公路施工技术第3章.pptx

第三章 路基工程 第一节、绪论 一、路基工程的特点及对路基的基本要求 1、路基：在地面上按路线的平面位置和纵坡要求开挖或堆填成一定断面形 状的土质或石质结构物，它是道路这一线形建筑物的主体，又是路面的 基础。 2、路基的投资相当大，约占全部投资的25%45%，个别可达65%。 如：平原微丘的三级公路，每公里土石方数量约2000060000立方米， 特殊路段可达十几万立方米。 3、路基的基本要求 路基设计要有正确合理的断面尺寸 有足够的整体稳定性 有足够的强度 有足够的水温稳定性 二、路基工程与其他相关工程的关系 1、路基设计与路线设计的关系 2、路基工程与路面工程的关系 3、路基工程与桥涵工程的关系 三、路基设计的基本内容（详见路基路面工程） 四、公路自然区划分 公路自然区划标准（JTJ003-86） 该标准首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三个在地带 ，然后再细分为一、二、三级自然区。 其中一级自然区七个： 北部多年冻土区 西南潮暖区 东部温润季冻区 西北干旱区 黄土高原干湿过渡区 青藏高寒区 东南湿热区 五、路基土的工程性质和干湿类型 （一）路基土的工程性质 1、巨粒土 包括漂石（块石）土和卵石（小块石）土，有很高的强度和稳定性，是 填筑路基很好的材料，使用时应正确选用边坡值，以保证路基稳定。 2、砂土 砂土无塑性，透水性强，毛细水上升高度很小，具有较大的内摩擦系 数。砂土路基，强度和水稳性均好。但黏性小，易于松散，压实困难（ 需用振动法压实），充分压实后压缩变形小。有条件时，可掺一些粉质 土，提高稳定性。 3、砂质土 砂质土既有一定数量的粗颗粒，使路基有足够的内摩擦力，又有一定数 量的细颗粒，使之具有一定的黏聚力，不易过分松散。是修筑路基的良 好材料。 如：粉土质砂，其颗粒组成接近最佳级配，渗水性好，不膨胀，雨天不 泥泞，晴天不扬尘，易被压实成平整坚实的路基。 4、粉质土 含有较多的粉土颗粒，黏性弱，分散后易扬尘，浸水时易成流体状态（ 稀泥），毛细水上升高度大。在季节性冰冻区，结冰时路基易冻胀，春 融时易翻浆，故粉质土又称翻浆土，是最差的筑路材料。如必须使用， 则须掺其他材料，并加强排水及设置隔离层等 5、黏质土 细颗粒含量多，内摩擦角小，黏聚力大，透水性小，吸水能力强，有 较在的可塑性、黏结性和膨胀性，毛细水上升现象显著。 干燥时较坚硬，不易破碎，不易被水浸湿，但浸水后，能长时间保持 水分，承载力小。使用时应采取排水和隔水措施。 6、高液限黏土 它的塑性指数和液限都很高，工程性质与黏质土相似，受矿物成分影 响较大。重黏土不透水，干燥时坚硬，难破碎，也难挖掘。 综上所述，填方路基宜选用级配较好的粗粒土做填料。砂质土是修筑 路基的最好材料，黏质土次之，粉质土是不良材料，易引起路基路面 病害。此外，对于特殊路质的土类，如泥炭，淤泥，冻土、强膨胀性 土及易溶盐超过允许限量的土，均不得直接用于填筑路基。 （二）路基的干湿类型 1、路基的干湿类型分为四种： 干燥、中湿、潮湿和过湿 用以表示路基工作时，路基土所处的状态。 2、导致路基湿度变化的来源 大气降水 边沟水及排水不良时的地表积水，以毛细水的形式渗入 靠近地面的地下水，借助毛细水作用上升到路基内部 土粒空隙中流动的水汽凝结成水分。 3、路基干湿类型划分方法 以分界相对含水量划分 以临界高度判断中期的干湿类型 第二节 路基工程常见病害 1.1.路基的沉陷路基的沉陷 2.2.边坡的滑塌边坡的滑塌 1.路基的沉陷 l 路基沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落。路 基的沉陷可以有两种情况： 一是路基本身的沉缩； 二是由于路基下部天然地面承载能力不足，在路基自重 的作用下引起沉陷或向两侧挤出。 路基自身沉缩（二种） 若路路堤填筑均匀，但是压密程度不足 ，产生均匀下沉，叫做路基沉陷； 因路基填料选择不当、填筑方法不合理、压实 不足，在路基堤身内部将形成过湿的夹层，在 荷载和水温综合作用下，产生堤身不均匀下陷 并且伴有剪切破坏，引起路基沉缩，如下图b) 所示。 地面引起的路基沉陷 原天然地面为新近填土、软土、泥沼等，因承载能力不 足，路基修筑前未经处理，在路基自重作用下，地基下 沉或向两侧挤出，引起路基下陷，如下图c)所示。 2.边坡的滑塌 (1)溜方 溜方是由于少量土体沿土质边坡向下移动所形 成。溜方通常指的是边坡上薄的表层土下溜。 它可能是由于流动水冲刷边坡或施工不当而引 起的，如下图所示。 (2)滑坡 滑坡是指一部分土体在重力作用下沿路堤的某 一滑动面滑动。滑坡现象主要是土体的稳定性 不足而引起的，分路堤滑坡和路堑滑坡，如下 图所示。 填方路堤边坡滑坡的主要原因： 边坡坡度过陡，或边坡坡脚被冲刷挖空，或填土 层次安排不当 路堑边坡边坡滑坡的主要原因： 边坡高度和边坡坡度与天然岩土层次的性质不 相适应，黏性土层和蓄水的砂石层交替分层蕴藏 ，特别是有倾向路堑方面的斜坡层理时，更易滑 坡。 边坡的滑塌 2003年5月11日 贵州省三穗县平 溪特大桥滑坡致 使35人死亡，毁 坏桥墩 阿里山铁路滑坡 (3)风化剥落 风化剥落指风化的石质路堑边坡，在外界环境 因素如降水、强风、振动等影响下，成片或块 体剥落，从而危及线路和行车安全。一般多指 因地形、地质原因而造成的体积较小而数量较 多的风化岩石剥落，现场常用设防护网或喷射 水泥浆等方法处理。 剥落 剥落 (4)不良地质和水文条件造成的路基破坏 公路通过不良地质条件(如泥石流、溶洞等)和 较大自然灾害(如大暴雨)地区，均可能导致路 基的大规模毁坏。在公路勘测设计过程中，应 力求避开这些地区或采取相应的工程技术措施 ，以保证路基的安全和稳定。 舟曲泥石流 2010年8月7日22时 舟曲“88”特大泥石 流灾害中遇难1434 人，失踪331人。 2009年台湾高雄一村庄被泥石 流掩埋 600余人下落不明 （二）路基破坏原因的一般分析 不良的工程地质与水文地质条件 不利的水文与气候因素 设计不合理 施工不符合有关规定 在上述原因中，地质条件是影响路基工程质量和产生 病害的基本前提，水是造成路基主要病害的主要原因。 路基设计前必须充分收集沿线的地质、水文和气象等 方面的资料，进行全面分析研究，从而针对具体情况采取 正确的设计方案和施工方法，以消除或尽可能地减轻路基 病害，确保路基工程达到规定的要求 七、保证路基强度和稳定性的措施 一般情况下，可采取 正确设计路基横断面 正确选择适当而良好的土（必要时换土）填筑路基（特 别是上层部分），并采用正确的填筑方法 充分压实土基，保证达到规定的压实度，提高水稳性 削坡或减载 适当提高路基，以防止水分从旁渗入或地下水位上升 正确进行排水设计（地面排水、地下排水、路基特殊排水） 设置隔离层（隔绝毛细水上升）、隔温层（减少路基冰冻深度 和水分累积）及砂垫层（疏干土基） 采取边坡加固与防护措施，以及修筑挡土结构。（石垛、挡 土墙、抗滑桩等） 第三节 路基设计的基本要素 路基基本构成示意图 截水沟 坡顶 边坡平台 边坡排水设施 挖方边坡 边沟 地下排水设施 路堤 中央分隔带 填挖交界 原地面线 填方边坡 坡顶 坡脚 坡脚 一、路基宽度 路基宽度是指一个横断面上两路肩外缘之间的宽度， 由公路等级和交通情况决定。通常包含行车道、路肩和中 间带；特殊地段可能包含变速车道、爬坡车道、慢行车 道、弯道加宽或其他路用设施（如护栏、照明、绿化）等 可能占用的宽度 路基以及行车道、路肩等各个部分的宽度由公路工程 技术标准（JTG B01-2003）规定 路 基 路肩车道中间带 车道 车道 硬路肩 路缘带 路 缘 带 路 缘 带 中 央 分 隔 带 高速公路、一级公路路基标准横断面 路 基 路肩 车道 路肩 硬路肩 车道 土路肩 车道 三、四级公路一般情况二级公路加宽硬路肩时 二、三、四级公路路基标准横断面 （三）沿河路堤及受水浸淹的路基，其高度应高于相应的设计 洪水频率的设计水位（洪水位高度壅水或波浪高度）之上 0.5m。 边坡高度：填方坡脚或挖方坡顶标高与路基边缘的相对高差 （一）路基高度由路线纵坡设计确定。确定时，要综合考虑地 形、地质、地貌、水文等自然条件，桥涵等构造物与交叉口的 控制高度、纵横坡度的平顺、平纵线形的协调、土石方工程数 量的平衡，以及路基的稳定性等因素 公路等级高速公路一级二级三级四级 设计洪水频率1/1001/1001/501/25按具体情况确定 二、路基高度 （二）一般路堤设计时的最小填筑高度除了满足其他有关的路 线要求外，应该满足使路基处于干燥或中湿状态的临界高度。 中心高度：路基中心线处的设计高程与原地面标高之差 （一）边坡形式 曲线形边坡 台阶形边坡折线形边坡 直线形边坡 H b 1: m 三、路基边坡 1.如地质情况良好，土质路堤可参照下表选定其边坡 坡度。如填土边坡高度超过20m，坡率应个别设计， 由边坡稳定性分析确定。 填料 类别 边坡坡率 上部高度（H8m ） 下部高度 （H 12m） 细粒土1：1.51：1.75 粗粒土1：1.51：1.75 巨粒土1：1.31：1.5 （二）路堤边坡坡度 3.浸水路堤在设计水位以下的边坡坡率不宜陡于1：1.75 不小于1：1.75 2.当采取其它措施，如逐层加强压实、铺砌护坡、加强排水 防冲设施等，可根据具体情况确定边坡坡度，例如当边坡总 高度不超过上表中的上部边坡高度，采取上述特殊措施时， 可采用陡于1:1.3 的边坡坡度。 4.填石或砌石路堤适用于浸水、陡坡、高边坡或高填方地段， 边坡坡率视填石或砌石的情况而定。通常陡于土质边坡。 向内倾斜24 H14m H 6m 1:1.5 1:1.251:1.33 全部用小于 25cm的石块填 筑 向内倾斜24 1:1 全部用25cm以上的石块填 筑，外缘选用大石块砌筑 （二）路堑边坡坡度 1.土质路堑 1）边坡高度不大于20m时，边坡坡率不宜大于下表规定 土的类别边坡坡率 粘土、粉质粘土、塑性指数大于3的粉土1：1 中密以上的中砂、粗砂、砂砾1：1.5 卵石土、碎石土 圆砾土、角砾土 胶结和密实1：0.75 中密1：1 土质路堑边坡形式及坡率应根据工程地质条件、边坡高度、排水措施、 施工方法，结合自然稳定山坡和人工边坡的的调查和力学分析确定。 2）边坡高度大于20m时，应进行个别勘察设计。按照勘察 的数据进行边坡稳定性分析。高边坡施工中还应进行工程 监测。 2.岩质路堑 岩质路堑边坡形式及坡率一般应根据地质构造与岩石特性、边坡高 度、施工方法，对照相似工程的成功经验选定边坡坡率。 1）岩质边坡高度小于30m时，边坡坡率不宜大于下表规定 边坡岩体类型风华破碎程度边坡坡率 H15m15m H30m 类未风化、微风化1:0.11:0.31:0.11:0.3 弱风化1:0.11:0.31:0.31:0.5 类未风化、微风化1:0.11:0.31:0.31:0.5 弱风化1:0.31:0.51:0.51:0.75 类未风化、微风化1:0.31:0.5 弱风化1:0.51:0.75 类弱风化1:0.51:1 弱风化1:0.51:1 2）岩质边坡高度大于30m时，应进行个别勘察设计。 第四节 路基工程的有关附属设施 （一）取土坑 路基土石方调配应尽量以挖方作填方，如需从取土坑取土 （借方）时，应对取土坑进行规划。 1、在平坦地区（横坡小于1：10），如果用土量较少，可在路 基两侧设置。横坡较大时，取土坑最好设在地势较高的一 侧。 2、取土坑的深度和宽度视用土数量、施工方 法及保证排水而定。 3、取土坑的边坡，一般内侧（靠路基一侧） 为1：1.5，外侧不小于1：1.0 4、在桥头引道或洪水淹没地段，路堤两侧一 般不设取土坑，特殊情况只许在下游设 置。取土坑边缘与路堤坡脚间应留有宽度 不小于4.0M的护坡道。在洪水期沿路堤可 能有纵向水流时，还须在取土坑中每隔 5070M设一土埂以防护路堤。土埂顶宽 3.0M，长度比取土坑宽度小12米，使形成 缺口以利排水 （二）弃土坑 开挖路堑的弃土可用来适当加宽路基，以减少废方。禁止废方 堆置不当影响路堑稳定或造成水土流失，危害农田水利，淤塞河 道等不良后果。一般有如下规定： 1、弃土堆通常设在附近低洼或路堑坡一侧，深路堑或地面平坦时 ，宜设在路堑的两侧。 2、弃土应堆成规则形状，一般为梯形断面，其边坡不应陡于1： 1.5，顶面向外应有不小于2%的横坡，其高度不宜大于3米。 3、在上坡方面为弃土堆，应连续而不中 断，并在弃土堆前设置截水沟，在下坡 方面的弃土堆，应每隔50100米设不 小于1米的排水沟，以利排水。 4、沿河弃土时，不得阻塞河流，挤压河 道，造成河岸冲刷。 三、护坡道和碎落台 1.护坡道 h d 护坡道高度h护坡道宽度d 3m1m 36m2m 612m24m 用于高边坡和软弱地基地段，保证边坡的稳定性和防止地 基的沉陷 常用于路堤边坡，一般高在路堤坡脚处或挖方坡脚处，高 路堤还应在边坡中部工变坡点处设置。对浸水路基，护坡 道可设在当水线以上的边坡上。护坡道越宽，越利于边坡 稳定，全填方数量也随之增大。 2.碎落台 用于防止山坡、边坡的碎落物落入边沟或车道，设置在路堑边坡坡