CN114687386B - 一种铁路路基容许承载力确定方法 - Google Patents
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Abstract
一种铁路路基容许承载力确定方法，能够根据不同等级铁路所需要的稳定安全系数准确确定铁路路基地基容许承载力，设计更为精准。包括如下步骤：①确定地基地层厚度、重度、粘聚力和内摩擦角；②根据铁路设计时速v确定路基所要达到的稳定安全系数[Fs]；③给定路堤基底荷载p的初始值和荷载宽度B；④计算路堤及地基在荷载p的作用下的稳定系数Fs；⑤逐渐增大基底荷载p，重复步骤④，直至Fs小于1.0；⑥绘制基底荷载p与稳定系数Fs的关系曲线；⑦在基底荷载与稳定系数的关系曲线上确定稳定安全系数[Fs]所对应的基底荷载[P0]，即为铁路路基地基容许承载力。
Description
技术领域
本发明涉及铁路路基结构技术领域，具体涉及一种铁路路基容许承载力确定方法。
背景技术
铁路路基作为承托上部轨道的下部结构，为了保证线路的平顺和运营安全，对路基和地基沉降、稳定性和承载力都有着明确的要求。
铁路路基属于柔性基础，一般建筑基础属于刚性基础，柔性基础和刚性基础承载特性有着显著的区别，柔性基础的承载力大于刚性基础，因此承载力的验算也有所不同。
目前《铁路工程地基处理技术规程》承载力的验算思路如下：先采用刚性基础理论确定基底容许承载力，再采用承载力修正系数k来提高。上述方法虽然解决了柔性基础和刚性基础承载力的差异问题，但是存在如下问题：
人为采用承载力修正系数确定容许承载力，概念不清晰，理论依据不充分，在实际使用过程中存在争议；
柔性基础承载力的提高值与铁路等级和地基土性质有关，铁路等级越高，运营速度越高，则所需的稳定的安全系数越大，相应的承载力修正系数越小；地基土性质越好，承载力修正系数k取值越小，《铁路工程地基处理技术规程》值只规定了1.2~1.5的范围，却没有进行细化，在确定铁路路基容许承载力时，依靠设计人员的经验确定修正系数，主观性强，不够准确。
因此，需要提出一种概念清晰、计算准确、便于使用的铁路路基容许承载力确定方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁路路基容许承载力确定方法，能够根据不同等级铁路所需要的稳定安全系数准确确定铁路路基地基容许承载力，设计更为精准。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种铁路路基容许承载力确定方法，包括如下步骤：
① 根据地勘报告确定地基地层厚度、重度、粘聚力和内摩擦角；
② 根据铁路设计时速v确定路基所要达到的稳定安全系数[Fs] ，即根据《铁路工程地基处理技术规程》，采用瑞典条分法时，250 km/h≤v≤350km/h时，[Fs]≥1.30；120km/h＜v≤200km/h时，[Fs]≥1.25； v≤120km/h时，[Fs]≥1.20；采用简化毕肖普法时，250km/h≤v≤350km/h时，[Fs]≥1.40；120 km/h＜v≤200km/h时，[Fs]≥1.35； v≤120km/h时，[Fs]≥1.30；
③ 指定路堤基底荷载p的初始值和荷载宽度B，基底荷载p初始值取填方路堤基底应力的1/2，基底宽度根据路基面宽度、填方高度以及路堤边坡坡率确定；
④ 计算路堤及地基在荷载p的作用下的稳定系数Fs，计算采用瑞典条分法或简化毕肖普法，需要指定滑动圆弧经过区域和圆心所在区域，滑动圆弧应经过路堤填方基底中部区域；分别选择不同圆弧圆心点和圆弧半径，划分不同圆弧滑面，计算对应的稳定系数；对比所有稳定系数，最小的值即为路堤及地基稳定系数Fs；
⑤ 逐渐增大基底荷载p，重复步骤④，直至Fs小于1.0；
⑥ 绘制基底荷载p与稳定系数Fs的关系曲线；
⑦ 在基底荷载与稳定系数Fs的关系曲线上确定稳定安全系数[Fs]所对应的基底荷载[P0]，即为铁路路基地基容许承载力。
本发明的有益效果体现在如下方面：
一、建立了铁路地基容许承载力和地基稳定性之间的定量关系，理论依据充分，概念清晰。
二、能够根据不同等级铁路所需要的稳定安全系数准确确定铁路路基地基容许承载力，设计更为精准。
附图说明
图1为本发明一种铁路路基容许承载力确定方法的计算示意图。
图2为本发明一种铁路路基容许承载力确定方法中底应力与稳定安全系数的关系曲线。
图中标记及所对应的含义：1-基底荷载，2-基底地层，3-滑动圆弧经过区域，4-滑动圆弧圆心所在区域，5-滑动圆弧。
实施方式
下面结合具体实施方式对本发明专利做进一步的详细说明。
本发明的一种铁路路基容许承载力确定方法，包括如下步骤：
① 根据地勘报告确定，确定地基地层厚度、重度、粘聚力和内摩擦角。
② 根据铁路设计时速v确定路基所要达到的稳定安全系数[Fs]。
根据《铁路工程地基处理技术规程》：采用瑞典条分法时，250 km/h≤v≤350km/h时，[Fs]≥1.30；120 km/h＜v≤200km/h时，[Fs]≥1.25； v≤120km/h时，[Fs]≥1.20；采用简化毕肖普法时，250 km/h≤v≤350km/h时，[Fs]≥1.40；120 km/h＜v≤200km/h时，[Fs]≥1.35； v≤120km/h时，[Fs]≥1.30。
③ 指定基底荷载p初始值和宽度。
基底荷载p初始值可取填方路堤基底应力的1/2，基底宽度根据路基面宽度、填方高度以及路堤边坡坡率确定。
④ 计算路堤及地基稳定系数Fs。
计算可采用瑞典条分法或简化毕肖普法，需要指定滑动圆弧经过区域和圆心所在区域，滑动圆弧应经过路堤填方基底中部区域。分别选择不同圆弧圆心点和圆弧半径，划分不同圆弧滑面，计算对应的稳定系数；对比所有稳定系数，最小的稳定系数即为路堤及地基稳定系数Fs。
⑤ 逐渐增大基底荷载p，重复步骤④，直至Fs小于1.0。
⑥ 绘制基底荷载p与稳定系数Fs的关系曲线。
⑦ 在基底荷载与稳定系数Fs的关系曲线上确定稳定安全系数[Fs]所对应的基底荷载[P0]，即为铁路路基地基容许承载力。
实施例
某高速铁路为双线铁路，设计时速为350km，路基面宽度13.6m，DK50+300~DK51+400段平均填方高度为6m。采用本发明所述方法确定基底容许承载力。
具体的步骤为：
① 根据地勘报告：本段基底地层为软塑状黏土，重度为18kN/m3，粘聚力为10kPa，内摩擦角为10°，填料重度20 kN/m3。
② 所涉及铁路设计时速为350km，计算拟采用瑞典条分法，根据规范可知稳定安全系数[Fs]≥1.30。
③ 路基面宽度13.6m，平均填方高度为6m，路堤边坡坡率1:1.5，因此基底荷载p初始值可取1/2×20×6=60kPa，基底宽度B为13.6+2×6×1.5=31.6m。
④ 计算采用瑞典条分法，滑动圆弧经过区域和圆心所在区域如图2所示。分别选择不同圆弧圆心点和圆弧半径，划分不同圆弧滑面，计算对应的稳定系数；对比所有坡稳定系数，最小的稳定系数为1.41，因此路堤及地基稳定系数Fs为1.41。
⑤ 逐渐增大基底荷载值p为80kPa，100kPa，120kPa，140kPa， 重复步骤④，求出相应的路堤及地基稳定系数Fs，分别为：1.245，1.093，0.992，0.910。
⑥ 绘制基底荷载p与稳定系数Fs的关系曲线，如图2所示。
⑦ 从基底荷载与稳定系数的关系曲线可知： 1.30所对应的基底荷载为74.11Pa，因此本段铁路路基地基容许承载力为74.11kPa。
对比例
某高速铁路为双线铁路，设计时速为350km，路基面宽度13.6m，DK50+300~DK51+400段平均填方高度为6m。采用《铁路工程地基处理技术规程》所述方法确定基底容许承载力。
具体的步骤为：
1、地基极限承载力为118kPa,根据经验除以安全系数2确定容许承载力为59kPa。
2、乘以1.2~1.5的承载力修正系数k，容许承载力修正为70.8kPa~88.5kPa。与本发明的计算结果74.11kPa相比，如果k取1.2，则容许承载力取值偏保守，如果k取1.5，则容许承载力取值偏不安全。
对比可知，现有规范中设计方法时采用经验修正的方法，理论基础不足。同时承载力修正系数k的取值主观性强，精准度不高。
由此可见，本发明建立了铁路地基容许承载力和地基稳定性之间的定量关系，理论依据充分，概念清晰，能够根据不同等级铁路所需要的稳定安全系数准确确定铁路路基地基容许承载力，设计更为精准。
Claims (1)
1.一种铁路路基容许承载力确定方法，包括如下步骤：
① 根据地勘报告确定地基地层厚度、重度、粘聚力和内摩擦角；
② 根据铁路设计时速v确定路基所要达到的稳定安全系数[Fs]，即根据《铁路工程地基处理技术规程》，采用瑞典条分法时，250 km/h≤v≤350km/h时，[Fs]≥1.30；120 km/h＜v≤200km/h时，[Fs]≥1.25； v≤120km/h时，[Fs]≥1.20；采用简化毕肖普法时，250 km/h≤v≤350km/h时，[Fs]≥1.40；120 km/h＜v≤200km/h时，[Fs]≥1.35； v≤120km/h时，[Fs]≥1.30；
③ 指定路堤基底荷载p的初始值和荷载宽度B，基底荷载p初始值取填方路堤基底应力的1/2，基底宽度根据路基面宽度、填方高度以及路堤边坡坡率确定；
④ 计算路堤及地基在荷载p的作用下的稳定系数Fs，计算采用瑞典条分法或简化毕肖普法，需要指定滑动圆弧经过区域和圆心所在区域，滑动圆弧应经过路堤填方基底中部区域；分别选择不同圆弧圆心点和圆弧半径，划分不同圆弧滑面，计算对应的稳定系数；对比所有稳定系数，最小的值即为路堤及地基稳定系数Fs；
⑤ 逐渐增大基底荷载p，重复步骤④，直至Fs小于1.0；
⑥ 绘制基底荷载p与稳定系数Fs的关系曲线；
⑦ 在基底荷载与稳定系数Fs的关系曲线上确定稳定安全系数[Fs]所对应的基底荷载[P0]，即为铁路路基地基容许承载力。
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