《道路工程》講義1102PPPT7

路基工程中南大學(xué)土木工程學(xué)院道路工程系路基工程概述一般路基設(shè)計(jì)地基處理與路基填筑路基邊坡與支擋結(jié)構(gòu)路基工程主要內(nèi)容中南大學(xué)土木工程學(xué)院道路與鐵道工程國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科1路基工程的特點(diǎn)2路基性能要求特點(diǎn)3路基穩(wěn)定的影響因素4公路自然區(qū)劃分與干濕類型5路基的受力特征及要求6路基的變形、破壞及防治

公路路基是路面的基礎(chǔ)，是公路工程的重要組成部分，它是按照路線位置和一定的技術(shù)要求修筑的帶狀構(gòu)造物，與路面共同承受交通荷載的作用。作為路面的支承結(jié)構(gòu)物，路基必須具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性(Strength,Stability,Durability)。第一節(jié)概述第二節(jié)路基工程的特點(diǎn)路線長(zhǎng)、工程量大；

沿線地形起伏變化大，地質(zhì)、地貌、氣象特征多變；

沿線經(jīng)濟(jì)程度和交通特點(diǎn)不一樣?！?、工程特點(diǎn)全天候暢通高速安全舒適經(jīng)濟(jì)◆2、路基的使用要求即結(jié)構(gòu)與功能兩個(gè)方面要求1.承載能力(SupportLoadAbility)包括強(qiáng)度和剛度兩個(gè)方面。2.穩(wěn)定性(Stability)

在地表上開挖或填筑路基，會(huì)改變?cè)孛娴貙咏Y(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，從而造成路基失穩(wěn)；大氣降水、大氣周期性變化對(duì)穩(wěn)定性的影響。3.耐久性(Durability)

道路工程有較長(zhǎng)的使用年限，因此路基路面工程要求有很好的耐久性能。◆3、路基性能要求特點(diǎn)第三節(jié)路基穩(wěn)定的影響因素地形地貌貌海拔高度度路線與地地勢(shì)地貌貌的結(jié)合合程度1.地理?xiàng)l件巖石或土土的種類類與成因因地質(zhì)走向向與層理理有無軟弱弱層或軟軟弱夾層層有無地震震、泥石石流或巖巖溶等不不良地質(zhì)質(zhì)情況2.地質(zhì)條件件氣溫（季季節(jié)性與與地形性性）降水日照風(fēng)力風(fēng)向向3.氣候條件地表水的的水文條條件1、地表積積水水位位與存水水時(shí)間2、地表水水的排泄泄3、河流的的常水位位與洪水水水位4、河流的的河岸及及河床的的淤積地下水的的水文地地質(zhì)條件件1、地下水水的移動(dòng)動(dòng)規(guī)律2、地質(zhì)內(nèi)內(nèi)的層間間水、裂裂隙水、、泉水4.水文和水文文地質(zhì)條條件土的不同同顆粒組組成形成成不同的的材料強(qiáng)強(qiáng)度機(jī)理理不同類別別的土受受水溫影影響的程程度不同同不同的土土類有不不同的工工程特征征與性質(zhì)質(zhì)5.土的類別6.路基土的分分類一、按粒粒徑組成成、塑性性指數(shù)(plasticindex)：6.路基土的分分類第四節(jié)公公路自自然區(qū)劃劃2、區(qū)劃定定制原則則：自然條件件影響道道路建設(shè)設(shè)自然條件件大致相相同的劃劃分為一一區(qū)，在在同一區(qū)區(qū)內(nèi)從事事公路規(guī)規(guī)劃、設(shè)設(shè)計(jì)、施施工、管管理時(shí)，，可相互互參照1、區(qū)劃定定制原因因：道路工程程特征相相似地表氣候候區(qū)劃差差異性自然氣候候因素既既有綜合合又有主主導(dǎo)作用用指的是根根據(jù)全國(guó)國(guó)各地氣候、水文、地質(zhì)、地形等條件對(duì)對(duì)公路工工程的影影響而劃劃分的地地理區(qū)域域。第四節(jié)公公路自自然區(qū)劃劃3、《公路自然然區(qū)劃標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)JTJ003-86》》：按三個(gè)等等級(jí)進(jìn)行行區(qū)劃：：七個(gè)一級(jí)級(jí)區(qū)劃：：以兩條均均溫等值值線和兩兩條等高高線為標(biāo)標(biāo)志北部多年年凍土區(qū)區(qū)——Ⅰ東部溫潤(rùn)潤(rùn)季凍區(qū)區(qū)——Ⅱ黃土高原原干濕過過渡區(qū)——Ⅲ東南濕潤(rùn)潤(rùn)區(qū)——Ⅳ西南潮暖暖區(qū)——Ⅴ西北干旱旱區(qū)——Ⅵ青藏高寒寒區(qū)——Ⅶ全年均溫-2℃等值線，一月份均溫0℃等值線。1000米等高線，走向北偏東，3000米等高線，走向自西向東。第四節(jié)公公路自然區(qū)區(qū)劃一級(jí)區(qū)名稱公路工程的自然條件特點(diǎn)路基路面的設(shè)計(jì)要求北部多年凍土區(qū)多年凍土層春夏有熱融發(fā)生，降低土基強(qiáng)度；秋季層上水由上至下凍結(jié)，形成承壓水；冬季產(chǎn)生凍脹。路面設(shè)計(jì)重要原則是維持凍穩(wěn)性，保護(hù)凍土上限不至下降；路基設(shè)計(jì)寧填勿切，填土最好為凍穩(wěn)定性好的土或砂礫東部濕潤(rùn)季凍區(qū)

冬季凍脹，春季翻漿，夏秋水毀和泥石流有一定影響。地形以平原和丘陵為主。路基填土高度應(yīng)符合要求；應(yīng)采取措施隔溫、排水、截?cái)嗝?xì)水上升；應(yīng)用水穩(wěn)性凍穩(wěn)性好的材料做路面基層。黃土高原干濕過渡區(qū)為東部溫潤(rùn)季凍區(qū)向西北干旱區(qū)和西南潮暖區(qū)的過渡區(qū)。地下水位深，干燥土基強(qiáng)度較好，但粉質(zhì)大孔性黃土易沖蝕和遇水濕陷。選擇不透水的面層或上封閉層，以防雨水下滲造成黃土失陷；潮濕地段注意排水；摻灰類結(jié)構(gòu)層是穩(wěn)定的路面基層，或在石料基層下設(shè)砂礫底基層一級(jí)區(qū)名稱公路工程的自然條件特點(diǎn)路基路面的設(shè)計(jì)要求東南濕熱區(qū)雨量充沛，雨型季節(jié)性強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)暴雨多；地溫高，易引起瀝青路面泛油，加大水泥路面翹曲應(yīng)力；水稻田多，土基濕軟，強(qiáng)度低。注意黑色面層材料的熱穩(wěn)定性和防透水性；瀝青材料宜選用較高標(biāo)號(hào)，保證基墊層穩(wěn)定性；加強(qiáng)公路排水設(shè)施；水稻田、軟土和潮濕路段應(yīng)處理。西南濕暖區(qū)雨期較長(zhǎng)，蒸發(fā)較少，滲透較大，故土基較濕；石質(zhì)路基和部分干濕季節(jié)分明地區(qū)，土基強(qiáng)度較高。保證其濕穩(wěn)性；過濕地區(qū)已采用路堤，并使邊坡符合要求；石料豐富，有利于設(shè)計(jì)中就地取材。西北干旱區(qū)土基強(qiáng)度和水文狀況均佳，筑路砂石材料較多；中級(jí)路面易搓板松散和揚(yáng)塵；高山區(qū)有風(fēng)雪流危害；灌區(qū)和綠洲有凍脹翻漿。保證其干穩(wěn)定性，改建瀝青路面為有效方法；綠洲灌區(qū)應(yīng)充分利用就近所產(chǎn)砂礫、石料進(jìn)行處理；還應(yīng)注意風(fēng)蝕和沙埋的防治。青藏高原區(qū)滑坡、崩塌、泥石流等極嚴(yán)重；瀝青老化快；公路通過條件困難。按保溫原則設(shè)計(jì)，保證路基穩(wěn)定性；瀝青路面設(shè)計(jì)應(yīng)采取措施。北部多年凍凍土區(qū)：凍凍土、凍土土退化（全全球氣溫升升高）東部溫潤(rùn)集集結(jié)區(qū)：凍凍脹翻漿黃土高原干干濕過渡區(qū)區(qū)：黃土東南濕熱區(qū)區(qū)：排水、、濕軟地基基西南潮暖區(qū)區(qū)：不良地地質(zhì)（喀斯斯特、滑坡坡）西北干旱區(qū)區(qū)：缺水、、雪害青藏高寒區(qū)區(qū)：高寒、、凍土各個(gè)自然區(qū)區(qū)劃內(nèi)路基基路面設(shè)計(jì)計(jì)的注意事事項(xiàng)33個(gè)二級(jí)區(qū)劃劃和19個(gè)副區(qū)：以潮濕系數(shù)數(shù)（K=年降雨量R/年蒸發(fā)量Z）劃分三級(jí)區(qū)劃：：各省，自自治區(qū)自行行劃定3、《公路自然區(qū)區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)JTJ003-86》：第四節(jié)公公路自然區(qū)區(qū)劃◆4、我國(guó)的公公路自然區(qū)區(qū)劃第五節(jié)路路基的水溫溫狀況與干干濕類型◆1、路基的水水溫狀況（1）路基水的的來源原始土具有有的自然含含水量；大大氣降水；；地面水；；地下水；；毛細(xì)上升升水；水蒸蒸汽凝結(jié)水水；薄膜移移動(dòng)水……（2）路基水溫溫狀況及其其變化地下水與溫溫度共同作作用造成路路基濕度的的變化，最最典型的是是路基凍脹與翻漿現(xiàn)象?！?、路基的水水溫狀況凍脹丘Pingo熱融thaw滲入路面滲入路肩由路肩由邊溝由較高處滲入地下水位由下層土水汽移動(dòng)由地下水地下水位變動(dòng)◆1、路基的水水溫狀況溫度造成路基體的膨脹與收收縮，甚至至引起路基基的凍脹；；（3）溫度對(duì)路路基穩(wěn)定的的影響路面開裂◆1、路基的水水溫狀況凍脹(frostheave)：積聚于面層層下的水結(jié)結(jié)冰后體積積增大，使使路基隆起起而造成成的路面開開裂等破壞壞現(xiàn)象。膨脹壓力翻漿(frostboiling)：凍漲土在溫溫度升高后后融解，無無法迅速排排除，在行行車荷載作作用下，路路面結(jié)構(gòu)破破壞，水進(jìn)進(jìn)入路基，，路基土?xí)?huì)以泥漿的的形式從凍凍漲后開裂裂的路面層層裂隙中冒冒出或擠出出。條件：①粉質(zhì)土和極極細(xì)的砂②溫度變化化③地下水位位高◆1、路基的水水溫狀況濕度對(duì)路基基的影響：：濕軟、冰凍凍及整體不不穩(wěn)定，需需設(shè)置良好好的排水設(shè)設(shè)施，并控控制路基的的干濕類型型?！簦?）濕度對(duì)路路基路面穩(wěn)穩(wěn)定的影響響◆1、路基的水水溫狀況對(duì)于不同的粘土土，含水量量相同，稠度可能不不同不同的粘土土，ωp、ωL大小不同wpwwL液性指數(shù)定義：IL<0IL=0–1IL>1堅(jiān)硬狀態(tài)可塑狀態(tài)流態(tài)0.00–0.250.25-0.750.75–1.00硬塑可塑軟塑天然稠度用于劃分路基的干濕狀態(tài)◆（5）路基的干干濕類型塑性指數(shù)——吸附結(jié)合水的能力；粘性大小；大致反映粘土顆粒含量

路基干濕類類型：路基干濕類類型是指路路槽底面以以下80cm深度內(nèi)最不不利季節(jié)的的干濕狀態(tài)態(tài)，分為干燥、中濕、潮濕、過潮濕4個(gè)類型，要要求路基處處于干燥和和中濕狀態(tài)態(tài)，潮濕和和過潮濕路路基必須經(jīng)經(jīng)過處理后后方可鋪筑筑路面。干燥中濕潮濕過濕需處理◆（5）路基的干干濕類型塑限ωp液限ωl稠度界限粘性土的稠稠度反映土土中水的形形態(tài)固態(tài)或半固態(tài)塑態(tài)流態(tài)強(qiáng)結(jié)合水膜膜最大出現(xiàn)自由水水強(qiáng)結(jié)合水弱結(jié)合水自由水稠度狀態(tài)含水量土中水的形形態(tài)w縮限ωs◆（5）路基的干干濕類型（1）以平均稠度（））來劃劃分和判斷斷（對(duì)已有公路路）式中：—不利季節(jié)路路槽底面以以下80cm深度內(nèi)的平平均稠度；；—不利季節(jié)路路槽底面以以下80cm深度內(nèi)第i層的稠度;—不利季節(jié)路路槽底面以以下80cm深度內(nèi)第i層的天然含含水量；—路槽底面以以下80cm深度內(nèi)第i層的液限；；—路槽底面以以下80cm深度內(nèi)第i層的塑限。?！簦?）路基的干干濕類型劃劃分據(jù)計(jì)算值按按道路所處處自然區(qū)劃劃和路基路路基土類別別查表確定定____________________________干燥中中濕潮潮濕過過濕干燥中濕潮濕過濕需處理◆（6）路基的干干濕類型劃劃分各自然區(qū)劃土基分界稠度表（２）以平均相對(duì)含含水量()來劃分和判判斷(對(duì)已有公路路)(1-4-3)式中:——不利季節(jié)路路槽底面以以下80cm深度內(nèi)的平平均相對(duì)含含水量；—不利季節(jié)路路槽底面以以下80cm深度內(nèi)的算算術(shù)平均含含水量;—76g平衡錐所測(cè)測(cè)路基土樣樣的液限，，％。據(jù)計(jì)算值按按道路所處處自然區(qū)劃劃和路基土土類別查有有關(guān)表格確確定的分界界相對(duì)含水水量比較即即可確定路路基干濕類類型。____________________________干燥中濕潮濕過濕◆（6）路基的干干濕類型劃劃分（３）以路路基臨界高度來劃分與判判斷（對(duì)新建公路路）路基尚未鋪鋪筑，前述述方法無法法應(yīng)用。當(dāng)當(dāng)路基的地地下水位或或地表積水水水位一定定的情況下下，路基濕濕度由下而而上逐漸減減少。與分界稠度度相對(duì)應(yīng)的的路基頂面面離地下水水位或地表表積水水位位的高度稱稱路基臨界界高度。令：—路槽底面距距地下水位位或地表積積水水位的的標(biāo)高之差差；—對(duì)應(yīng)于的的最小值值，，即最不利利季節(jié)路基基處于干燥燥、中濕、、潮濕狀態(tài)態(tài)時(shí)的路基基臨界高度度。◆（6）路基的干干濕類型劃劃分路基臨界高高度與路基基干濕類型型路基臨界高高度與路基基干濕類型型地下水位高度土的相對(duì)含水量平均稠度◆（6）路基的干干濕類型劃劃分路基干濕類類型的劃分分標(biāo)準(zhǔn)路基自重應(yīng)力：

路基任意點(diǎn)：第六節(jié)路路基的受力力特征及要要求◆1、路基受力力狀況車輪荷載應(yīng)力：

1）均布荷載

2）集中荷載在路基某一一深度Za處，當(dāng)車輪輪荷載引起起的垂直應(yīng)應(yīng)力與路基基土自重引引起的垂直直應(yīng)力相比比所占比例例很小，僅僅為1/10~1/5時(shí)，該深度度Za范圍內(nèi)的路路基稱為路路基工作區(qū)區(qū)。概念：該深度Za隨車輛荷載載增大而增增大，隨路路面的強(qiáng)度度和厚度的的增加而減減小。工作區(qū)內(nèi)：：強(qiáng)度、穩(wěn)穩(wěn)定性重要要，壓實(shí)度度提高。討論工作區(qū)區(qū)？對(duì)模量不同同的路面結(jié)結(jié)構(gòu)，應(yīng)應(yīng)將路面折折算為與路路基同一性性質(zhì)的整體體后，再進(jìn)進(jìn)行計(jì)算。。要求：◆2、路基工作作區(qū)第六節(jié)路路基的受力力特征及要要求2、路基工作作區(qū)深度◆1、路基常見見的病害及及其起因路基沉陷冰脹與翻漿漿邊坡坍塌和和溜坡?lián)跬翂蜃o(hù)護(hù)坡的裂縫縫、

斷裂裂、鼓肚或或沉陷第七節(jié)路路基的變變形、破壞壞及防治a)b)路基沉陷（（a.路基沉陷;b.路基沉縮;c.土基沉陷））c)◆(1)路基沉陷◆（2）冰脹與翻翻漿(FrostHeaveandThaw)一般是凍敏敏土在水和和低溫溫差差的影響下下形成毛細(xì)細(xì)現(xiàn)象積聚聚冰棱所致致，這種現(xiàn)現(xiàn)象發(fā)生于于季節(jié)性冰冰凍地區(qū)，，當(dāng)溫度在在零攝氏度度以下反復(fù)復(fù)變化時(shí)，，由于負(fù)溫溫度的坡差差影響會(huì)將將路基內(nèi)的的水分以毛毛細(xì)吸管的的形式積聚聚到上部?jī)鰞鼋Y(jié)隆起，，從而使路路基隆起和和路面開裂裂，發(fā)生冰冰脹；而到到了春融季季節(jié)，路基基上層土首首先化凍，，水分無法法排出或下下滲，這這時(shí)在行車車作用下泥泥漿就會(huì)沿沿路面裂逢逢冒出，形形成翻漿。?！簦?）邊坡滑塌塌a)b)滑動(dòng)面滑坡土堆c)路基邊坡的的破壞（a.b.為溜方；c.滑坡）◆（4）擋土墻或或護(hù)坡的裂裂縫、斷裂裂、鼓肚或或沉陷裂縫：基礎(chǔ)處理不不當(dāng)而造成成砌體產(chǎn)生生沉陷或施施工處理與與養(yǎng)護(hù)不當(dāng)當(dāng)而使砌體體產(chǎn)生過度度收縮或膨膨脹等都會(huì)會(huì)引起砌體體的裂縫。。斷裂、傾斜斜或鼓肚：：一般是由于于砌體后土土的側(cè)向壓壓力增大或或基礎(chǔ)的不不均勻沉陷陷所致，多多由水的作作用或冰凍凍作用而引引