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1、课程名称:铁路路基工程设计题目:软土地基加固设计专业:铁道工程年级:姓名:学号:设计成绩:指导教师(签章西南交通大学峨眉校区年月日设计任务书专业铁道工程姓名唐强学号20087125开题日期:2011 年 5 月11 日完成日期:2011 年 6 月10 日题目软土地基加固设计一、设计目通过设计,巩固所学软土地基处理基本知识,熟悉软土地基处理原理与方法,从而加深对所学内容理解,提高综合分析与解决实际工程问题能力。(参考二、设计内容及要求1.路基边坡坡度及边坡防护设计2.计算路堤极限高度H,判断是否需要采用加固措施;c3.通过比选确定应选择何种加固方案;4.掌握中轴线线下应力计算与沉降量计算;5.
2、固结度修正计算;6.绘制路基加固断面图;三、指导教师评语四、成绩指导教师(签章年月日一、设计目本课程设计目是使学生能综合应用铁路路基工程课程所学知识,并熟悉铁路路基设计基本过程。二、设计内容1.路基边坡坡度设计;2.路基本体工程设计;3.路基边坡防护工程设计;4.基底设计(针对软土地区。三、设计资料1.线路资料常速,直线地段,单线路堤,路堤高m 7,路基面宽m 5.7,边坡坡度75.1:1:1=m ,线路等级按I 级次重型标准,活载换算高度m h 4.30=,宽m l 5.30=。 2.地基条件地面以下m 13范围内为软土,灰黑色、流态;m 13以下为中砂层,地下水位及地面齐平。软土竖向固结系
3、数为s cm C v /10323-=,径向固结系数为s cm C r /10423变形模量为2/30cm kg ,泊松比4.0=,容重3/3.17m kN =, kPa C u 18=,=5.4u ,=20cu 。3.填料用砂黏土填筑,夯实后容重容重3/18m kN =,kPa C u 25=,=25。 4.施工期限填土时间为14个月,第一级填筑到3.5m (耗时6个月,然后间歇时间为2个月,再填筑到7.0m (再耗时6个月;两级均为等比例加载。四、设计及计算要求1.按规范确定边坡坡比;2.按规范确定路基本体压实要求;(略3.选择边坡防护措施;4. 计算路堤极限高度c H ,判断是否需要采用
4、加固措施。5.确定地基处理措施(建议采用普通砂井或袋装砂井或塑料排水板,并设计砂井地基,包括砂井长度、直径及间距;边坡稳定允许安全系数为10.1;(1假定地基平均固结度U =80%,用固结有效应力法检算路堤稳定性(考虑通车情况,并列表计算,确定是否可以单独采用袋装砂井(或普通砂井、塑料排水板进行加固。由于本工点资料较可靠,当全路堤最小稳定系数10.1min =K K ,可认为是稳定。稳定检算时,假设坐标圆点(0,0取在路堤左边坡坡脚处,X 轴向右为正,Y 轴向上为正,要求每位同学计算一个圆心,圆弧另一侧交点分别取在荷载两个边缘点、线路中心处及右边坡。圆心位置选取参考表2:(2用固结有效应力法确
5、定袋装砂井井深(或普通砂井井深、塑料排水板长度参考尺寸:如袋装砂井井深8米,井径0.07米,井间距1.2米,梅花形排列。(3计算地基表面接触应力与轴线上地基中各点(从地面算起自重应力,附加应力(列表计算。(4计算地基固结沉降量与地基总沉降量(列表计算。(5计算并绘制瞬时加荷-t 曲线及修正-t 曲线。(参考表36.用1:200比例绘制加固断面及约6米长内袋装砂井(或普通砂井、塑料排水板平面布置图。7.应交文件说明书、计算单及附图、附表并装订成册。 8.任务分配:学号尾号为单数同学:地基处理采用袋装砂井; 学号尾号为双数同学:地基处理采用塑料排水板。表3 固结度计算表附:课程设计要求1.先手写说
6、明书后录入计算机并打印、装订成册;2.表格:5个稳定系数计算表、1个沉降计算表、1个固结度计算表3.图纸(附上标题栏:稳定性检算图(1:200,3个,路堤填土进度图(或路堤填土进度、固结度、沉降及时间关系曲线,砂垫层加打袋装砂井加固地基代表性横断面图(1:200,砂垫层加打袋装砂井加固地基代表性半平面图(1:200,袋装砂井平面布置图(1:50至少用计算机出1张A图34.总分20分,用时4周(即12学时;5.若有抄袭现象(即两人一样均以2分计;6.应交文件:手写说明书(即初稿、计算单及附图、附表并装订成册。软土地基加固设计一、 设计依据(1线路资料:直线地段,单线路堤,路堤高m 7,路基面宽m
7、 5.7,边坡坡度75.1:1:1=m ,线路等级按I 级次重型标准,活载换算高度m h 4.30=,宽m l 5.30=。 (2地基条件地面以下m 13范围内为软土,灰黑色、流态;m 13以下为中砂层,地下水位及地面齐平。软土竖向固结系数为s cm C v /10323-=,径向固结系数为s cm C r /10423变形模量为2/30cm kg ,泊松比4.0=,容重3/3.17m kN =, kPa C u 18=,=5.4u ,=20cu (3路堤填料用砂黏土填筑,夯实后容重容重3/18m kN =,kPa C u 25=,=25。 (4施工期限填土时间为14个月,第一级填筑到3.5m
8、 (耗时6个月,然后间歇时间为2个月,再填筑到7.0m (再耗时6个月;两级均为等比例加载。二、 极限高度计算uc C 18H =5.52=5.52=5.5218填(m 路堤高度H=7mc H ,路堤与地基必须加固,方能保证安全使用。三、 加固措施比选1、采用换填土优点:从根本上改善了地基性质,效果甚佳。缺点:软土地基厚度占13m ,工程量巨大,显然不经济。2、塑料排水板优点:可克服普通砂井存在缩颈现象,所用设备比较笨重,不便于在软弱地基上大面积施工等缺陷。缺点:施工工序较多,施工较复杂,注意事项较多。 3、 采用袋装砂井优点:可以克服普通砂井存在缺陷。缺点:施工中应把握好垂直度,砂料要求 ,
9、聚丙烯编织袋应避免太阳光长时间暴晒,施工中沙袋易刮破等。本例中采用普通砂井经行处理软土地基。图3-1 设计断面示意图(1 验算单用砂井加固可能性根据路堤高度、施工期限与基底土壤性质等,假设当路堤填至设计标高并立即通车时,地基土由于施打砂井后可能达到固结度U =80%与假设砂井穿透整个软土层,用圆弧法检算其稳定性,找到最危险之圆弧稳定系min K ,分别检算如图A 、B 、C 、D 、E 五点稳定性系数12345K K K K K 、,采用36 法,找出圆心,列表分块计算。min 5K =K =1.86k图3-2 稳定系数min K 计算示意图(2 砂井长度假设由于最危险圆心周围几个圆心之稳定系
10、数最小者切过基底最小深度均在10m 以内,因此,初步决定砂井长度为10m 进行试算。 (3 砂井直径与间距决定根据现有机具,决定砂井直径为d=0.25m ,填土时间为14月,两级加荷,中间间隔两个月,则固结时间为7个月,现求满足U =80%砂井间距,假定砂井按照等边三角形排列,砂井间距为2.5m 。3222310cm /7302460600.0544(1000V V C T s sT Hcm -=9表2 稳定性系数计算表10z1z 2z12=3.5 3.4+7.5+3270.51884.46320.9176.861.10z kpap kpa =排水面压力不排水面压力查图得20%v U =322
11、21.052.5 2.6252.62510.50.25410/730246060 1.053262.5e r r ed m n t cm s sT c d查图得100%r U =1(10.2(11100%vr U =-=比前面假设80%大,所以砂井间距可适当调整为4.0m ,任然按照等边三角形排列。324.21.05 4.0 4.2,16.80.254107302460600.411420.5e r d m n T -=查表得80%r U =1(10.155(10.883.1%vr U =-=及前面假设80%相接近,故砂井间距取4.0m 。 (4 砂井底部以下部分固结度计算按双面排水:2322
12、0.6925421310 1.523107302460600.69251508185.3%v v v H m c t T HU e表3 固结度计算表上表中:242201238222(2248321,1,131ln( 1.62514rnv v vNv vvTFrr rentN T T CHU e T U etT C U edn nF nn n图3-3 路基进度图(5 砂井长度决定分别将砂井部分固结度83.1%vr U =与砂井以下固结度85.3%v U =带入通过砂井以下圆弧求最危险圆弧之稳定系数min 1.239K k =。取最左侧坡脚处为圆心(0,0,取地面为x 轴,竖直向上为y 轴,取(0
13、,10为危险圆弧圆心,如图:图3-4 稳定性检算简图4、砂井地基沉降量计算在软土地基修筑路堤,由于沉降量大,为确保后期运营有足够宽度,故必须进行沉降计算,以便提出在施工过程中预留宽度。 计算依据:机车轴重:18 3.4 3.5214.2/P KN m = 路堤高度:H=7.0m 边坡率: m=1.75 路基面宽:2b=7.5m表4 圆弧法稳定系数计算表14地基顶面中点处应力计算图3-5 荷载计算草图00000200223.75 2.141.757 2.149.14arctan 1.75 1.053(214.218 2.14 3.7569.75(/69.7189.14169.66/1.75(9.
14、14(1.05311 1.759.14 1.7515.995b h mm H H h mrad P P h b K N m P q H K N m m H ma m=中轴线上各点应力z 计算见下表:表5 中轴线上各点应力计算表应力系数I 查图,应力曲线见下图,应力单位为2/(KN m kpa 或。 垂直沉降计算见下表:砂井范围内沉降量计算32.37cm S =砂表6 垂直沉降量计算表 垂直沉降量计算 分层 土层自 计算 深度 厚h0 重pi 分层 z（m） （cm （kpa ） ） 0.00 0.00 1 200 2.00 14.60 2 200 4.00 29.20 3 200 6.00 4
15、3.80 4 200 8.00 58.40 5 200 10.00 73.00 6 13.00 合计 300 94.90 平均自 重P0 重 （kpa （ ） 7.30 21.90 36.50 51.10 65.70 附加应 平均附 P0+z 力 加应力 =Pz z z （kpa） （kpa） （kpa） 169.66 168.81 176.11 167.96 165.76 187.66 163.55 158.63 195.13 153.71 147.61 198.71 141.50 139.13 204.83 136.75 128.95 121.14 39.28 212.90 S=h0* 孔
16、隙比 孔隙比 e=e1e2 e1 e/(1+e1 e2 （cm） 1.259 1.255 1.252 1.25 1.248 1.346 0.09 1.336 0.08 1.329 0.08 1.319 0.07 1.311 0.06 7.42 6.93 6.61 5.95 5.45 83.95 1.246 1.299 0.05 6.92 图 3-6 各深度应力曲线示意图 侧向变形引起沉降计算 侧向变形引起沉降计算 根据已知资料变形模量 E=3000kpa，泊松比 = 0.4 q=169.66kpa B =b+ a 9.14 1.75 = 0+ = 8.00m 2 2 z 13 = = 1.62
17、5 B 8.00 16 查图得 F=0.8 Sd = F qB 169.66 800 = 0.8 = 36.19cm E 3000 总沉降量 S = Sc + S d = 39.28 + 36.19 = 75.47cm 加荷完毕沉降量计算 砂井范围 St = U vr S = 0.831 32.37 = 26.90cm 砂井以下 St = U v S = 0.853 6.92 = 5.90cm 侧向变形引起沉降量 S d = 36.19cm 所以 St = 26.90 + 5.90 + 36.19 = 68.99cm 施工期内因基底沉降而增加土方数量 施工期内因基底沉降而增加土方数量 2 2 V = St 2a = 0.6899 2 15.995 = 14.71( m3 路基面每 3 3 侧预留宽度 W = (0.5 0.6( S St m W = 0.6 ( S St m = 0.6(75.47 68.99 1.75 = 6.804(cm 设计砂井平面及立面布置图如下： 设计砂井平面及立面布置图如下 图 3-6 设计立面布置图 17 图 3-7 砂井平面布置图 图 3-8 砂井局部放大图 18 第 17 页