道路與橋梁工程概論5

道路與橋梁工程概論樊烽E-mail：fanfenjunzhi@Tel見的人工明渠橫斷面有梯形。邊坡系數(shù)m：反映渠道兩側(cè)傾斜程度水力半徑：：斷面面積：濕周第二節(jié)明渠水力計算1.水力系數(shù)計算流量公式：式中c為謝才系數(shù)，可用曼寧公式計算不堆積流速Vmin允許不沖刷流速Vmax根據(jù)土質(zhì)不同選取。2.判斷條件：第三節(jié)軟土的排水固結(jié)軟土：泛指淤泥及淤泥質(zhì)土，在靜水或非常緩慢的流水環(huán)境中沉積，并經(jīng)生物化學(xué)作用形成的飽和軟粘性土。軟土的物理力學(xué)特性：

1．高含水量和高孔隙性

2．含水率大，滲透性弱

3．壓縮性高

4.抗剪強(qiáng)度和承載力低軟土在建筑荷載作用下的變形特征1.變形大而不均勻2.變形穩(wěn)定歷時長3.抗剪強(qiáng)度低4.較顯著的觸變性和蠕變性一、軟土加固方法換填法是是將基礎(chǔ)底面以下不太深的處理范圍內(nèi)的軟弱土層挖去，然后以質(zhì)地硬，強(qiáng)度高，性能穩(wěn)定，具有抗侵蝕性的砂卵石、素土等去分層換填，同時用人工或機(jī)械方法進(jìn)行表層壓夯、振動等處理至滿足工程要求的全過程。

擠密壓實法1、原理：采用一定的手段，通過振動、擠壓使地基土體孔隙比減小，從而提高強(qiáng)度。2、方法：土（灰土）擠密樁處理軟土地基碎石擠密樁處理軟土地基強(qiáng)夯法處理軟土地基換填法土（灰土）擠密樁處理軟土地基適用條件：處理加固地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土以及含水量較大的軟土優(yōu)點(diǎn)：橫向擠密縮短工期處理深度可達(dá)15米就地取材原理：生石灰吸水消解經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后膨脹，樁間土脫水，樁周圍的土被擠壓后土壤密實度逐漸增強(qiáng)，使地基強(qiáng)度提高，從而達(dá)到滿足工程要求的地基承載力（成樁擠密、吸水?dāng)D密、膨脹擠密）

1、原理通過布置豎向排水井，改善地基的排水條件及采取加壓、抽氣、抽水和電滲等措施，以加速地基土的固結(jié)和強(qiáng)度增長，提高地基土的穩(wěn)定性，并使沉降提前完成（由加壓系統(tǒng)和排水系統(tǒng)組成）2、方法堆載預(yù)壓法真空預(yù)壓法降水預(yù)壓法電滲排水法排水固結(jié)法塑料排水板法處理公路軟土地基塑料排水板的類型：與袋裝砂井相比，它的優(yōu)缺點(diǎn)：插板機(jī)械輕，效率高、對土的擾動小、造價低∩型塑料板梗透水膜塑料板無紡布螺旋孔塑料板袋裝砂井法處理公路軟土地基排水砂井的作用排水系統(tǒng)就是在地基中設(shè)置一些排水通道，改變原有地基的邊界條件，增加空隙水的排出途徑．袋裝砂井袋裝砂井是近年來豎向排水井工藝發(fā)展，是砂并排法的延續(xù)．是將散體的砂裝入用化纖紡織物做成的細(xì)長袋子（7~12cm)作為豎向排水體的一種方法。攪拌樁法：利用水泥、石灰或其他材料作為固化劑的主劑，通過特制的深層攪拌機(jī)械，在地基深處將軟土和固化劑強(qiáng)制攪拌，利用固化劑和軟土之間所產(chǎn)生的一系列物理—化學(xué)反映，形成堅硬拌和柱體，與原地層共同起復(fù)合地基的作用。灌漿膠結(jié)法：用氣壓、液壓或電化學(xué)原理，把某些能固化的漿液注入各種介質(zhì)的裂縫或空隙中，以改善地基的物理力學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)加固法第三章路及穩(wěn)定性設(shè)計第一節(jié)邊坡穩(wěn)定性驗算一、概述

1、土的計算參數(shù)2、邊坡驗算的假定松砂或砂性土邊坡滑動面為平面；一般粘土的邊坡滑動面為圓曲面。一般的土滑裂面通過坡腳或者邊坡點(diǎn)，軟土路基的滑裂面通過軟土地基而交于坡腳點(diǎn)。3、車輛荷載的等效高度

車輛荷載按標(biāo)準(zhǔn)車輛以相應(yīng)的加重車按最不利位置排列，換算成等效土層重量，叫當(dāng)量高度，用h0表示。N——橫向分布的車輛數(shù)；Q——每一輛車的重量，kN；L——車輛前后輪胎（或拖拉機(jī)履帶）著地長度，m；g——土的容量，kN/m3；B——橫向分布車輛輪胎（或履帶）外緣之間距離，m；其中：b——每一輛車的輪胎（或履帶）外緣之間的距離,m；d——相鄰兩車輪胎（或履帶）之間的凈距,m。二、邊坡穩(wěn)定性驗算1、直線滑裂面法穩(wěn)定性判斷：2、圓弧滑裂面法4.5H法——確定圓心和滑動面的方法過E向下作垂直EF=H，過F作水平線FM=4.5H，過E作一線EI與ES夾β1角，過S作SI與水平線夾角β2，交于I點(diǎn)，連MI作延長線，在其上取O1、O2、O3點(diǎn)，求K1、K2、K3，取小值。

36°法:較4.5H法簡單，但精度不如4.5H法。O1O2O336°B畢肖普法（Bishop法）：單位土條抗滑力：下滑力：垂直面上力的平衡條件得：抗滑穩(wěn)定系數(shù)：得：三、斜坡地基路基穩(wěn)定性驗算其中：因此：其中：利用上兩式對土體逐個計算，直到某個土體的剩余下滑力為零，由此確定Fs，剩余下滑力為負(fù)數(shù)，則表示路堤邊坡穩(wěn)定。1、滲透動水壓力的作用浸水路堤：受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等。河灘路堤除承受普通路堤所承受的外力及自重力外，還要承受浮力及滲透動水壓力的作用。四、浸水路堤的穩(wěn)定性驗算當(dāng)河中水往上升時，水從邊坡的一側(cè)或兩側(cè)滲入路堤內(nèi)；當(dāng)水位降落時，水又從堤身內(nèi)向外滲出。由于在土體內(nèi)滲水速度比河中水位升降速度慢，因此，當(dāng)?shù)掏馑簧邥r，堤內(nèi)水位的比降曲線（浸潤線）成凹形；當(dāng)?shù)掏馑幌陆禃r，堤內(nèi)水位比降曲線成凸形。當(dāng)水位驟然下降時，土體內(nèi)部的水流出邊坡需要較長的時間，由于水位的差異，其滲透動水壓力的方向指向土體外面，這就劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性，并可能產(chǎn)生邊坡凸起和滑坡現(xiàn)象。此外，滲透水流還能帶走路堤細(xì)小的土粒而引起路堤的變形。在高水位時，如路堤兩側(cè)邊坡上的水位不一致，就會產(chǎn)生橫穿路堤的滲透，即使水位相差較小，也需予以考慮。2、滲透動水壓力的計算滲透動水壓力可按下式計算：D＝IB0

式中：D——作用于浸潤線以下土體重心的滲透動水壓力，KN/m；

I——滲流水力坡降(取用浸潤曲線的平均坡降)；

ΩB——浸潤曲線與滑動弧之間的面積，m2；0——水的容重，kN/m3。3、條分法浸水路堤的穩(wěn)定性，應(yīng)按路堤處于最不利的情況進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。其破壞一般發(fā)生在最高洪水位驟然降落的時候。邊坡穩(wěn)定性分析的原理和方法與普通路堤邊坡穩(wěn)定性的圓弧法基本相同。當(dāng)路堤一側(cè)浸水時，只要注意浸水土條與未浸水土條的基本參數(shù)的變化。計算公式第二節(jié)路基防護(hù)與加固設(shè)計一、防護(hù)與加固的意義邊坡常年經(jīng)受冰雪融化和雨水沖刷而風(fēng)化剝落和變形破壞，因此需要防護(hù)和加固。

二、防護(hù)與加固工程的設(shè)施

1、植物防護(hù)

1）種草——適用于不陡于1:1的草類生長的土質(zhì)邊坡。

2）鋪草皮——適用于邊坡較陡,沖刷嚴(yán)重,徑流速度小于1.5m/s,附近草皮來源較易地區(qū)的路基。

3）種樹——主要作用是加固邊坡,防止和減緩水流沖刷，防風(fēng)沙，美化路容，調(diào)節(jié)氣候。

2、礦料防護(hù)

1)抹面與勾縫

抹面適用于易風(fēng)化軟質(zhì)巖石挖方邊坡。一般選用石灰爐渣灰漿,石灰漿。

勾縫適用于質(zhì)地堅硬,不易風(fēng)化但節(jié)理裂縫多而細(xì)的巖石邊坡,以防水分滲入巖層內(nèi)造成病害。

2)砌石防護(hù)

為防止地面徑流或河水沖刷,公路填方邊坡、沿河路堤浸水部位坡面、土質(zhì)路塹邊坡下部的局部,以及橋涵附近坡面,可采用砌石防護(hù)。當(dāng)滑動面為直線時，αi=αi-1=α，則φ

i-1=0，將條塊的Fi-Fi-1相加，且設(shè)Fn=0此外，還有一些其它方法如揚(yáng)布法、分塊極限平衡法、最危險滑弧圓心位置確定法（4.5H法，36°法）等。6.3穩(wěn)定性驗算穩(wěn)定性驗算基本程序如下：1.根據(jù)路基可能出現(xiàn)的滑動面形狀，選擇分析方法；2.進(jìn)行適當(dāng)?shù)臈l塊劃分；4.選取抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，求Ks;3.按不同的荷載組合計算條塊自重及其他已知力（Qi)；5.將每種荷載組合下的Ks（取最小值）與容許Ks比較，判定是否穩(wěn)定。一、荷載組合：?？紤]三種荷載組合1.主要組合：重力、汽車荷載、常水位時的浮力。2.附加組合：將主要組合中的汽車荷載該為平板掛車或履帶車?；蚩紤]最不利水位時浮力和滲流力。3.地震組合：重力、地震力及常水位條件下的浮力。在地震基本烈度為8度以上地區(qū)需進(jìn)行抗震驗算。路基失穩(wěn)時，滑動面的形狀和位置同路基外形、巖土性質(zhì)和地層情況等有關(guān)。1.粘性差（透水砂、碎石組成）的土構(gòu)成的坡體：滑坍時破壞面接近于平面，用直線滑動面法驗算。土質(zhì)均勻的路基邊坡破壞時，滑動面常過坡腳或變坡點(diǎn)，通常都假設(shè)幾個可能滑動面，求得Ks最小的滑動面為最危險滑動面。大量計算表明，最危險滑動面的圓心是在一條輔助線附近，此輔助線位置可用4.5H法定。其中β1、β2輔助角可見表6-1，當(dāng)邊坡不陡于1：1時，可用36°法定。這兩種方法均適用于邊坡坡頂水平、滑動圓弧過邊坡坡腳的情況。2.有一定粘性的土構(gòu)成的坡體：滑坍時破壞面接近于曲面，用圓弧滑動面法驗算。（簡單條分法、Bishop法）二、滑動面的形狀和位置：

36°法:較4.5H法簡單，但精度不如4.5H法。

4.5H法：過A向下作垂直AC=H，過C作水平線CD=4.5H，過A作一線AO與AB夾β1角，過B作OB與水平線夾角β2，交于O點(diǎn)，連OD作延長線，在其上取O1、O2、O3點(diǎn)，求K1、K2、K3，取小值。O1O2O336°B4.5HOBDACHHβ1β2O1O2O3K1K2K33.軟土地基上的路堤：當(dāng)h<H，滑動面下限切于軟土底層。(h為軟土層高）HhAG當(dāng)h>H，滑動面深度為1~1.5H。HhAG1~1.5H4.斜坡（陡坡）路堤：這類滑移面多為直線或折線形或曲線組合型。當(dāng)?shù)谈叱^極限高度時，堤身常和地基一起滑動，滑動面形狀多為圓弧形。三、條塊的劃分和自重計算：保證：Ci，φi值同一條塊是定值，對圓弧面：取寬2-6m，塊數(shù)n取10左右。劃分原則：1）土層條件有變化時；2）填料有分層時；3）滑移面坡度有變化時。自重：由面積乘土的容積而得，當(dāng)由幾層土組成時，應(yīng)分層計算，然后疊加。在作穩(wěn)定性驗算時，應(yīng)將車輛荷載按最不利情況排列，并換算為相當(dāng)?shù)耐翆雍穸萮0。再計入條塊面積內(nèi)一起計算重力。四、車輛荷載換算：土柱高:n為車道數(shù)，G為重車重（KN），B為車輛荷載的橫向分布寬度，L為車輛荷載縱向分布長度，為填料容重（KN/m3)。B=nb+(n-1)d+eb為車兩側(cè)輪中距1.8m，d為1.3m，e為輪胎著地寬度（0.5，0.6，0.7）汽10：G=150KN，L=4.2m；汽15：G=200KN，L=4.2m；汽20：G=300KN，L=5.6m；汽超20：G=550KN，L=13m。換算得到的土柱荷載（高h(yuǎn).0)可按寬度布置在道路行車部分范圍內(nèi)；也可分布在整個路基寬度上。定最危險滑移面圓心位置時，可將換算土柱荷載頂端作為邊坡頂處理，h0計入邊坡高度內(nèi)。浸水土體會受到浮力（靜水壓力）和滲流力（動水壓力）的作用，使材料抗剪強(qiáng)度下降。只要將浸水部分采用浮容重計算土的自重即可。五、浮力和滲流力的考慮：浮容重：γ′=γm-γw=γd-(1-n)γw

γm為飽和容重；γw為水容重；γd為干容重；n為孔隙率。當(dāng)邊坡內(nèi)有水位差時，就會發(fā)生滲流力現(xiàn)象，則有動水壓力，若坡外水位較坡內(nèi)低，滲流力指向坡體外，則降低坡體的穩(wěn)定性。要考慮。D=Aγm·I

I為水力坡降，A為滑動體面積。對于透水材料（砂、石，I=0

）或幾乎不透水材料筑成的路堤，均可不計滲流力。考慮滲流力時：六、地震力的計算：分水平和豎向豎向震動時對路基危害比水平震動小得多，可忽略不計。水平震動力：Q=CiCzKhW

Ci為重要性系數(shù)，Cz為綜合系數(shù)0.25；Kh水平地震系數(shù)（0.1，0.2，0.4）；W為重力。七、土工參數(shù)的選取：γ由試驗或經(jīng)驗確定；在使用過程中或在施工過程中，路基出現(xiàn)失穩(wěn)征