《路基工程》第五章-1、2

第5章 一般路基设计本章内容：路基常见病害及成因路基基本构造及附属设计 断面设计1 路基基身设计 填料选择 附属设施 压实标准 地基处理2 路基排水设计3 路基防护和加固本章要求：1了解道路基本构造和路基常见病害；2掌握路基设计原则，内容，道路排水设计内容；3了解路基加固防护，地基处理原则和方法。5.1 路基常见病害及基本构造设计5.1.1一般规定在一般地区，填方高度和挖方深度不超过设计规范或设计手册允许的范围（土质18m， 岩石质20m），其设计可直接参照现行规范规定或标准图，结合当地实际条件进行，不必个别论证和详细验算。我国规范对一般路基规定：1）路基设计之前，应做好全面调查研究，充分收集沿线地质、水文、地形、地貌、气候、地震等设计资料。改建公路设计时。还应收集历年路况资料及当地的路基翻浆、崩塌、水毁、沉降变形等病害的防治经验。2）路基设计应根据当地自然条件和工程地质条件，选择适当的路基横断面形式和边坡坡度。河谷地段不宜侵占河床，可视具体情况设置其他结构物和防护工程。3）陡坡上的半填半挖路基，可根据地形、地质条件，采用护肩、砌石或档土墙；当山坡高陡或稳定性差，不宜多挖时，可采用旱桥、悬出路台等构筑物；在悬崖陡峭地段，若山体岩石整体性好，可以采用半山洞。4）沿河及受水淹路段的路基边缘高程应高出路基设计洪水频率的设计水位加壅水高、波浪侵袭高，再加0.5 m安全高度。各级公路路基设计洪水频率见表5-1-1。表5-1-1 路基设计洪水频率公路等级高速一二三四设计洪水频率1/1001/1001/501/25按具体情况定5.1.2路基病害类型及原因和防止措施1）病害类型（1）剥落和溜方（一般路基）剥落：软岩风化、含盐土风化后从坡面脱落；溜方：粘土边坡受水蚀、冰土速融后从坡面下溜剥落、溜方对路基损坏轻、不碍交通，但会堵边坑，从降低路基稳定。图5-1-1 剥落图5-1-2 溜方（2）崩塌（山区路）高陡山坡或边坡上岩石块突然脱离母体落下来，见图5-1-3。崩塌属坡体破坏，常常在2030m边坡高 ，坡度5060，岩层节理发育且有水腐蚀或受震动造成。崩塌比剥落严重，防碍交通。（3）坍塌（塌方）土基边坡土体发生推稳和塌落现象，见图5-1-4。产生原因路基边坡高陡，排水不良造成。图5-1-3 崩塌图5-1-4 坍塌（4）滑坡（山坡路）山坡坡体受水长期浸湿，下部支撑不足，一部分岩土在重力作用下沿一定滑动面整体缓慢下滑，见图5-1-5。（5）滑移陡山坡路堤，基底受水浸湿后下滑，见图5-1-6。图5-1-5 滑坡图5-1-6 滑移（6）沉落软土地基上，路基过高，地基压缩性大抗剪强度不足，造成路基整体下沉两侧地基隆起现象，见图5-1-7。（7）沉陷路基松散压实不足，在水和行车荷载作用下，其自身渐压实下沉，路表面发生沉陷，见图5-1-8。图5-1-7 沉落图5-1-8 沉陷（8）冻胀和翻浆季冻区，路基水由负温度影响积聚上部，冻结后体积膨胀，路面开裂，路基隆起发生冻胀。春天冰融化后，上部土层水份过多变湿软，在行车荷载作用下泥浆从路面裂缝中冒出，形成翻浆。可见路基损坏形式不同条件是多种多样的，原因是自然因素，行车荷载，地质条件作用结果以及人为因素所造成。2）路基损坏原因分析（1）内部原因地质构造及岩土性质是造成病害的内部原因。（2）外部原因地下水、地面水、温度、地形、地震和行车荷载作用。（3）施工质量不佳、设计参数不合理路基病害是以上因素综合作用的结果，必须全面分析，区分主次，在设计路基时制定行之有效的方法和措施。结论：（1）处理好地基（2）选择稳定性好的边坡并进行加固（3）选择好填料，充分压实（4）防水、防冻设计5.1.3路基的基本构造设计路基断面几何尺寸由宽度B，高度H，边坡坡度m三者多构成。路基宽度取决于公路的技术等级；路基高度（路线中心填挖高度，路基两侧边坡高度）取决于地形和公路断面设计；路基边坡坡度取决于地质，水文条件，路基高度和横断面经济性。1）路基宽度路基宽度B为行车路面宽度和两侧路肩宽之和，即：B=2a+b （5-1）式中 b路面宽度，由交通量大小和设计通过能力而定。一般每车道的宽度3.5m3.75m；a路肩宽度，由公路等级和混合交通情况而定。a=0.5m，一般a=1m3m，城市附近路肩铺硬质面层。高等级公路B还应包括中间带，路缘带，变速东道，爬坡东道，紧急停车带，慢行道等。图5-1-9 公路路基构成各级公路路基宽度按公路工程技术标准JTG B012003所示选用，见表5-1-2。表5-1-2 公路路基宽度公路等级高 速 公 路、一级公路计算行车速度（km/h）1201008060车 道 数864864644路基宽度（m）一般值45.034.028.044.033.526.032.024.523.0变化值42.026.0410.24.521.520.0公路等级二、三、四级公路计算行车速度（km/h）8060403020车 道 数22222或1路基宽度（m）一般值12.010.08.57.56.54.5变化值10.08.52）路基高度路基高度指路堤填筑高度或路堑开挖深度，是路基设计标高与原地面标高之差。 地面有倾斜，因此；H路基高度，路中心线处设计标高和地面标高之差。H1、H2路基边坡高度， 路基坡脚与路基边缘相对之差；路堑方坡与路基边缘相对高差。（1）图纸上一般路基高度指路基边缘高度高速公路指中央分隔带外侧边缘高度旧路改建指原路面中心线高度（2）路基高度决定因素（决定路基稳定和经济性重要参数）干燥地区为排水路基最小高度干燥地区路基排水要求：例1：干燥地区路基最小高度：砂性土 0.3m0.5m 为排水要求 粉性土 0.5m0.8m 粘性土 0.4m0.7m防洪要求防洪要求：H=设计洪水位+0.5m高速公路、一级按1/100洪水位；二级公路按1/50洪水位；三级公路按1/25洪水位；四级公路按各地情况定。路基干湿类型要求为保证路基土上部处于干燥和中湿状态，路基高度应根据临界高度，结合排水要求确定路基最小高度。当不能满足临界高度要求时，采取排除地下，地面水措施。交通要求；地基承载力要求；地震要求等。地震地区，根据公路工程抗震设计规范JTT00489 要求，高速路和一级公路边坡极限高度值下表5-1-3。表5-1-3 路堤边坡高度极限值（m）填料基本烈度岩块和细粒土粗粒土89156103例2：徐连高速公路某段，路基为粘性土，地下水位0.5m2.5m，洪水位为24.5m，地表高程最低23.5m，确定路基最小填土高度。按最高洪水位：H=24.5-23.5+0.5=1.5m按高速公路干燥路基临界高度：徐州位于II5a区，粘性土路基干燥临界高度H1=2.12.5m，取H1=2.5m，H1=H+hH=2.5-0.5=2.0m取路基的最小填土高度为2.0m。路堤：填土高度 18m(土质) 、20m（石质）为高路堤，1.0m18m（20）为一般路堤；路堑：填土高度 18m(土质) 、20m（石质）为高路堑，1.0m18m（20）一般路堑。3）路基边坡坡度边坡形状：直线形、折线形、台阶形。路基边坡坡度=（、表示坡角）路基边坡坡度对路基整体稳定起重要作用，坡度确定是路基设计的重要内容之一。路基边坡坡度另一方也和经济因素相联系。坡度大小取决于土质，岩质，水文地质条件和自然因素。一般路基边坡坡度按规范查表选用。（1）路堤边坡a 一般情况地基好时，根据填料种类，路堤高度，按表5-1-4选用。表5-1-4 一般路基边坡坡度填料种类边坡的最大高度（m）边坡坡度全部高度上部高度下部高度全部高度上部高度下部高度粘性土、粉性土、砂性土208121：1.51：1.75砾石土、粗砂、中砂121：1.5碎（块）石土、卵石201281：1.51：1.75不易风化的石块208121：1.31：1.5b 浸水路堤设计水位+0.5m以下，常水位以上：H：b=1：1.751：2.0；常水位以下：H：b=1：2.01：3.0。c 砌石路堤边坡按图5-1-10，根据H不同查表5-1-5。图5-1-10 砌石路堤表5-1-5 砌石路堤边坡路堤高度H(m)外坡坡度/1：m内坡坡度/1：m51：0.51：0.3101：0.671：0.5151：0.751：0.6地震地区路基高度大于表5-1-3路基高度H值时应方缓坡。（2）路堑边坡a 土质挖方边坡根据边坡高度，土的密度程度、地下水、地面水、土成因时代等按表5-1-6。表5-1-6 土质挖方边坡坡度密实程度边坡高度（m）202030胶 结1：0.31：0.51：0.51：0.75密 实1：0.51：0.751：0.751：1.0中 密1：0.751：1.01：1.01：1.5较 松1：1.01：1.51：1.51：1.75表5-1-7 土的密实程度划分分 级试 坑 开 挖 情 况较 松铁锹很容易铲入土中，试坑坑壁很容易坍塌中 密天然坡面不易陡立，试坑坑壁有掉块现象，部分需要用锹开挖密 实试坑坑壁稳定，开挖困难，土块用手使力才能破碎。从坑壁取出大颗粒处能保持凹面形状胶 结细粒土密实度很高，粗颗粒之间呈弱胶结，试坑开挖很困难，天然坡面可以陡立b岩石挖方边坡根据岩性、地质构造、岩石风化程度、边坡高度、地下水、地面水、施工方法等因素，按表5-1-8选用。表5-1-8 岩石挖方边坡坡度岩 石 种 类风化破碎程度边坡高度（m）30m，两端10m过度段。5.2 填料选择和压实标准道路设计中必须保证路基整体稳定，土基坚实。路基稳定性由路基断面形状，尺寸决定， 防止发生边坡病害；土基坚实必须良好材料填筑，按标准压实，防止路基沉陷。填料：填筑路基材料。填筑目的保证路基路面结构稳定，变形小。5.2.1填料选择1）填料选择原则l 强度高，水稳定性好，压缩性小；（材料本身）l 易于压实；（施工）l 来源广，运距短。（经济）2）道路常用填料按颗粒粒径和组成分：l 石质土l 砂 土l 砂性土l 粉性土l 粘性土3）定性选择填料优质填料：（1）不易风化的石料特点：强度高，水稳定性好，透水性极大，不受场地季节限制，最好的填料，施工时再嵌锁密实。（路基底层）（2）碎（砾）石特点：透水性大，内摩擦系数高，水稳定性好，施工压实方便。（与土混合使用）（3）砂土特点：透水性大，水稳定性好，无塑性，有教大的摩擦系数。由于无粘性， 易冲散因此与粘土混合使用或坡面保护，防水冲刷保护路基稳定。（4）砂性土特点：内摩擦系数高，有一定粘性，易压实和获得教好强度和水稳定性好，是好填料做土基填料。 可使用的填料：（1）粉性土特点：毛细现象严重，干时易风化，浸水易湿，易冻胀和翻浆。水饱和时能震动液化，是稳定性差材料。（2）粘性土特点：透水性小，干坚硬，不易挖掘，浸水后强度下降多，干湿变化引起体积变化大，过干、湿无法施工。在充分压实和排水良好时可做筑路填料。不可用做路基填料：（1）重粘土特点：不透水，粘接力强，干时坚硬，湿时膨胀，塑性大。（2）易风化软性岩石特点：浸水后崩解强度低，变形大。3）含泥炭，腐殖土，易落盐土此外，工业粉渣（粉煤灰，矿渣）也可作为路基填料。4）定量选择填料l 强度（CBR）和粒径符合规范要求；l 液限Wl50%，塑性指数Ip26；l 有机质含量150939290注意：通常基底压实度：高速、一级、二级公路90；三级、四级公路85，当高等级公路填土高度小于80cm时，基底压实度96。采用高级路面结构的其他公路，路基压实度标准往往采用高等级公路压实度标准。4）压实度检测与计算（1）检测方法通常道路:l 灌砂法：标准方法，道路验收评级使用，使用前进行标准砂密度标定。l 环刀法：采用200cm3大环刀，测定层1/2处取样。l 水袋法l 蜡封法（水中重法）l 核子仪法l 沉降观测法填石路及不均值填料路堤：l 采用碾压控制和沉降观测方法，要求碾压后最终碾压沉降量小于某一值（5mm）。（2）检测频率高速公路每2000m2检测8个测点，不足200m2至少2个测点。（3）压实度计算压实度：检测值Ki代表值K标准值K0极值Kmin通常要求i6，即一次评定至少6个测点。 （5-2）式中 压实度检测值均值，%；t分布中随测点数和保证率而变的系数，路基保证率为95%；n=5 =0.953 n=6 =0.823 n=7 =0.734n=8 =0.670 n=9 =0.620 n=10 =0.580S压实度测点的均方差，%K0压实度标准值，%；Kmin压实度极值，%；Kimin压实度检测最小值，%。例：某二公路路基顶面压实度检测结果如下：Ki=96、97、95、97、96、97、96、94、96、97，该段路基压实度是否合格？解：=96.1n=10 =0.580=0.99=96.1-0.5800.99=95.53 K0=95Kimin=94Kmin=90压实度合格。4）压实度评定道路工程建设项划分为单位工程、分部工程、分项工程。分项工程：评分=100-扣分；分部工程：加权平均；单位工程：优良率、评分值。路基工程检测项目为100分，8570为合格、85分为优良、70为不合格。表5-2-4 路基检测项目与分值序号检测项目分值1压实度302弯沉153纵