路基工程教案3和4章

《路基工程》讲义宋高嵩哈尔滨理工大学第三章一般路基设计本章主要内容：1、路基典型横断面及设计要点2、路基的基本构造与几何尺寸设计3、路基附属设施的设计。本章重点:一般路基断面设计边坡坡度设计3-1行车道及路基宽度一般路基——是指一般地区，填方高度或挖方深度小于规范规定高度或深度的路基，且有典型横断面和成熟的设计规定。一、行车道数及行车道宽度行车道数:单车道、双车道、四车道、六车道、八车道和多车道二、中间带与路肩宽度：1、中间带——由两条左侧路缘带及中央分隔带组成。2、路肩宽度l高速，一级公路、二级公路——硬肩路+土路肩l三级路及以下——土路肩三、路基宽度——行车道与路肩宽度之和（高速、一级公路包括中间带宽度）3-2路基典型横断面型式路堤，路堑，半填半挖或不填不挖一、路堤——高于原地面，指全部用岩土填筑而成由填方构成的路基。1、路堤的类型P35图3-1l按填土高度分：高路堤——填土高度大于20m的路堤，属非一般路基应算稳定性。矮路堤——填高小于1.0—1.5m——平原区取土困难选用。两侧均设边沟，旦满足最小填土高度要求。一般路堤——介于二者之间。即填土高度1.5—20m范围内的路堤。l按所处条件及加固类型：沿河（浸水）路堤——浸水侧边坡放缓为1：2，设计安全水位——0.5m，取土坑设背水一侧，护坡道大于等于4m。l陡坡护脚路堤——较陡山坡应设砌石护脚。l挖沟（渠）填筑路堤——利用控渠土填筑路基，与农田水利相结合。2、路堤的边坡坡度——边坡的高度与边坡宽度的比值：（1：m）m值越大稳定性越好3、路堤的特点l路堤通风良好，排水容易，常处于干燥状态。l路堤病害少，强度与稳定性容易得到保证。二、路堑——低于原地面，指全部在天然地面开挖而成，由挖方构成的路基。1、路堑的类型：P61图3-2l全挖路基——路基两侧面设边沟，路堑上方设截水沟。l台口式路基——避免局部填方。l半山洞路基——节省石方工程，应注意安全。2、路堑地的边坡——坡度的确定——应根据边坡高度，土，石种类及土的密实程度，地面水，地下水情况，施工方法等综合考虑确定。3、路堑的特点l通风，排水不利，病害较多且视线受阻。l注意排水和边坡稳定，美化问题。三、半填半挖——又称填挖结合，是路堤路堑的综合形式。主要设在较陡的山坡上。1、半填半挖类型——P37图3.2.32、半填半挖坡度确定——结合路堤、路堑边坡综合选定。四、不填不挖——原地面与路基标高相同特点：节省土石方、但排水不利，易发生水淹、雪埋等病害。常用于干旱的平原区和丘陵区及山岭区的山脊线3-3路基附属设施取土坑、弃土堆、护坡道、碎路台、堆料坪、错车道一、取土坑1、平坦地区，如果用土量较少，可两侧设取坑取土。2、取土坑的深度、宽度应综合考虑，平坦区深度不大于1m。3、取土坑的边坡—靠路基一侧1:1.5另一侧不大于1:1。4、取土坑的排水—底宽较窄时，设2-3%的单向横坡，底宽时双向横坡中间排水（P71图3-9）。5、在桥头引道或洪水淹没地段，路堤两旁不设取土坑。二、弃土堆1、弃土堆设在低洼地，原地面平坦1:5时,可两侧弃土.2、弃土堆应有一定的几何外形.3、弃土堆外侧应设截水沟.三、护坡道——保护路基边坡稳定性，目的是加宽边坡横向距离，减小边坡平均坡度。护坡道宽度到少1m，对沿河桥头引道的护坡道宽度大于等于4m。二、碎落台——设在土质或石质土的挖方边较坡脚处，主要供零星土石碎块下落时临时堆积，以保护边沟不致淤塞，亦有护坡道作用.三、堆料坪——在用地许可条件下，为保证行车安全，可在路堤边缘设置堆料坪。每隔50—60m没置一个，长5-8宽2m左右四、错车道——单车道上路基宽度4.5m,而错车道段6.5m.错车道是路基的组成部分,设计时与路基同时设计.第三章思考题1.路基的典型横断面有几种？各有什么特点？2.路基的附属设施有哪些？各有哪些基本要求？3.公路等级是如何规定的？行车道数和行车道宽有何规定？4.用1:200的比例尺绘制某三级公路的下列路基横断面图。（路基宽度12m）（1）1:4的山坡上，用粘性土填筑3米的路堤，纵向调土。（2）在开阔的平原区，用粘性土填筑高4米的路堤，横向取土。（3）1:5的山坡上，挖深6米的路堑，地层为水平层状的云母片岩，纵向弃土（建议边坡采用1:0.25）（4）1:4的山坡上，挖深8米的路堑，地层为轻度风化的花岗岩，横向弃土（建议边坡采用1:0.25）5.什么是路基的一般设计？在何种情况下的路基应进行个别设计？6.确定土质路堑边坡坡度要考虑哪些因素？7.确定石质路堑边坡坡度要考虑哪些因素？第四章路基稳定性设计本章的主要内容:1、路基边坡稳定性验算概述路基边坡稳定性验算概述2、三类滑动面的稳定性验算方法3、特殊路基稳定性验算。陡坡路堤的滑动稳定性验算；本章的重点:园弧滑动面法验算路基边坡稳定性。4-1路基边坡稳定性设计概述路基边坡稳定性设计的目的是：确定路基合理的边坡坡率：若陡—滑动；缓—增加占地、土方量一、影响路基边坡稳定性设计的因素１、边坡的土质２、水的运动３、边坡的几何形状４、活荷载的增加５、地震及其他震动荷载二、路基边坡稳定性验算的设计参数γ、С、Φ应事先实验测定。多层土用加权平均法求得niiniihhcc11niiniiihh11tan.tanniiniiihh11.三、荷载当量高度计算按车辆最不利情况排列，把车辆荷载换算成当量土高，即以相等压力的土层厚度来代替荷载，叫当量高度Ｎ－横向分布的车道数Ｑ－车辆荷载的重量，Q=550ＫＮＬ－车辆荷载的纵向长度，L=15.0ｍγ－土的容重，ＫＮ／Ｂ－横向分布的车辆轮胎外缘之间的距离，B=5.6ｍLBNQh0四、路基边坡稳定性设计方法P48s1、力学验算法l数解法——假定几个不同滑动面,按力学原理平衡原理进行验算,找出最危险滑动面.l图解法或表解法——根据数解法制成图表，用查图查表法进行验算。2、工程地质比拟法——根据地质情况、实践经验，同设计内容相比较确定边坡坡度的方法。五、路基边坡稳定的力学验算法的假定：1、验算的基本假定：1）土质的均匀一致2）土体整体滑动3）极限平衡只在滑动面上形成l2、关于滑动形式假定平面滑动——直线法——适于均质砂、砾类土路堤与路堑边坡的稳定性曲面滑动——圆弧形——适于具有粘性土组成的边坡验算以上滑动面通过边坡坡脚4-2直线法一、均质砂、砾类土路堤边坡T=Q•sinwR=N•tanФ+cL=Q•cosw•tanФ+cLFS=R/TFS1稳定FS=1极限平衡状态FS1不稳定FS≳(1.20—1.45),经济且稳定二、均质砂、砾类土路堑边坡路堑边坡——不考虑车辆荷载的影响4-3圆弧法——适用于具有粘聚力Ｃ的一般土质边坡稳定性一、数解法——又称条分法或瑞典法（１９１６年瑞典学者peleeiloh提出）条分法的基本方法——将圆弧滑动面上的土体划分成若干土条，每条宽２-４m，依次计算出每个土条的沿滑动面的抗滑力矩及滑动力矩，并求得稳定系数二、滑动面圆心辅助线确定——给出最危险滑动面圆心所在的直线。4.5Ｈ法和３６°法三、计算稳定系数iiiisQWKFsin)(表4-7路堤稳定安全系数分析内容地基情况计算采用的地基平均固结度及强度指标稳定安全系数路堤的堤身稳定性按表4-5确定（路基填土采用的强度指标）1．35路堤和地基的整体稳定性地基土渗透性较差、排水条件不好取U=0，地基土采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪指标，路堤填土按表4-5确定1．20按实际固结度，采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪指标，路堤填土按表4-5确定1．40地基土渗透性较好、排水条件良好取U=1，采用直剪固结快剪或三轴固结不排水剪指标，路堤填土按表4-2确定1．45取U=1，地基土采用快剪指标，路堤填土按表4-5确定1．35路堤沿斜坡地基或软弱层滑动的稳定性采用直剪快剪或三轴不排水剪指标，路堤填土按表4-5确定1．30二、表解法１.按360法绘制圆心辅助线（不考虑车辆荷载）；２.SO1=（0.25+0.4m）H得圆心O1３.其他各圆心点，由O1开始，每隔0.3H定一点，分别为O2O3O4O51４计算稳定系数式中：H——边坡高度，米；c——土的粘聚力，千帕；f——土的内摩擦系数，，为土的内摩擦角，度；A，B——取决于几何形状的系数，由表4-10可查得。FSmin满足要求1.2—1.45BHcfAFs4-４浸水路堤边坡稳定性验算1.浸水路堤的特点：浸水路堤——Ｐ64受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤、桥头引道、路堤等。（1）稳定性受水位降落的影响水位上升时，土粒受到指向内部的动水压力，增加稳定性。水位下降时，土粒受到指向外部的动水压力，不稳定性增加，产生边坡凸起与滑坡或路基变形。（2）稳定性与路堤填料透水性有关动水压力中性透水性材料（亚砂土、亚粘土），须考虑2、浸水路堤的高度与断面形式3、动水压力计算（粘性土填筑浸水路堤）I--渗流水利坡降ω---浸润线与滑动面之间的面积Δ---水的比重4、浸水路堤边坡稳定性验算用圆弧法进行浸水路堤边坡的稳定性分析，其稳定安全系数Fs可按下式计算：（4-14）式中：Fs——稳定安全系数，应符合表4-7；0BIDDTTLcLcNfNfFBcBBccBBccs４－５陡坡路堤的滑动稳定性验算当路堤修筑在陡坡上，地表斜坡陡于1:2.5或在不稳定山坡上时，不仅要分析路堤边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。一、直线滑动面验算当基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑时，可用直线滑动面法进行边坡稳定性分析如图4-14。滑动面以上土体的稳定性可按下式计算sin)(tancos)(PQcLPQFs二、折线滑动面验算当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时如图4-15，可将滑动面上土体折线段划分为若干条块，自上而下分别计算，直到第n条的剩余推力为零，由此确定稳定安全系数Fs：)tancos(1111111111lcQFQFRTEss11]tancos[1siniiiiQiiisiQiiEWlcFWE当路堤稳定安全系数Fs不小于1.2（表4-7所列值）时稳定，否则不稳定，必须采取稳定措施。三、防止陡坡路堤滑动的措施增加陡坡路堤稳定性的措施，主要有：1.改善基底状况，增加滑动面的摩擦力或减小滑动力。例如，清除松软的表层覆盖土，夯实基底，使路堤置于坚实的硬层上；开挖台阶，放缓横坡，以减小滑动力；在路堤上侧开挖截水沟或边沟，以阻止地面水浸湿基底；受地下水影响时，则设置盲沟以疏干基底土层。2.改变填料及断面形式例如，采用大颗粒填料，嵌入地面；或放缓坡脚处的边坡，以增加抗滑力。3.在坡脚处设置支挡结构物例如，设置由石料填筑的护脚，设置干砌或浆砌挡土墙等，其尺寸由计算确定第四章思考题1.为什么要进行路基稳定性设计？设计方法有哪些？2.路基稳定性分析的力学验算法中，如何判别路基的稳定性?3.试述用圆弧法验算边坡稳定性的步骤？4.浸水路堤边坡稳定性验算与一般路堤验算有何不同？是不是各种填料情况下都要考虑动水压力？6.何为陡坡路堤？其稳定性验算与一般路堤有何不同？滑动面为折线时，怎样验算其稳定性？7.已知路堤高度12米，边坡坡度上部1:1.5，下部1:1.75，顶宽10米，填土为粘性土，土的粘聚力c=19.6千帕，内摩擦角25°，容重γ=18.6千牛/立方米，试验算其稳定性。8.已知碎石土路堑边坡，高度11米，边坡坡度1:0.75，碎石土容重γ=22千牛/立方米，土的粘聚力c=12千帕，内摩擦角40°，试验算此边坡的稳定性。9.已知路堑边坡坡度为1:1，坡顶水平，边坡土容重γ=1