路堤边坡坡度 第二节 路堑设计 路堑从天然地层中开挖出来的路基结构物 路堑设计的中心问题结构物的整体稳定性 主要内容1路堑边坡 2路堑排水 3坡面防护设计 2根据地层性质的不同把边坡分为岩质土质和碎砾石土三类路堑边坡 二岩质路线边坡 一影响稳定性的因素 1结构面的产状 2岩体破碎程度 3岩石风化程度 4岩石性质 5施工方法 二边坡坡度参考值 使用时 1应先对设计路堑的工程地质条件进行调查和分级 2设计人员也可根据当地具体条件和设计经验通过调查分析得出适合该地区的经验设计坡度表 三边坡形状选择直线折线台阶形 1单一岩层风化和破碎程度相差不大的坡体直线边坡 2坡高范围内上下的破碎程度有显著差别台阶形或折线形在不同层的分界面处设置边坡平台 三土质路堑边坡随土层的生成原因土质密实程度和水文条件等因素而异 1对比分析综合考虑 1成因有无构造裂隙和水文具体情况 2参照当地已成边坡或自然山坡坡度 2路基宽度1行车道宽度2两侧路肩宽度具体取决于公路技术等级等级高的公路当设中间带路缘带边速车道爬坡车道紧急停车带路上设施等 3路基高度 路堤的填筑厚度或路堑的开挖深度路中心线处的设计标高与原地面标高之差 4路基设计标高 路基边缘的标高 改建的路基设计标高可与新建公路相同取路基边缘标高也可为路面中心标高 边坡高度H 5路基边坡坡度 边坡宽度ｂ 第三节 防护工程设计 1路基防护与加固意义 保证公路使用品质提高投资效益保证路基强度和稳定性的重要措施之一 2防护重点 路基边坡有时包括路肩表面以及同路基有直接关系的道旁沙流山坡 包括1坡面防护 2沿河路堤河岸冲刷防护与加固 3湿软地基加固处治 一坡面防护 作用保护路基边坡表面免受雨水冲刷 减缓温差及湿度变化影响 延缓软弱岩土表面风化碎裂剥蚀过程 二间接防护 改变水流方向设置导流结构物或改变河道彻底接触水流对局部堤岸的损坏作用 慎重选择丁坝顺坝 布置适当较少共曾收到预期效果 布置不当水流情况恶化水毁时间 二冲刷防护 一直接措施 1植物防护 同路面防护基本一致 2石砌防护 同路面防护基本一致 3抛石类似坡脚设置护脚抛石跺不受季节防急流和大风浪破坏堤岸也可加固河床防止冲刷 4石笼 用铁丝编织成框架内填石料设于坡脚出放急流和大风浪破坏堤岸加固河床防止冲刷 三湿软地基加固 换填土土法碾压夯实排水固结振动挤密化学加固 1分布在我国沿河沿湖沿江海地带广泛运用 2软土特点天然含水量大孔隙比大压缩性高强度低 其上修建公路时易产生路堤失稳或沉降过大等问题 3软土概念以水下沉积的饱和水的软粘性土或淤泥为主的地层有时有少量的腐泥或泥炭层 4常用处理方法 1换填土法 全部或部分挖出软土换填以砂砾片石等渗水或强度较高的土类并予以压实 2重锤夯实方法 一般以钢筋混凝土制成截头圆锥体底部垫钢板重量15 吨或稍重锤底直径115M起重设备的能力为815吨落距高2545M夯实遍数812次效果承载力可提高25倍压缩性降低210倍效果好经济运用面广 3排水固结法 运用堵截预压挤出土中的过多含水达到挤密土粒和提高强度的目的 为缩短预压时间加设砂井竖向的排水通道或铺设沙垫层效果更好 4挤密法 土基打孔后在孔中灌以砂石土灰土或石灰等材料捣实成直径较大的桩体 土体被横向挤密孔隙小桩体本身有较高的承载力形成符合地基 石灰桩效果好生石灰吸水发热离子交换作用使桩体硬化 注意石灰石灰和水就地拌和硬结快新鲜石灰粉碎 5化学加固法 利用化学溶液或胶凝剂采用压力灌注或搅拌混合等措施使土颗粒胶结起来达到对地基的加固作用的目的 化学溶液主要有1以水玻璃为主的浆液昂贵 2丙烯酸氨为主的浆液价高 3水泥浆液 4以低浆溶液为主的浆液毒性 考查1 1对路基路面有哪些要求 2路面分为哪几层各有何特点 3路基干湿类型有哪些判断方法 4路基常见病害有哪些怎样防治 5路基设计考虑有哪些内容 6路堑边坡如何确定 7路基常见断面形式有哪些 8我国公路自然区划有哪几级 第三节 排水设计 ★重要性立即的各种病害和变形的产生都与地面水和地下水的浸湿和冲刷有关 一路基排水系统设计地面排水地下排水 目的拦截路基上方的地面水和地下水迅速汇集基身内的地面水把他们引导入顺畅的排水通道并通过桥涵将其宣泄到路基的下方 一各种排水设备 1各种沟渠 1截水沟或称为天沟 位置设置在路基坡顶5M以外或山坡路堤上方 作用拦截路基上方流向路基的地面水减轻边沟水流负担保护挖方边坡和填方坡脚 2边沟 位置挖方路基的路肩外侧 低路堤的坡脚外侧 第四章 路基边坡稳定性设计 第五章 挡土墙设计 第一节 挡土墙用途类型及使用条件 一使用场合 挡土墙是支撑路基填土或者山坡土体防止填土或 体变形失稳的构造物 公路中常用 1路堑挡土墙 山坡陡峭降低边破 高度减少开挖或者 地质不良 防止滑坡 五粘性土土压力计算
1等效内摩擦角法通常将内摩擦角与单位粘聚力换成为教实有摩擦角值为大的等效内摩擦角按砂性土公式来计算 换算原则抗剪强度相等或土压力相等 2力多边形法 六不同土层的土压力计算 首先求得上一土层的土压力及作用点 并近似得假定上下两土层层面平行 计算下一土层时讲上一土层视为均布荷载按地面为一平面时的库仑公式计算 第三节 挡土墙设计 路基在遇到下列情况时可考虑修建挡土墙 1路基位于陡坡地段活岩石风化的路堑边缘地段 2为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑地段 3可能产生塌方滑坡的不良地质路段 4水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿沙路基地段 5为节约用地减少折迁或少占农田的地段 6为保护重要建筑物生态环境或其他特殊需要的地段 一挡土墙的布置 1挡土墙位置的选定 路堑挡土墙大多设在边沟旁 山坡挡土墙设在基础可靠处墙高得保证墙顶以上边坡高度 当路肩墙和路堤墙墙高数量相近基础情况相似时优选路肩墙可收缩坡脚 2挡土墙的纵向布置 内容 1确定挡土墙的起点和墙长与路基或其它结构物的衔接方式 2按地基及地形情况进行分段确定伸缩缝与沉降缝的位置 3布置各段挡土墙的基础墙趾地面有纵坡时基底易作成不大于5的纵坡基沿时可做成台阶 3挡土墙的横向布置 选择在墙高最大处墙身断面或基础形式变易处确定墙身端面基础形式和埋置深度布置排水设计并绘制挡土墙横断面图 二挡土墙的构造 挡土墙的构造应满足强度稳定性就地取材结构合理断面经济施工养护方便安全 常用重力式挡土墙组成墙身基础排水设施伸缩缝 P145图422 1墙身构造P126 墙背仰斜垂直俯斜凸形折线式衡重式 墙面平面坡度1005到1020 地面较陡 坡度1020到1035 地面平缓 墙顶最小宽度 浆砌挡土墙不小于50厘米 干砌不小于60厘米 护榄地形险峻地段过高过长路肩墙的墙顶定设置护榄 2基础 重视挡土墙的基础设计 应对地质条件进行详细调查先做挖深或钻探 类型 墙趾或墙踵部分加宽 扩大基础1地基承载力不足 P128图6-25 钢筋混凝土底板 2地基承载力过小 换填地基 3软弱土层 台阶基础 4挡土墙修筑在陡坡上地基稳固 拱型基础 5地基有长短缺口或挖基困难时 基础埋置深度 无冲刷时天然地面以下至少1米 有冲刷时在冲刷线以下1米 受冻涨影响时在冻涨线以下不小于025米 3排水设施 目的疏干墙后土体防止地面水下渗防止墙后积水形成静水压力等 主要措施设置地面排水沟或排地面水夯实回填土顶面和地面松土防止雨水及地面水下渗路堑挡土墙墙趾到边沟予以铺砌加固以防止边沟水渗入基础设置墙身泄水孔排除墙后水 4沉降伸缩逢 地基不均匀沉陷引起墙身开裂即沉降逢墙体伸缩产生裂缝即伸缩缝 根据地形及地质情况每隔10-15米设一道沉降伸缩缝 填料胶泥填塞沥青麻筋或涂以沥青的木板渗水量大冻寒严重地区当墙背为填石或冻寒不严重时可仅留空缝不嵌填料 三 挡土墙的荷载的计算方法 三挡土墙的荷载的计算方法 1挡土墙的荷载 1恒载墙重填土重填土的侧压力 2可变荷载汽车土压力浮力静水压力 3温度及施工荷载 常用荷载组合 1挡土墙自重土重土侧压力相组合 2挡土墙自重土重土侧压力汽车荷载 3 1与设计水位的静水压力及浮力相结合 4 2与设计水位的静水压力及浮力相结合 5 1与地震相结合 2挡土墙的计算原则 按分项安全系数极限状态进行P130 3计算状态及荷载计算 1承载能力极限状态分项荷载系数P131表6-6 垂直恒载Rg 09 车辆垂直荷载 10 主动土土压力 2正长石用极限状态 除被动土压力用05外其它全部荷载系数均采用10 3进行挡土墙基底合力偏心距验算时 除被动土压力用05外其它全部荷载系数采用10 四挡土墙稳定性验算 1抗滑稳定性验算 基底摩擦阻力抵抗挡土墙滑移的能力 2抗倾覆稳定性验算 为保证挡土墙抗倾覆稳定性经验算他抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力 2基底合力偏心距 应满足 P134表6-9 3地基应力设计值应满足地基承载力的抗力值 1当轴向荷载作用时 P≤f f - 地震承载力抗力值 2当偏心荷载作用时 P ≤ 12 f 七增加挡土墙稳定的措施 1增加抗滑稳定性措施 1设置倾斜基底向内倾斜基底偏角越大越有利 2利用凸榫基础混凝土凸榫与基础连成整体利用榫到土体产生被动土压力增加抗滑稳定性 2增加抗倾覆稳定性 增大稳定力矩减小倾覆力矩 1展宽墙趾增加稳定力臂 2改变墙面及墙背坡度 改缓墙面坡度→减少土压力 改陡俯斜墙→减少土压力 3改变墙身断面类型 改为衡重式或墙后设卸荷平台 2路基挖填范围内的地表障碍物事先应予以拆除 原有房屋的拆迁树木丛林茎根的清除等 3路堑开挖应在全横断面进行自上而下一次成型 注意按设计要求准确放样不断检查校正边坡表面削齐拍平 4一般情况下路堤填土应在全定范围内分层填平充分压实每日施工结束时表层填挖压实完毕防止间隔中雨淋或爆晒 二填挖方案 1路堤填筑分层平铺竖向填筑 1分层平铺不同用土水平分层保证强度均匀 常用方法透水性差的用土如粘性土填于下层表面成双向横坡 2竖向填筑指沿路中心线方向逐步向前深填 适用条件路线跨越深谷或池塘时 ①地面高差大填土面积小难以水平分层施工 ②陡坡地段半填半挖路基难以分层填筑时 2路堑开挖纵向全宽掘进横向通道掘进 1纵向全宽掘进 在路线一端或两端沿线成纵向向前开挖双层时下层上留有上层操作的出土和排水通道 2横向通道掘进 先在路堑纵向挖出通道然后分段同时向横向掘进 适用 扩大施工面加速施工进度在开挖长而深的路堑时 三机械施工 挖土机平土机推土机铲运机挖掘机压实机具及水力机械 第三节 路基压实 一路基压实的意义 土是三相体土粒为骨架颗粒之间的空隙为水份和气体所占据压实的目的在于使土粒重新组合彼此挤密空隙缩小密实最终导致强度增加稳定性提高 二影响压实效果的主要因素最佳含水量土质压实厚度压实功能 1最佳含水量 最佳含水时最大干容重此时压实效果作好耗费的压实功能最经济 2土质 砂性土的压实效果优于粘性土 3压实厚度对压实效果有明显影响密实度随深度递减 一般情况下夯实不超过20cm1215吨岩石压路机不宜超过25cm 4压实功能压实工具的重量碾压次数锤落高度作用时间相同含水量条件下功能愈高土基密实度愈高有上限 三压实基本程序 先轻后重先慢后快先边缘后相邻两次轮迹应重叠轮宽13压实均匀不漏压对于压不到的边角应辅以人力或小型机具压实压实全过程中经常检查含水量和密实度 四土基压实标准 土基野外施工受种种条件不能达到标准压实实验所能得的最大容重交通 全工程实例干容重完全为Y最的大赶容重为Y0 Y 压实密度 K X100 Y0 2山坡挡土墙 3路肩挡土墙 路坡稳定 收缩坡角 路堤挡土墙 4路堤挡土墙 收缩坡脚 防止陡坡堤下滑 挡土墙设置与否与同其工程方案比较确定 1与移改路线位置进行比较 2与填筑或开挖边坡相比较 3与坼移有关干扰路基的构造物房屋河流水渠等比较 4与设置其分类型的构造物桥护墙等比较 二类型及使用范围 1重力挡土墙 适用地基良好非地 震和沿河受水冲刷地区 利用衡重台上部填土的下压作用和全墙重心的后移增加墙身稳定平均短石尺寸 适合于山区地石横坡陡峭的路肩墙路堑墙路破墙 2锚定式挡土墙 1锚杆式分为钢筋混凝土主栓挡土板钢锚杆 2锚定板式 墙后板压力由挡土板传立柱传钢锚杆锚固力 适用于构件段石小工程量省 特别适用于地质不良时石料缺乏挖基困难有锚固条件的路基挡土墙 3薄壁式挡土墙 1悬臂式 立壁底板 2扶壁式主要依靠腹板上的填土量来保证 特点自重轻做工省适用于墙高较大地质条件一般需用一定量的刚材经济效果好 4加筋式挡土墙填土填土中布置拉筋条墙石板 受力放置拉筋材料填土压实通过填土与拉筋间的摩擦作用把土的侧压力传给拉筋 特点柔性结构对地基变形随意性大建筑高度大适用于填土沙基节约投资3070经济效益大 第二节 挡土墙压力计算 一作用在挡土墙上的力系 1一般地区挡土墙受到的主要力系 1挡土墙自重G及位于墙上的恒载 2作用于墙背上的主动土压力Ea 3基底的法向反力N及摩擦力T 2浸水地区 还包括挡土墙及墙后填料的水浮力渗水性土作填料时动水压力不予考虑 3附加力季节性作用于挡土墙上的各种力 如洪水时的静水压力和浮力动水压力波浪冲击力冻胀压力冰压力等 4特殊力偶然出现的力 如地震力施工荷载水流漂浮物的撞击力 考虑原则根据挡土墙所处的具体工作条件最不利组合 一般地区 仅考虑主要力系 浸水地区 考虑附加力 地震区 考虑地震力 主动土压力当挡土墙向外移动土压力随之减少直到墙后土体沿破裂下滑而处于平衡状态时作用于墙背的土压力 设计中考虑主动土压力 二一般条件下库伦主动土压力计算 一各种边界条件下主动土压力计算 库仑理论的要点为 1假设墙背填料为均质散粒体 仅有内摩擦力而无粘聚力 2当墙背向外移动或饶墙趾外 倾时墙背填料会出现既一通过 墙踵的破裂面证为平面 3破裂面上的土楔既为刚性体根据静力平衡条件确定土楔处于极限平衡状态时给予墙背的主动土压力 4通过墙锺假拟若干个破裂面其中使主动土压值最大的破裂面为最危险破裂面dEds 0 求得破裂面的位置和主动土压力值 5假设土压力沿墙高呈直线分布土压力作用在墙高的下三分点处土楔上无荷载作用时与墙背线夹角为 二库仑理论适用范围 1概念简单明了适用范围广 可以解算各种墙背情况 不同墙后填料表面形状和荷载作用情况下的主动土压力 2适用于砂性土计算主动土压力与实际情况较接近 粘性土平面代油面误差不大影响因数多缺乏实践经验 3库仑理论适用于刚性挡土墙柱板式锚杠式和锚定板式柔性挡土墙需作假设 三大俯角墙背的主动土压力第二破裂法 在挡土墙设计中往往会遇到墙背俯斜很深即墙背做倾角比较大的情况如折线形挡土墙的上墙墙背衡施式挡土墙上墙的假想墙背 当墙后土体达到主动极限平衡状态时破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动而是沿土体的另一破裂面滑动称为第二破裂面远离墙的破裂面称为第一破裂面 出现第二破裂面的条件 1墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现 2在墙背或假想墙背面上产生抗滑力必须大于其下滑力 即使破裂面棱体不令沿墙背或假象墙背下滑 四折线形墙背的土压力计算 以墙背转折点或衡重台为界分为上墙下墙 分别计算取两者矢量和 上墙土压力不考虑下墙影响衡重式考虑是否出现第二破裂面 下墙土压力计算 一延长墙背法画出全墙应力分布图截取BB即为下墙土压力 二力多边形法 墙背土体处于极限平衡条件下作用于破裂棱体上的各力构成力多边形 求得上墙土压力后可绘出下墙破裂面力多边形P 149 承载能力极限状态 1整个或一部分挡土墙作为刚体失去平衡 2构件成连接部分强度破坏或过度塑性变形 3变为机动体系或局部失去平衡 出现任一即认为达到正常使用极限状态 1影响正常使用或外观变形 2影响正常使用或耐久性局部破坏包括裂缝 3影响正常使用的其它特点状态 五基底应力及合力偏心距验算 为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力→基底应力验算 为避免挡土墙不均匀沉陷→控制基底合力偏心矩 1基础底面的压应力 1轴心荷载作用时P NA 2偏心荷载作用时 基底合力偏心距e 五基底应力及合力偏心距验算 为保证基底应力不超过低级承载力 → 基底应力验算 为避免挡土墙不均匀沉陷 → 控制挡土墙基底合力偏心距 六墙身截面强度验算 保证墙身有足够强度根据经验选择1-2截面验算 图1 2 第六章 土质路基施工 第一节 基本概念 一路基施工的重要性 1路基土石方工程量大分布不均匀 不仅与路基工程相关设施有关路基排水防护与加固与其他工程相互交错桥涵隧道沙石附属设施 2公路施工是野外作业条件差运输不便利 二路基施工的基本方法 人工简易机械化劳动强度大功效低进度慢质量难以保证 综合机械化挖掘机开挖路堑汽车配合运土方 水力机械化水泵水等水力机械喷射强力水流挖掘鳔胶松散的土质及地下钻孔 爆破方法 三施工前的准备工作 1组织准备工作前提 建立和健全施工队伍和管理机构明确施工任务指定必要的规章制度确立施工目标 2技术准备工作
在熟悉设计文件和设计高低的基础上进行施工现场勘察核对设计文件必要可修改编制施工组织计划恢复路线施工放养与清楚施工场地搞好
临时工程的各项工作 3物质准备工作 包括各种材料与机具设备的 购置采集加工调运与储存以及生活后勤供应等 第二节 施工要点 一基本要求 1首先搞好社工排水 包括开挖 地面临时排水沟槽及设法降低地下水位始终保持施工现场干燥 作用汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水 3排水沟 位置结合地形路基坡脚外3～4m 作用用来把截水沟和边沟内汇集的水排引到附近 的桥涵河谷或远离路基的低洼地 2各种蓄水的构造物 ① 阳水堤 当不宜采用截水沟来排除上例山坡的地面水时可设置在路基上侧山坡上用以把水拦蓄在山坡上就地渗透和蒸发 ②蓄水池 当截水沟或边沟内汇集的水无法排引出路基时可在路旁设置蓄水池用以拦蓄部分水使之自然渗透和蒸发 3各种底下排水构造物 ① 明沟设置在路基上方拦截引排或降低埋藏不深的浅层地下水并可兼起排地面水的作用 ②渗沟暗沟设在边坡坡体或山坡上用以疏干及引排坡体内的地下水 4各种泄水构造物 穿越路基将路基上方的水流宣泄到下方如桥梁涵洞渗水路堤和过水路面等 5河道整治工程 改善河道水流状况防止冲刷路基下方的构造物如导流坝人工渠道等 二具体布置步骤 1把主要流向路基的天然沟和排水沟规划成横向排水系统垂直路线方向 2拦截山坡水流作为纵向排水系统并汇集入横向排水系统或拦蓄山坡水流作成纵向蓄水系统 3在横向和纵向排水沟渠之间的山坡上根据面积大小和地形确定是否需要设置边沟和各种排水系统沟渠以构成排水网络 4在路基两侧设置边沟排水沟等或利用取土坑排水以保证路基经常干燥 5选定桥涵的位置并使这些沟渠同桥涵联成网 6考虑是否需要设置地下排水系统 三地面排水设备设计 设计内容包括确定位置设计横断面和纵断面 1位置 沟渠应设在地质上稳定和地形上较平缓的地方 沟渠 平面线形力求平顺转折处尽量用较大半径 截水沟应距路堑边坡坡顶边缘或路堤边坡坡脚一定距离 2横断面常用梯形边沟也有三角形和矩形岩石路堑 沟渠断面尺寸应能保证排泄设计流量 沟渠端面能排泄的流量按明渠均匀流的计算公式 截水沟 排水沟边沟不用计算 3纵坡 沟渠应没有一定的纵坡使其中的水流能顺畅的流出不至于淤塞沟渠最小纵坡通常规定为05特殊困难情况下可减小到02 4长度 为防止冲刷沟渠单向排水的长度在300～500m土质不良纵坡过大处此长度还应缩短沟长超出范围时应增设出水口将水引离 5在纵坡无法减小而必然引起冲刷时应对沟壁进行加固 加固试草皮加固 四地下排水设备设计 在地下水位及路基稳定性 或严重降低时其强度的情况下 应根据具体情况采用不同方法 来处理地下水 1拦截地下水 上侧坡体上有含水层出露时 2疏干坡体内地下水 3降低地下水位 当地势低洼地下水很高时路基上层受地下水的影响而过分湿软可在路基两侧地面下设置纵向或横向渗沟以降低地下水位疏干路基上层提高其高度 明沟适用于地下水埋藏较深处1～2m以内 可用作拦截疏导降低地下水位也可兼排地下水断面形式矩形梯形 渗沟应用于地下水埋藏较深处 ⑴渗沟内用大颗粒透水材料碎石砾石填充以保证它有足够的孔隙排除地下水 ⑵通常用两三种不同的渗水材料在迎水石处做成反滤层每层厚度不小于10 ～15cm ⑶渗沟顶部用草皮倒置覆盖铺上密实的黏土以防止地面水下渗 ⑷底部可用石料砌成排水孔地下水流较大时可采用管壁带有空的排水管排水孔或管的底部应埋入不透水层内 二路面排水设计 原则沿路面横向坡度两侧排水 任务迅速把降落在路面和路肩表面的降水排除防止路面积水而影响行车安全 1 路面排水路肩排水 路堑横向排流的表面水汇集于边沟内 路堑横向排流的表面水汇集于边沟内 路堤⑴沿路堤边坡横向漫流适用于路线纵坡平缓汇水量不大路堤较低且坡面不会受到冲刷 ⑵路肩外侧边缘放置拦水带然后一定间距设置泄水口和急流槽集中排放在路堤坡脚外适用于路堤较高边坡坡面易受雨水冲刷拦水带可用沥青混凝土现场浇筑或水泥混凝土预制块铺砌而成 注意拦水带过水断面内的水面1在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘2在二级及二级以下公路上不得漫过右侧车道中心线 拦水带横断面参考 2分隔带排水以及分隔带表面排水是高速公路以及一级公路表面排水的主要内容根据分隔带宽度绿化和交通安全设施的形式和分隔带表面处理方式选择排水方式 ⑴宽度小于3m且表面采用铺石封闭 降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道其坡度与路面的横坡度相同 ⑵宽度大于3m且表面采用铺石封闭 降落在分隔带上的表面水汇集在分隔带的低洼处并通过纵坡排流到泄水口或横穿河界的桥涵水道中 ⑶表面无铺石且表面无排水设施的分隔带 表面水下渗该纵向排水渗沟隔一定间距通过横向排出管排出河界 一般路基套用典型横断面图无需论证和验算 高路基深路堑浸水沿河路堤特殊地质地段的路基个别设计稳定性验算用以确定合理的路基横断面形式 第一节 边坡稳定性分析原理与方法 一边坡稳定原理 一破裂面 1用力学方法进行边坡稳定性分析时为简化计算都按平面问题处理 2松散的砂性土和砾石内摩擦角较大粘聚力较小破裂面近似直线破裂面法 3粘性土粘聚力较大内摩擦角较小破裂时滑动面为圆柱形碗形近似于圆曲面采用圆弧破裂面法 二在进行边坡稳定性分析时近似方法并假定 1不考虑滑动主体本身内应力的分布 2认为平衡状态只在滑动面上达到滑动主体整体下滑 3极限滑动面位置通过试算来确定 二边坡稳定性分析的计算参数 路堑天然土层中开挖土类别性质天然生成的 路堤人工填筑物填料性质和类别多为人为因素控制对于土的物理力学数据的选用以及可能出现的最不利情况力求能与路基将来实际情况一致 一所需土的试验资料 1对于路堑或天然边坡取原状土的容重r内摩擦角Φ粘聚力c 2对路堤边坡取与现场压实度一致的压实土试验数据 r Φ c 同上 ※路堤各层填料性质不同时所采用验算数据可按加权平均法求得 三汽车荷载当量换算 路基承受自重作用车辆荷载按车辆最不利情况排列将车辆的设计荷载换算成相当于土层厚度Ｈ0 Ｈ0称为车辆荷载的当量高度或换算高度 荷载分布宽度 ⑴可分布在行车道宽度范围内 ⑵考虑实际行车有可能偏移或车辆停放在路肩上也可认为Ｈ1厚当量土层分布于整个路基宽度上 三边坡稳定性分析方法 ※力学分析法 1数解法假定几个滑动面力学平衡原理计算找出极限滑动面 2图解或表解法在计算机或图解的基础上制定图或表用查图或查表来进行简单不精确 一力学分析法 直线法适用于砂土和砂性土两者合称砂性土破裂面近似为平面 圆弧法适用于粘性土破裂近似为圆柱形 1直线法 2圆弧法 粘性土滑坍时破裂面为曲面近似为圆弧滑动面 ※条分法①将圆弧滑动面上土体划分为若干竖条 ②依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力 ③叠加计算整个土体的稳定性 计算精度与分段数有关越大越精确一般为8～10段结合横断面特性划分在边坡或地面坡度变化处以简化计算 假定1土体均质各向同性 2滑动面通过坡脚 3不计各土条间侧向力的作用 ※1圆弧法基本步骤 ①通过坡脚任意选定可能滑动面AB半径为R纵向单位长度滑动土体分条58 ②计算每个土条重Gi土重荷载重垂直滑动面法向分力 ③计算每一段滑动面抵抗力NitgΦ内摩擦力和粘聚力cLiLi为I小段弧长 ④以圆心o为转动圆心半径R为力臂 计算滑动面上各点对o点的滑动力矩和抗滑力矩 ⑤求稳定系数k ⑥再假定几个可能的滑动面计算相应k值 在圆心辅助线MI上绘出稳定系数k1k2kn对应于O1O2On的关系曲线K fO与曲线fO相切即为极限滑动面kmin在125～1 5之间 ⑦稳定系数k取值 [k] 125～150当计算k小于容许值[k]应放缓边坡从新拟订横断面在按下述方法进行边坡稳定性分析 ⑴45H法 步骤 ①由坡脚A向下引垂线量取路堤高H c ②由c沿水平线量取45H设D ③在A点作与边坡夹角β1B点作与水平线夹角β2的两直线AOBO交与O点 ④连接DO并向外延伸 45H法精确用于分析重要建筑物的稳定性 ⑵36o法 方法坡顶B处作与坡顶水平线成36o的直线BE 第二节 陡坡路堤稳定性验算 地面横坡陡于125需验算路堤边坡的稳定性以预防路堤沿地面陡坡下滑 滑动面可分为路堤沿基底接触面滑动 路堤连同基底下的山坡覆盖层沿基岩面下滑 验算中①应采用滑动面附近较为软弱的土的有关数据 ②假定滑动面上土体沿滑动面整体滑动 1滑动面为单一坡度 倾斜面时直线滑动 面稳定性验算整个 路堤沿直线斜坡面 滑动的下滑力E为 ※当验算设得下滑力E为零或负值时此路堤可认为是稳定的即 E≤0路堤稳定 2折线滑动面稳定性验算 步骤 ①将折线划分为几个直线段路堤按各直线划分为若干块土体 ②从上侧山坡到下侧山坡逐块计算每块沿滑动面的下滑力 ③最后一块土体下滑力大于零不稳定小于或等于零稳 ※若算得第n块土体下滑力En为负值则可不列入下一块土体的计算保守算法 En平行于各相应土块的滑动面最后一块土体En为正值时土体不稳定 剩余下滑力En≤0稳定 En 0不稳定 3稳定措施 ⑴改善基底状况增加滑动面的摩擦力或减小滑动力 清除松软土层夯实基底使路堤位于坚实的硬层上 开挖台阶放稳坡度减小滑动力 路堤上方排水阻止地面水浸湿基底 ⑵改变填料及断面形式 采用大颗粒填料嵌入地面 放缓坡脚处边坡以增加抗滑力 ⑶在坡脚处设支挡结构物 石砌护脚干砌或浆砌挡土墙 第三节 浸水路堤稳定性 一河滩路堤受力 普通路堤外力自重浮力受水浸泡产生浮力渗透动水压力路堤两侧水位高低不同时水从高的一侧渗透到低的一侧产生动水压力 最不利情况水位降落时动水压力指向河滩两侧边坡尤其当水位缓慢上涨而集聚下降时对路堤最不利 二渗透动水压力的计算 三河滩路堤边坡稳定性验算 河滩路堤最不利情况最高洪水位骤然降落时 通常采用圆弧法条分法计算公式如下 注意情况 1砾石片石等无粘性透水材料填筑的路堤水位变化时不发生动水压力D 0C 0Cb 0 2用不透水或透水极小的粘性土填筑的路堤水位变化时不发生动水压力D 0 3用一般粘性土亚粘土亚砂土填筑的路堤水位变化时堤身产生动水压力 必须绘制浸润曲线假定为直线坡度为降落曲线的平均坡度用前式计算 4河滩路堤的安全系数一般规定不小于125按最大洪水位验算时其安全系数可采用k≥115 ⑵水泥混凝土无机结合料处治的混合料 采用规则试件进行测定三轴试验单轴试验小梁试验 ⑶沥青混合料 低温单轴或小梁试验 高温温度敏感性强用三轴压缩试验 应力应变特性随温度和加载时间变化的粘弹性体用劲度模量来表示 沥青混合料劲度模量是在给定温度和加载条件下的应力应变的关系参数 试验表明加载时间短或温度较低时材料处于弹性状态 中间过程弹粘性状态 加载时间很长或温度较高时粘滞性状态 二路面材料的累积变形与疲劳特性 路面结构在荷载重复应力作用下可能出现破坏极限状态有两类 第一类弹塑性工作状态塑性变形累积到一定限度→累积变形 第二类弹性工作状态内部微量损伤累积扩大导致疲劳断裂破坏→疲劳破坏 共同点破坏极限的发生不仅同荷载应力大小有关而且同荷载应力作用次数有关 ⑴水泥混凝土路面弹性工作状态疲劳破坏 ⑵沥青路面低温弹性状态疲劳破坏 高温弹塑性状态累积变形形成车辙沉陷等 ⑶半刚性路面无机结合料早期弹塑性 后期弹性疲劳破坏 ⑷以黏土为结合料的碎砾石路面弹塑性状态累积变形 第一节 路基土的分类和干湿类型公路自然区划 一路基土的分类 1基本类型按土的粒径分为巨粒组粗粒组和细粒组特殊土分类总体系如下 粒 组 划 分 表 单位mm 细 中 粗 细 中 粗 粘 粒 粉 粒 砂 砾角砾石 卵石 小块石 漂石 块石 细粒组 粗颗粒组 巨粒组 200 60 20 5 2 05 025 074 002 3路基土的工程分级 在施工中路基土石按其开挖难易程度分为六级即松土普通土硬土软石次坚石坚石 1 路基潮湿来源 大气降水通过路面路肩和边沟渗入路基 地面水边沟及排水不良时的地面积水渗入路基 地下水路基下面一定范围内的地下水浸入路基 根据不同水温状况采取不同措施 ①地下水位高的路段适当提高路基 平原稻田地区保持最小填土高度 ②地下水位深处山岭重丘设为浅路堑 2 判断方法 ⑴分界稠度法 实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度 Wc＜075 090＞ Wc≥075 105＞ Wc≥090 Wc≥105 粉质土 Wc＜080 095＞ Wc≥080 110＞ Wc≥095 Wc≥110 粘性土 Wc＜085 10＞ Wc ≥ 085 120＞ Wc≥100 Wc≥120 土质砂 Wc＜WC3 WC2＞ Wc≥WC3 WC1＞ Wc≥WC2 Wc≥WC1 过湿状态 潮湿状态 中湿状态 干燥状态 干湿类型土组 方法2根据自然区划土质类型排水条件及路床表面距地下水位或地面积水位高低等特征确定即临界高度法 ※新建公路路基干湿类型确定 可根据当地稳定的平均天然含水量液限塑限计算平均稠度并考虑路基填土高度有无地下水地表积水的影响论证地确定路基土的干湿类型 土基干湿类型 路基极不稳定冰冻区春融翻浆非冰冻区软弹土经处理后方可铺筑路面路基高度Ｈ0 ≤Ｈ3 Ｗc≤Ｗc 3 过湿 土基上部处于地下水或地表积水毛细影响区内 路基高度Ｈ2 ≥Ｈ0 ＞Ｈ3 Ｗc 2 ＞Ｗc ≥Ｗc 3 潮湿 土基上部处于地下水或地表积水影响的过渡带区内 路基高度Ｈ1≥Ｈ0 ＞Ｈ2 Ｗc1 ＞Ｗc ≥Ｗc 2 中湿 土基干燥路面强度和稳定性不受地下水和地表水影响 路基高度Ｈ0＞Ｈ1 Ｗc≥Ｗc1 干燥 一般特征 Ｗc与Ｗci 土基干湿类型 ①Ｈ0 为不利季节路床表面距地下或地表积水位的高度地表积水指不利季节积水20天以上 ②Ｈ1Ｈ2Ｈ3分别为干燥中湿潮湿状态的路基临界高度具体可查表 ③划分土基干湿类型以平均稠度Ｗc为主缺少资料时可参考表中一般特征确定 ※设计路基时要求路基保持干燥和中湿状态 ★公路自然区划 我国公路自然区划分为三个等级 一级区划首先将全国划分为多年冻土季节冻土和全年不冻土三大地带 一级自然区根据不同地理气候地貌界限的交错和叠合我国7个一级区的代号为 Ⅰ区北部多年冻土区 Ⅱ区东部温润季冻区 Ⅲ区黄土高原干湿过渡区 Ⅳ区东南湿热区 Ⅴ区西南潮暖区 Ⅵ区西北干旱区 Ⅶ区青藏高寒区 二级区划 在一级区划的基础上以潮湿系数k为主进一步划分为33个二级区和19个副区共52个二级自然区 K 年降雨量 R年蒸发量Z 三级区划 1 按地貌水文和土类将二级区进一步划分为若干单元 2 另一种是地理和地貌等特点将二级区细划为若干区域 第二节 路基的变形及破坏 一 路基的主要变形破坏 荷载因素自重行车荷载自然因素 影响稳定性的因素水分温度变化正温度负温度风蚀作用 变形弹性的残留的不能恢复的 1 路堤沉陷垂直方向产生较大的沉落 原因 1填料不当 2填筑方法不合理 ①不同土混杂 ②未分层填筑压实 ③土中有未经打碎的大块土或冻土块 ④荷载 水和温度综合变化 ⑤原地面软弱如泥沼流沙 垃圾堆积 未做处理等 ⑥冻胀翻浆 2路基边坡的滑塌滑坡常见的路基病害也是水毁的普遍现象 ⑴溜方少量土体沿土质边坡向下移动而形成 边坡上表面薄层土体下溜 原因流动水冲刷边坡施工不当引起 ⑵滑坡一不分土体在重力作用下沿某一滑动层滑动 原因土体稳定性不足引起 3 碎落和崩塌 剥落和碎落 路堑边坡风化岩层表面大气温度与湿度交替作用以及雨水冲刷和动力作用之下表面岩石从坡面上剥落下来向下滚落 大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌 崩塌整体岩块在重力作用下倾倒崩落 原因岩体风化破碎边坡较高 影响危害较大的病害之一 比较 崩塌无固定滑动面 崩塌体各部分相对位置在移动过程中完全打乱 碎落 滑坡 4路基沿山坡滑动 原因①山坡较陡 ②原地面未清除杂草或人工挖台阶 ③坡脚未进行必要的支撑 5不良地质和水文条件造成路基破坏 不良地质条件泥石流溶洞等 较大自然灾害大暴雨地区 二路基病害防治 提高路基稳定性防止各种病害产生采取措施 1正确设计路基横断面 2选择良好的路基用土填筑路基必要时对填土作稳定处理 3采取正确的填筑方法充分压实路基保证达到规定的压实度 4适当提高路基防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围 5正确进行排水设计 6必要时设计隔离层隔绝毛细水设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积 7采取边坡加固修筑挡土结构物土体加固等防护技术措施以提高其稳定性 第四章一般路基设计 一一般路基 指在一般地区填方高度和挖方深度小于规范规定的高度和深度的路基可以结合当地地形地质情况直接套用典型横断面或设计规定 特殊地质路段和高度深度超过规范规定的路基应进行个别设计和验算 二 一般路基设计的内容 1结合路线几何设计要求和当地地形选择路基断面形式 2选择路堤填料和压实标准 3确定边坡形状和坡度 4路基排水系统布置和排水结构物设计 5坡面防护和加固设计 第一节路堤设计 路堤是由土石材料在地面上堆填起来的结构物 要求结构稳定性和沉降变形量小 设计考虑地基填料边坡形状和坡度堤身压实度 排水和坡面防护 一地基 1要求地基有足够的承载力和低压缩性 2经验 1基岩砾石土或一般砂土和粘性土地基基本上符合支撑路堤的要求 2潮湿的粘性土地基粘结力小于20～40kpa往往承载力不足 处理对地基进行钻探取样确定软弱地基的层厚及其物理力学性质判断对路堤的支撑能力和沉降量 3地基处理情况 ⑴顶面酌情处理 除去草根树根各种耕作物防止腐烂后形成滑动面 冬季施工时除去顶面的雪冰或冻土以免接触面碾压不实形成软弱面 ⑵地基顶面有滞水经过水田池塘洼地时是根据积水深和水下淤泥厚度等具体情况采取排水疏干挖除淤泥抛填片石或砂砾石等处理措施A图为经过水田地段处理 B图为经过池塘的地区处理 ⑶地基为斜坡 坡度大于15时原地面开挖台阶以防路堤沿坡下滑台阶的高度为路堤分层填土厚度的2倍40～60 坡度大于125时应进行滑动稳定性验算 二填料 要求水稳定性好压缩性小一方面考虑料源和经济性另一 方面顾及填料的性质是否适宜 1砾石不宜风化的石块渗水性很强水稳性极好强度高为最好的填料石块空隙用小石块塞实时塑性变形小 2碎石土卵石土砾石土粗砂中砂渗水性很强水稳性好为施工性能良好的一类优质填料 粘土含量多时水稳性下降 3砂性土既含一定数量的粗颗粒具有足够的强度和水稳定性又含一定数量的细颗粒把粗颗粒粘结在一起为修筑路堤的良好填料 4粘性土渗水性差干燥时不易挖掘浸水后水稳定性差强度低变形大在给予充分压实和良好排水设施的情况下可做路堤填料 5不宜作路基填料极细砂粉性土毛细现象严重 冻胀翻浆现象严重 易风化的软质岩石块稳定性差 115 115 12 8 20 不易风化的石块 1175 115 8 12 20 漂石卵石砾类土碎石土 115 12 砂砾 1175 115 12 8 20 粘质土粉质土砂类土 下部高度 上部高度 全部高度 下部高度 上部高度 全部高度 边坡坡度 边坡高度 填料种类 1直线最常见适用于矮路堤和中等高度路堤受力情况是上陡下缓所以上部偏安全下部偏危险路堤高度大时不经济 2折线上陡下缓符合路堤的受力情况变坡不宜多多了施工不宜控制坡面也易受水冲刷 3台阶形每隔一定高度设置宽度不小于1-2米的护坡道护坡道具有3的外向横坡适用于高路堤设置护坡道可以减缓较长坡面的地面水流速防止坡面受冲刷 四压实 1分层压实 2最佳含水量 3压实标准 4压实的目的为了消除路堤在荷载和自然因素作用下可能出现的过量变形 路堤1矮路堤 填士高度 ＜10m 2高路堤 填士总高度 18m 土质 填石总高度 20m 石质 3一般路堤 介于两者之间 路基压实标准 ＞93 030 零填及路堑 ＞90 80以下 ＞93 080 路堤 压实度 路基压实度标准 CM 填挖类别 边坡设计 一工程地质法比照着当地具有相同工程地质条件而处于极限状态的自然山坡和稳定的已成人工边坡来确定路堑边坡的形状和坡度 1影响路堑稳定性的因素开挖深度坡体的岩性或土质地质构造特征岩石的风化和破碎程度地面水和地下水的作用当地气候等 1075115 1051125 强风化 全风化 105110 10251075 微风化 弱风化 各类页岩泥岩千枚岩片岩等软质岩石 1051125 105110 强风化 全风化 102105 110103 微风化 弱风华 各类岩浆岩硬质灰岩砾岩砂岩片麻岩石英岩 2030 ＜20 边坡高度 风化程度 岩石种类 岩石挖方边坡坡度 分类 1植物防护有生命防护 植草容许流速0406ms 边坡不陡于11 铺草皮容许流速c18ms边坡11～115冲刷较重适于长草 种树容许流速c18ms坡岸河滩上降低流速防水直接冲刷路堤 2工程防护 ①抹石防护石质挖方坡面防岩石风化表面完整 常用材料石灰浆精造 ②喷浆适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡厚10cm 水泥用量较大重点工程可适用 沙浆水泥石灰河砂及水 3灌浆勾缝嵌补 比较坚硬的岩石坡面为防止水渗入缝隙成害视缝隙深浅与大小予以灌浆勾缝嵌补 4干砌片面护面防止地面水位或河水冲刷浸水路堤或暴雨地区路堤 5护石墙浆砌片石的坡面覆盖层用语封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡 第三节 路基路面工程的内容和特点 牵引车与挂车分离铰接 牵引式半挂车 牵引车与挂车分离 牵引式挂车 货箱与汽车发动机一体 整车 货车 truck 20个座位以上长途客运和城市公共交通 大客车 620个座位 中客车 车速高自重和满载重量小120kmh以上 小客车 bus 客车 双轮组车轴 每一侧双轮用一个圆表示称为单圆荷载 每一侧双轮用两个圆表示称为双圆荷载 双圆当量圆直径 P作用在车轮 上的荷载KN p 轮胎接触压力kPa δ-接触面当量圆半径m 单圆当量圆直径 C1轴载系数 C1 12m-1 m是轴数 C2轮组系数单轮组为185双轮组为10四轮组为009 3轮迹横向分布 1 车辆在道路上行驶时候车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摇摆并按一定的频率分布在车道横断面上称为车轮的横向分布 2轮迹横向分布频率曲线影响因素 交通量交通组成车辆高度交通管制 文克勒地基模型 一土基的力学强度特性 一路基工作区 1路基受力自重 车辆荷载 P车轮荷载换算的均布荷载 KN㎡ D圆形均布荷载作用面积的直径 Z应力作用点深度 r土的容重 2正确的设计应使路基所受的力在路基弹性限度范围内即当车辆驶过后路基能恢复变形保证路基相对稳定路面不致引起破坏 3路基受力计算车辆荷载为均布垂直荷载路基为弹性均质半空间体 ※路基工作区在路基某一深度处当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小仅为1020时候该深度范围内的路基称为路基工作区 4要求 1 对工作区深度范围内的土质选择路基压实度提出较高要求 2 当工作区深度大于填土高度时荷载不仅施加于路堤而且施加于天然地基上所以天然地基也应充分压实 二路基土的应力应变特性 弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整体强度和刚度重要方面 压入承载板试验 三轴压缩试验 土的应力应变关系曲线 非线性变形局部线性体 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线以其斜率为模量 1初始切线模量 应力值为零应力应变曲线斜率 2切线模量 某一应力处应力应变曲线斜率反映该应力处变化 3割线模量 某一应力对应点与起点相连割线模量反应该范围内应力应变平均状态 4 回弹模量 应力卸除阶段应力应变曲线的割线模量 总结①前三种应变包含回弹应变和残余应变 ②回弹模量则仅包含回弹应变部分反映了土的弹性性质 直接暴露于大气中受温度湿度影响大 温度湿度变化→体积变化→胀缩应力→破坏 沥青面层日温度变化曲线大于气温 水泥混凝土面层温度日变化 一 路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间联系来预估 方法1 统计方法 路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测收集当地气象资料气温辐射热对记录的路面温度和气象因素进行逐年回归分析 特点不包含所有复杂因素精度有地区局限性只可在条件相似的地区参考使用 方法2 理论法 应用热传导理论方程式推导出 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程 特点参数确定难度大理论假设理想化结果与实测有一定的误差 温度对路基的影响北方 冻胀翻浆 南方雨季积水湿软路基 Tmax 路面某一深度处的最高温度℃ Tamax相应的日最高气温 ℃ Q相应的太阳日辐射热J㎡ abc回归常数 路面材料按形态和成型性质分为三类 1松散颗粒型材料及块料 密实型 2 沥青结合料类 嵌挤型 3无机结合料类 稳定型 一力学强度特性 1抗剪强度 剪切破坏 路面结构层厚度较薄→总体刚度不足 无机结合料基层层位不合理→内部剪力过大 面层结构的材料抗剪强度较低→高温条件下沥青面层 沥青材料抗剪沥青的粘度用量多φ下降 试验温度加荷的速率有关 2抗拉强度 气温变化收缩 湿度变化干缩产生拉应力 抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供 试验 直接拉伸试验圆柱型试件变形传感器应力应变值 劈裂试验间接拉伸圆柱型试件压条试件开裂破坏 水泥混凝土劈裂抗拉强度采用边长150mm的立方体试件 3 抗弯拉强度 水泥混凝土沥青混合料及半刚性路面材料修筑的结构层 车辆的荷载作用下处于受弯曲工作状态 试验简支小梁试验评定 三分点加载 混凝土抗折强度标准尺寸150mm×150mm×550mm 集料粒径不大于40mm 4应力应变特性 ⑴用于基层和底基层的碎砾石材料无法作成试件但可由三轴试验可得到应力应变的非线性 图片1 图片2 图片3 图片4 图片5
北京道路风光 图片6
北京道路风光 图片7 图片8 图片9 图片10 图片11 图片12 路基是路面的支撑结构物对路面的使用性能有重要影响 路堤的几种常见形式 矮路堤 一般路堤 浸水路堤 挖沟填筑路堤 2路堑全部由地面开挖出的路基称为路堑 分为全路堑半路堑和半山洞三种 注 挖方边坡的坡脚设置边沟汇集和排除路基范围内地表径流上方设置截水沟拦截和排除流向路基的地表径流 挖方弃土堆在路堑的下方 坡体因开挖而可能失去稳定性时必须采用支挡结构物 边坡坡面易风化或有碎落物时可设置碎落台也可坡面防护下载本文
