道路工程基础知识讲座

,路基工程,目录 第一节 概述 第二节 一般路基设计 第三节 路基稳定性分析 第四节 路基防护与加固 第五节 公路排水 第六节 挡土墙 第七节 路基施工,第一节 概述,4.1.1 路基工程特点与内容(1)路基理论路基是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，主要是承受由路面传来的荷载。(2)路基工程的特点1 结构简单；2 受自然因素影响很大；3 有大量土石方工程；4 对自然环境也会造成一定的影响；,(3)路基设计的内容1、 选择合理的路基断面形式；2 、选择路基填料与压实标准；3、确定边坡形状和坡率；4、 路基排水系统设计和排水构造物设计；5 、防护加固工程设计。 4.1.2 对路基的基本要求 （1）为保证公路的使用品质，对路基的基本要求有如下四个方面1、要有足够的稳定性；2、要有足够的强度；3、要有足够的刚度；4、要有足够的耐久性。,（2）路基常见病害1、路堤沉陷2、路基边坡坍方剥落碎落滑坡崩塌3、路基翻浆4、路基沿山坡滑动,（3）路基产生病害的原因1、不良工程地质和水文地质条件； 2、不良水文、气候因素；3、设计不合理；4、施工不按操作规程和设计要求进行。 4.1.3 路基的断面形式1、路基的基本断面形式：路堤路堑半填半挖,2、路基横断面公路路基设计规范（JTJ013-95） 一般路堤护坡道：一般公路12m, 高速公路3m.河路堤路基必须保持一定的高度。有防护工程。, 半填半挖路基当自然横坡陡于1:5时，路堤基地应挖成台阶，宽1m，且有2-40%向内倾斜的坡度。挖方边坡上方5m以外设截水沟。,矮墙路基用于土质松散处。矮墙用浆砌或干砌片石，高度不宜超过2m，顶宽0.5m-0.8m，墙内坡竖直，外坡为1:0.2-1:0.5填方矮墙用浆砌片石，高不宜超过1.5m软土地或冰冻严重地段不宜采用。,护肩路基用于坚硬岩石陡坡地段。填方不大，不宜填筑时。砌石路基用于坚硬岩石地段，填方较大不宜 建筑时采用。,土墙路基脚路基当山坡上的填路基有斜坡下滑的倾向时采用。,挖方路基,4.1.4 路基的干湿类型 1、湿度来源大气降水地面水地下水2、干湿类型干燥中湿潮湿过湿,3、划分依据 根据实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度 Wc ：,根据自然区划、土质类型。排水条件及路床表面距地下水位或地表积水位的高度按规范确定。,式中：Wc 土的平均稠度 WL100g平衡锥所测土样液限含水量（） WP100g平衡锥所测土样塑限含水量（） W路床80cm深度内的平均含水量（） 根据分界稠度WC1 ,WC2, WC3查表4.1 P125确定： 干燥WC>WC1, 中温WC1>WC>WC2 潮湿， C2>WC>WC3 过湿， WC<WC3,4.1.5 公路自然区划指为了区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，并在路基路面的设计，施工和养护中采取合适的设计参数和技术措施，以保证路基路面的强度和稳定性，对全国进行了公路自然区划，即将自然条件相近的地区划分为同一自然区。,公路自然区划标准（JTJ00386）对我国进行了自 然区划，分为三个等级， 1.区 北部多年冻土区2.区 东部温暖季冻区3.区 黄土高原干湿过渡区4.区东南湿热区5.西南潮湿区6. 西北干旱区7. 青藏高寒区,二级区划,在一级自然区划的基础上，以潮湿系数K为主要指标，综合考虑气候特征、地貌类型、自然病害等因素，共分为52个二级自然区划。 其中，潮湿系数K按下式计算K=R/Z R年降雨量(mm) Z年蒸发量(mm)潮湿系数K，按全年大小分可为六个等级。 过湿区、中湿区、润湿区、润干区、中干区、过干区,17,4.1.6 路基土的应力-应变特性及土基强度指标 布西奈斯克公式：式中：P集中力（kN）U0土的泊松比（0.35）E0土的弹性模量（pa）r距集中力作用的距离（）距集中力为r的表面变化（）,路基强度评定指标 1、当路基建成后，用刚性承载板测定 、 式中：E0土基回弹模量（pa）；D刚性承载板直径，D=30；土基泊松地， =0.35；回弹变形小于1mm的各级荷载单位压力总和;各级荷载单位压力作用下，回弹变形小于1mm的回弹变形总和。 2、当新路设计时，需要事先估算E0,4.2 一般路基设计4.2.1 一般路基：是指在正常工程地质条件下修筑填挖高度不超过设计规范或技术手册所允许的范围，其设计可直接参照现行设计规范或标准图，不必个别论证和详细验算。1、高路堤：填土高度超过18m，填石高度超过20m。2、深路堑：大于20 m的挖方。4.2.2 路基的基本构造：1、路基宽度B，根据“路基横断面设计”确定,2、路基高度H，是指路堤的填筑高度加上路面结构厚度或路堑的开挖深度，是道路中桩原地面标高与路基设计标高的相差值。 3、边坡坡度：1： = 1：m式中：b边坡宽度；H边坡高度。4、其它设施：取土坑； 弃土堆；护坡道； 碎落台。,4.2.3、路堤设计1、路堤（路床）是指路面的基础，是路面以下80范围内的路基部分，承受由路面传来的荷载。 路床a. 上路床： 0 30b. 下路床： 30 80 路堤a. 上路堤： 80 150b. 下路堤： 再往下2、地基的处理原地面坡度陡于1：5时，应开挖台阶；原地面坡度陡于1：2.5时，应采用石砌护脚。,3、路基填料最理想的材料应当是稳定性好、压缩性小，便于施工压实及运距短的土、石材料。,填料分类 a.砾石（gravel），不易风化石块：渗水性强，水稳性好，强度高，塑性变形小。 b.碎石土（crushed stone）、卵石土、砾石土、粗砂、中砂。渗水性强、水稳性好。 c. 砂性土（sandy soil）良好强度及水稳生。 d. 粘性土 （cohesive soil） 渗水性差 e. 粉性土 （silty soil）干燥时易碎，潮湿时会形成水分积聚。 f.重粘土， 渗水性极差。 填料原则，应选用级配较好的粗粒土。 a.砾（角砾）类土、砂类土优先选用。 b.泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、易溶盐超过限量的土，不得直接用。 c. 冰冻地区路床及浸水部分路堤不能直接采用粉质土。 d. 强风化岩石、浸水后易崩解的岩石不宜作为浸水部分填料。 e. 细粒土含量超过最佳含水量两个百分点时应凉晒或掺入石灰、固化材料。 f.桥涵台背、挡土墙背填料应优先选用砾（角砾）类土、砂类土。,4、路堤边坡 side slope of subgrade形式a.直线形b.折线形C.台阶形,坡度，按规范选用，参见P132,4.2.4 路堑设计1、路堑，是从天然地面开挖出来的路基构造物。2、边坡，按规范选用，参见P133、排水4、防护,第三节 路基稳定性分析 4.3.1 基本概念1、假设条件滑动土体现为无变形刚体，不考虑滑动土体本身内应力的分布。极限平衡只在滑动面上达到。最危险滑动面通过试算确定。2、方法式中：K稳定安全系数。,3、分析：K=1 滑动主体处于极限状态K1 坡体稳定为安全可靠及考虑到一些工程上无法预见的因素，设计中采用K1.254、方法直线滑动面法；圆弧滑动面法。,直线滑动面法,假定：滑动面为一平面 适用于砂土、砾石、卵石等渗水材料填筑的路堤 滑动面的稳定性系数 为：对应于 值最小的面是最危险滑动面路基边坡稳定路基边坡不能满足要求,圆弧滑动面法,假定条件：不规则曲面假设为圆弧滑动面 适用于采用带有粘性的土填筑的路堤 稳定验算方法有：条分法、工程计算简化法、毕肖普法 条分法在假定滑动面为圆弧的基础上，将圆弧面上的滑动土体划分为若干个竖向土体，同时不考虑作用在土条两侧的力，该法偏于保守； 工程计算简化法主要以图解法确定K值，精度不高，也不便于计算机求解； 毕肖普法考虑作用在土条两侧的力，比较实用。,4.3.2 浸水路堤稳定性验算 浸水路堤的概念 注意：把水的浮力、渗透水压力的作用考虑进去。 4.3.3 陡坡路堤稳定性验算当横坡陡于1：2或者说：1:2.5时，要保证： 路堤边坡稳定 滑动面不能出现在基底接触面或覆盖层下基岩上。 稳定性演算的步骤： 确定滑动面的位置和形状直线滑动面法、折线滑动面法 确定相关的设计参数 计算剩余下滑力E,直线滑动面法,折线滑动面法,折线滑动面法,4.3.4 深路堑边坡稳定性分析,对于超过路基设计规范规定高度的碎石土路堑边坡，在有剪切试验结果和较可靠的经验数据时，一般用圆弧或直线滑动面法验算边坡的稳定性。 对于较疏松的碎石土路边坡，宜用直线滑动面法,这样，路堑边坡的最小稳定性系数可直接按下式简化计算,4.4 路基防护与加固4.4.1 概述1、路基防护工程 防止冲刷和风化，主要起隔离作用的措施称为防护工程。2、路基加固工程 防止路基或山体因重力作用而坍滑，主要起支撑作用的支挡结构物称为加固工程。3、分类防护工程分类a.坡面防护（边坡防护）b.冲刷防护加固工程分类a.石垛b.土堤,4.4.2 坡面防护选用防护类型应根据公路等级、当地气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布情况确定，并与周围景观协调。1、植物防护是一种施工简单、费用不高、效果较好的坡面防护措施。植物覆盖表土，防止冲刷，避免风化，保护环境、美化路容。 植物防护的措施： 种草铺草皮植树框格防护,2、坡面处治用于坡面过陡或植物不易生长的坡面，选用勾缝、灌浆、抹面、喷浆、嵌补、锚固、喷射砼等处治措施。勾缝：适用于岩石坚硬不易风化的路堑边坡防护，缝隙多而细，用水泥砂浆勾缝。灌浆，裂缝大而深时也可用混凝土灌注。抹面，适用于易风化而表面较宽整，尚未剥落的软质岩石。用水泥砂浆均匀紧贴坡面。喷浆，将砂浆均匀喷射在易风化岩层的坡面上。嵌补，补平坡面岩石中较深的凹坑，用砌石。锚固，适用于岩石节理和构造面倾向路基有顺层滑动的可能，是垂直岩面钻孔至不滑动的较完整成坚硬岩石上，将钢筋穿入，灌注砼。喷射砼，适用于易风化尚未严重风化且坡面干燥的岩石边坡。方法同喷浆。,3、护坡用于填方边坡，用砌石或铺砌砼预制块，煤渣空心砖等材料构筑。 4、护面墙用于软质岩层或破碎岩石挖方边坡较陡地段。,4.4.3 冲刷防护是沿河路基直接承受水流冲刷，为了保证路基稳定牢固，必须采取防止冲刷的措施。分为直接防护和间接防护两种。直接防护以加固岸坡为主间接防护以改变水流方向为主，降低流速，减少冲刷为主。 4.3.3.1 直接防护措施 路基边坡及河岸冲刷防护主要类型如下表所示：,路基边坡及河岸冲刷防护工程表,导流构造物,为调节水流流速及方向。防护路基免受水流冲刷，可设置导流构造物。设置时，应根据河道的地形、地质、水文条件和防护要求，合理规划、布设。 类型：顺坝、丁坝、石笼护坡 注意：导流建筑物的防冲 顺坝常与水流平行，对通航河流比较适宜，多用于凹岸，起疏导水流的作用 丁坝轴线与水流方向成一夹角，将水流挑离河岸，用于改变流向、减低流速及束水归槽，改变流态，保护河岸和路基。,4.4.4 加固工程作用支挡路基土体，以保证路基在自重及各种因素的作用下保持稳定。常用的加固工程有：挡土墙、石垛及土堤。1、石垛：用于盛产石料地区，形式：垒石、填石、石跺2、土堤用于石料缺乏时。3、挡土墙作为一种用以保证路基边坡或山坡土体稳定的挡土结构物，本身必须有足够的整体稳定性，墙身截面应具有足够的强度，以抵御墙后的土体压力。,第五节 挡土墙,一、挡土墙是一种保证路基边坡或山坡土体稳定的挡土结构物，本身具有足够的整体 稳定性，墙身截面具有足够的强度，以抵御墙后的土体应力。二、挡墙构造常用挡土墙由墙身基础、排水设施、伸缩缝等组成。1、墙身2、基础基础形式 基础埋深3、排水设施地面排水 墙身排水4、沉降缝和伸缩缝缝距1015m;缝宽23；缝内材料： a.胶泥；填缝料在内、外、顶三方填塞；填深不宜小于15。,