路基与路面工程PPT课件.ppt

路基路面工程 目录 绪论道路风景欣赏第一章路基路面第二章行车荷载 环境因素 材料的力学性质第三章路基基本概念第四章路基边坡稳定性设计第五章挡土墙设计第六章路面基本概念第七章石料 稳定土与工业废渣路面及基层第八章沥青类路面第九章沥青路面设计第十章水泥砼路面 图片1 图片2 图片3 图片4 图片5 北京道路风光 图片6 北京道路风光 图片7 图片8 图片9 图片10 图片11 图片12 绪论 一 我国公路发展情况1991年 八五 计划用30年左右的时间建成12条长度约3 5万千米的 五纵七横 国道主干线 2000年12月31日 全国总里程达到167 98万千米 全国共有公路桥梁27 88万座 1031 20万延米 公路隧道1678处 62 43万延米 全国公路密度为17 5km 百平方公里 十五 计划 公路方面重点建设 一个系统三个网络 即国道主干线系统 区域干线公路网络 县乡公路网络 公路运输服务网络 到2005年 全国公路总里程达到160万公里 其中高速公路超过2 5万公里 二级以上公路里程达到28万公里 公路密度达到每百平方公里16 7公里 全国99 5 的乡镇和93 的行政村通公路 到2000年底中国高速公路里程达到1 6万公里 位居世界第三位 中国用10年的时间走过了其他国家一般需要40年的发展里程 各国公路总里程排行表 单位 公里 我国路面发展的三个阶段第一阶段 恢复原有公路和加快建设一些干线公路 解决通车问题 代表性的正规路面 泥结碎石和级配砾石路面 第二阶段 公路里程迅速增长的同时 改善路面的行车质量 增加车速 减轻养护 出现渣油表处路面 低级 能阻止路面材料和土基中水分的蒸发 援外工程中广泛采用 水泥稳定沙砾 土 基层 赞比亚 苏丹 级配碎石基层 索马里 马达加斯加 填隙碎石基层 索马里 尼泊尔 第三阶段 提高路线和路面等级 改建和新建高速公路 代表路面 半刚性基层路面 最新由于交通量轴载的明显增大 沥青路面早损对沥青路面上行车的安全和降低噪音提出了更高要求 一些新的表面层结构和新的沥青混合料面层在欧洲出现并推广 如多空隙沥青混凝土 开级配磨耗层 碎石沥青砂胶混凝土 SMA 半刚性路面 将用水硬性结合料处治层的沥青路面正式命名为半刚性路面 第一章总论第一节对路基路面的要求第二节路基路面的构造 第一章总论 第一节对路基路面的要求一 对路基和路面的使用要求 路基路面是道路的主要工程结构物 路基 在地表按照道路的线型 位置 和断面 几何尺寸 的要求开挖或者堆填而成的岩土结构物 路面 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 现代化的汽车运输 不仅要求道路能全天侯通行 而且要求车辆能以一定的速度安全舒适而经济地在道路上行驶 要求道路提供良好的行驶条件和服务水平 一 对路基的要求 路基是路面的支撑结构物 对路面的使用性能有重要影响 1 整体稳定填挖引起路基失稳软土上高路基岩质土质山坡上开挖 严重性 交通阻断 易引起交通事故 措施 正确设计 采取排水 防护和加固 支撑工程 2 变形小自重 车辆荷载作用下变形 地基软弱 填土疏松 过分潮湿时产生沉陷和变形 危害 导致路面出现过量的变形和应力增大 促使路面过早损坏并影响舒适性 措施 争取合适填料充分压实 改善水温状况 加固软弱地基 二 路面的功能及对路面的要求 1 功能 提供汽车在道路上全天候地行驶安全 舒适 快速 经济 路面的好坏直接影响车速 成本 行车安全和舒适性 路面在通车造价中占很大比例 约为20 70 2 要求 1 强度和刚度路面受力 阻力 车轮水平力 垂直力 震动力 冲击力 真空吸引力 强度 抵抗行车作用下产生的各种应力 避免破坏 刚度 防止产生过量的变形而形成车辙 沉陷 波浪等破坏 2 稳定性温度水分变化情况下相对稳定 沥青路面 高温稳定性和低温抗裂性需要提高 水泥混凝土 高温拱胀 低温缩裂需要避免 3 耐久性重复荷载作用下产生疲劳破坏和变形累积 需要足够的抗疲劳强度 抗老化 抗变形累积 4 表面平整度不平整路面会增大行车阻力 行车颠簸 影响速度和安全性 5 表面抗滑性能安全性能指标 制动雨天危险沥青路面 耐磨石料水泥混凝土路面 刷毛刻槽 第二节路基路面的构造一 路基的断面形式常用横断面图案表示 路堤 路堑 半填半挖三种 1 路堤 路基顶面高于原地面的填高路基称为路堤 低矮路堤的两测设置边沟 路堤的几种常见形式 矮路堤 一般路堤 浸水路堤 挖沟填筑路堤 2 路堑 全部由地面开挖出的路基称为路堑 分为全路堑 半路堑和半山洞三种 三 半填半挖横断面上 部分为挖方部分为填方的路基称为半填半挖路基 通常出现在地面横坡较陡时候 它兼有上述路堤和路堑的构造特点和要求 注 挖方边坡的坡脚设置边沟 汇集和排除路基范围内地表径流 上方设置截水沟拦截和排除流向路基的地表径流 挖方弃土堆在路堑的下方 坡体因开挖而可能失去稳定性时必须采用支挡结构物 边坡坡面易风化或有碎落物时 可设置碎落台也可坡面防护 二 路面的构造 一 路面结构层划分 1 面层 1 特点 直接承受行车荷载作用大气降水和温度变化 要求 足够的结构强度 温度稳定性 耐磨 抗滑 平整和不透水 2 结构 面层由一层或数层组成 顶面可加铺磨耗层 底面可增设联结层 3 材料 水泥混凝土 沥青混凝土 沥青碎石混合料 2 基层1 特点 主要起承重作用 承受由面层传递来的车辆荷载垂直力 并把它扩散到垫层和土基中 2 要求 足够的强度 刚度3 结构 有时需要设两层 上基层 底基层 4 材料 各种结合料 石灰 水泥 沥青 3 垫层1 路基土质较差 水温状况不良时候宜设置垫层 2 作用 起排水 砂垫层 隔水 防冻 防污或扩散荷载应力 软基 等作用 3 材料 水稳性和隔热性要好 松散材料 砂 砾石 炉渣 片石 透水性垫层 整体性材料 石灰土 炉渣石灰土 二 路拱和排水路拱作用 迅速排除降落在路面上的水 形式 直线型或抛物线形 其横坡随路面透水性增大而增大 三 路肩排除表面水 1 作用 1 承受车辆的偶然停留作用 2 对路面基层和垫层起到支撑作用 2 路肩的横坡应略大于路面横坡 以利于迅速 一 路基和路面的内容包括 规划 设计 施工 养护 监测和管理等方面 一 规划方面包括财政和项目两个方面 其内容为 1 依据路网内路基和路面结构的现状 分析达到规划期预定的目标所需要的资源 资金 材料 劳力 及其在时间和空间上的分配 2 计划在给定的预算水平下使路网的服务水平最佳所需安排的新建和改建项目及其对策方案 第三节路基路面工程的内容和特点 二 设计方面1 路基设计 1 根据路线设计确定的路基填挖高度和顶宽 结合沿线岩质或土质情况 设计路基横断面形状和边坡坡度 2 根据沿线地形 地表径流和地下水情况 进行道路排水系统的布置以及地面和地下排水系统构造物的设计 3 分析路基稳定性需要时采取坡面防护 支撑结构或地基加固措施设计 2 路面设计主要内容 1 提出路面结构层的选择和组合方案 2 进行各结构层材料的组成设计 3 设计各结构层尺寸 4 若干个方案进行经济分析 比较 选定实施方案 三 施工方面1 准备工作 图纸 测量2 修筑路基路面 3 施工管理 对施工质量进行控制 检查和验收 二 路基和路面施工特点 1 变异性和不确定性大 2 它们的设计 施工 养护 监测是一个相互关联和相互依存的系统 3 路基路面是一种复合结构 材料性状非线形 是应力水平和温度的函数 分析设计复杂 有时不得不依赖经验的补充 第二章行车荷载 环境因素 材料的力学性质第一节行车荷载第二节土基的荷载变形特性第三节环境因素的影响第四节路面材料的力学强度特性和变形 第一节行车荷 vehicleload 路面设计中 以轴重作为荷载标准 重型货车与大客车起决定作用 评定路面表面特征时 如路面的平整度 防滑性 应考虑小客车的安全性和可靠性 一 车辆的种类 vehicletypes 二 汽车的轴型 轴载 轴重是路面设计的关键 整车客货车 1 前轴 两个单轮组成的单轴占约1 3 极少数为双轴单轮 约占1 2 2 后轴 有单轴 双轴 三轴类型 大部分为双轴双轮 三 汽车对道路的静力作用 1 定义 静止状态的汽车对道路的作用 称为静力作用 其大小主要取决于车轮总重 2 影响因素 1 汽车轮胎的内压力 2 轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状 3 轮载的大小 3 半径 轮胎与路面的接触形状近似于椭圆 且a b差别不大 路面设计中 以圆形表示 双轮组车轴 每一侧双轮用一个圆表示 称为单圆荷载 每一侧双轮用两个圆表示 称为双圆荷载 双圆当量圆直径 P 作用在车轮上的荷载 KN p 轮胎接触压力 kPa 接触面当量圆半径 m 单圆当量圆直径 四 运动车辆对道路的动力作用 因为路面不平整车身震动 车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动 轮载成动态波动 行车荷载的重复作用 弹性材料 疲劳性质 弹塑性材料 变形累积 五 水平荷载 易使路面产生波浪 拥包 推挤等损坏 要求面层材料有足够的抗裂强度 六 交通分析 1 交通量 一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量 对于路面结构设计 不仅要求收集交通总量 还必须区分不同的车型 N1 初始年平均日交通量 Ni 每日实际交通量 r 交通量年均增长率 Ne 设计年限内累积交通量 2 轴载的组成与等效换算 标准 双轮组单轴载100KN作为标准轴载 等效原则换算 某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同的损坏程度为根据的 新规范修订 1 近年交通量增长很快 重车增长多 货车超载现象严重 应考虑重车对路面的影响 2 由于广泛采用半刚性基层结构 承载力提高 轻型车对路面的疲劳损伤减小 本次修订取消了60KN的标准 统一采用100KN的标准 标准轴载设计参考 标准轴载 BZZ 100双轮组单轴载 标准轴载P KN 100轮胎接地压强p MPa 0 70单轮传压面当量圆直径d21 30两轮中心区1 5d 1 当一设计弯沉作为指标及沥青层层底拉应力验算时 凡轴载大于25KN的各级轴载 包括车辆的前 后车辆 p1的作用次数n1 用下面的公式换算成标准荷载p的轴载当量作用次数式中 N 标准轴载的当量轴次 次 日 ni 被换算车辆的各级轴载作用次数 次 日 P 标准轴载 KN Pi 被换算车辆的各级轴载 KN k 被换算车辆的类型数 C1 轴载系数 C1 1 1 2 m 1 m是轴数 当轴间距大于3米时 按单独的一个轴载计算 当间距小于3米时 应考虑轴载系数 C2 轮组系数 单轮组为6 4 双轮组为1 四轮组为0 38 2 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 凡轴载大于50KN的各级轴载换算 C 1 轴载系数 C1 1 2 m 1 m是轴数 C 2 轮组系数 单轮组为1 85 双轮组为1 0 四轮组为0 093 轮迹横向分布 1 车辆在道路上行驶时候 车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摇摆 并按一定的频率分布在车道横断面上 称为车轮的横向分布 2 轮迹横向分布频率曲线影响因素 交通量 交通组成 车辆高度 交通管制 4 累计当量轴次Ne 在设计年限内考虑车道系数后 一个车道上的累计当量轴次之和 1 沥青路面 r 设计年限内交通量年均增长率N1 路面竣工后第一年双向日交通量的当量轴次 次 日 Nt 设计年限内末年的双向日交通量的轴载作用次数 次 日 t 设计年限 车道系数 2 刚性二 土基的强度和刚度指标 回弹模量 地基反映模量 加州荷载比1 回弹模量 反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质 测定方法 1 查表法 无实测条件是时采用 2 现场实测法 大型承载板法 测定土基在0 0 5mm的变形压力曲线 用弯沉仪测定 2 地基反应模量 根据文克勒地基假定 土基顶面的沉降仅同该点的压力大小成正比 而同相临点处的压力无关 此时压力与沉降的比成为地基反映模量 3 加州荷载比 土基或基层 底基层材料的加利福尼亚州荷载比 其值以一标准面的贯入棒在一定速度下压入试样内 达到某一规定深度所许的压力与压入标准碎石试样同一深度所需要的压力的百分比 室内实验 浸泡四天 饱水状态野外实验 施工时湿度状态 文克勒地基模型 第二节土基的荷载变形特性 一 土基的力学强度特性 一 路基工作区 1 路基受力 自重车辆荷载 P 车轮荷载换算的均布荷载KN D 圆形均布荷载作用面积的直径 Z 应力作用点深度 r 土的容重 2 正确的设计 应使路基所受的力在路基弹性限度范围内 即当车辆驶过后 路基能恢复变形 保证路基相对稳定 路面不致引起破坏 3 路基受力计算 车辆荷载为均布垂直荷载 路基为弹性均质半空间体 路基工作区 在路基某一深度处 当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小 仅为10 20 时候 该深度范围内的路基称为路基工作区 4 要求 1 对工作区深度范围内的土质选择 路基压实度提出较高要求 2 当工作区深度大于填土高度时 荷载不仅施加于路堤而且施加于天然地基上 所以天然地基也应充分压实 二 路基土的应力 应变特性弹性变形和塑性变形提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整体强度和刚度重要方面 压入承载板试验 三轴压缩试验 土的应力应变关系曲线 非线性变形 局部线性体即在曲线的一个微小线段内近似视为直线 以其斜率为模量1 初始切线模量应力值为零应力 应变曲线斜率2 切线模量某一应力处应力 应变曲线斜率 反映该应力处变化3 割线模量某一应力对应点与起点相连割线模量 反应该范围内应力 应变平均状态4 回弹模量应力卸除阶段 应力 应变曲线的割线模量总结 前三种应变包含回弹应变和残余应变 回弹模量则仅包含回弹应变 部分反映了土的弹性性质 第三节环境因素的影响 直接暴露于大气中 受温度 湿度影响大温度湿度变化 体积变化 胀缩应力 破坏 沥青面层日温度变化曲线大于气温 水泥混凝土面层温度日变化 一 路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间联系来预估 方法1 统计方法路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测 收集当地气象资料 气温 辐射热 对记录的路面温度和气象因素进行逐年回归分析 特点 不包含所有复杂因素 精度有地区局限性 只可在条件相似的地区参考使用 方法2 理论法应用热传导理论方程式推导出 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程 特点 参数确定难度大 理论假设理想化 结果与实测有一定的误差 温度对路基的影响 北方 冻胀翻浆南方 雨季积水湿软路基 Tmax 路面某一深度处的最高温度 Ta max 相应的日最高气温 Q 相应的太阳日辐射热 J a b c 回归常数 第四节路面材料的力学强度特性和变形 路面材料按形态和成型性质分为三类 1 松散颗粒型材料及块料密实型2 沥青结合料类嵌挤型3 无机结合料类稳定型一 力学强度特性1 抗剪强度 剪切破坏 路面结构层厚度较薄 总体刚度不足无机结合料基层层位不合理 内部剪力过大面层结构的材料抗剪强度较低 高温条件下沥青面层 沥青材料抗剪 沥青的粘度 用量多 下降 试验温度 加荷的速率有关 2 抗拉强度 气温变化收缩 湿度变化干缩产生拉应力抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供试验 直接拉伸试验 圆柱型试件 变形传感器 应力 应变值 劈裂试验 间接拉伸 圆柱型试件 压条 试件开裂破坏 水泥混凝土劈裂抗拉强度采用边长150mm的立方体试件 3 抗弯拉强度水泥混凝土 沥青混合料及半刚性路面材料修筑的结构层 车辆的荷载作用下处于受弯曲工作状态 试验 简支小梁试验评定 三分点加载混凝土抗折强度标准尺寸 150mm 150mm 550mm集料粒径不大于40mm4应力 应变特性 用于基层和底基层的碎砾石材料无法作成试件 但可由三轴试验可得到应力 应变的非线性 水泥混凝土 无机结合料处治的混合料 采用规则试件进行测定 三轴试验 单轴试验 小梁试验 沥青混合料 低温 单轴或小梁试验 高温 温度敏感性强用三轴压缩试验 应力 应变特性 随温度和加载时间变化的粘 弹性体 用劲度模量来表示 沥青混合料劲度模量 是在给定温度和加载条件下的应力 应变的关系参数 试验表明 加载时间短或温度较低时 材料处于弹性状态 中间过程 弹 粘性状态 加载时间很长或温度较高时 粘滞性状态 二 路面材料的累积变形与疲劳特性路面结构在荷载重复应力作用下 可能出现破坏极限状态有两类 第一类 弹塑性工作状态 塑性变形累积到一定限度 累积变形 第二类 弹性工作状态 内部微量损伤累积扩大 导致疲劳断裂破坏 疲劳破坏 共同点 破坏极限的发生不仅同荷载应力大小有关 而且同荷载应力作用次数有关 水泥混凝土路面 弹性工作状态 疲劳破坏 沥青路面 低温 弹性状态 疲劳破坏 高温 弹塑性状态 累积变形形成车辙 沉陷等 半刚性路面 无机结合料 早期 弹塑性后期 弹性 疲劳破坏 以黏土为结合料的碎砾石路面 弹塑性状态 累积变形 第三章 路基基本概念 第一节路基土的分类和干湿类型 公路自然区划 一 路基土的分类1 基本类型 按土的粒径分为巨粒组 粗粒组和细粒组 特殊土 分类总体系如下 粒组划分表 单位 mm 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 但不如沙性土 3 路基土的工程分级 在施工中 路基土石按其开挖难易程度 分为六级即松土 普通土 硬土 软石 次坚石 坚石 1 路基潮湿来源 大气降水 通过路面 路肩和边沟渗入路基 地面水 边沟及排水不良时的地面积水渗入路基 地下水 路基下面一定范围内的地下水浸入路基 根据不同水温状况采取不同措施 地下水位高的路段 适当提高路基 平原稻田地区 保持最小填土高度 地下水位深处 山岭重丘设为浅路堑2 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 方法2 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面积水位高低等特征确定 即临界高度法 新建公路路基干湿类型确定 可根据当地稳定的平均天然含水量 液限 塑限计算平均稠度 并考虑路基填土高度 有无地下水 地表积水的影响 论证地确定路基土的干湿类型 土基干湿类型 0为不利季节路床表面距地下或地表积水位的高度 地表积水指不利季节积水20天以上 1 2 3分别为干燥 中湿 潮湿状态的路基临界高度 具体可查表 划分土基干湿类型以平均稠度 c为主 缺少资料时 可参考表中一般特征确定 设计路基时 要求路基保持干燥和中湿状态 公路自然区划我国公路自然区划分为三个等级 一级区划 首先将全国划分为多年冻土 季节冻土和全年不冻土三大地带 一级自然区 根据不同地理 气候 地貌界限的交错和叠合 我国7个一级区的代号为 区 北部多年冻土区 区 东部温润季冻区 区 黄土高原干湿过渡区 区 东南湿热区 区 西南潮暖区 区 西北干旱区 区 青藏高寒区二级区划 在一级区划的基础上 以潮湿系数k为主进一步划分为33个二级区和19个副区共52个二级自然区 K 年降雨量R 年蒸发量Z三级区划 1 按地貌 水文和土类将二级区进一步划分为若干单元 2 另一种是地理和地貌等特点将二级区细划为若干区域 第二节路基的变形及破坏一 路基的主要变形破坏荷载因素 自重 行车荷载 自然因素影响稳定性的因素 水分 温度变化 正温度 负温度 风蚀作用 变形 弹性的 残留的 不能恢复的 1 路堤沉陷 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 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 一不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 3 碎落和崩塌剥落和碎落 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 大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌 崩塌 整体岩块在重力作用下倾倒 崩落 原因 岩体风化破碎 边坡较高 影响 危害较大的病害之一 比较 崩塌无固定滑动面 崩塌体各部分相对位置在移动过程中完全打乱 碎落滑坡4 路基沿山坡滑动原因 山坡较陡 原地面未清除杂草或人工挖台阶 坡脚未进行必要的支撑 5 不良地质和水文条件造成路基破坏不良地质条件 泥石流 溶洞等 较大自然灾害 大暴雨地区 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和水分累积 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 第四章 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 第一节 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 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 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 二 填料要求 水稳定性好 压缩性小 一方面考虑料源和经济性 另一方面顾及填料的性质是否适宜 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 粘土含量多时 水稳性下降 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 易风化的软质岩石块 稳定性差 三 边坡 三种形式 影响堤身的稳定和工程量的大小 路堤边坡坡度 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 四 压实 1 分层压实2 最佳含水量3 压实标准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 路堤 1 矮路堤填士高度 1 0m2 高路堤填士总高度 18m 土质 填石总高度 20m 石质 3 一般路堤介于两者之间路基压实标准 第二节路堑设计 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 边坡设计一 工程地质法 比照着当地具有相同工程地质条件 而处于极限状态的自然山坡和稳定的已成人工边坡 来确定路堑边坡的形状和坡度 1 影响路堑稳定性的因素 开挖深度 坡体的岩性或土质 地质构造特征 岩石的风化和破碎程度 地面水和地下水的作用 当地气候等 2 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 二 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 岩石挖方边坡坡度 三 边坡形状选择 直线 折线 台阶形 1 单一岩层 风化和破碎程度相差不大的坡体 直线边坡 2 坡高范围内上下的破碎程度有显著差别 台阶形或折线形 在不同层的分界面处设置边坡平台 三 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 1 行车道宽度 2 两侧路肩宽度 具体取决于公路技术等级 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 3 路基高度 路堤的填筑厚度或路堑的开挖深度 路中心线处的设计标高 与原地面标高之差 4 路基设计标高 路基边缘的标高 改建的路基设计标高可与新建公路相同 取路基边缘标高也可为路面中心标高 边坡高度H5 路基边坡坡度 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 路基边坡 有时包括路肩表面以及同路基有直接关系的道旁沙流 山坡 包括 1 坡面防护2 沿河路堤河岸冲刷防护与加固3 湿软地基加固处治一 坡面防护 作用 保护路基边坡表面免受雨水冲刷减缓温差及湿度变化影响延缓软弱岩土表面风化 碎裂 剥蚀过程 分类 1 植物防护 有生命防护 植草 容许流速0 4 0 6m s 边坡不陡于1 1 铺草皮 容许流速c1 8m s 边坡1 1 1 1 5 冲刷较重 适于长草种树 容许流速c1 8m s 坡岸河滩上降低流速 防水直接冲刷路堤2 工程防护 抹石防护 石质挖方坡面防岩石风化 表面完整常用材料 石灰浆 精造 喷浆 适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡 厚10cm水泥用量较大 重点工程可适用沙浆 水泥 石灰 河砂 及水 3 灌浆 勾缝 嵌补比较坚硬的岩石坡面 为防止水渗入缝隙成害 视缝隙深浅与大小 予以灌浆 勾缝 嵌补4 干砌片面护面 防止地面水位或河水冲刷浸水路堤或暴雨地区路堤5 护石墙 浆砌片石的坡面覆盖层 用语封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡 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 慎重选择 丁坝 顺坝 布置适当 较少共曾收到预期效果 布置不当 水流情况恶化 水毁时间 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 三 湿软地基加固 换填土土法 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 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沙垫层 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 注意 石灰 石灰和水就地拌和 硬结快 新鲜石灰 粉碎 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 考查11 对路基路面有哪些要求 2 路面分为哪几层 各有何特点 3 路基干湿类型有哪些判断方法 4 路基常见病害有哪些 怎样防治 5 路基设计考虑有哪些内容 6 路堑边坡如何确定 7 路基常见断面形式有哪些 8 我国公路自然区划有哪几级 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 地下排水目的 拦截路基上方的地面水和地下水迅速汇集基身内的地面水 把他们引导入顺畅的排水通道 并通过桥涵将其宣泄到路基的下方 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 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 二 具体布置步骤1 把主要流向路基的天然沟和排水沟规划成横向排水系统 垂直路线方向 2 拦截山坡水流 作为纵向排水系统 并汇集入横向排水系统或拦蓄山坡水流作成纵向蓄水系统 3 在横向和纵向排水沟渠之间的山坡上 根据面积大小和地形 确定是否需要设置边沟和各种排水系统沟渠 以构成排水网络 4 在路基两侧设置边沟 排水沟等或利用取土坑排水 以保证路基经常干燥 5 选定桥涵的位置 并使这些沟渠同桥涵联成网6 考虑是否需要设置地下排水系统 三 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 纵坡沟渠应没有一定的纵坡 使其中的水流能顺畅的流出 不至于淤塞 沟渠最小纵坡通常规定为0 5 特殊困难情况下可减小到0 2 4 长度为防止冲刷 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 在纵坡无法减小而必然引起冲刷时 应对沟壁进行加固加固试 草皮加固 四 地下排水设备设计在地下水位及路基稳定性或严重降低时其强度的情况下应根据具体情况采用不同方法来处理地下水 1 拦截地下水 上侧坡体上有含水层出露时 2 疏干坡体内地下水 3 降低地下水位 当地势低洼地下水很高时 路基上层受地下水的影响而过分湿软 可在路基两侧地面下设置纵向或横向渗沟以降低地下水位 疏干路基上层 提高其高度 明沟适用于地下水埋藏较深处 1 2m以内 可用作拦截 疏导 降低地下水位 也可兼排地下水 断面形式 矩形 梯形 渗沟应用于地下水埋藏较深处 渗沟内用大颗粒透水材料 碎石 砾石 填充以保证它有足够的孔隙排除地下水 通常用两 三种不同的渗水材料在迎水石处做成反滤层 每层厚度不小于10 15cm 渗沟顶部用草皮倒置覆盖 铺上密实的黏土 以防止地面水下渗 底部可用石料砌成排水孔 地下水流较大时 可采用管壁带有空的排水管 排水孔或管的底部应埋入不透水层内 二 路面排水设计原则 沿路面横向坡度两侧排水任务 迅速把降落在路面和路肩表面的降水排除防止路面积水而影响行车安全 1 路面排水 路肩排水 路堑 横向排流的表面水汇集于边沟内 路堑 横向排流的表面水汇集于边沟内路堤 沿路堤边坡横向漫流 适用于路线纵坡平缓 汇水量不大 路堤较低且坡面不会受到冲刷 路肩外侧边缘放置拦水带 然后一定间距设置泄水口和急流槽集中排放在路堤坡脚外 适用于路堤较高 边坡坡面易受雨水冲刷 拦水带可用沥青混凝土现场浇筑或水泥混凝土预制块铺砌而成 注意 拦水带过水断面内的水面 1在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘 2在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线 拦水带横断面参考 2 中央分隔带排水以及中央分隔带表面排水是高速公路以及一级公路表面排水的主要内容 根据分隔带宽度 绿化和交通安全设施的形式和分隔带表面处理方式选择排水方式 宽度小于3m 且表面采用铺石封闭降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道其坡度与路面的横坡度相同 宽度大于3m 且表面采用铺石封闭降落在分隔带上的表面水汇集在分隔带中央的低洼处 并通过纵坡排流到泄水口或横穿河界的桥涵水道中 表面无铺石且表面无排水设施的中央分隔带表面水下渗 该纵向排水渗沟 隔一定间距通过横向排出管排出河界 第四章路基边坡稳定性设计 一般路基 套用典型横断面图 无需论证和验算 高路基 深路堑 浸水沿河路堤 特殊地质地段的路基个别设计 稳定性验算用以确定合理的路基横断面形式第一节边坡稳定性分析原理与方法一 边坡稳定原理 破裂面1 用力学方法进行边坡稳定性分析时 为简化计算 都按平面问题处理2 松散的砂性土和砾石内摩擦角较大 粘聚力较小 破裂面近似直线破裂面法 3 粘性土粘聚力较大 内摩擦角较小 破裂时滑动面为圆柱形 碗形 近似于圆曲面 采用圆弧破裂面法 二 在进行边坡稳定性分析时 近似方法并假定1 不考虑滑动主体本身内应力的分布2 认为平衡状态只在滑动面上达到 滑动主体整体下滑3 极限滑动面位置通过试算来确定二 边坡稳定性分析的计算参数路堑 天然土层中开挖 土类别 性质天然生成的路堤 人工填筑物 填料性质和类别多为人为因素控制 对于土的物理力学数据的选用以及可能出现的最不利情况 力求能与路基将来实际情况一致 所需土的试验资料 1 对于路堑或天然边坡取 原状土的容重r 内摩擦角 粘聚力c2 对路堤边坡 取与现场压实度一致的压实土试验数据 r c同上 路堤各层填料性质不同时 所采用验算数据可按加权平均法求得 汽车荷载当量换算路基承受自重作用 车辆荷载 按车辆最不利情况排列 将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度 0 0称为车辆荷载的当量高度或换算高度 荷载分布宽度 可分布在行车道宽度范围内 考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上 也可认为 1厚当量土层分布于整个路基宽度上 三 边坡稳定性分析方法 力学分析法 1 数解法 假定几个滑动面力学平衡原理计算 找出极限滑动面 2 图解或表解法 在计算机或图解的基础上 制定图或表 用查图或查表来进行 简单不精确 力学分析法 直线法 适用于砂土和砂性土 两者合称砂性土 破裂面近似为平面 圆弧法 适用于粘性土 破裂近似为圆柱形 1 直线法 2 圆弧法粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面 条分法 将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条 依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力 叠加计算整个土体的稳定性计算精度与分段数有关越大越精确 一般为8 10段 结合横断面特性 划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算 假定 1土体均质 各向同性2滑动面通过坡脚3不计各土条间侧向力的作用 1 圆弧法基本步骤 通过坡脚任意选定可能滑动面AB 半径为R 纵向单位长度 滑动土体分条 5 8 计算每个土条重Gi 土重 荷载重 垂直滑动面法向分力 计算每一段滑动面抵抗力Nitg 内摩擦力 和粘聚力cLi Li为I小段弧长 以圆心o为转动圆心 半径R为力臂 计算滑动面上各点对o点的滑动力矩和抗滑力矩 求稳定系数k 再假定几个可能的滑动面 计算相应k值在圆心辅助线MI上绘出 稳定系数k1 k2 kn对应于O1 O2 On的关系曲线K f O 与曲线f O 相切即为极限滑动面kmin在1 25 1 5之间 稳定系数k取值 k 1 25 1 50当计算k小于容许值 k 应放缓边坡 从新拟订横断面 在按下述方法进行边坡稳定性分析 4 5H法步骤 由坡脚A向下引垂线量取路堤高Hc 由c沿水平线量取4 5H设D 在A点作与边坡夹角 1 B点作与水平线夹角 2的两直线AO BO交与O点 连接DO并向外延伸4 5H法精确用于分析重要建筑物的稳定性 36 法方法 坡顶B处作与坡顶水平线成36 的直线BE 第二节陡坡路堤稳定性验算地面横坡陡于1 2 5 需验算路堤边坡的稳定性以预防路堤沿地面陡坡下滑 滑动面可分为 路堤沿基底接触面滑动路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑验算中 应采用滑动面附近较为软弱的土的有关数据 假定滑动面上土体沿滑动面整体滑动1 滑动面为单一坡度倾斜面时 直线滑动面稳定性验算 整个路堤沿直线斜坡面滑动的下滑力E为 当验算设得下滑力E为零或负值时 此路堤可认为是稳定的即 E 0路堤稳定 2 折线滑动面稳定性验算步骤 将折线划分为几个直线段路堤按各直线划分为若干块土体 从上侧山坡到下侧山坡 逐块计算每块沿滑动面的下滑力 最后一块土体下滑力大于零不稳定 小于或等于零稳 若算得第n块土体下滑力En为负值 则可不列入下一块土体的计算 保守算法 En平行于各相应土块的滑动面 最后一块土体En为正值时土体不稳定剩余下滑力 En 0稳定En 0不稳定3 稳定措施 改善基底状况 增加滑动面的摩擦力或减小滑动力清除松软土层 夯实基底 使路堤位于坚实的硬层上开挖台阶 放稳坡度 减小滑动力路堤上方排水 阻止地面水浸湿基底 改变填料及断面形式 采用大颗粒填料 嵌入地面放缓坡脚处边坡 以增加抗滑力 在坡脚处设支挡结构物石砌护脚 干砌或浆砌挡土墙 第三节浸水路堤稳定性一 河滩路堤受力 普通路堤外力 自重 浮力 受水浸泡产生浮力 渗透动水压力 路堤两侧水位高低不同时 水从高的一侧渗透到低的一侧产生动水压力 最不利情况 水位降落时动水压力指向河滩两侧边坡 尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时 对路堤最不利 二 渗透动水压力的计算 三 河滩路堤边坡稳定性验算 河滩路堤最不利情况 最高洪水位骤然降落时通常采用圆弧法 条分法 计算公式如下 注意情况 1 砾石 片石等无粘性透水材料填筑的路堤水位变化时 不发生动水压力D 0 C 0 Cb 02 用不透水或透水极小的粘性土填筑的路堤水位变化时 不发生动水压力D 03 用一般粘性土 亚粘土 亚砂土 填筑的路堤水位变化时 堤身产生动水压力必须绘制浸润曲线 假定为直线 坡度为降落曲线的平均坡度 用前式计算4 河滩路堤的安全系数 一般规定不小于1 25 按最大洪水位验算时 其安全系数可采用k 1 15 第五章挡土墙设计 第一节挡土墙用途 类型及使用条件一 使用场合挡土墙是支撑路基填土或者山坡土体 防止填土或体变形失稳的构造物 公路中常用1 路堑挡土墙山坡陡峭 降低边破高度 减少开挖或者地质不良 防止滑坡 2 山坡挡土墙 3 路肩挡土墙 路坡稳定 收缩坡角 路堤挡土墙 4 路堤挡土墙 收缩坡脚 防止陡坡堤下滑挡土墙设置与否 与同其工程方案比较确定1 与移改路线位置进行比较 2 与填筑或开挖边坡相比较3 与坼移有关干扰路基的构造物 房屋 河流 水渠 等比较4 与设置其分类型的构造物 桥 护墙 等比较 二 类型及使用范围1 重力挡土墙适用 地基良好 非地震和沿河受水冲刷地区 利用衡重台上部填土的下压作用和全墙重心的后移 增加墙身稳定 平均短石尺寸 适合于山区 地石横坡陡峭的路肩墙 路堑墙 路破墙 2 锚定式挡土墙1 锚杆式分为钢筋混凝土主栓 挡土板 钢锚杆 2 锚定板式 墙后板压力由挡土板传立柱传钢锚杆锚固力适用于 构件段石小 工程量省特别适用于地质不良时 石料缺乏 挖基困难 有锚固条件的路基挡土墙 3 薄壁式挡土墙1 悬臂式 立壁 底板 2 扶壁式 主要依靠腹板上的填土量来保证 特点 自重轻 做工省 适用于墙高较大 地质条件一般 需用一定量的刚材 经济效果好 4 加筋式挡土墙 填土 填土中布置拉筋条 墙石板受力 放置拉筋材料 填土压实 通过填土与拉筋间的摩擦作用 把土的侧压力传给拉筋 特点 柔性结构 对地基变形随意性大 建筑高度大 适用于填土沙基 节约投资30 70 经济效益大 第二节挡土墙压力计算一 作用在挡土墙上的力系1 一般地区挡土墙受到的主要力系1 挡土墙自重G及位于墙上的恒载2 作用于墙背上的主动土压力Ea3 基底的法向反力N及摩擦力T2 浸水地区还包括挡土墙及墙后填料的水浮力渗水性土作填料时 动水压力不予考虑 3 附加力 季节性作用于挡土墙上的各种力如 洪水时的静水压力和浮力 动水压力 波浪冲击力 冻胀压力 冰压力等 4 特殊力 偶然出现的力 如 地震力 施工荷载 水流漂浮物的撞击力 考虑原则 根据挡土墙所处的具体工作条件 最不利组合一般地区仅考虑主要力系浸水地区考虑附加力地震区考虑地震力主动土压力 当挡土墙向外移动 土压力随之减少 直到墙后土体沿破裂下滑而处于平衡状态时 作用于墙背的土压力 设计中考虑主动土压力 二 一般条件下库伦主动土压力计算 一 各种边界条件下主动土压力计算 库仑理论的要点为 1 假设墙背填料为均质散粒体 仅有内摩擦力 而无粘聚力 2 当墙背向外移动或饶墙趾外倾时 墙背填料会出现既一通过墙踵的破裂面 证为平面 3 破裂面上的土楔 既为刚性体 根据静力平衡条件 确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主