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路基工程导论,建筑之家 荣誉整理,第一节 路基工程基本知识,一、路基的特点和要求 面层 上路床 基层 路面结构 下路床 路基 垫层 上路堤 路基 下路堤 地基 路面：是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。 分：面层、基层、垫层。 路基：是地表按道路的线型（位置）和断面（几何尺寸）的要求开挖 或堆填而成的岩土结构物。,2、路基的重要性： 行车荷载的基础，与路面共同作用，,3、对路基的要求： 整体稳定（强度） ： 开挖、填筑路基，土的天然状态破坏,路基失稳。 提高路基稳定性的措施： 排水（减轻自重）、 防护（坡面防护、冲刷防护）、 加固（土工网等）、 软基处理（防止滑移、加固整个地基、打桩） 支挡。 变形小（刚度） ：填土或面层的车辆附加荷载下，地质差时产生沉陷、不均匀变形，路面变形破损。,路基变形产生的机理： 路基自重路面结构荷载行车荷载,变形种类：路基压密变形、固结沉降（常规2种） 第3种同行车荷载有关：累积塑性变形（不可恢复） 改善路基变形性能的措施： 合适填料、充分压实，改善水温状况，加固软弱地基等。,二、路基工程的内容和特点：,路基分： 一般路基：不须深挖、高填； 特殊路基； 支挡结构（土压力） 1、路基工程的内容： 设计： 横断面设计与边坡确定， 排水设计：排水系统的布置、排水构筑物设计， 稳定性分析与加固措施设计 施工：准备土、石方施工验收与评定 养护与管理与路面工程统筹考虑,2、路基工程的特点 变异性、不确定性大,力学参数取值范围波动大 复杂的复合结构设计方法： 经验性（力学经验法）+解析法 设计、施工、监测、管理是相互作用的 与环境相互作用,三、路基干湿类型,湿度来源和变迁 大气降水或蒸发，降水由上到下，蒸发由下向上 由透水的路肩、边坡渗入 由不透水路面的接缝或裂缝渗入（水泥砼接缝、沥青砼裂缝） 由透水路面渗入（沥青砼面层，透水性，开级配，设排水基层） 地下水 地下水位高于路基，形成地下水迁移（顺裂隙孔隙渗入，地下水迁移） 地下水位高，但低于路基，毛细作用向上吸至基层（毛细作用： 饱和土孔隙应力正；非饱和土,孔隙应力负，形成基底吸力，毛细作 用吸移） 山岭地区，山顶上水向下流至上坡方向。 温度（梯度） t较大时，水分w高到低（从高温处向低温处迁移），季节性冰冻地区影响明显。,措施：,采用不透水路面，降低路基湿度（竣工后23年整个湿度达到平衡）设计时参照“平衡湿度状况”，应以竣工后23年的湿度为准。 采用不透水路肩：横断面的差异小 面层透水,路基排水措施，由于设计时对矛盾，无法做到面层不透水。,路基干湿类型和判定指标,类型：干燥，中湿（理想），潮湿，过湿（需处理） 判定标准： 不利季节路槽底面以下80cm内的“平均相对含水量” wx= w/wy w平均含水量（算平均值） 不利季节路槽底面以下80cm内的“平均稠度” b=(wi-w)/(wi-wp) wy 土的液限（76g锥）； wi 土的液限（100g锥）； wp 土的塑限。 路基相对高度： h相对地下水位或明水而言,第二节 一般路基设计,引言 1、一般路基： （1） 工程地质与水文地质条件良好。 （2） 填挖不大。 （3） 适用于通用图（设计可以直接参照现行规范或标准图） 2、一般路基设计内容： （1） 选择并设计路基横断面（结合路线几何设计要求和当地地形） （2） 选择路基填料和确定路基压实度标准 （3） 确定边坡形状和坡度 （4） 排水系统布置和排水设施设计 （5） 坡面防护和加固设计,一、路基的断面型式,路基的材料组成：土、石料、粉煤灰、废钢渣、eps(聚苯乙烯塑料)、土工合成材料 横断面图型式分为：路堤、路堑、半填半挖。 路堤：路基顶面高于原地面的填方路基。 组成部分：路基顶宽、边坡坡度、护坡道、取土坑或边沟、支挡结构、坡面防护。 低矮路堤：边坡为单坡，两侧设边沟。 高路堤（沿河浸水路堤）：边坡为上陡下缓折线形，或台阶形（坡角处设1米宽的护坡道），坡面防护，挡土结构。 路堑：全部由地面挖出的路基称路堑 分：全路堑、半路堑（台口式）、半山峒 边坡视土（岩）质、高度为直线或折线，路堑下方坡脚处边坡， 上方截水沟，坡面不良时碎落台，坡面防护，支挡结构。 半填半挖 横坡较陡时，兼有路堤和路堑的构造和要求。,地基,（1）足够的稳定性（承载能力）和抗变形能力（沉降小） （顶面常规处理：去除表面根植土，积雪、冰冻土层） （2）顶面保持干燥、密实 （3）顶面积水，措施：排水疏干、挖除淤泥、抛填片石或砂砾石等 （4）顶面为坡面，坡度1：5，原地面开挖台阶。若坡度1：1.25时， 属特殊路基，（抗滑稳定分析）。 填料 （1）选择原则（料源充足、费用经济、性质适宜水稳定性好、 易压实、变形小、便于施工） （2）填料类型： ，好 坏 砾石、不易分化的石块，（渗水性好，水稳性好，强度高） 碎石土、卵石土、中粗砂（渗水性强、但粘性土多水稳性下降） 砂性土（粗颗粒：强度高，水稳性好；细颗粒：粘合性好） 粘性土（浸水性差，易板结） 极细砂、粉性土（毛细现象较重） 易风化的软质岩石块（水稳性差，浸水后易崩解成土或者砂） 重粘土（渗水性差，干时坚硬难挖，湿时塑性大）,边坡和坡度,（1）类型 （不同的路堤高度分别采用直线、折线、台阶形三种型式） 直线型最常用，低矮路堤； 折线路堤，上陡下缓，符合受力； 台阶型适合高路堤，设置12米的护坡道，外倾3%坡度，可防水流冲刷、拦截上方来水、提供维修通道、增加稳定性。 （2）坡度确定 坡度与填料种类有关、与路堤最大高度有关； 若高于规范表中所限值，应按特殊路基处理； 浸水路堤部分1：2并坡面适当防护； 用25cm石块作填料时，可采用码砌，坡度见规范；若填料为易风化的石块，按土质边坡算。,第二章 排水设计,路基排水系统设计 （1）目的：拦截：路基上方的地面水和地下水汇集：基身内的地面水、导引：入排水通道、渲泄：通过桥涵将其渲泄到路基的下方。 （2）排水设施的类型 各种沟渠（截水沟天沟、边沟、排水沟； 各种蓄水构造物（阻水堤、蓄水池； 各种地下排水构造物（明沟、渗沟暗沟）； 各种泻水构造物（桥梁、涵洞、渗水路堤、过水路面）。 （3）河道整治工程（导流坝、人工渠道）。,设计原则：（排水系统角度）,根据水流方向和危害程度大小顺序来布置； 与农田灌溉、水土保持相结合（泥不下山、水不出沟） 与桥涵相结合 分段设计 地质和水文条件复杂或已产生严重路基病害的路段，平面图上布置具体排水系统，确定各项排水设备的平面位置、排水方向、构造、出入口、纵坡等。,地面排水设施设计（沟渠）,设计内容：确定位置、设计横断面、纵断面、加固方式。 （1）沟渠的定位：（满足排水系统要求，稳定性和效用） 地质条件稳定（变形小），地形平缓（工程量小） 平面线形直缓、平顺，防止冲刷 截水沟、边沟距坡顶、坡脚安全距离（防止边坡失稳和路面毛细水湿度增大）。 （2）沟渠横断面： 一般倒梯形 ， 个别倒三角形，岩石路堑的边沟多用矩形。 尺寸： 排泄能力（指排泄流量，按明渠均匀流的公式计算）设计流量 桥涵水文小流域暴雨径流流量简化公式 流量计算仅对截水沟和排水沟确定断面时用到，边沟不需作验算。,（3）沟渠的纵断面 imin=0.5%（一般） 防淤塞 i不宜过大，防冲刷。 （按明渠流公式无冲刷容许纵坡桥涵水文） 流程不宜过长（以免冲刷或积水）,（4）不满足流速和流程要求、纵坡无法减小而必然引起 冲刷时，沟壁加固。,加固方法如下： 沟内水流流速 3.0m/s 加固方案 草皮 三合土 干砌片石 浆砌片石 注：三合土 石灰粘土炉渣 （1：1：5）,地下排水设施设计,地下水处理方法： 拦截地下水（上侧坡体有含水层出露时） 疏干边坡坡体内地下水（路堑边坡坡体内水量大时，边坡渗沟） 降低地下水位（地势低洼、地下水位高时） 明沟：适用于地下水埋藏较浅，起拦截、疏干、降低地下水位、兼排地面水作用，矩形、梯形断面。 渗沟：适用于地下水埋藏较深，沟内用粗颗粒透水性材料，迎水面处设反滤层，顶部铺草皮。底部设排水孔，石砌或管壁带孔的排水管。 边坡渗沟：沟底设在坚硬的不透水层内，深度视工程要求而定，确保在潮湿土层或地下水位线以下，纵坡适当放大。 设计的前提是正确掌握地质资料，摸清地下水活动规律，测定地下水的流向、流速和流量,第三章 路基稳定性分析,第一节 边坡稳定性验算 一、概述 1、类型（易产生失稳现象的路基） 高路堤深路堑沿河路堤软土路基（不良地基）上的路堤 路基失稳的情况：深路堑因坡体失去支承或所采用的边坡过陡 高路堑、沿河路堤或软弱地基上的路堤，因坡过陡，坡脚水流冲刷，地基承载力过低陡山坡上填筑路堤，填方沿原山坡坡面下滑。,2、分析方法： 工程地质类比法 力学验算法（极限平衡法整体解、数值分析法精确解）,极限平衡法假设：下滑的土体为无变形的刚体，求算剪切面的下滑力同材料的抗剪强度达到平衡时的安全系数，若剪切面未知，可假设几个剪切面，以最小的安全系数为准，安全系数使材料的强度逐渐降低到开始失稳为止，强度下降的倍数。 缺陷：不能求算下滑体的内力和反力，更不能求算应力和应变。,二 路基稳定性验算,通过对可能的破坏面确定其安全系数，来判断路基坡体是否稳定和是否要采取相应的措施。步骤： 选择潜在破裂面的形状和位置（多个） 选择验算方法 、土条划分 确定滑移面上的c、 计算土条中的作用力 求f1 第一个滑移面中安全系数 求f2fn 第二至第n个滑移面中的安全系数 求f最小值，并与允许的安全系数比较。,1、破坏面形状和位置的选择,（1）由透水性材料（砂、砾、碎石）组成的路堤 直线破坏面，并通过路堤坡脚的面。 （2）由均质的粘土组成圆弧形滑动面，“4.5h法”， 也经过路堤坡脚。 边坡坡度 1：0.58 1：1 1：1.5 1：2 1：3 1：4 1 29 28 26 25 25 25 2 40 37 35 35 35 36,(4)陡坡上的路堤：沿坡面滑移沿坡面下软弱面滑移。 2、条块划分与自重计算： 划分原则：土层条件有变化时； 填料有分层时； 滑移面坡度有变化时， 目的是保证其c、值在同一个条块上是定值。,（3）软土地基上的路堤接近圆弧，当hh，滑移面的深度在11.5h，也在g点附近。,3、车辆荷载换算：,原则：换算成与填料容重相同的当量土柱高度。 h0=(ng)/（bl） n车道数 ， 填土容重， g车重 l车辆荷载纵向分布长度， e车轮的着地宽度 b=nb+(n-1)d+e b车辆荷载横向分布长度,防护工程设计（分为：坡面防护、冲刷防护）,1、坡面防护 （1）必要性： 防止边坡失稳: 有效应力下降 自重增加 强度下降 坡面泥土流失， 过水路堤（浮力、冲刷）。 环境侵蚀：（反复干湿、冻融、冲刷、吹蚀）， 产生病害：土石路堑边坡坡面破落，高坡面受水流冲刷形成“鸡爪”沟，岩石路堑边坡碎落现象，地质边坡干燥崩裂、暴雨下易失稳而造成溜坍。,（2）措施类型,植物防护：种草或铺草皮，适用于气候潮湿、草皮易于生长的土质边坡上。 砌石防护：土质边坡较陡或石质边坡风化，干砌片石、浆砌片石。 抹面：夹有易于风化的软质岩层的路堑坡面： 石灰炉渣（体积比1：51：2）、 水泥石灰炉渣（重量比1：1：8）、 水泥砂炉渣（重量比1：3：2或1：2：3）和水泥砂浆。 护墙：由浆砌片石组成，适用于较陡的土质边坡或易风化剥落和节理发达的岩石路堑边坡。与挡土墙的差异： a、护墙不承受墙后的侧压力，边坡必须是稳定的。 b、截面(仅考虑护墙自身的稳定问题)当h小时，为等截面，当h大时，为变截面。 c、基底设在冰冻线以下，基底承载力fk=300kpa d、伸缩缝、泄水孔的布置同浆砌片石护坡。,2、冲刷防护,（防止沿河路堤的边坡和坡脚受水流的冲刷和淘蚀作用） 防护方法 适用情况 设计厚度cm 容许