第4章 路基工程概论.pptx

道路工程技术,北京大学出版社主编刘雨,第4章路基工程概论,4.1概述4.1.1公路基本组成部分1.公路基本组成部分公路路是一种带状的三维空间实体，它的中心线是一条空间曲线。1）路基是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，是路面的基础，承受由路面传来的行车荷载。2）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。,3）路床是指路面底面以下80cm范围内的路基部分，在结构上分上路床(030cm)及下路床(3080cm)两层。4）路肩是指位于行车道外缘至路基边缘，具有一定宽度和横坡度的带状结构部分(包括硬路肩与土路肩。5）路基边坡是指为保证路基稳定，在路基两侧做成的具有一定坡度的坡面，为了防止水流对边坡的冲刷，在坡面上所做的各种铺砌和栽植的总称叫护坡。,6）为防止路基填土或山坡土体坍塌而修筑的承受土体侧压力的墙式构造物称为挡土墙7）为保持路基稳定和强度而修建的地表和地下排水设施称为路基排水设施，包括边沟、截水沟、排水沟、急流槽、跌水、蒸发池、渗沟、渗水井等。,2.路基工程特点公路路基是路面的基础，它的作用是保证路面平整，并具有足够的强度与稳定性。因此，要求路基在行车荷载和自然因素的综合作用下，具有良好的使用品质。,4.1.2路基路面稳定性影响因素1.影响路基路面稳定性的自然因素1）地质和地理条件2）气候条件3）水文及水文地质条件4）土的类别和强度,2.影响路基、路面稳定性的人为因素1)荷载作用。包括静载、动载的大小及重复作用次数。2)路基、路面结构。3)施工方法与质量。4)养护措施。,4.1.3路基自然区划及干湿类型1.公路自然区划为使自然区划便于在实践中应用，结合我国地理、气候特点，将全国的公路自然区划分为三个等级。1)一级区划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，再根据水热平衡和地理位置，划分为冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮湿、干旱和高寒七大区。(图4.12),2)二级区划二级区划仍以气候和地形为主导因素，但具体标志与一级区划有显著差别潮湿系数K值按全年的大小分为六个等级：过湿区K2.00：中湿区2.00K1.50：湿润区1.50K100：润干区1.00K0.50：中干区0.50K0.25：过干区K0.25。3)三级区划三级区划是对二级区划的进一步划分。,2.路基的干湿类型1)路基干湿类型及湿度来源路基土按其干湿状态可分为干燥、中湿、潮湿和过湿四类。2)路基干湿类型划分（1）根据平均稠度划分我国现行JTGD502006公路沥青路面设计规范中规定，路基干湿类型可以实测不利季节路床顶面以下800mm深度内土的平均稠度，再按表4-1路基干湿状态的稠度建议值确定。干燥、中湿、潮湿和过湿四类。干湿类型以分界稠度来划分。,（2）根据临界高度划分临界高度是指在不利季节，与分界稠度相对应的路床顶面距地下水或地表积水水位的高度称为路基临界高度即：H1相对应于c1为干燥与中湿状态的临界高度；H2相对应于c2为中湿与潮湿状态的临界高度；H3相对应于c3为潮湿与过湿状态的临界高度。,4.1.4路基土分类及工程性质1.巨粒土巨粒土是指粒径大于60mm颗粒质量占5%以上的土组。它有很高的强度及稳定性，是填筑路基的良好材料。2.粗粒土粗粒土指粒径为0.074mm60mm颗粒质量占50%以上的土组。,3.细粒土细粒土指粒径小于0.074mm颗粒占50%以上的土组。根据粒径大小和土体含有不利4.特殊土黄土属大孔和多孔结构，具有湿陷性；膨胀土受水浸湿发生膨胀，失水则收缩；红黏土失水后体积收缩量较大；盐渍土潮湿时承载力很低；冻土冻结时土体积膨胀，融化时水分增加，土层软化，强度大大降低。因此，特殊土也不宜作路基填料。成分分为粉质土、黏质土和有机质土。,4.2路基排水设施,4.2.1路基排水目的根据水源的不同，影响路基的水可分为地面水和地下水两大类。地面水包括大气降水(雨或雪)后在地表形成的径流，低洼积水和路基上侧流向路基的地表水。地下水是指地表以下岩石或土层的孔隙、裂隙中的水，包括上层滞水、潜水、层间水等。,4.2.2路基排水设施,1.地面排水设施路基地面排水可采用:边沟截水沟排水沟跌水与急流槽拦水带蒸发池等设施。,1）边沟边沟是在路基两侧设置的纵向水沟，用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。,2）截水沟设置在挖方路基边坡顶以外或山坡路堤上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地面水，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷和损害的人工沟渠，称为截水沟(又称天沟),挖方路段截水沟示意图l-截水沟；2-土台；3-边沟,挖方路段弃土堆与截水沟关系图l-截水沟；2-弃土堆；3-边沟,填方路段上的截水沟示意图1-土台；2-截水沟,3）排水沟排水沟的作用是将边沟、截水沟、取土坑、边坡和路基附近积水引排至桥涵或路基范围以外的天然河流或低洼地。排水沟横断面一般采用梯形，其断面尺寸根据设计流量确定，深度和底宽不宜小于0.5m，边坡坡度可采用，沟底纵坡宜大于0.5%，,排水沟与水道衔接示意图1-排水沟；2-其它渠道；3-桥涵中心线；4-桥涵,4）跌水与急流槽在山岭重丘地区，地形险峻，排水沟渠纵坡较陡，水流通过坡度大于10、水头高差大于1.0m的地段，水流湍急，冲刷力强，为接引水流，降低流速，消减能量，防止对路基与桥涵结构物构成危害，多采用跌水和急流槽。,边沟与涵洞单级跌水连接图1-边沟；2-路基；3-跌水井；4-涵洞,跌水有单级和多级之分,急流槽由进口、主槽和出口三部分组成,蒸发池是指在气候干燥地区的排水困难地段，于公路两侧每隔一定距离，可利用沿线的集中取土坑或专门设置，汇集边沟流水任其蒸发所设置的积水池。,5.蒸发池,2.地下排水设施1）暗沟暗沟是用于排除泉水或地下集中水流的沟渠如图4.23所示，它本身没有渗水或汇水作用，而是把路基范围以内的泉水或渗沟所拦截、汇集的水流，排除到路基范围以外，使不致在土中扩散，危害路基。,2)渗沟渗沟是一种通过渗透作用降低地下水位或拦截地下水的地下排水沟渠，一般设置在地下水位较高处的道路两侧或挖填交界处渗沟按排水层的构造有填石渗沟、管式渗沟和洞式渗沟,路基一侧拦截潜水流向路堤的渗沟,降低地下水位的渗沟,渗沟构造图,填石渗沟,管式渗沟,洞式渗沟,3）渗井渗井属于竖直方向的地下排水设施。当地表水或对路基有影响的浅层地下水较难排水时，距地面不深处有良好的渗水层，且地下水流向背离路基或较深，可设置渗井，穿入透水层中，将路基范围内的上层地下水及少量地面水，引入更深的透水层中去，以排除地面水或降低上层的地下水位，,渗井上部为集水结构，下部构造为排水结构。,3排水系统综合设计1）排水系统综合设计意义2）排水系统设计的基本要求图4.29,4.3路基防护与加固4.3.1坡面防护坡面防护主要用以防护易受自然因素影响而破坏的土质和岩石边坡。常用类型有植物防护、工程防护和坡面处治。1.植物防护植物防护的方法主要有种草、铺草皮和植树。1）种草适用边坡坡度不陡于1:1，土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过0.96m/s的边坡。,2）铺草皮适用于坡度不陡于1：1的土质和强风化的岩石边坡。草皮应选用根系发达、茎矮叶茂的耐旱草种，不宜采用喜水草种，严禁采用生长在泥沼地的草皮。,3）植树适用于坡度不陡于1:1.5的土质和全风化的岩石边披。植树可以降低水流速度，促进泥砂淤积，防止或减轻水流对路基或河岸的冲刷。4）其他方法公路路基规范（JTGD2004）规定植物防护除植草、植草皮、植树方法外还有三维植被网防护、湿法喷播和客土喷播。,2.工程防护当不宜使用植物防护或考虑就地取材时，采用砂石、水泥、石灰等矿质防护护是常用的防护形式。它主要有抹面、勾缝、喷护、挂网喷护、砌石防护和护面墙等形式，可根据不同条件选用。1）抹面抹面防护是以混合料均匀地涂抹在坡面适用于表面易风化，但比较完整，尚未剥落的软质岩石挖方边坡。2）勾缝和灌浆勾缝防护是防止雨水沿裂缝侵入岩层内部而造成病害的一种有效方法。它适用于较坚硬的、不易风化的、节理多而细的岩石挖方边坡。,抹面,3）喷护和挂网喷护喷护和挂网喷护是以砂浆或混凝土均匀地喷射在坡面上来保护坡面，适用于边坡易风化、裂缝和节理发育、坡面不平整的岩石挖方边坡。4）砌石护坡砌石护坡分为两种：干砌片石护坡、浆砌片石护坡。干砌片石护坡适用于土质路堤边坡或有少量地下水渗出的局部土质堑坡嵌补。,喷浆,干砌片石护坡,5)护面墙护面墙是浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。实体护面墙分为等截面和变截面两种形式。等截面厚度为50cm；变截面顶宽40cm，底宽视墙高而定。窗孔式护面墙防护的边坡不应陡于1:0.75。窗孔内可采用于砌片石、植草等辅助防护措施，窗孔宜采用半圆拱形，高为2.53.5m，宽为23m，圆拱半径为1.01.5m。,护面墙,4.3.2冲刷防护沿河道路的路基直接受到水流侵害，冲刷防护是为了防止水流对路基的冲刷与淘刷而危及岸坡，保证路基稳固而设置的防护。冲刷防护有两种形式：一种是加固岸坡的直接防护；另一种是采用导流构造物以改变水流性质的间接防护。,1.直接防护直接防护类型有植物防护、砌石防护或抛石与石笼防护，以及必要时设置的支挡。1）抛石防护抛石防护类似在坡脚处设置护脚，如图4.33所示它适用于经常浸水且水深较大的路基边坡或坡脚以及挡土墙、护坡的基础防护，一般多用于抢修工程。,2）石笼防护石笼防护是采用铁丝(或钢筋混凝土、竹料等)编织成框架，内填石料，设于防护处。对于沿河路堤坡脚或河岸，当受水流冲刷和风浪侵袭，且防护工程基础不易处理或沿河挡墙、护坡基础局部冲刷深度过大时，可采用石笼防护。,长方体石笼的铺设分平铺和垒码两种形式,2.间接防护间接防护是采用导流构造物(如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等)，进行疏浚河床、改变河道，以改变流水方向、调节水流速度，避免或减缓水流对路基的直接破坏，从而保护路基。导流构造物一般以丁坝和顺坝为主要型式。1）丁坝丁坝也称挑水坝，是指坝根与岸滩相接，能将水流挑离河岸的结构物。它适宽浅变迁性河段，用以挑流或减低流速，减轻水流对河岸或路基的冲刷。,按与水流方向的关系，丁坝又可分为垂直式、下挑式、上挑式,2）顺坝顺坝为坝根与岸滩相接，坝身大致与堤岸平行的结构物，如图4.45所示。它适用于河床断面较窄、基础地质条件较差的河岸或沿河路基防护，可调整流水曲线和改善流态。,顺坝,3.挡土墙认识及应用为防止路基填土变形、支挡路基土体的位移或山坡土体坍塌，以保证其稳定性，而修筑的承受土体侧压力的墙式构造物称为挡土墙。1)挡土墙的用途和分类常用的类型有路基边坡支撑(挡土墙、土垛、石垛及其他具有承重作用的构造物)和堤岸支挡(沿河驳岸、浸水挡土墙)。按照挡土墙的设置位置，挡土墙分为路堑墙、路堤墙和路肩墙,按挡土墙的结构特点，挡土墙分为重力式挡土墙、薄壁式挡土墙、锚定式挡土墙以及加筋土挡土墙等,2)重力式挡土墙的构造如图4.36a所示，靠回填土(或山体)一侧为墙背；外露一侧为墙面，也称墙胸；墙底与墙面之交线为墙趾；墙底与墙背之交线为墙踵；墙背与垂线之交角a为墙背倾角(垂线落于墙内部为正；落于墙身外部为负；与墙背重合，a为零)。重力式挡土墙一般由墙身、基础、排水设施、沉降伸缩缝等部分组成。,（1）墙身墙身主要由墙背、墙面、墙顶与护柱等部分组成，各组成部分的要求是：重力式挡土墙的墙背，根据地形及经济比较，可做成仰斜(a为负)、垂直(a为零)、俯斜(a为正)、衡重式和凸形折线式等型式,（2）基础挡土墙的破坏很多是由于基础处理不当而引起的。因此，设计时应对基底条件做充分的调查，再确定基础类型和埋置深度。绝大多数挡土墙都直接修筑在天然地基上。,冲刷：冻结：斜坡地面：趾部埋入深度和距地表的水平距离不应小于下表规定。,（3）排水设施排水措施主要包括：设置地表排水沟、引排地表水；夯实回填土顶面和地面松土，防止边沟水渗入基础；设置墙身泄水孔，排除墙后土体积水。,挡土墙排水设施示意图,（4）沉降伸缩缝为了防止地基不均匀沉陷设置沉降缝；为防止圬工砌体硬化收缩或因温度应力引起开裂，应设置伸缩缝。这两种缝一般设在一起，称为沉降伸缩缝。,3)重力式挡土墙的布置(1)横向布置(2)纵向布置(3)平面布置,二.稳定性验算,1.抗滑稳定验算,倾斜坡底,六、增加挡土墙稳定性的措施1、增加抗滑稳定性的方法设置倾斜基底。通常0越大越利于抗滑稳定性，但是应防止挡墙与土体一起滑动。所以对于土质地基，不陡于1：5（011）；对于岩质地基，不陡于1：3（016）。,采用凸榫基础。在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫，与基础连成整体，利用榫前土体产生的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性。,第三节重力式挡土墙设计,2.抗倾覆稳定验算,抗倾覆稳定性是指它在荷载