第三章_一般路基设计

第三章一般路基设计 第一节路基土的分类 一 路基土的分类1 基本类型 按土的粒径分为巨粒土 粗粒土 细粒土和特殊土 分类总体系如下 粒组划分表 单位 mm 塔里木大学水利与建筑工程学院 2 土的工程性质1 砂性土 良好的修筑路基材料 含一定数量粗颗粒 使路基具有足够的内摩擦力 不过分松散 雨天不混污 晴天不扬尘且易压实 巨粒土包括漂石和卵石 有很高的强度 是良好的填筑路基材料 亦可用于砌筑边坡 砾石 级配良好的 密实度好 强度稳定性好 可填筑路基基层 底基层 处理后 2 粉性土 最差的筑路材料 毛细水上升高度大 冬时冻胀 春时翻浆又称翻浆土 3 粘性土 透水性差 粘聚力大 干时坚硬不宜挖掘 有较大的可塑性 粘聚性和膨胀性 毛细现象显著 比粉性土好 但不如砂性土 塔里木大学水利与建筑工程学院 3 路基干湿类型 判断方法 分界稠度法实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度 塔里木大学水利与建筑工程学院 方法2 临界高度法 塔里木大学水利与建筑工程学院 土基干湿类型 4 路基的主要变形破坏 1 沉陷荷载因素 自重 行车荷载 自然因素变形 弹性的 残留的 不能恢复的 垂直方向产生较大的沉落原因 1 填料不当2 填筑方法不合理 不同土混杂 未分层填筑 压实 土中有未经打碎的大块土或冻土块 荷载 水和温度综合变化 原地面软弱 如泥沼 流沙 垃圾堆积未做处理等 冻胀 翻浆 塔里木大学水利与建筑工程学院 2 路基边坡的滑塌 滑坡 常见的路基病害 也是水毁的普遍现象 溜方 少量土体沿土质边坡向下移动而形成 边坡上表面薄层土体下溜 原因 流动水冲刷边坡 施工不当引起 滑坡 一部分土体在重力作用下沿某一滑动层滑动 原因 土体稳定性不足引起 塔里木大学水利与建筑工程学院 比较 碎落无固定滑动面 崩塌体各部分相对位置在移动过程中完全打乱 碎落崩塌 塔里木大学水利与建筑工程学院 3 碎落和崩塌碎落 路堑边坡风化岩层表面 大气温度与湿度交替作用以及雨水冲刷和动力作用之下 表面岩石从坡面上剥落下来 向下滚落 崩塌 大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌 原因 岩体风化破碎 边坡较高 影响 危害较大的病害之一 二 路基病害防治提高路基稳定性 防止各种病害产生 采取措施 1 正确设计路基横断面 2 选择良好的路基用土填筑路基 必要时对填土作稳定处理 3 采取正确的填筑方法 充分压实路基 保证达到规定的压实度 4 适当提高路基 防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围 5 正确进行排水设计 6 必要时设计隔离层隔绝毛细水 设置隔温层减少路基冰冻深度 7 采取边坡加固 修筑挡土结构物 土体加固等防护技术措施 以提高其稳定性 塔里木大学水利与建筑工程学院 第二节一般路基设计一 一般路基 指在一般地区 填方高度和挖方深度小于规范规定的高度和深度的路基 可以结合当地地形 地质情况直接套用典型横断面或设计规定 特殊地质路段和高度 深度 超过规范规定的路基应进行个别设计和验算 二 一般路基设计的内容 1 结合路线几何设计要求和当地地形选择路基断面形式 2 选择路堤填料和压实标准 3 确定边坡形状和坡度 4 路基排水系统布置和排水结构物设计 5 坡面防护和加固设计 塔里木大学水利与建筑工程学院 路堤设计路堤是由土石材料在地面上堆填起来的结构物 要求 结构稳定性和沉降变形量小 设计考虑 地基 填料 边坡形状和坡度 堤身压实度 排水和坡面防护 一 地基1 要求 地基有足够的承载力和低压缩性2 经验 1 基岩 砾石土或一般砂土和粘性土地基 基本上符合支撑路堤的要求 2 潮湿的粘性土地基 粘结力小于20 40kpa 往往承载力不足 处理 对地基进行钻探取样确定软弱地基的层厚及其物理力学性质 判断对路堤的支撑能力和沉降量 塔里木大学水利与建筑工程学院 3 地基处理情况 顶面酌情处理除去草根 树根 各种耕作物 防止腐烂后形成滑动面 冬季施工时 除去顶面的雪 冰或冻土 以免接触面碾压不实形成软弱面 地基顶面有滞水 经过水田 池塘 洼地时是根据积水深和水下淤泥厚度等具体情况 采取排水疏干 挖除淤泥 抛填片石或砂 砾石等处理措施 A图为经过水田地段处理 塔里木大学水利与建筑工程学院 B图为经过池塘的地区处理 地基为斜坡 坡度大于1 5时 原地面开挖台阶以防路堤沿坡下滑 台阶的高度为路堤分层填土厚度的2倍 40 60 坡度大于1 2 5时 应进行滑动稳定性验算 塔里木大学水利与建筑工程学院 二 填料要求 水稳定性好 压缩性小 1 砾石 不宜风化的石块 渗水性很强 水稳性极好 强度高 为最好的填料 石块空隙用小石块塞实时 塑性变形小 2 碎石土 卵石土 砾石土 粗砂 中砂 渗水性很强 水稳性好 为施工性能良好的一类优质填料 3 砂性土 既含一定数量的粗颗粒 具有足够的强度和水稳定性 又含一定数量的细颗粒 把粗颗粒粘结在一起 为修筑路堤的良好填料 4 粘性土 渗水性差 干燥时不易挖掘 浸水后水稳定性差 强度低 变形大 在给予充分压实和良好排水设施的情况下 可做路堤填料 5 不宜作路基填料 极细砂 粉性土 毛细现象严重 冻胀翻浆现象严重 风化的软质岩石块 稳定性差 塔里木大学水利与建筑工程学院 填料的填筑规则 1 纵向采用不同土质填筑时 为防止不均匀变形 相邻路堤交接面应做成斜面 并将透水性差的土填在下部 2 不同土质应分层填筑 透水性差的土填在下部 顶面做成4 双向横坡 保证上层排水 3 若透水性大的土填在透水性小的土下部 则透水性大的土顶面做成平坡 4 不同填料的层次安排 应考虑路基工作条件 冻融 浸水 积水 5 防止雨水侵蚀边坡 采用透水性小的土包边 包边土与中间部分一起分层压实 并设盲沟排水 6 当路堤填料颗粒尺寸相差较大时 应在其间加设反滤层 防止两部分混入引起路堤下沉 塔里木大学水利与建筑工程学院 三 边坡 三种形式 1 直线 最常见 适用于矮路堤和中等高度路堤 受力情况是上陡下缓 所以上部偏安全下部偏危险 路堤高度大时不经济 2 折线 上陡下缓 符合路堤的受力情况 变坡不宜多 多了施工不宜控制 坡面也易受水冲刷 3 台阶形 每隔一定高度设置宽度不小于1 2米的护坡道 护坡道具有3 的外向横坡 适用于高路堤 设置护坡道可以减缓较长坡面的地面水流速 防止坡面受冲刷 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 路堤边坡坡度 四 压实 1 分层压实2 最佳含水量3 压实标准 压实度4 压实的目的 为了消除路堤在荷载和自然因素作用下可能出现的过量变形 塔里木大学水利与建筑工程学院 第二节路堑设计 根据地层性质的不同把边坡分为岩质 土质和碎 砾 石土三类路堑边坡 塔里木大学水利与建筑工程学院 路堑 从天然地层中开挖出来的路基结构物 路堑设计的中心问题 结构物的整体稳定性 主要内容 1 路堑边坡2 路堑排水3 坡面防护设计4 边坡设计 开挖形式分为全路堑 半路堑和半山洞三种 塔里木大学水利与建筑工程学院 岩质路线边坡 一 影响稳定性的因素 1 结构面的产状 2 岩体破碎程度 3 岩石风化程度 4 岩石性质 5 施工方法 二 边坡坡度参考值使用时 1 应先对设计路堑的工程地质条件进行调查和分级 2 设计人员也可根据当地具体条件和设计经验 通过调查分析得出适合该地区的经验设计坡度表 三 边坡形状选择 直线 折线 台阶形 塔里木大学水利与建筑工程学院 岩石挖方边坡坡度 塔里木大学水利与建筑工程学院 土质路堑边坡 随土层的生成原因 土质 密实程度和水文条件等因素而异 1 对比分析综合考虑 1 成因 有无构造裂隙和水文具体情况 2 参照当地已成边坡或自然山坡坡度 2 路基宽度 行车道宽度 两侧路肩宽度 等级高的公路当设中间带 路缘带 边速车道 爬坡车道 紧急停车带 路上设施等 塔里木大学水利与建筑工程学院 3 路基高度 路堑的开挖深度 路中心线处的设计标高 与原地面标高之差 4 路基边坡坡度 边坡高度H边坡宽度 第三节防护工程设计 1 路基防护与加固意义 保证公路使用品质 提高投资效益 保证路基强度和稳定性的重要措施之一 2 防护重点 包括 1 坡面防护2 沿河路堤河岸冲刷防护与加固3 湿软地基加固处治 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 一 坡面防护 植物防护 灰浆防护和砌体防护 1 植物防护 利用植被覆盖坡面 根系固结表土 防水土流失 调节坡温 确保边坡稳定 适宜在土质边坡上 1 种草 缓坡坡面 不陡于1 1 容许流速0 4 0 6m s 边坡不陡于1 1 2 铺草皮 较陡坡坡面 分叠铺 平铺 方格式铺 容许流速1 8m s 边坡1 1 1 1 5 冲刷较重 适于长草 3 种树 缓坡坡面 不陡于1 1 5及严重风化岩石边坡 较经济 容许流速c1 8m s 坡岸河滩上降低流速 防水直接冲刷路堤 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 2 灰浆防护 用水泥 石灰类矿质混合料对边坡进行封面和填缝 用于不宜植被的坡面 1 封面 包括抹面 厚3 7cm 使用6 8年 捶面 厚10 15cm 使用10 15年 喷浆 厚5 10cm 砂浆强度大于M10 喷射混凝土 厚10 15cm dmax 15cm 水泥混凝土强度c15 封面每隔2 3m交错设泄水孔 孔径为10cm 大范围封面要设伸缩缝 抹面 捶面为10米 喷浆 喷射混凝土为20米 注意 不宜在严寒季节 雨天及日照强烈时施工 2 填缝 岩石挖方边坡 分勾缝和灌缝 3 砌体防护 对易发生严重剥落 冲蚀或溜方等坡面使用 分框格 砌石 混凝土块 护坡和护墙等砌体形式 框格防护 在降雨量大且集中地区 以砌体做成框式骨架 格内采用植物或其他防护 砌石 混凝土块 护坡 用于易受水流侵蚀的土质边坡 严重剥落的软质岩石边坡 护面墙 坡度陡时 且易风化或软破碎岩石挖方边坡及坡面易受侵蚀的土质边坡 塔里木大学水利与建筑工程学院 二 堤岸防护 植物防护 砌石防护 抛石 抛笼 浸水挡土墙 三 支挡结构 防坡体滑坡或减少占用耕地时用 有砌石路基 护肩 护脚 矮墙等形式 砌石路基 1 5 护肩 护脚 矮墙 内侧 1 0 2 1 0 5 塔里木大学水利与建筑工程学院 二 冲刷防护 一 直接措施 1 植物防护 同路面防护基本一致2 石砌防护 同路面防护基本一致3 抛石 类似坡脚设置护脚抛石跺不受季节限制 防急流和大风浪破坏堤岸也可加固河床防止冲刷 4 石笼 用铁丝编织成框架 内填石料设于坡脚出 放急流和大风浪破坏堤岸 加固河床 防止冲刷 二 间接防护改变水流方向 设置导流结构物或改变河道彻底接触水流对局部堤岸的损坏作用 选择 丁坝 顺坝 塔里木大学水利与建筑工程学院 塔里木大学水利与建筑工程学院 三 湿软地基加固 换填土法 碾压夯实 排水固结 振动挤密 化学加固1 分布 在我国沿河沿湖沿江海地带广泛运用 2 软土特点 天然含水量大 孔隙比大 压缩性高 强度低 其上修建公路时 易产生路堤失稳或沉降过大等问题 3 软土概念 以水下沉积的饱和水的软粘性土或淤泥为主的地层 有时有少量的腐泥或泥炭层 4 常用处理方法 1 换填土法全部或部分挖出软土 换填以砂砾片石等渗水或强度较高的土类 并予以压实 2 重锤夯实方法一般以钢筋混凝土制成截头圆锥体 底部垫钢板 重量1 5吨或稍重 锤底直径1 1 5M 起重设备的能力为8 15吨 落距高2 5 4 5M 夯实遍数8 12次 效果 承载力可提高2 5倍 压缩性降低2 10倍 效果好 经济 运用面广 塔里木大学水利与建筑工程学院 3 排水固结法运用堵截预压挤出土中的过多含水 达到挤密土粒和提高强度的目的 为缩短预压时间 加设砂井竖向的排水通道或铺设砂垫层 效果更好 4 挤密法土基打孔后 在孔中灌以砂 石 土 灰土或石灰等材料 捣实成直径较大的桩体 土体被横向挤密 孔隙小 桩体本身有较高的承载力 形成符合地基 石灰桩 效果好 生石灰吸水 发热 离子交换作用使桩体硬化 注石灰 石灰和水就地拌和 硬结快 新鲜石灰 粉碎 塔里木大学水利与建筑工程学院 5 化学加固法利用化学溶液或胶凝剂 采用压力灌注或搅拌混合等措施 使土颗粒胶结起来 达到对地基的加固作用的目的 化学溶液主要有 1 以水玻璃为主的浆液 昂贵 2 丙烯酸氨为主的浆液 价高 3 水泥浆液4 以低浆溶液为主的浆液 毒性 塔里木大学水利与建筑工程学院 第三节排水设计 重要性 立即的各种病害和变形的产生都与地面水和地下水的浸湿和冲刷有关 一 路基排水系统设计 地面排水 地下排水 一 各种排水设备1 各种沟渠1 截水沟 或称为天沟 位置 设置在路基坡顶5m以外或山坡路堤上方 作用 拦截路基上方流向路基的地面水 减轻边沟水流负担 保护挖方边坡和填方坡脚2 边沟 位置 挖方路基的路肩外侧 低路堤的坡脚外侧作用 汇集和排除 路基范围内和流向路基的少量地面水3 排水沟位置 结合地形 路基坡脚外3 4m作用 用来把截水沟和边沟内汇集的水排引到附近的桥涵 河谷或远离路基的低洼地 塔里木大学水利与建筑工程学院 第四节路基排水设计 塔里木大学水利与建筑工程学院 2 各种蓄水的构造物 阳水堤 当不宜采用截水沟来排除上例山坡的地面水时 可设置在路基上侧山坡上 用以把水拦蓄在山坡上 就地渗透和蒸发 蓄水池 当截水沟或边沟内汇集的水无法排引出路基时 可在路旁设置蓄水池 用以拦蓄部分水 使之自然渗透和蒸发 塔里木大学水利与建筑工程学院 3 各种底下排水构造物 明沟 设置在路基上方 拦截 引排或降低埋藏不深的浅层地下水 并可兼起排地面水的作用 渗沟 暗沟 设在边坡坡体或山坡上 用以疏干及引排坡体内的地下水 4 各种泄水构造物穿越路基 将路基上方的水流宣泄到下方 如桥梁 涵洞 渗水路堤和过水路面等 5 河道整治工程改善河道水流状况 防止冲刷路基下方的构造物 如导流坝 人工渠道等 塔里木大学水利与建筑工程学院 二 地面排水设备设计设计内容包括 确定位置 设计横断面和纵断面1 位置 沟渠应设在地质上稳定和地形上较平缓的地方 沟渠 平面线形力求平顺 转折处尽量用较大半径 截水沟 应距路堑边坡坡顶边缘或路堤边坡坡脚一定距离2 横断面 常用梯形 边沟也有三角形和矩形 岩石路堑 沟渠断面尺寸 应能保证排泄设计流量 沟渠端面能排泄的流量 按明渠均匀流的计算公式 截水沟 排水沟 边沟不用计算3 纵坡 沟渠最小纵坡为0 5 特殊困难情况下可减小到0 2 4 长度 沟渠单向排水的长度限制在300 500m 土质不良纵坡过大处 此长度还应缩短 沟长超出范围时 应增设出水口 将水引离 5 加固 在纵坡无法减小而必然引起冲刷时 应对沟壁进行加固 草皮加固 塔里木大学水利与建筑工程学院 三 地下排水设备设计1 拦截地下水 上侧坡体上有含水层出露时 2 降低地下水位 路基上层受地下水的影响而过