道路工程-路基設(shè)計(jì)

道路工程zz工業(yè)大學(xué)土水學(xué)院2023/10/24道路工程2第五章路基設(shè)計(jì)與施工§5-1概述§5-2土基的受力與強(qiáng)度§5-3路基的破壞形式與原因分析§5-4公路自然區(qū)劃與土基干濕類型§5-5路基土的分類與工程性質(zhì)§5-6一般路基設(shè)計(jì)§5-7路基邊坡穩(wěn)定性分析§5-8擋土墻設(shè)計(jì)§5-9路基施工技術(shù)2023/10/24道路工程3一.路基特點(diǎn)路基：在天然地表面按道路的設(shè)計(jì)線形(位置)和設(shè)計(jì)橫斷面(幾何尺寸)的要求開(kāi)挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)物。

特點(diǎn)：工程數(shù)量大、耗費(fèi)勞力多、涉及面廣、投資高§5-1概述路基作用：

為路面結(jié)構(gòu)提供足夠?qū)挾鹊钠巾樆?，它是路面的基礎(chǔ)，是公路的承重主題。2023/10/24道路工程4§5-1概述二.路基設(shè)計(jì)一般要求足夠的整體穩(wěn)定性足夠的強(qiáng)度足夠的水溫穩(wěn)定性三.路基設(shè)計(jì)與施工內(nèi)容1.設(shè)計(jì)2.施工2023/10/24道路工程5

根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，并依據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，確定合理路基形式、斷面尺寸、排水設(shè)計(jì)、坡面防護(hù)以及相應(yīng)的附屬設(shè)施。設(shè)計(jì)水位B1:m＞4米路基設(shè)計(jì)任務(wù)§5-1概述2023/10/24道路工程61.應(yīng)根據(jù)公路功能、等級(jí)交通量結(jié)合沿線地形、地質(zhì)及路用材料等自然條件進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證其具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，路面應(yīng)平整抗滑。2.路基設(shè)計(jì)應(yīng)重視排水設(shè)計(jì)與防護(hù)設(shè)施的設(shè)計(jì)。3.路基斷面形式應(yīng)與農(nóng)田水利相結(jié)合、與沿線自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，避免深挖和高填。4.應(yīng)與線路設(shè)計(jì)相配合，通過(guò)特殊地質(zhì)與水文條件的路段，應(yīng)查明情況，綜合治理。路基設(shè)計(jì)一般規(guī)定§5-1概述2023/10/24道路工程7§5-2土基的受力與強(qiáng)度一.路基的受力與路基工作區(qū)

路基中的應(yīng)力有兩類，一是土體自重本身產(chǎn)生的應(yīng)力稱為自重應(yīng)力σcz，其隨深度而線性增加。

σcz=γZ

還有一類就是由車輛等外部荷載產(chǎn)生的應(yīng)力稱為附加應(yīng)力σz，附加應(yīng)力隨深度而迅速減小，可近似表達(dá)為σz=KP/Z2

2023/10/24道路工程8二.土基的強(qiáng)度指標(biāo)1.土基的應(yīng)力應(yīng)變特征§5-2土基的受力與強(qiáng)度2023/10/24道路工程92.表征土的強(qiáng)度指標(biāo)土基回彈模量地基反應(yīng)模量加州承載比§5-2土基的受力與強(qiáng)度2023/10/24道路工程10§5-3路基的破壞形式及原因分析一.路基的主要病害路基常見(jiàn)的路基病害現(xiàn)象如下：

1．路堤沉陷

2.邊坡溜方、滑坡及風(fēng)蝕

3.路堤沿地基滑動(dòng)

4.路基凍脹與翻漿

5.路堤坍散

6.邊坡崩塌和碎落

7.其他類型破壞

塌方路基下沉導(dǎo)致斷面尺寸改變的病害現(xiàn)象稱為路堤沉陷。沉陷是不均勻的，嚴(yán)重時(shí)會(huì)破壞局部路段造成交通中斷。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷兩種。沉陷2023/10/24道路工程11§5-3路基的破壞形式及原因分析2023/10/24道路工程12

其他類型破壞：

如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以導(dǎo)致路基的大規(guī)模毀壞。在公路勘測(cè)中，要求盡可能避開(kāi)這些地區(qū)或采取相應(yīng)的技術(shù)措施，保證公路的正常使用?！?-3路基的破壞形式及原因分析2023/10/24道路工程13

主要原因歸納起來(lái)有如下幾種：（1）不良地質(zhì)地貌條件：

路基病害多出現(xiàn)在土質(zhì)較差、巖性松軟、風(fēng)化嚴(yán)重以及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜等不利的路段。（2）不良水文及水文地質(zhì)條件：

水分的浸入土體會(huì)增加自重，強(qiáng)度下降；水分滲入巖石節(jié)理會(huì)帶走或軟化其中的填充的次生礦物，削弱巖塊間連接；水流沖刷坡腳，使坡體失去支撐。地下水的活動(dòng)會(huì)降低坡體的穩(wěn)定性，土的濕度增加還會(huì)降低路基土的強(qiáng)度。（3）氣候地震等因素：氣溫、風(fēng)雪、暴雨、地震等都可能引起路基病害的發(fā)生。

低溫會(huì)使路基產(chǎn)生凍害，雨雪易會(huì)引發(fā)滑坡、泥石流，地震會(huì)使巖體結(jié)構(gòu)松散破碎，土層液化等。（4）設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)等原因：

路基橫斷面尺寸不合理，施工方法不當(dāng)、路基壓實(shí)欠佳、排水不暢、防護(hù)及加固措施不妥，養(yǎng)護(hù)不到位不及時(shí)等都會(huì)產(chǎn)生或加劇病害?！?-3路基的破壞形式及原因分析2023/10/24道路工程14§5-4公路自然區(qū)劃與路基干濕類型一。區(qū)劃原則及分區(qū):

1.道路工程特征相似原則

2.地表氣候區(qū)劃差異性原則

3.自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用的原則2023/10/24道路工程15

分三級(jí)區(qū)劃

1.一級(jí)區(qū)劃

2.二級(jí)區(qū)劃

3.三級(jí)區(qū)劃§5-4公路自然區(qū)劃與路基干濕類型2023/10/24道路工程16二。路基干濕類型劃分

1.路基濕度來(lái)源

大氣降水，地面水，地下水，毛細(xì)水，水蒸氣凝結(jié)水，薄膜水凍脹現(xiàn)象

2.路基干濕類型

干濕狀態(tài)：干燥，中濕，潮濕，過(guò)濕

3.

分類標(biāo)準(zhǔn)：(1)土的稠度：wc=(wl-w)/(wl-wp)(2)臨界高度：H§5-4公路自然區(qū)劃與路基干濕類型2023/10/24道路工程17

（1）已建公路：稠度

路基干濕類型與分界相對(duì)稠度的關(guān)系一般特性干燥>wc1

路基干燥穩(wěn)定，路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性不受地下水和地表水的影響，路基高度H>H1中濕>wc2

路基上部土層處于地下水或地表水影響的過(guò)渡帶區(qū)內(nèi)，路基高度H2<H≤H1潮濕>wc3

路基上部土層處于地下水或地表水毛細(xì)影響區(qū)內(nèi)，路基高度H3<H≤H2過(guò)濕≤wc3

路基不穩(wěn)定、冰凍區(qū)春融翻漿，非冰凍區(qū)雨季軟彈，路基經(jīng)處理后方可鋪筑路面，路基高度H<H34.指標(biāo)的選用：路基干濕類型劃分2023/10/24道路工程182.4.2溫度變化對(duì)路基路面的影響（2）待建公路：臨界高度(1)H1相對(duì)應(yīng)于wc1，為干燥和中濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)；

(2)H2相對(duì)應(yīng)于wc2，為中濕與潮濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)；(3)H3相對(duì)應(yīng)于wc3，為潮濕和過(guò)濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)。4.指標(biāo)的選用：路基干濕類型劃分2023/10/24道路工程19三。路基水溫狀況及對(duì)路基穩(wěn)定性影響四。保證路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的措施§5-4公路自然區(qū)劃與路基干濕類型2023/10/24道路工程20一。路基土的分類按土的顆粒組成特征分為四類:

巨粒土粗粒土細(xì)粒土特殊土d(mm)礫石砂粒粉粒粘粒膠粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

細(xì)粗

中

細(xì)粗粒細(xì)粒巨?！?-5路基土的分類與工程性質(zhì)2023/10/24道路工程21漂石土

卵石土砂類土粘質(zhì)土黃土膨脹土鹽漬質(zhì)土

紅粘土有機(jī)質(zhì)土

粉質(zhì)土

礫類土

巨粒土粗粒土細(xì)粒土特殊土土§5-5路基土的分類與工程性質(zhì)2023/10/24道路工程22一、典型橫斷面與構(gòu)造1.路基典型橫斷面路堤：指用巖土填筑而成的結(jié)構(gòu)物路塹：指全部在原地面開(kāi)挖而成的結(jié)構(gòu)物挖填結(jié)合路基：指原地面橫坡度較大，且路基較寬，往往需要一側(cè)開(kāi)挖，一側(cè)填筑而成的結(jié)構(gòu)物。較多適用于山區(qū)、丘陵區(qū)。

§5-6一般路基設(shè)計(jì)2023/10/24道路工程23依據(jù)路堤高度分類矮路堤：h＜1.0～1.5m

一般路堤：h＝1.5～18m高路堤：土質(zhì)h≥18m

巖質(zhì)

h≥20m適應(yīng)于平坦地區(qū)或者取土困難地區(qū)需要設(shè)邊溝

需對(duì)土基作特殊處理：工作區(qū)深度壓實(shí)度

水

砂墊層可在路基兩側(cè)設(shè)取土坑

土方量特別大，占地多；行車條件差

宜采用折線型或梯形邊坡。

典型橫斷面與構(gòu)造2023/10/24道路工程24當(dāng)?shù)孛孢吰露赣?：5時(shí)

當(dāng)?shù)孛孢吰露赣?：2時(shí)

注意事項(xiàng)土質(zhì)地面：須將原地面挖成臺(tái)階,臺(tái)階寬度大于1m，臺(tái)階向內(nèi)傾斜1～2%坡度

石質(zhì)地面：鑿毛

宜設(shè)置石砌護(hù)腳－還起到減少填方數(shù)量和壓縮路基占地寬度地作用。

傾斜地面上方坡腳，須采取措施阻止地面水滲入路堤內(nèi)。

典型橫斷面與構(gòu)造2023/10/24道路工程25一般路堤

a、護(hù)坡道寬度：當(dāng)路基邊緣與路側(cè)取土坑高差h大于2m，b＝1m；h大于6m，b＝2m。

b、取土坑放置應(yīng)盡量少占耕地，當(dāng)路基填土高度不大時(shí)，可只設(shè)邊溝，不設(shè)取土坑。

C、路堤邊坡應(yīng)根據(jù)填料種類，路堤高度來(lái)綜合確定。

d、護(hù)坡道作用：保護(hù)填方坡腳不受流水侵害，使填方邊坡穩(wěn)定

典型橫斷面與構(gòu)造2023/10/24道路工程26沿河路堤

a、路堤高度應(yīng)高出設(shè)計(jì)洪水位0.5m（無(wú)波），設(shè)計(jì)洪水位＋澭水高度＋浪高＋0.5m。b、常水位以下路堤邊坡不得陡于1：2c、路基邊坡加固類型，應(yīng)根據(jù)河流沖刷情況來(lái)確定。

典型橫斷面與構(gòu)造2023/10/24道路工程27典型橫斷面與構(gòu)造2.路基的基本構(gòu)造（1）路基寬度（2）路基高度（3）路基邊坡坡度3.彎道橫斷面的超高與加寬（1）超高及超高緩和段（2）加寬及加寬緩和段4.路基橫斷面設(shè)計(jì)5.土石方調(diào)配與計(jì)算2023/10/24道路工程28位置：數(shù)量、土質(zhì)、運(yùn)輸條件、自然環(huán)境有關(guān)。

平坦區(qū)：設(shè)在路堤兩側(cè)（取土量較小時(shí)）

河水淹沒(méi)橋頭引道近旁，不允許設(shè)置取土坑。

當(dāng)?shù)孛嫫露容^陡時(shí)，取土坑宜設(shè)在路堤上側(cè)。

6.路基附屬設(shè)施(1)取土坑當(dāng)H≥2m，b＝1m當(dāng)H≥6m，b＝2m

2023/10/24道路工程29原則：①填補(bǔ)地面坑洞、田洼地②盡量占荒地1、一般做成梯形斷面，邊坡不宜陡于1：1.5，高度不宜超過(guò)3m。2、當(dāng)原地面坦于1：50，路旁兩側(cè)均可設(shè)棄土堆3、當(dāng)坡度較陡時(shí)，宜將棄土堆設(shè)在下側(cè)。4、對(duì)于沿河路堤廢方，檢查是否壓縮河道。

d≥3.0mdmax＝H＋5.0m(2)棄土坑路基附屬設(shè)施2023/10/24道路工程30(3)護(hù)坡道

目的：加寬邊坡橫距，減少邊坡平均坡度。

(4)碎落臺(tái)

碎落臺(tái)設(shè)于土質(zhì)或石質(zhì)土的挖方邊坡坡腳處，主要供零星土石碎塊下落時(shí)臨時(shí)堆積，以保護(hù)邊溝不致阻塞，亦有護(hù)坡道的作用。路基附屬設(shè)施2023/10/24道路工程31(5)堆料坪和錯(cuò)車道路面養(yǎng)護(hù)用礦質(zhì)材料，可就近選擇路旁合適地點(diǎn)堆置備用。亦可在路肩外緣設(shè)堆料坪，其面積可結(jié)合地形與材料數(shù)量而定，高級(jí)路面或采用機(jī)械化養(yǎng)路的路段，可以不設(shè)，或另設(shè)集中備用料場(chǎng)，以維護(hù)公路外形的視覺(jué)平順和景觀優(yōu)美。單車道公路，由于雙向行車會(huì)車和相互避讓的需要，通常應(yīng)每隔200～500m設(shè)置錯(cuò)車道一處路基附屬設(shè)施2023/10/24道路工程32二.路基邊坡防護(hù)與加固設(shè)計(jì)1.防護(hù)與加固的要求和分類2.坡面防護(hù)3.沖刷防護(hù)2023/10/24道路工程33§5-7邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)一。概述1。影響穩(wěn)定性的因素2.邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法3.穩(wěn)定性驗(yàn)算參數(shù)土的計(jì)算參數(shù)邊坡取值

4.汽車荷載當(dāng)量計(jì)算2023/10/24道路工程34二。直線法1.均質(zhì)沙礫類路堤邊坡2.均質(zhì)沙礫類路塹邊坡

K=F/T=（Gcosωtgφ+cL）/Gsinω由：dK/dω=0ctgω0=ctgθ+［2c/γh/（

tgφ+2c/γh）］1/2cscθGNTpτfθωABD§5-7邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)2023/10/24道路工程35將破壞角代入K表達(dá)式，得到：

Kmin=（2c/γh+

tgφ）ctgθ+2［2c/γh（tgφ+2c/γh）］1/2cscθ

當(dāng)墻后為砂土?xí)r（c=0）：

K=tgφ/tgω直線滑動(dòng)面法2023/10/24道路工程36

三。圓弧法

(1)通過(guò)坡腳任意選定一個(gè)可能的圓弧滑

(2)滑動(dòng)面，取路線縱向?yàn)閱挝婚L(zhǎng)度1m，將滑動(dòng)土體分成若干寬度相等的土條；

(3)計(jì)算每個(gè)土條土體的重量，并將它引到圓弧線上，進(jìn)行分解；

(4)求穩(wěn)定系數(shù)