路基面还需要加宽b2=c*m*h=0.012*1.75*28.41=0.59m取0.6米所以沿列车的前进方向，路基面两侧的加宽值分别为：左侧加宽量：b=0.6m 右侧加宽量：b=0.2+0.6=0.8m所以,路基面总宽度为7.8+0.6+0.8=9.2m。道床外侧加厚计算：外侧曲线超高，最高行车速度160km/h,4、 绘制路基横断面图 见附图。第三章路基边坡稳定性验算 1、路基面上的载荷 结合线路条件：一级铁路、重型轨、基床表层为土质、重度为18kn/。据铁路路基设计规范 tb10012005 续表a查之，换算土柱宽度：3.7m、换算土柱高度：3.4m 2、 进行初步设计断面的边坡稳定性验算 计算原理 采用圆弧形滑面，并且运用瑞典条分法进行边坡稳定性验算。稳定系数k的计算公式为： 其中土条重力（若分条上存在列车与轨道的换算土柱，仍应包括换 算土柱的荷载重） 过重心的垂线与滑裂面相交，交点的切线与水平面的夹角为 内摩擦 粘聚力（kpa） 圆弧面长度（m） 采用4.5h法确定危险圆弧滑面圆心轨迹线，然后我们组八个人根据危险滑面可能存在的位置，确定了8个圆弧滑面。3、 最终设计断面边坡稳定性验算 前四个点中,滑面半径为67.2的圆弧选择如图: 计算过程和结果如下:编号面积rfwii(弧度)fwisinifwicositanfwi cosi tan16.12 18110.16 0.021.92110.14220.40444.50210.42 18187.55 0.0713.08187.09220.40475.58313.96 18251.29 0.1026.27249.91220.404100.96417.81 18320.52 0.1650.14316.57220.404127.89519.98 18359.61 0.2174.77351.75220.404142.11622.87 18411.58 0.2499.57399.36220.404161.34725.51 18459.14 0.30134.24439.08220.404177.39827.69 18498.44 0.35170.48468.38220.404189.22929.39 18529.09 0.38198.20490.57220.404198.191030.59 18550.61 0.44232.70499.02220.404201.601131.24 18562.38 0.49264.02496.55220.404200.611231.33 18564.03 0.54290.50483.46220.404195.321331.37 18564.57 0.59315.70468.05220.404189.091430.95 18557.12 0.65335.28444.93220.404179.751529.74 18535.38 0.70344.14410.13220.404165.691627.49 18494.77 0.77343.69355.91220.404143.791722.98 18413.58 0.82302.47282.06220.404113.951820.25 18364.56 0.91287.28224.45220.40490.68其中粘聚力c=20kpa,总长cl=1337.6,所以得出k=1.158081。同样的方法算出其他三个滑面的稳定系数分别为1.158382, 1.163811, 1.159478所以半径为66.88的滑面为最危险滑面。过该滑面圆心作im的垂线，选出另外四个点，前四个同学得出的稳定系数分别为：1.155476, 1.180207, 1.187915，1.6599 通过对前四个可能危险滑动面的验算，得到最小的稳定系数为1.155476，在1.15和1.25之间，满足规范要求,后四个点的计算得到最小稳定系数为1.158081,在1.15和1.25之间,满足规范要求。第四章施工方法及程序1、 基床表层和基床底层及下部填土的填料选择 路基填料是用来填筑路基的材料，它的力学性质的好坏直接影响到路基的变形和稳定。 据铁路路基设计规范 tb10012005中7.2,i级铁路应选用a组填料填筑基床，当缺乏a组填料时，通过经济比选后可以选用级配碎石或级配砂砾石。路基的基床顶层采用a组填料，基床底层采用a、b组填料，否则应采取土质改良或加固措施。路堤基床以下部位宜选用a、b、c组填料，当选择d组时应采取加固或土质改良。路堤浸水部分的填料应采用渗水土填料。使用不同填料填筑路基时，应分层填筑每一水平层全宽应以同一种填料填筑。2、 施工方法及主要机具设备l 路基的施工程序及相应方法：1) 进行施工调查，审核设计文件 土质调查方法：1、 沿线取土坑2、 填料取土场2) 测量放线 填方路堤坡脚点放样方法 解法求取填方路堤坡脚点放样数据 用皮尺量距法进行路堤坡脚点放样在填方路堤实地用坐标放样等方法标定横断面的中桩、边桩自中桩起沿中桩至边桩方向用皮尺量平距；计算路堤中桩至坡脚平距，然后计算出路堤坡脚桩坐标，再用全站仪坐标法在实地标定路堤坡脚点 填方路堤施工进行中的测量工作1、在路堤坡脚原地面设立醒目标志2、路堤上填过程中的测量工作： 协调现场施工员，控制填土厚度，保证填压精度；每填筑高5m应复测中线桩，测定其标高及宽度，控制边坡的大小；根据复测的中桩、边桩，控制线路线形，根据其复测的高程，控制上填高度；告知现场施工员路宽界限、重新标定的坡脚线及上填高度数据；用坡度尺检控边坡坡面坡度及平整度。3) 征租土地4) 拆迁建筑物5) 修建施工便道6) 设置排水系统7) 编制土石方调配方案 土石方调配方法 区间路基土石方调配线法调配。 线法调配主要借助于线路纵断面图和土积图来实现。通过线路纵断面图和土积图，可以确定区间路基土石方调配的最大经济运距，从而得出最合理的移挖作填方案。 站场路基土石方调配面法调配。 面法调配的调配程序：（1）、在站场地形平面图上画方格（2）、确定填挖零线（3）、计算每一方格填挖数量，编制“广场土石方数量计算表”。 （4）、进行土石方调配，选择施工方法，确定运土线路，并编制“广场土石方调配表”。8) 编制路基工程施工组织设计9) 组织路基工程的开挖或填筑 路基的开挖方法： 对于石方开挖路段，采用从上至下分层爆破的方法开挖，在地形较陡、地表岩石风化破碎地段，采用楹动爆破。石质整体性较好地段，人工清理地表，潜孔钻机钻孔，阶梯深孔松动爆破，炮位呈宽孔距、小排距、梅花形布置。塑料导爆管ms雷管微差挤压爆破，为确保边坡的稳定和平顺，先采用潜孔钻机沿边坡面先行加密钻孔，实施预裂光面爆破。 路基的填筑方法： 路基填筑采用水平分层、纵向分段、以机械施工为主、人工为辅的作业方法进行施工。在达到要求的路基上，将合格的路基填料运到填筑地点，其卸料顺序按先两面侧后中间，派专人指挥，按规定数量均匀卸料，以免影响摊铺厚度和质量。每层路基的摊铺宽度均大于设计宽度20cm30cm，以保证路基边坡位置的压实质量和边坡整修的净宽。10) 组织路基的平整工作 路基的碾压方法： 碾压遵循先低后高、先轻后重的原则，直线段由路基两侧向中心碾压，有超高的曲线段由弯道内侧向外碾压。碾压时前后两次轮迹重叠20cm30cm，并尽快压到规定的压实度（土）或固体体积率（宕渣）。11) 修建路基支挡建筑物及路基加固防护工程12) 整修及验收工作l 主要的施工机械选择： 1）、碾压机械 羊脚碾压路机进行碾压 羊脚碾压路机压实深度大而均匀，有很好的压实效果和较高的生产率，适用于粘性土的压实，不适用于非粘性土及高含水量粘土的压实。 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。 冲击压路机进行碾压 适用于粉质粘土的碾压，在基底处理或路基补压时经常使用。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 常用机械： 1、铲土运输机械：推土机、铲运机和平地机； 2、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； 3、工程运输机械：公路型和非公路型车辆； 4、石方工程机械：松土器和各种凿岩钻孔机械。 选择原则： 土方施工机械的选择与工程实际情况相结合主导施工机械确定后，要合理配备完成其他辅助施工过程的机械选择土方施工机械要考虑其他施工方法，辅助土方机械化施工。3、 质量检验方法及主要设备 据铁路路基设计规范 tb10012005 6.2.1.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6.2.11 基床表层的压实标准层位填料类别铁路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级级级级级级级级级级基床表层压实系数k(0.93)地基系数k(mpa/m)(100)110150140150140相对密度 d0.8孔隙率n（%）28292829注：细粒土、粉砂、改良土一栏中，有括号的仅为改良土的压实标准，无括号的为细粒土、粉砂、改良土的压实标准。 表6.2.12 级配碎石或级配砂砾石的基床表层厚度及压实标准填料 厚度（m）基床系数k（mpa/m）孔隙率(%)适用范围级配碎石或级配砂砾石0.615028路堤级配碎石或级配砂砾石0.515028软质岩、强风化硬质岩及土质路堑中粗砂0.113018由铁路路基设计规范tb 10001-20056.2.2.4知：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6.2.2的规定（如下）。 表6.2.2 基床底层的压实标准层位 填料类别铁 路 等 级 压实指标细粒土、粉砂、改