路基工程总复习课件

1、面层基层路基结构上路床下路床上路堤下路堤上基层 底基层 上面层中面层下面层30cm50cm90cm70cm7080cm路基工作区1、基本概念路面结构路床路堤路基设施路基材料结构必要的功能层路基路面结构组成及需求23:10路基工程1）概论2）路基土的特性及设计参数3）路基设计4）路基防护与支挡结构设计5）路基施工23:10路基工程iahh确定路基填料干湿类型 压实路基设计强 度稳定性23:10第一章 概论第一节 路基路面工程发展概况(Development)第二节 路基路面工程的特点与性能要求(Characteristics) 第三节 路基路面结构及层位功能(Pavement Layers)第四

2、节 路基路面结构的影响因素(Factors)第五节 公路自然区划 (Nature Categories)23:10第一章 概论了解路基路面工程与各学科的关联性；掌握路基路面结构工程结构特点；掌握结构分层和结构层主要功能等；掌握路基路面结构特点与分层要求；掌握路基路面结构的影响因素；掌握公路自然区划的概念及不同自然区划的特点、公路自然区划的划分方法。23:101.承载能力 (Bearing Capacity) 是结构承受荷载的能力，应满足相应的指标和标准要求。路面各个部位的各种应力在容许的范围内“保证路面结构不发生压碎、拉断、剪切等各种破坏。2.稳定性 (Stability) 是路基路面结构的稳

3、定性是在降水、气温、环境变化等条件下仍能保持其原有特性的能力。包括路面高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性和路基稳定性。3.耐久性( Durability) 路基路面的耐久性是在车辆荷载的反复作用与大气水温周期性的重复作用下的性能变化特性。道路工程有较长的使用年限，因此，路基路面工程要求有很好的耐久性能。4.表面平整度 (Surface Smoothness or Roughness)路面表面平整度是路面表面纵向凹凸量的偏差值“。他是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要指标。5.表面抗滑性能 (Skid Resistance)路面抗滑性是指路面表面抗滑能力的大小。他与宏观纹理及微观纹理有关，

4、是保证车轮与路面之间有足够的附着力和摩擦力的条件，可以增加行车安全。第一章 概论路基路面的性能要求第一章 概论地理条件地质条件气候条件水文和水文地质条件土的类别路基路面上的作用路基路面稳定性影响因素第一章 概论道路工程特征相似的原则地表气候区划差异性原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则1、公路区划依据的意义-目的和意义2、公路区划依据的原则公路自然区划第二章 路基土的特性及设计参数第一节 路基土的分类及工程特性第二节 路基水温状况及干湿类型第三节 路基的力学强度特性第四节 路基的抗变形能力及材料参数23:10第二章 路基土的特性及设计参数掌握路基土的分类、路基工作区计算；掌握路基土强度（

5、刚度）指标、路基临界高度；掌握相对含水率、干湿类型、路基湿度状态、路基平衡湿度；掌握路基土的力学特性及影响因素；掌握路基设计参数的确定方法（湿度修正系数）与要求；掌握路基土的基质吸力及干湿类型（路基饱和度）确定；掌握路基参数与基质吸力、饱和度、干湿类型之间的关系。23:10我国公路用土分类包括巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类，计12种。1、路基土的分类23:101、路基土的分类不同粒组的划分界限及范围其中：以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界； 以0.075mm作为细粒组与粗粒组的分界； 2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限； 0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。23:10在路基某一深度Za

6、处，当车轮荷载引起的路基土中垂直应力与上覆层自重引起的自重应力之比大于等于0.1所对应的深度Za ,，该深度Za ,范围内的路基称为路基工作区。概念： 该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和厚度的增加而减小。 对模量不同的路面结构 ，应将路面折算为与路基同一性质的整体后，再进行计算。2、路基工作区（ subgrade workzone ）建议：由于简化公式误差很大，建议采用层弹性体系程序计算荷载应力。23:103、路基土的受力特性路基土应力应变状态评定-模量（1）初始切线模量应力值为零时的应力-应变曲线的正切，代表加荷开始时路基土的应力-应变关系。（2）切线模量某一应力级位处应力-应变

7、曲线的斜率， 反映路基土在该级位应力-应变变化的精确关系。（3）割线模量以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，反映该应力范围内的应力-应变关系的平均情况。（4）回弹模量应力卸除阶段应力-应变曲线的割线模量，反映路基土在回弹变形范围内的应力-应变关系的平均情况。 23:104、路基土的基质吸力与饱和度土的基质吸力饱和土的孔隙中不但充填有水，而且还有空气，水气分界面（收缩膜）具有表面张力，在非饱和土中，孔隙气压力ua与孔隙水压力uw不相等，并且孔隙气压力大于孔隙水压力。基质吸力是孔隙气压力ua与孔隙水压力uw之差。基质吸力通常是描述非饱和土的力学性质的重要参数，水土特征曲线即基质吸

8、力与土壤含水率的关系的曲线是描述基质吸力的重要指标。23:102. 路基工作区5、路基平衡湿度状况路基平衡湿度状态和路基平衡湿度的概念：公路建成通车后，路基在地下水、降雨、蒸发、冻结和融化等因素作用下，湿度达到相对稳定的湿度状态，称为路基平衡湿度状态。路基平衡湿度是土体中孔隙水最终达到平衡分布状态时的湿度。路基工作区示意图荷载的垂直应力与自重应力之比大于0.1对应的深度Za与路面厚度he之差实际是路基工作区。它是描述路基湿度类型的重要依据。23:10路基的平衡湿度状况-路基湿度平衡时 路基平衡湿度状况分为三种： 干燥、中湿、潮湿路基平衡湿度状况确定方法潮湿类路基的路基工作区均处于地下水毛细润湿

9、影响范围内，路基平衡湿度由地下水或地表长期积水的水位升降所控制。中湿类路基的路基工作区湿度兼受地下水和气候因素影响，即地下水位较高，路基工作区被地下水毛细润湿面分为上、下两部分，下部受地下水毛细润湿的影响，上部则受气候因素影响。干燥类路基的路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，路基平衡湿度完全由气候因素所控制。6、路基平衡湿度预估方法 路基设计时依据毛细水上升高度（h0）、路基工作区相互关系确定湿度状况类型。23:107、路基的抗变形能力参数路基回弹模量 resilient modulus of subgrade回弹模量能较好地反映路基所具有的部分弹性性质，可以用回弹模量表示路基在瞬时荷载作用下

10、的可恢复变形性质。我国公路水泥混凝土路面、沥青路面设计方法都以回弹模量E作为路基的刚度指标 23:107、路基的抗变形能力参数 路基反应模量 Modulus of Subgrade Reaction文克勒地基模型是原捷克斯洛伐克工程师文克勒(Winkler)1876年提出的，其基本假定是地基上任一点的弯沉仅与作用于该点压力p成正比，而与相邻点处压力无关。直径76cm的刚性板测定。当路基较软弱时，取l=0.127cm时相对应的压力p计算路基反应模量；当路基较为坚硬时，取单位压力p=0.07MPa时相对应的弯沉值l计算路基反应模量。 23:107、路基的抗变形能力参数 加州承载比CBR (Cali

11、fornia Bearing Ratio)加州承载比CBR是美国加利福尼亚州提出的一种评定基层材料承载能力的试验方法。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用标准碎石的承载能力为标准，以相对值的百分数表示CBR值。23:108、路基材料参数路基回弹模量设计参数E0的取值新建公路新建公路路基回弹模量设计值E0可由标准状态下的路基回弹模量MR通过湿度调整系数和模量折减系数确定。10Hz干燥类潮湿类23:10中湿类见下页8、路基材料参数标准状态下路基回弹模量设计参数MR的取值标准状态下路基回弹模量值MR应综合考虑公路等级和设计阶段，根据路床深度范围内路基土（或粒料）的回弹模量，按下列方法

12、确定：1）路基土及粒料的回弹模量应根据路基结构应力水平，采用重复加载三轴压缩试验方法(10Hz)，通过试验获得。2）当受试验条件限制时，可按土组类别或粒料类型由表2-17和表2-18查取回弹模量参考值。3）初步设计阶段，也可由路基土或粒料的CBR（%）值估算标准状态下路基土或粒料的回弹模量值： 23:10第三章 路基设计第一节 路基概念及构造第二节 路基的主要病害类型及原因第三节 路基横断面设计(路基宽度 坡度 高度确定要素)第四节 路基边坡稳定性分析（瑞典法 Bishop法）第五节 路基变形分析与检测第六节 特殊路基设计23:10第三章 路基设计了解路基的基本构造及主要附属设施；掌握路基工程

13、的主要病害及产生的原因；掌握直线法和圆弧法（瑞典法和BISHOP法）；理解浸水路堤、地震区路堤的稳定性验算特点及要求；熟练掌握路基典型横断面组成及一般路基设计要点；了解路基变形观测与控制要点、特殊路基设计方法，了解地基加固的类型与方法。 23:101、路基基本概念一般路基的概念通常是指在良好的地质与水文条件下，填方高度（1.5mh 18m）或挖方深度不大的路基，它可结合当地地形、地质直接选用典型断面或设计规定而不需进行特别论证与验算。23:102、路基的类型与构造（a）低路堤（b）一般路堤（c）浸水路堤（d）护脚路堤（e）挖沟填筑路堤路堤断面形式路堤（embankment） 在天然地面上用土或

14、石填筑的具有一定密实度的线路建筑物。路堤结构：路基填料的选择与密实度控制在路基设计、施工中最为重要。路堤的断面形式23:103、路基的主要病害类型及原因路基病害路基沉陷路基边坡坍方路基沿坡面滑动其他病害路基病害防治原则23:10（1）路基宽度的概念： 路基宽度为行车道、路肩、中间带、变速车道、爬坡车道等宽度之和，一般可理解为土路肩外边缘之间的距离。（2）路基宽度的确定原则 须考虑占用土地及生态问题，应尽可能少占农田、考虑填挖平衡以减少取土开挖、防止水土流失以维护生态平衡。4、路基宽度JTG B01的规定23:10（1）路基高度：是指路堤的填筑高度或路堑的开挖深度，一般为路基设计高程与原地面(中

15、心线)高程之差；由于原地面不平整，因此还有边坡高度。（2）路基高度的确定：路基高度结合公路路线纵断面、排水及防护措施确定，同时与路基临界高度结合；应使路肩边缘高出地面积水，并考虑地面水、地下水、毛细水和冰冻作用对路基强度、耐久性和稳定性的影响。 高路堤及深路堑的判别标准以边坡高度为依据；沿河及受水浸淹路基的高度应大于：设计洪水位+壅水高度+波浪侵袭高度+0.5m。当路基高度不符合规定时，可采取降低水位、设置毛细水隔断层等措施。 5、路基高度23:10（1）路基边率概念：用边坡高度与边坡宽度之比H:b的形式表示，并取H=1计算为1:m（路堤）或1:n（路堑）的形式表示边坡坡率。边坡坡率的大小，取

16、决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度。 （2）路基边坡坡率的大小直接影响路基的整体稳定性及土石方量和施工难易程度；一般路基的边坡坡率应通过设计验算确定，也可根据多年工程实践经验和设计规范推荐的数值进行采用；6、路基边坡坡率路基边坡坡度示意图a)路堑；b)路堤 23:10 直线法适用于砂土和砂性土（两者合称砂类土），土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小。边坡破坏时，破裂面近似平面。直线滑动面示意图a)高路堤 b)深路堤 c)陡坡路堤BDA1:ma)1:nABDb)ADc)7、直线滑动面的边坡稳定性分析23:10折线滑动面-不平衡推力法8、折线滑动面的边坡稳定性分析界面抗力

17、平衡条件23:108、折线滑动面的边坡稳定性分析折线滑动面-传递系数法如果考虑安全系数，将下滑力项乘以K，得传递系数法:23:104.5H法计算之前需要先用圆心辅助线法确定滑动圆弧的圆心位置。-4.5H法9、瑞典圆弧滑动条分法圆心确定（a）4.5H法示意图23:1023:1010、基于条分的极限平衡法原理条分法的种类（1）瑞典法：不考虑条间力的相互作用，也就是两侧土条上没有作用力Xi= Ei =0 ；（2）毕肖普法（Bishop）：简化毕肖普法则假定所有Xi=0，不考虑Ei的力矩作用；（3）斯宾塞（Spencer）法；摩根斯坦普赖斯法 (MorgenstemPrice）；沙尔玛法（Sarma）

18、：假定Xi与Ei的交角或土条间力合力的方向；（4）简布(Janbu）：假定条间力合力的作用点位置，由此提出普遍条分法。23:10假设不考虑条间力的相互作用，将土条重力分解为平行与垂直土条底面的方向。因为Xi= Ei =0 建立土条垂直于滑动面的静力平衡方程得11、瑞典圆弧滑动法平衡公式可得：平行方向：垂直方向：滑动力矩 抗滑力矩 代入11、瑞典圆弧滑动法平衡公式建立力矩平衡方程力矩平衡：建立土条侧面力平衡方程，土条i： 因12、简化的Bishop法平衡公式假定1）：假定2）：忽略成对条间力（Ei）产生的力矩 建立滑动体整体力矩平衡方程： 代入12、简化的Bishop法平衡公式得到Bishop法

19、简化式第四章 路基防护与支挡结构设计 第一节 路基坡面防护(slope protection)第二节 支挡结构的类型和构造(types and construction)第三节 挡土墙结构布置(structure layout)第四节 挡土墙的土压力计算(calculation of earth pressure)第五节 挡土墙设计(design of retaining wall)第六节 轻型挡土墙(light retaining wall)第七节 其它支挡结构(other types)23:10第四章 路基防护与支挡结构设计 了解路基的坡面防护与冲刷防护的类型与方法；掌握挡土墙的用途、类型

20、与使用条件；熟练进行挡土墙的土压力计算（被动土压力 地震力）；掌握重力式挡土墙的构造、设计与稳定性验算要求；了解轻型挡土墙的基本知识。 23:101、支挡结构的用途支挡结构的用途(functions of retaining wall)保证边坡及其环境的安全，对边坡采取支挡、加固与防护公路、铁路、城市建设，水坝建设、河床整治、港口工程、山体规划、山体滑坡及水泥流防治景观美化23:10墙面（墙胸）（batter）墙背（俯斜、仰斜、垂直）有直线形墙背和折线形墙背之分（back）墙顶及护栏（top and parapet）墙底（墙趾、墙踵）（footing）基础（basement） 设计主要内容包括

21、基础形式的选择和基础埋置深度的确定。排水设施（drainage） 由地面排水和墙身排水两部分组成。沉降缝和伸缩缝（settlement joint and expansion joint）挡土墙的组成示意图墙背墙身基础墙踵墙顶墙面墙趾基底2、支挡结构的构造墙身（stem）23:10横向布置（horizontal layout）主要是在路基横断面图上选定挡土墙的位置，确定是路堑墙、路肩墙、路堤墙还是浸水挡墙？并确定断面形式及初步尺寸。纵向布置（longitudinal layout）在墙趾纵断面图上进行墙的纵向布置，布置后绘成挡土墙正面图。包括： 1）分段，设伸缩缝与沉降缝； 2）考虑始、末位置

22、在路基及 其它结构处的衔接； 3）基础的纵向布置； 4）泄水孔布置。平面布置（plane layout）对于个别复杂的挡土墙，例如高的、长的沿河挡墙和曲面挡墙；绕避建筑物挡墙，除了横、纵向布置外，还应作平面布置，并绘制平面布置图。3、支挡结构的布置23:10（1）主要力系（main forces）：挡土墙自重及位于墙上的恒载；墙后土体的主动土压力（包括超载）；基底的支撑力与摩阻力；墙前土体的被动土压力；浸水墙的常水位静水压力及浮力。（2）附加力（additional forces）：季节性或规律性作用于墙的各种力，如波浪冲击、洪水。（3）特殊力（occasional forces）：偶然出现的

23、力，如地震力、浮力、水面物撞击力等。图414 作用在挡土墙上的力系4、作用在挡土墙上的力系23:105、库伦理论的基本假设墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（0）；挡土墙刚性，墙背倾斜，倾角为；墙面粗糙（rough surface），墙背与土本之间存在摩擦力（0）；滑动破裂面（failure plane）为通过墙踵的平面。（a） （b） （c）库伦主动土压力计算图式23:10有限范围填土的土压力计算被动土压力计算（calculation of passive earth pressure）P163 Ea-式4-206、挡土墙结构的被动土压力计算作用方向改变作用方向改变23:107

24、、挡土墙结构的地震土压力计算地震区挡土墙（地震力作用下的土压力计算）计算时只要进行地震力合成（Synthesis of seismic force）23:108、施加于挡土墙的荷载分类23:109、挡土墙的荷载组合23:10第五章 路基施工第一节 概述(Introduction)第二节 路堤填筑与压实(embankment filling and compaction)第三节 路堑开挖(cutting excavation)第四节 石质路基爆破施工(blasting construction in stone subgrade)第五节 路基加固(Foundation reinforcement

25、)第六节 路基施工新技术(new construction technology)23:10第五章 路基施工掌握路基施工的基本方法和一般程序；掌握路基压实原理和应用；了解石质路基施工要点了解路基的加固、路基施工新技术。 23:101、路基施工的基本方法按技术特点分类(technical characteristic)：人工及简易机械化(artificial construction method)：手工工具、劳动强度大、进度慢、工程质量难以保证综合机械化施工(synthetic mechanized construction)：效率高、需要科学地严密组织施工水力机械化施工(hydro-mechanisation construction)：适用于电源盒水源充足、挖掘松散的土