路基设计的基本内容

第一章绪论第一节公路的组成及路基设计的基本内容一、公路的组成部分公路是一种线形工程构造物。公路主要承受的是汽车荷载的重复作用和经受各种自然因素的长期影响。公路的组成部分包括：路基、路面、桥涵、隧道、防护工程、排水设备、山区特殊构造物。公路路基是路面的基础，它与路面共同承担车辆的荷载，是公路的重要组成部分。保证公路沿线都具有坚实而稳定的路基，是路基设计的中心任务。随着道路等级的提高,在设计中采用一定的措施来提高路基的强度和稳定性，用以提高路面整体强度的问题就很突出。路基的横断面如图。地形的变化，一般使路基分为路堤和路堑两种，高于天然地面的填方路基称为路堤；低于天然地面的挖方路基称为路堑；介于这两者之间的称为半填半挖路基。在挖方路段，路基通常是地面下的天然地层；在填方地段，则是填筑起来的压实土层。路面是直接承受汽车碾压的行车地带，它是用各种坚硬材料铺筑在路基上面的单层或多层结构。路面的类型常见的有沥青路面、水泥混凝土路面、碎（砾）石类路面等。路肩是指路面两侧路基边缘以内地带，它是用来支持路面、临时停靠车辆和供行人行走。修建合适的排水系统是路基稳定的一个保证。排除地面水，如雨、雪而形成的水等，可兴建地面排水构造物；地下水严重时需排除时，可采用盲沟；如果公路要跨越较大的水流，就要建造桥梁和涵洞。二、路基设计内容任务：使路基在行车荷载和各种自然因素作用下，能具有足够的强度和稳定性，保证交通运输的畅通和安全。根据公路的性质、等级和技术标准以及当地自然条件，拟定正确的路基设计方案，作为施工的依据。具体为：1.进行野外勘察，收集必要的资料；2.根据沿线设计资料进行路基工程设计，确定边坡坡度及横断面形式；3.根据沿线地面水流以及地下水埋藏情况，进行路基排水的总体布置及排水结构物的设计；4.路基防护与加固设计，包括坡面防护、冲刷防护与挡土墙的布设；5.路基工程其它设施。第二节路基的常见病害及对路基的要求一、路基的作用路基是路面的基础，且和路面共同承受荷载，贯穿公路全线。二、路基的常见病害路基在自然因素及荷载的作用下，产生不断累计的变形，最后导致破坏，这就是路基的病害现象。路基病害的形状多种多样，原因错综复杂，自然因素有：1.地理如沿线的地形、地貌、海拔高度、植被等；2.地质如沿线土的种类、成因、含水量、有机质及可溶性盐的含量等；3.气候该地区的气温、降雨量、雨型、降雪、温度、冰冻深度等；4.水文河道的洪水位、常水位、河岸的冲刷和淤积情况、沿线地表水的排泄条件，有无积水；5.文地质地下水位、地下水移动的规律、有无泉水、层间水，以及各种水的流量。路基常见的路基病害现象如下：1．路堤沉陷塌方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象称为路堤沉陷。沉陷是不均匀的，严重时会破坏局部路段造成交通中断。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷两种。2．路基边坡的塌方边坡的塌方是常见的病害，也是水毁的普遍现象，尤其在山区新建公路上，几乎是普遍的病害现象。塌方的具体表现形式有剥落、碎落、滑塌和崩塌。3．路基沿山坡的滑动在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面较光滑，未经处理，坡脚处又没进行必要的支撑，特别在受到水的浸润后，填方路基与原地面之间摩阻力减小，在荷载、自重作用下，有可能使路基整体或局部沿地面移动，使路基失去整体稳定性。4．不良的地质水文条件造成的路基破坏如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以导致路基的大规模毁坏。在公路勘测中，要求尽可能避开这些地区或采取相应的技术措施，保证公路的正常使用。三、病害原因的综合分析由以上内容可以知道，路基的病害原因是多方面的，各种病害既有各自的特点，又往往具有共同的原因，可以把它归纳为以下几个方面：1.不良的工程地质与水文地质条件2.不利的水文与气候因素3.设计不合理4.施工不符号规定四、对路基的要求1.具有足够的整体稳定性2.具有足够的强度3.具有足够的水温稳定性第二章路基的强度与干湿类型第一节路基的强度与稳定性1．公路路基土的分类课本上的表给出了公路土的粒经划分和路基土的划分。土的名称以及分类符号。我们在土质学中已学过，具体还可以参阅《公路土工试验规程》。2．各类土的物理力学性质①漂石（块石）、卵石属于巨粒，强度和稳定性很高，是填路基的好材料，注意边坡值的选用。②砂土无塑性，透水性强，毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦系数，强度和稳定性都比较好。但不容易压实。③砂性土既含有一定的粗颗粒，也含有一定的细颗粒，使路基土既具有足够的强度和水稳定性，又有一定的粘结性，因此砂性土是修筑路基的理想材料。④粉性土粉土颗粒含量较多，易吸水，毛细作用强烈，上升速度快，容易引起冻胀、翻浆。在修路的材料中它是最差的一种，一般属于有害的路基用土。⑤粘性土它的细颗粒比重大，内摩擦角小，但粘接力大，透水性小。这种土经充分压实和采取很好的排水措施，筑成的路基也能稳定。⑥重粘土它的工程性质与粘性土相似，但其所含黏土矿物成分不同而不同。第二节路基的强度一、路基的受力状况一般情况下，路基承受两种荷载：一是路面和路基自重引起的静力荷；另一种是车轮引起的动力荷载。在它们的共同作用下，路基处于受力状态。路基在车轮荷重作用下所引起的垂直应力随深度而减弱；路基土因自重引起的垂直应力与深度成正比例。圆形均布荷载中心下土基的垂直压应力，可用下面的公式计算：σ=P/(1+2.5(Z/D)路基土因自重所引起的垂直应力，在一定的深度下，路面的质量远小于路基的自重，所以土基自重引起的垂直应力与深度成正比，既σ=γZ2、路基的工作区当荷载引起的应力仅为自重应力的20%---10%时，荷载应力影响的深度作为工作区的深度。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。路基工作区深度有两种情况：Za大于路基填土高度；Za小于路基填土高度。三、路基的强度和强度指标路基的强度，用抵抗相对滑动位移变形和竖直位移变形的能力，作为具体指标来表征。1.抗剪强度在路基边坡内，当路基强度不够，不能抵抗剪应力的作用。便会沿某一剪切面产生相对移动于是边坡破坏，稳定丧失。土体必须具有抵抗此变形能力，用抗剪强度表示，公式2-1。土体的抗剪强度取决于土的粘结力C和内摩擦角φ。土的颗粒越细，粘聚力越大。沙土的粘聚力很小或没有，由于粘聚力不如内摩擦力影响大，因此土的颗粒越大，抗剪强度就越高。2.回弹模量通过路面传到土基的垂直压力，使土基产生一定程度的竖向位移变形，假设土基是均质的弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，当应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来解荷载与变形之间的关系，用下式表示：从上述的公式可以看出，土基回弹模量，表示土基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力.四、路基强度与稳定性的保证路基的强度与稳定性，受水、温度、土质的影响，在一年内出现显著的季节性变化.为保证路基的强度和稳定性，必须深入进行了解，细致分析各种自然因素与路基的关系，以采取有效措施.第三节路基的干湿类型和临界高度一.路基湿度的来源1、路基干湿类型及湿潮来源路基的干湿类型可以分成干燥、中湿、潮湿和过湿四类，这四种类型表示路基工作时，路基土所处的状态.路基潮湿的来源，可归纳为下列几项：a降水从路面、路肩和边坡渗入；b地面水沿边沟流动，或因派水困难而积聚于路基两侧的水分，渗入路基；c地下水因地下水的流动而渗入路基下部；d毛细水借土的毛细作用由地下水位上升；e气态水在土的空隙中移动的水汽，遇冷凝结为水.上述各种路基潮湿来源，都会对路基的强度和稳定性有不同程度的影响.设计时应根据当地的自然条件和特点，采取相应的工程技术措施，保证路基的强度和稳定性.2、路基干湿类型划分方法a以分界相对含水量划分对原有公路，在最不利季节路槽下80cm内，每隔10cm深度取一土样测定其天然含水量和液限含水量，计算相对含水量.有了这几个数据，根据道路自然区划，路基土的类别，查表，找到分界相对含水量W，将计算出的值与之相比，可以确定路基的干湿类型.b以临界高度判断路基的干湿类型对新建公路，因路基还未建成，路槽下80cm内的相对含水量无法测定.要采用地下水或地表长期积水的水位到路槽底的高度与临界高度相比，判断路基的干湿类型?临界高度的概念，当路基处于干燥、中湿、潮湿状态下路槽底部距地下水位或地表长期积水的最小高度.二.公路自然区划根据公路工程的地理、气候差异特点，自然区的划分，按其重要性和规模的大小分为三个等级.一级区划是按自然气候、全国轮廓性地理、地貌划分的，全国共划分七个一级区；二级区划是在一级区划内，考虑水温状况不同，以潮湿系数为主导标志，按公路工程的相似性及地表气候的差异，进一步划分二级区以及与二级区划相当的副区，全国共分为33个二级区和19个副区.三级区划是二级区的进一步划分.由于目前各地区的特点和掌握的调查研究资料不充分，还不具备划分条件，再则，三级区不一定要列入全国性的范围，由个省、自治区自行划分，以便更切合当地的实际情况.第三章一般路基设计一般路基是指一般地区低于规范规定高度的路基.它可以结合当地地形、地质情况，直接应用根据长期生产实践和科学研究总结的典型横断面图或设计规定，不必进行个别设计和论证.一.形车道及路基宽度（一）行车道数及其宽度为满足汽车、行人以及其它车辆在公路上正常通行的要求，路基须有一定的宽度.根据交通量的大小、车流的组成，按公路等级，行车道可分为单车道、双车道、四车道和多车道.目前我国的公路普遍是双车道二级公路.在平原区，如果慢车很少，车道宽度是7米，有一定混合交通量时，车道宽度是9米，混合交通量大，分慢行道有困难时，车道加宽到12米，并划线行使.路基宽度为路面与路肩宽度之和，高速公路和一机公路还包括中间带宽度.二.路基横断面的基本形式1.路堤高于原地面，由填方构成的路基为路堤.填高为1米的，属于矮路堤；1—20米之间为一般路堤超过20米的为高路堤.2.路堑低于原地面，由挖方构成的路基为路堑.设计时对边坡稳定性予以充分注意.3.半填半挖路基这重路基是路堑与路堤的综合形式，主要设置在比较陡的山坡上.将挖出的土石方，作为填筑的土石方，可以节省土石方，比较经济，给施工带来方便.第三节路基工程的其它设施第四章.路基稳定性设计第一节稳定性验算概述一般路基是套用典型横断面图进行设计的，不必进行论证和验算，但对高路堤、浸水路堤等，则需进行特殊设计.一.边坡滑动面形状大量的实践证明，边坡破坏时，要形成一滑动面.该面的形状和路基填土的性质有关.由渗水材料填筑的路堤，边坡破裂的形状近乎平面，可按直线滑动面法验算边坡的稳定性.以带有粘性的土填筑的路堤，破坏时形状为一曲面，为简化计算，通常近似的假设为一圆弧状滑动面.车荷二.边坡稳定性设计方法1.力学验算法(1)数解法(2)图解法2.工程地质法在地质复杂地区修建路基，，正确合理地确定路堑横断面形状和边坡坡度是很重要的.目前是根据对自然山坡和已有的人工边坡进行稳定性分析，通过工程地质条件对比，按条件相类似的稳定边坡值，作为路堑边坡设计的依据，这就是工程地质法.轴载的换算在最不利的情况排列，对最不利位置进行验算，将车重换算相当于土层厚度，连同滑动土体一并进行力的计算，h的换算公式为：h=NQ∕γBL第二节边坡稳定性力学验算法一.直线滑动面法由渗水材料填筑的路堤，边坡坍塌时破裂的形状近乎平面，可按之下滑动面法验算.验算时，先通过坡脚或变坡点，假设一直线滑动面，计算土体沿此滑动面下滑的稳定系数K.如图.然后再假设几个滑动面，计算相应的稳定系数，求Kmin1.25,当Kmin0≧１.２５，此路堤就是稳定的，否则，重新假定边坡.二.圆弧滑动面法带有粘性的土填筑的路堤，滑塌时的破裂面形状是一曲面.为了是计算简化，通常假设为一圆弧状滑动面，这样与实际情况基本相符.方法有数解和表解法，其中数解法最常用，它也称条分法.1.条分法把滑动面上的土体分成2—4m宽的土