中南大学路基路面工程课件一般路基设计.ppt

路基路面工程 2011 03 主讲周建普 3 1路基典型横断面3 2路基的基本构造3 3路基压实3 4路基附属设施 3 一般路基设计 3 1路堤路基顶面高于原地面的填方路基 称为路堤 断面由顶宽 边坡坡度 护坡道 边沟 支挡结构 坡面防护等组成 填土高度 H 路肩边缘至原地面的高度 H18m高路堤通常 一般路堤可以结合当地的地形 地质情况 直接套用标准横断面图 而不必进行个别论证和验算 3 1路基典型横断面 3 1路基典型横断面 图3 1路堤的几种常用横断面形式a 低路堤 b 一般路堤 c 浸水路堤 d 护脚路堤 e 挖沟填筑路堤 3 1路基典型横断面 3 1 2路堑全部由地面开挖出的路基 称为路堑 断面由截水沟 挖方边坡 碎落平台 边沟等组成 据形态分为全路堑 半路堑 亦称台口式路基 半山硐 图3 2路堑的几种常用横断面形式a 全路堑 b 半路堑 c 半山硐 3 1 3半挖半填路基横断面上部分挖方 部分填方 3 1路基典型横断面 图3 3半挖半填路基几种常用横断面形式a 一般挖填路基 b 矮挡土墙路基 c 护肩路基 d 砌石护坡路基 e 砌石护墙路基 f 挡土墙支撑路基 g 半山桥路基 3 2路基的基本构造 一般路基设计包括如下内容 选择路基横断面形式 确定路基宽度与高度 选择路基填料与压实标准 确定边坡形状与坡度 路基排水系统布置与排水结构设计 坡面防护与加固设计 附属设施设计本知识点只介绍路基宽度 高度 边坡坡度 其他内容在相应在知识点中讲解 3 2路基的基本构造 3 2路基的基本构造 3 2 1路基宽度路基宽度包括行车道 路面 宽度和两侧路肩宽度 高等级公路还包括中央分隔带 路缘带 变速车道 紧急停车道 见图3 5 路基设计宽度根据设计通行能力和交通量大小而定 一般每个车道宽度为3 50 3 75m 城镇近郊和技术等级高的公路 路肩尽可能宽 一般1 3m 并铺筑硬路肩 以保证路面行车不受干扰 各级公路路基宽度按 公路工程技术标准 TJGB01 2003 的规定进行设计 见表3 1 3 2路基的基本构造 3 2路基的基本构造 路基 路肩 车道 路肩 硬路肩 车道 土路肩 车道 图3 6二 三 四级公路路基宽度示意图 3 2路基的基本构造 各级公路路基宽度表3 1 3 2 2路基高度指路堤的填筑高度和开挖深度 是路基设计标高与原地面标高之差 由于原地面沿路基横断面往往是倾斜的 在路基宽度范围内的高差是不同的 因此 路基高度有中心高度与两侧边坡高度之分 中心高度 指路基中心线处设计标高与原地面标高之差 边坡高度 指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差 路基高度确定 首先从路基的强度和稳定性要求出发 保证路基上部 路床部分 处于干燥或中湿状态 根据临界高度结合公路沿线具体条件和排水防护措施确定最小填土高度 再考虑纵坡要求和工程经济等因素确定填挖高度 3 2路基的基本构造 3 2路基的基本构造 3 2 3边坡坡度指边坡高度H与边坡宽度b的比值 即 3 2 1 取H 1 则H b 1 m或H b 1 n 称m n为坡率 边坡坡度根据边坡高度 土的类别及密实度不同 按路堤 路堑查教材P65 67表3 3 表3 10分别选取 路基边坡形式有 直线形 曲线形 台阶形 折线形四种 路基边坡较高时 可采用折线式边坡或台阶式边坡 路堑的折线式边坡上部缓 下部陡 路堤的折线式边坡上部陡 下部缓 边坡台阶还可兼作边坡施工和养护时的工作平台 3 2路基的基本构造 图3 7路基边坡坡度示意图a 路堑 b 路堤 3 2路基的基本构造 3 2路基的基本构造 1 路堤边坡 地质情况良好的土质路堤可参照表3 2选定其边坡坡度 如填土边坡高度超过20m 应进行单独设计 由边坡稳定性分析确定坡度 路堤边坡坡度表表3 2 3 2路基的基本构造 砌石边坡填石或砌石路堤通常用于浸水 陡坡 高边坡或高填方地段 边坡坡度视填石或砌石的情况而定 通常陡于土质边坡 砌石顶宽一律采用0 8m 基底面以1 5的坡度向路基内侧倾斜 砌石高度一般为2 15m 墙的内外坡坡度依砌石高度按表3 3选定 砌石边坡坡度表表3 3 3 2路基的基本构造 2 路堑边坡 土质挖方边坡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 结合自然山坡和人工边坡的的调查和力学分析确定 边坡高度不大于20m时 边坡坡率不宜大于表3 4之规定边坡高度大于20m时 应进行单独设计 由边坡稳定性分析确定坡度 土质挖方边坡坡度表表3 4 3 2路基的基本构造 石质挖方边坡岩质挖方边坡形式及坡度一般应根据地质构造与岩石特性 边坡高度 施工方法 类比相似工程的成功经验选定 边坡高度小于30m时 边坡坡度不宜大于表3 5之规定 岩质边坡高度大于30m时 应进行单独设计 由边坡稳定性分析确定坡度 3 2路基的基本构造 岩石挖方边坡坡度表表3 5 3 3路基压实 3 3 1路基压实的意义与机理为使路基具有足够的强度和稳定性 必须予以分层压实 使其具有一定的密实度 分层压实的路基顶面能防止水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压密变形 确保路基路面的使用品质和使用寿命 图3 9路基土的三相体系 路基土是三相体系 见图3 9 土颗粒为骨架 颗粒之间的孔隙为水分和空气所占据 通过压实迫使土颗粒重新组合 相互靠拢 彼此挤密 孔隙缩小 形成密实整体 从而使路基强度增加 稳定性提高 3 3路基压实 大量试验和工程实践还证明 土基压实后 路基的塑性变形 渗透系数 毛细水作用及隔温性能等 均有明显改善 3 3 2路基压实的影响因素 1 含水量 存在一最佳含水量 图9 10中的驼峰曲线的峰值 在此含水量条件下 采用一定的压实功可得到最大密实度 获得最佳的压实效果 在该值之前 土的干容重随含水量增大而提高 主要在于水起润滑作用 土颗粒间摩擦阻力减小 施加外力后 土颗粒易于被挤密 孔隙减少 土的干容重增大而提高 土的干容重增至最大值后 含水量再继续增大 土颗粒之间的孔隙被水占据 而水不为外力所压缩 因而含水量增大 干容重随之减小 3 3路基压实 图3 10 2 土质类型土质类型对压实效果影响很大 土质类型不同 相应的最大干容重和最佳含水量也不同 一般来说 路基土的细粒含量越少 最佳含水量越低 而最大干容重越高 如图3 11所示 3 3路基压实 其机理在于 土颗粒越细 比面积越大 土颗粒表面水膜所需之湿度就越高加之粘土中含有亲水性较高的胶体物质所致 但砂类土因颗粒粗大 成松散状态 水分极易散失 最佳含水量的概念对其没有多大意义 3 3路基压实 3 压实功能包括压实工具的重量 辗压次数 辗压速度 作业时间等 对压实效果的影响程度仅次于含水量 图3 12压实功能 综合因素 与压实效果的关系曲线表明 同一种土的最佳含水量 随功能的增大而减小 最大干容重则随功能的增大而增大 在相同含水量条件下 功能越高 土体密实度越高 必须指出 用增加压实功能的办法来提高土基强度的效果 有一定限度 当功能增加到一定限度以上 效果趋向缓慢 功能过大会破坏土基结构 效果适得其反 相比之下 严格最佳控制含水量 要比提高压实功能收效大得多 3 3路基压实 4 压实厚度压实厚度对压实效果具有明显影响 在相同压实条件下 土质 湿度与压实功能 土体的密实程度随深度递减 不同压实工具的有效压实深度有所不同 应根据压实工具的类型 土质及土基压实的要求具体确定土基压实厚度 一般情况下 压实厚度不宜超过20cm 松铺厚度每层不宜超过30cm 图3 12不同压实功能的压实曲线1 2 3 4曲线的压实功能分别为600 1150 2300 3400 KN m 3 3路基压实 3 3 4压实质量控制 1 土质路基压实 压实度 K 式中 实验室最大干容重 标准干容重 实测干容重 式中 土的天然容重 土的天然含水量 3 3路基压实 土基压实标准应符合中华人民共和国行业标准 公路工程技术技术标准 JTG B01 2003 规定 见表3 6 土基压实度标准表3 6 3 3路基压实 用干容重表示和控制土基压实程度的原因土基压实的目的是使路基具有足够的强度和稳定性 而现行路面设计方法是以回弹模量为土基的强度指标 为什么不直接用回弹模量值来控制土基压实程度而用干容重呢 我们用图3 13所示的试验结果来分析说明 饱水前后压实试验结果对照曲线表明 饱水后 干容重和回弹模量均有所降低 而在最佳含水量处 两者的降低值均最小 即控制最佳含水量压实的土基 可以获得最好的强度和稳定性 如果以最大回弹模量值及所对应的含水量为准 饱水后回弹模量大大降低 水稳定性极差 这就是为什么不选用回弹模量值而选用最大干容重及其所对应的最佳含水量作为控制土基压实的原因所在 3 3路基压实 图3 13饱水前后压实指标对照示意图1 饱水前 2 饱水后 2 填石路基压实填石路基的压实质量控制宜采用施工参数 压实功率 碾压速度 压实遍数 铺筑层厚等 与压实质量检测联合控制填石路基压实质量检测可以采用压实沉降差或孔隙率 水袋法 进行 3 3路基压实 填石路基压实标准表3 7 3 4路基附属设施 3 4 1取土坑与弃土堆 1 取土坑路线外集中取土坑的设置 应根据各地段所需要取土的数量 并结合路基排水 土质 施工方法 做出统一设计 取土坑至路基之间的距离不得影响路基边坡稳定 桥头引道两侧不宜设置取土坑 兼作排水的取土坑 应确保水流通畅排泄 其深度不宜超过该地区地下水位 平原区一般深度约为1m 并应与桥涵进口高程相衔接 其纵坡不应小于0 2 平原地段亦不应小于0 1 对取土坑应采取必要的排水 防护和绿化措施 避免水土流失 3 4路基附属设施 2 弃土堆弃土堆设计应当与当地农田建设和自然环境相结合 并注意保护林木 农田 房屋及其他工程措施 弃土堆不得影响路基稳定和斜坡稳定 废方应在沿线附近低洼荒地或路堑的下侧堆放 当地面横坡缓于1 5时 可以设置在路堑两侧 弃土堆应堆放规则 进行适当的碾压 并采取必要的排水 防护和绿化措施 沿河弃土时 应避免弃土阻塞 污染河道 桥头弃土不得挤压桥墩 阻塞桥孔 风沙或风吹雪路段的弃土堆应设置在迎风一侧 并应与路基具有足够的距离 图3 14路旁取土坑示意图1 路堤 2 取土坑 图3 15路旁弃土堆示意图1 弃土堆 2 平台与三角土块 3路堑 3 4路基附属设施 3 4路基附属设施 3 4 2护坡道和碎落台 1 护坡道用于高边坡和软弱地基地段 护坡道的宽度应符合表3 6的要求 在高边坡路段 设置护坡道 平台 以加