第二章-道路路基5

目的要求：通过该次课的学习，学生应重点掌握：路基干湿类型的划分、当进行新路设计时，土基回弹模量的确定。熟悉路基的常见病害。了解路基病害产生的原因。重点、难点：本次授课的重点是：路基干湿类型的划分、当进行新路设计时，土基回弹模量的确定。路基的常见病害。本次授课的难点是：当进行新路设计时，土基回弹模量的确定。,本次授课的目的、重点、难点,第二章道路路基,第一节路基破坏现象和原因一路基的常见病害：在自然因素和荷载的作用下，路基会产生各种各样的变形与病害。常见的主要病害有下列几种类型：1路堤的沉陷：荷载、水和温度的综合作用下堤身作竖向位移，向下沉陷。如图所示。,2路基边坡的坍方：,路基边坡坍方是路基最常见的病害，亦是水毁的普遍现象，按其破坏的规模与原因的不同，可分为剥落、碎落，滑坍(滑坡)、崩坍及坍塌等，如图2-2-2所示。,剥落,（1）剥落指边坡表层土或风化岩层表面，在大气的干湿或冷热循环下，表面发生胀缩现象，使零碎薄层成片状从边坡上剥落下来，老的脱落后新的又产生。,（2）碎落指软弱岩石经风化而成碎块，大量沿边坡向下移动；如果落下的岩块较大(一般直径在40cm以上)以单个或多块落下，这种现象称为落石或坠落。,滑坍(滑坡),（3）滑坍(滑坡)指路基边坡土体或岩石，沿着一定的滑动面成整体状向下滑动。,崩坍,（4）崩坍是指整体岩块在重力作用下倾倒、崩落。它与滑坍的主要区别在于崩坍没有固定的滑动面，坡脚线以下的地基无移动现象，崩坍的各部分相对位置在崩坍的过程中完全被打乱。,S221（石台县殷石公路）焦槽段,（K38+456MK38+540M）段边坡岩体结构松散、破碎，岩面风化非常严重，出现不同程度的滑坡、崩塌、落石、局部泥石流等不良地质灾害。坡面已有两处严重崩塌，崩塌面边坡高达47米，宽度达74米，崩塌面受雨水冲刷经常发生滚石、塌方，严重影响过往车辆及行人的生命财产安全。,SNS柔性主动防护系统,主要采取的治理措施和实施步骤有：清除坡面危石剥离部分风化严重的岩石崩塌坡面悬挂防护镀锌铁丝网坡面布设系统锚杆坡面设置截水槽坡面表屋挂镀锌铁丝网厚层基材喷播SNS柔性防护网GPS拦石网。,3路基翻浆,在季节性冰冻地区，处于水温条件不利的土质路基，在负温度坡差的影响下出现湿度积聚现象。冬季开始时，土基由上而下逐渐冻结，在负温度坡差作用下，水分以薄膜水和毛细作用的移动方式，不断向上积聚，使聚水层增厚，由于水冻结后的体积增大，使路基隆起，即为冻胀现象。如果路面结构层设计不当，亦会造成路面开裂。到了春融季节，气温回升，此时路基路面结构由上而下逐渐解冻，聚积在土基上层的冰体先解冻，无法下渗而滞留在土基上部，导致土基湿度增大，强度下降，在行车作用下，路基路面结构产生较大变形。湿度大的路基土会以泥浆的形式从冻胀后开裂的路面裂缝中冒出，形成翻浆。冻胀与翻浆往往相伴形成。,冻胀,翻浆与治理,4路基沿山坡滑动,在较陡的山坡上填筑路基，由于原地面横坡较陡，在施工中又未作相应的技术处理(如挖台阶等)当受水湿润后，填方路堤与原地面之间的抗滑力减小，此时在自重和荷载作用下，有可能造成路基整体或局部沿原地面向下滑动，造成路基失去整体稳定性。,5路基在特殊地质水文条件下的破坏,（二）路基病害产生的原因：,产生路基病害的原因是多方面的。既有各自的影响因素又有共同的原因，大致可归纳为以下几个方面：,不良的工程地质和水文地质条件,1不良的工程地质和水文地质条件:如地质构造复杂，岩层走向与倾角不利，岩石风化严重、岩性松软，土质较差、地下水位较高等。,2不利的水文和气候因素，如降雨量大，台风暴雨、洪水、干旱冰冻、积雪或温差变化大等。,3设计不当，如断面尺寸不合理(其中包括边坡坡率取值不当及排水、防护与加固设施未能根据实际需要予以设置。,4施工中不按操作规程和设计要求进行，如填筑顺序不当、土基碾压不够密实、填挖边坡坡率不到位、盲目采用大爆破等。,总结,1沿线的地质条件是影响路基工程质量和产生病害的基本前提，水是造成病害的主要原因。2在设计前应对有关的地质及水文进行详细调查，据此选择合理的路基断面形式。3在施工中采用正确的施工方案与方法，尽可能消除和减轻由于施工不当所带来的路基病害隐患，确保路基的强度与稳定性。,第二节路基湿度状况和土基干湿类型,一路基湿度来源和变迁：见图2-2-4。1大气降水与蒸发：降水通过路面、路肩和边沟渗入路基，蒸发使水分逸出土基干燥。2地面水：沿边沟流动或地表径流的水流，因受阻塞，排水不畅积聚于路基两旁，渗入路基。3地下水：因地下水的流动或上升，同时借助土的毛细管作用上升到路基等。温度变化：水随温度的不同呈现液态、气态、固态，使土基中的含水量在变化。给排水设施的渗漏：引起路基局部湿度的增加。路基的湿度大小，直接影响路基的强度和稳定性，因而在很大程度上影响路面结构层的选择及厚度的确定。,二路基干湿类型划分为四类：,1干燥、中湿、潮湿、过湿状态。2路基干湿类型应根据实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度c，或根据自然区划、土质类型、排水条件以及路床表面距地下水位或地表积水水位的高度按规范确定。土基干湿状态的稠度建议值见表2-2-1。,3土的平均稠度c按下式计算：,c=（L-）/（L-p）式中：c土的平均稠度;L：100g平衡锥所测土样液限含水量(%);：路床80cm深度内的平均含水量（%）p：100g平衡锥所测土样塑限含水量(%)。,2-3土基的抗变形能力（刚度）和稳定性,一土基抗变形能力的评定：一）土基的刚度指标；土的应力-应变关系通常可通过压入承载板法或三轴压缩试验，采用逐级施加荷载方法，得到不同荷载级别下的变形值，其结果见图。,回弹变形和残余变形。,对于土的应力-应变关系曲线，一般没有直线关系，同时在应力卸除后变形也无法恢复到原先的状态，这说明，土是非线性的弹塑性变形体，同时在荷载作用下有残余变形。也就是说，在荷载的作用下土的总应变包含了两部分的变形即：回弹变形和残余变形。,土的变形用下式表示：,式中：P：集中力（KN）；0：土的泊松比（0.35）；E0：土的弹性模量（Mpa）；r：距集中力距离（cm）；l：距集中力距离的表面变形（弯沉）（cm）。,二）土基刚度指标的测定：,评定土基的强度指标有回弹模量、CBR值、土基抗剪强度、地基反应模量等多种，我国路面设计规范采用回弹模量作为指标。,确定土基回弹模量有两种情况:,1当路基建成，此时可通过现场测定确定土基回弹模量。通常采用刚性承载板试验，在刚性承载板上，采用逐级加荷卸荷法测最出各级荷载作用下的回弹变形(弯沉)值，据此可以点给出土基的荷载-回弹变形(弯沉)曲线，如图7-4所示。由于土是非线性弹-塑性体，如果直接按荷载-回弹变形曲线确定土基回弹模量，由于计算的取值不同，土基回弹模量将是一个变数，因此考虑到土基的实际受力情况目前规定采用1mm线性归纳法予以确定土基的回弹模量。,土基回弹模量计算公式,E0：土的弹性模量（Mpa）；D：刚性承载板直径（30cm）；0：土的泊松比（0.35）；Pi：回弹变形小于lmm的各级荷载单位压力总和;li：各级荷载单位压力作用下，回弹变形小于lmm的回弹变形总和；其余符号意义同上。,作业,1路基的常见病害有哪些？2路基干湿类型划分为四类，如何确定？,目的要求：通过该次课的学习，学生应重点掌握：施工压实度的概念。熟悉土基填料的选择与压实。了解、边坡防护的措施。重点、难点：本次授课的重点是：施工压实度的概念。土基填料的选择与压实。本次授课的难点是：土基填料的选择与压实。,本次授课的目的、重点、难点,新路设计时，土基的回弹模量,2当进行新路设计时，土基的回弹模量：此时路基尚未建成，土基的回弹模量，要通过预估某路段路基修筑后，可能出现的路基土的平均稠度，辩证地确定土基的回弹模量值。,查表法,由路床表面至地下水位的高度H、地区所在的自然区划及土质查表（沥青路面设计规范、教材308310页），确定土基的干湿类型。由土基的干湿类型，查教材306页得路基土的平均稠度C。由路基土的平均稠度，查教材313页表得土基回弹模量E0。如果是高等公路，由沥青路面设计规范37页（教材313页)说明，采用重型击实试验时，土基回弹模量E0应提高15%-30%。,例,路床表面至地下水位的高度H=2.6米地区所在的自然区划：2土质：粉质轻亚黏土。,查教材308页表2-2-3路基临界高度参考值，得H1=3.4，H2=2.6，H3=1.9，H3H0H2，再查教材307页表2-2-2路基干湿类型，知该土基的干湿类型为潮湿。查教材306页土基干湿状态的稠度建议值，得路基土的平均稠度C=0.90。查教材313页表2-2-5得土基回弹模量E0=24.5。采用重型击实试验提高30%得E0=32MPa,二土基水温对刚度的影响以及改善措施：,1加强路基路面的排水。2压实土基。3保证填土高度。4换土。5设置隔离层：用透水性良好的土或不透水的土阻断毛细水侵入路基。,第四节土基填料的选择与压实,一填料的选择：1砂土:无塑性，透水性和水稳定性匀良好，毛细管上升高度很小，具有较大的内摩擦系数。但由于其粘性小，易干松散，对流水冲刷和风蚀的抵抗能力很弱。为克服该缺点，可适当掺加一些粘性大的土，或将边坡表面予以加固，以提高路基的稳固性。,2砂性土:内摩擦系数较大，又有一定的粘结性，易于压实，使获得足够的强度和稳定性，是良好的填筑材料。3粉性土含有较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸水后很快被湿透，在季节性冰冻地区常引起冻胀和翻浆，水饱和时有震动液化问题。粉性土、特别是粉土，是稳定性差的填料，不得已使用时，宜掺配其它材料，并加强排水和隔离等措施。4粘性土透水性小，干燥时坚硬而不易挖掘，浸水后强度下降较多干湿循环因胀缩引起的体积变化也大，过干或过湿时都不便施工。在给予充分压实和良好排水的条件下，粘性土可作路堤填料。5碎（砾）石土透水性大，内摩擦系数高，水稳定性好，施工压实方便，为很好的填料，若细粒含量增多，则透水性和水稳定性就下降。,6砾石、不易风化的石块：透水性大，强度高，水稳定性好，使用场合和施工季节均不受限制，为最好的填料。但石块之间要嵌锁密实，以免在自重和行车荷载作用下，石块松动位移产生沉陷变形。7膨胀性重粘土几乎不透水，粘结力特强，干时难挖掘，湿时膨胀性和塑性都很大。其工程性质受粘土矿物成分影响较大（含高岭土为最好，伊里土次之，蒙脱土最差）膨胀性重粘土不宜用来填筑路堤。8杂填土：建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等，经处理稳定方可使用。,二土基的压实,一）压实的意义：1未压实的路基在自然因素和行车的作用下，会发生较大的变形和破坏。2密实的土基则不但可以避免大规模的破坏，而且还可以使变形显著减小。3对填土进行认真的压实，是保证路基质量的关键。这对于保证路堤填筑的质量十分重要，对路堑也切不可忽视。,二）压实度标准,路基的压实质量以施工压实度K(%)表示。施工压实度：指工地试样的干密度与由击实试验得到的试样最大干密度之比值，即K=/0100%。路堤、路堑和路堤基层均应进行压实。土质路基(含土石路堤)的压实度应不低于表2-2-8、2-2-9的标准。,三）标准击实实验：,第五节路基边坡,一填方路基边坡1填土路基：边坡坡度，应根据填料的物理力学性质、气候条件、边坡高度以及基底的工程地质和水文地质条件进行综合考虑予以确定。根据长期的工程实践，当路堤基底情况良好时，路堤边坡坡度可按表2-2-11选用。对边坡高度超过规定高度的路堤(高路堤)，应进行路堤稳定性验算。,路堤边坡坡度表,注：采用台阶式边坡时下部边坡采用与上部边坡一致的坡度。,高填方边坡,对边坡高度超过上表所列全部高度的路堤，宜进行路基稳定性验算。对于渗水性土，可采用直线滑动面法进行验算;对于粘质土可采用圆弧滑动面法进行验算。验算时，稳定系数不得小于1.25。填方边坡高时，可在边坡中部每隔8-10m、设边坡平台一道，平台宽度为1-3m，用浆砌片石或水泥混凝土预制块防护。填石路基上的边坡平台不设排水沟。,二路堑边坡,1一般土质边坡土质挖方边坡设计应根据边坡高度、土的湿度、密实程度、地下水、地面水的情况、土的成因类型及生成时代等因素确定。在一般情况下，土质挖方边坡坡度应根据调查路线附近已建工程的人工边坡及自然山坡稳定状况，参照表2-2-13确定。当边坡高度超过表2-2-13的规定或水文地质情况不良时，可用直线或圆弧法验算其稳定性。,表2-2-13,2一般岩石边坡,岩石挖方边坡坡度应根据岩性、地质构造、岩石的风化破坏程度、边坡高度、地下水及地面水等因素综合分析确定。在一般情况下，岩石挖方边坡坡度可参照表2-2-14确定。,三路基稳定性与防护、加固：,1防护：植物防护、矿料（封闭）防护、砌石防护、护面墙等。2加固：挡土墙、抗滑桩等。,（一）坡面防护,1植物防护：种草、植草皮、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0.7m/s的边坡。草的品种，应适应当地自然条件，最好是根系发达，中茎低矮，多年生长，几种草籽混种。不宜种草的坡面，可以铺510cm厚的种植土层，土层与原坡面结合稳固。,（2）植草皮,当坡面冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度0.7m/s，容许最大速度为1.8m/s时，应根据具体条件(坡度与流速等)，分别采用平铺(平行于坡面)水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮，还可采用片石铺砌成方格或拱式边框，方格或框内再铺草皮。,植草皮施工,铺草皮需预先备料，草皮可就近培育，如远距离采购，培育地气候应尽量与工程所在地相近。切成整齐块状，然后移铺在坡面上。铺时应自下而上，并用竹木小桩将草皮钉在坡面上，使之稳固。草皮根部土应随草切割，坡面要预先整平，必要时还应加铺种植土，对边坡土进行分析检验后进行必要的改良或施肥，草皮应随挖随铺，注意相互贴紧，铺完后及时喷洒浇水。,（3）植树,植树，主要用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防止水流直接冲刷路堤。多排林堤岸与水流方向斜交，还可起调水改变水流方向的作用。沙漠与雪害地区，防护林带还起阻沙防雪作用。树木的品种与种植位置及宽度，应根据防护要求、流水速度等因素，参见有关设计手册、结合当地经验而定，城市或风景区的植物防护，应与有关部门协调配合。,2矿料防护,当不宜使用植物防护，或应考虑就地取材时，采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护是常用的防护形式。它主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡或护面墙等。,抹面防护,适于石质挖方坡面，岩石表面易风化，但比较完整，尚未剥落，如页岩、泥砂岩、千枚岩的新坡面。对此应及时予以封面，以预防风化成害。常用的抹面材料有石灰浆等，其中石灰为胶结料，要求精选。抹面厚度视材料与