路基路面工程.

路基路面工程湖北工程学院2013年9月2日第一章、路基的作用和要求1、分类路堤路堑半填半挖2、作用支承路面、承受交通荷载3、要求整体结构稳定性（设计，力学分析，护坡）强度（换填，压实方式，施工工艺）水温稳定性（换填，排水）第二章、路基的力学特点及影响因素1、路基土的分类根据土的颗粒组成，粘性指标，有机质含量分为：巨粒土，粗粒土，细粒土，特殊土(每类土具体的分类及其对应的工程性质要掌握）2、土的工程性质巨粒贵，砂土优，粘土次，粉土差。3、土的工程分级土：松土，普通土，硬土岩石：软石，次坚石，坚石（使用范围不同，工程造价不同。）路堤填料最小强度和最大粒径CBR：又称加州承载比,是指试料贯入量达25mm时,单位压力对标准碎石压入相同贯入量时标准荷载强度的比值,用百分数表示.4、路基干湿类型干燥、中湿、潮湿、过湿四类。以土的稠度ωc来划分。ωl-ωωc=————ωl-ωpωc：土的稠度ωl：土的液限ω：土的含水量ωp：土的塑限。5、判断路基干湿类型的方法（1）、平均稠度法现场勘查，对原有公路，按不利季节路床表面以下80厘米深度内的平均稠度进行确定（2）、比高法对新建公路，路基沿未建成，无法按方法（1）进行现场勘查路基的湿度状况，用地下水或地表长期积水的水位至路床表面的距离，与路基临界高度进行比较。H。：指在不利季节当路基分别处于干燥、中湿和潮湿状态时，路床表面距地下水位或地表积水水位的最小高度。6、路基受力状况（1）、路基受力状况•车轮荷载应力：•路基自重应力：•路基任意点：2KZZP＝σZB＝γσBZσσ＝σ（2）、路基工作区定义：在路基某一深度Za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1/10~1/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。•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：一般K＝0.5工作区内路基要求：强度、稳定性重要，压实度提高。3aγ＝KnPZ7、路基强度与强度指标（1）、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。三轴压缩试验压入承载板试验非线性变形———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反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。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。土的应力应变关系曲线（2）、重复荷载对路基土的影响•重复荷载：产生塑性变形累积1）土体逐渐被压密，每次的塑性变形量逐渐减小，直至最后稳定，这种不会导致土体产生剪切破坏。2）每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土体整体破坏的剪裂面，最后达到破坏。8、土基的承载能力•土基的承载能力都用一定应力级位下的抗变形能力来表征，主要参数有E、K、CBR、τ。（1）、土基回弹模量——E反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性。测定方法：1）查表法：无实测条件时采用。2）现场实测——承载板法：测定土基在0—0.5mm的变形压力曲线.（2）、地基反应模量Winkler地基模型——稠密液体地基•根据Winkler地基假定，土基顶面的沉降仅同该点的压力大小成正比，而与相临点处的压力无关，此时压力与沉降的比成为地基反应模量。pkl表征参数——地基反应模量形式简单，适用于刚性路面分析p（3）、加州承载比（CBR——CaliforniaBearingRatio）贯入度（in）0.10.20.30.40.5标准压（kpa）703010550133601617018230pi、ps——相同惯入度时的测试材料和标准碎石的单位压力，Mpa.适用于CBR经验路面设计法，或用于对土或其他筑路材料以及土基本身进行强度评价。可以与弹性模量建立相关性很好的换算关系。3in2标准压头，以0.05in/min压入土体，记录每压入0.1in时的单位压力，直至深度达到0.5in为止。100%ispCBRp评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR值。（4）、土基抗剪强度τ=c+σtanφ（库仑公式）τ：土的抗剪强度，kPaσ：作用于剪切面上的法向应力，kPac：土的粘聚力，kPaφ：土的内摩擦角，土的颗粒越粗，抗剪强度越高。（1）、路基的主要变形破坏影响稳定性因素：自重、行车荷载以及水分、温度变化（正温度、负温度）、风蚀等自然因素。变形：弹性的、残留的（不能恢复的）路堤沉陷：垂直方向产生较大的沉落9、路基的变形、破坏及防治原因：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。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：一部分土体在重力作用下沿某一滑动层滑。•原因：土体稳定性不足引起。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。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。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。季节性冰冻地区与翻浆冻涨导致土体积增大，破坏原有结构雨水或冰晶体解融使局部土层含水过多，超过液限，形成泥浆（2）、路基破坏原因综合分析1）不良工程地质和水文地质条件•地质构造、岩层走向、土质、地下水位等2）不利的水文和气候因素•降雨、洪水、干旱等3）设计不合理•边坡坡度、填高、排水、加固防护等4）施工不合理•填筑顺序、压实、爆破等（3）、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。第三章一般路基设计•3.1路基设计的一般要求•3.2路基的类型与构造•3.3路基设计•3.4路基附属设施3.1路基设计的一般要求•目的:保证路基的强度和稳定性•方法：综合设计,包括选择合适的路基横断面形式和各项附属设施。设计要符合环保、地质、水文等要求；地质条件、地址参数明确；避免高路堤与深路堑；提倡采用成熟的新技术、新材料和新结构；符合经济性的要求。3.2路基的类型与构造典型横断面:•路堤：指用岩土填筑而成的结构物。•路堑：指全部在原地面开挖而成的结构物。•半填半挖横断面：指原地面横坡度较大，且路基较宽，往往需要一侧开挖，一侧填筑而成的结构物。较多适用于山区、丘陵区。依据路堤高度分类矮路堤：h＜1.0～1.5m一般路堤：h＝1.5～18m高路堤：土质h≥18m岩质h≥20m适应于平坦地区或者取土困难地区需要设边沟需对土基作特殊处理通常，一般路堤可以结合当地的地形、地质情况，直接套用标准横断面图，而不必进行个别论证和验算土方量特别大，占地多；行车条件差宜采用折线型或梯形边坡。1、路堤路基顶面高于原地面的填方路基，称为路堤。断面由顶宽、边坡坡度、护坡道、边沟、支挡结构、坡面防护等组成。填土高度（H）：路肩边缘至原地面的高度。一般路堑（h20m）深路堑（h≥20m）2、路堑3、半填半挖3.3路基设计一般路基设计包括如下内容：①选择路基横断面形式，确定路基宽度与高度；②选择路基填料与压实标准；③确定边坡形状与坡度；④路基排水系统布置与排水结构设计；⑤坡面防护与加固设计；⑥附属设施设计1、路基宽度路基宽度包括行车道（路面）宽度和两侧路肩宽度，高等级公路还包括中央分隔带、路缘带、变速车道、紧急停车道，见图3-5。路基设计宽度根据设计通行能力和交通量大小而定，一般每个车道宽度为3.50～3.75m，城镇近郊和技术等级高的公路，路肩尽可能宽，一般1～3m，并铺筑硬路肩，以保证路面行车不受干扰。各级公路路基宽度表3-1各级公路路基宽度按《公路工程技术标准》（TJGB01——2003）的规定进行设计，见表3-1。2、路基高度指路堤的填筑高度和开挖深度，是路基设计标高与原地面标高之差。中心高度：指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。边坡高度：指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。路基高度确定:首先从路基的强度和稳定性要求出发，保证路基上部（路床部分）处于干燥或中湿状态，根据临界高度结合公路沿线具体条件和排水防护措施确定最小填土高度；再考虑纵坡要求和工程经济等因素确定填挖高度。3、路基边坡坡度指边坡高度H与边坡宽度b的比值。即：(3-2-1)取H=1，则H/b=1：m或H/b=1：n；称m,n为坡率。如图3-7。边坡坡度根据边坡高度、土的类别及密实度不同，按路堤、路堑分别选取。bHtan路基边坡较高时，可采用折线式边坡或台阶式边坡。路堑的折线式边坡上部缓，下部陡；路堤的折线式边坡上部陡，下部缓。边坡台阶还可兼作边坡施工和养护时的工作平台。路基边坡形式有：直线形、曲线形、台阶形、折线形四种。（1）路堤边坡①地质情况良好的土质路堤可参照表3-2选定其边坡坡度。如填土边坡高度超过20m，应进行单独设计，由边坡稳定性分析确定坡度。填料类别边坡坡率上部高度（H≤8m）下部高度（H≤12m）细粒土1：1.51：1.75粗粒土1：1.51：1.75巨粒土1：1.31：1.5路堤边坡坡度表表3-2②砌石边坡填石或砌石路堤通常用于浸水、陡坡、高边坡或高填方地段。边坡坡度视填石或砌石的情况而定，通常陡于土质边坡。砌石顶宽一律采用0.8m，基底面以1:5的坡度向路基内侧倾斜，砌石高度一般为2～15m。墙的内外坡坡度依砌石高度按表3-3选定。序号高度（m）内坡坡度外坡坡度1≤51：0.31：.52≤101：0.51：0.673≤151：0.61：0.75砌石边坡坡度表表3-3（2）路堑边坡①土质挖方边坡土质路堑边坡形式及坡率应根据工程地质条件、边坡高度、排水措施、施工方法，结合自然山坡和人工边坡的的调查和力学分析确定。边坡高度不大于20m时，边坡坡率不宜大于表3-4之规定边坡高度大于20m时，应进行单独设计，由边坡稳定性分析确定坡度土的类别边坡坡率粘土、粉质粘土、塑性指数大于3的粉土1：1中密以上的中砂、粗砂、砂砾1：1.5卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土胶结和密实1：0.75中密1：1土质挖方边坡坡度表表3-4②石质挖方边坡岩质挖方边坡形式及坡度一般应根据地质构造与岩石特性、边坡高度、施工方法，类比相似工程的成功经验选定。边坡高度小于30m时，边坡坡度不宜大于表3-5之规定，岩质边坡高度大于30m时，应进行单独设计，由边坡稳定性分析确定坡。边坡岩体类型风化破碎程度边坡坡率H≤15m15m≤H≤30mⅠ类未风化、微风化1:0.1~1:0.31:0.1~1:0.3弱风化1:0.1~1:0.31:0.3~1:0.5Ⅱ类未风化、微风化1:0.1~1:0.31:0.3~1:0.5弱风化1:0.3~1:0.51:0.5~