公路路基

目录引言荷载、自然影响因素、材料性质一般路基设计横断面图识读路基稳定性分析挡土墙设计路基建筑引言学习要求:(1)明确路基的功能和对它们的基本要求(2)了解路基的断面构造(3)懂得路基设计与建筑要解决的问题及其途径路基的定义:路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构物。引言对路基的要求(1)路基整体应稳定牢固正确选定路基的断面形状和尺寸,采取必要的排水、防护和加固措施。(2)路基上层应密实均匀路基上层部分最好选用良好的土填筑,要注意充分压实,必要时,设置隔离或采取其他处治措施。引言路基的构造-路基的断面型式路堤：指基身顶面高于原地面的填方路基。有一般路堤、浸水路堤和陡坡路堤。路堑：全部为挖方路基称为路堑。有全路堑、半路堑和半山洞三种型式。半填半挖路基：整个横断面上既有填方又有挖方的路基。出现在地面横坡较陡,路基又较宽,而路中线的设计标高与地面标高相差不大的地方引言引言设计与建筑内容路基设计的内容：勘察调查（收集资料）、路基设计、设计方案比选。路基建筑的内容：准备工作、路基施工、质量控制和检验。目的与根本任务：以最低的代价，提供符合一定使用要求的路基结构物。荷载、影响因素、材料性质荷载汽车是公路路基的服务对象，也是使路基结构遭受破坏的主要肇因。要能设计和修建出既符合使用要求又经久耐用的路基结构物，就必须首先对行驶在路上的车辆作一考察。要考虑的车辆因素主要有：车辆荷载的大小和特性、分布、持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量等。荷载、自然影响因素、材料性质车辆的类型车辆类型主要分为小型客车、大型客车和载货汽车。其中小型客车总重一般大于12KN，大型客车满载重量一般大于100KN，载货汽车又可分为一般载货汽车、自卸汽车牵引车及被牵引的拖挂车、平板车和集装箱车等。一般载货汽车一般总重为50~150KN，自卸车总重为150~500KN以上，牵引车自重约为50KN，被牵引的拖挂车，平板车，集装箱车的最大重量大于1000KN。在路基设计中主要考虑大型客车及载货汽车的作用。荷载、自然影响因素、材料性质路基结构外露在地表，直接感受到自然因素（地质、水文、气候、地形、地貌）的影响。这些自然因素主要是温度和湿度。它将引起路基土的性状发生变化，还会造成非交通性损坏（如剥落、滑坡、冻胀等）。因此，在路基设计时要考虑自然因素的影响。路基土的强度和刚度随路面体系内温度和湿度的升高而减少。路基土的体积随路面体系内温度和湿度的升降而胀缩。由于温度和湿度沿路基体系深度呈不均匀分布，不同深度处的胀缩变化也是不相同的。这种不均匀胀缩变形受到各种因素的约束而不能实现时，路基结构内会产生附加的内应力（温度应力和湿度应力）。自然影响因素荷载、自然影响因素、材料性质我国地大物博，各地的自然条件差别很大，为了区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，对全国进行公路自然区划，并在路基的设计、施工、养护中采取合适的设计参数和技术措施，以保证路基的强度和稳定性。公路自然区划区划的原则：以自然气候因素的综合性和主导性相结合为原则，使在同一区内的筑路特点相似。11区划的分级一级区划：按大范围内的气候、地理、地貌的差异划分，将全国分为7个一级自然区。二级区划：在一级区划的基础上，以潮湿系数K为主要指标。潮湿系数K为年降水量与蒸发量的比值。按K可分为过湿、中湿、润湿、润干、中干、过干等6级，以2.0，1.5，1.0，0.5，0.25分界。考虑气候特征、地貌、自然病害等，将全国分为33个二级区及19个副区，共52个二级自然区。各自然区的筑路特点：Ⅰ区：北部多年冻土区.Ⅰ1连续多年冻土区,Ⅰ2岛状多年冻土区.Ⅱ区：东部温润季冻区.5个主区,5个副区.Ⅲ区：黄土高原干湿过渡区.4个主区,2个副区.Ⅳ区：东南湿热区.7个主区,5个副区.Ⅴ区：西南潮暖区.5个主区,3个副区.Ⅵ区：西北干旱区.4个主区,3个副区.Ⅶ区：青藏高寒区.6个主区,1个副区.荷载、自然影响因素、材料性质路基湿度状况12湿度的来源和变迁1.大气降水或蒸发:1）由透水的路肩、边坡渗水（通过毛细润湿作用向路基中部移动；2）由不透水路面的接缝或裂缝渗入；3）由透水路面渗入。蒸发将循相同路径使水分从路基内溢出。上述因素对路基湿度的影响情况和程度同当地的自然条件和道路结构特性有关。2.地面水:径流，洼地积水，沟渠或河塘中的水可通过渗透或毛细润湿作用（非饱和土具有负孔隙水压力）→路基。3.地下水:地下水位高于路基时→地下水迁移；地下水位低于路基时→地下水毛细上升作用影响路基的湿度状况4.温度:ΔT较大时，水分从高（热）处往低（冷）处迁移，对多年冻土地区影响很大。荷载、自然影响因素、材料性质13WyWW1、类型：干燥、中湿、潮湿、过湿四种。当然干燥、中湿为较理想路基。2、判定标准：1）不利季节路槽底面以下80cm内的土层“平均相对含水量”Wλ2）不利季节路槽底面以下80cm内的土层“平均稠度”Wc为含水量平均值，Wy为76g锥液限wPLLcWL为土的塑限，WP为100g锥所测的液限路基的干湿类型3）路基相对高度H（相对于地下水位或明的地表积水位）荷载、自然影响因素、材料性质14分类标准干燥：Wc≧Wc1H﹥H1水文地质条件不良地段，路基设计最小填土高度应满足路基处于干燥、中湿状态的临界高度。对潮湿、过湿路基须进行处理，以符合设计要求。中湿：Wc1﹥Wc≧Wc2H2﹤H≦H1潮湿：Wc2﹥Wc≧Wc3H3﹤H≦H2过湿：Wc≧Wc3H﹤H3荷载、自然影响因素、材料性质15季节性冰冻地区湿度状况及其工程意义1、负湿度梯度：由于自由表面能下降，使水分向上迁移，为达到平衡，引起冻胀和水分积聚2、工程问题：1）冻胀引起开裂；2）春融引起路基性能降低（此时孔隙水压力很大）3）泥浆上渗，引起翻浆、冒泥。3、翻浆、冒泥形成5个条件：1）土质条件；与毛细力大小、渗透性大小有关。粉土、极细砂易形成冻胀土；砂的冻胀较轻（毛细上升系数小，渗透性大）；粘土冻胀也轻（毛细上升系数大，但渗透性小）。2）水文条件；3）气候条件；4）行车荷载；5）养护条件。荷载、自然影响因素、材料性质材料性质强度抗剪强度为材料受剪时的极限或最大应力。按摩尔-库伦强度理论，抗剪强度由两部分组成：τ=σtgφ+c，c、φ是表征材料抗剪强度的两个参数。具有弹-塑性质，当细料含量和湿度增加时，还会呈粘性性质。路基土和路面材料都不是理想弹性体，σ-ε关系为非线性，其E随应力级位的大小和取值而异。1)切线弹性模量Et;2)割线模量Es;3)回弹模量Er;变形一般路基设计路基的病害与设计要求路基分类:1、一般路基:一般地质、水文条件下。2、特殊路基:浸水路基、滨海路基、泥石流地区、滑坡地段、岩溶地区、多年冻土地区、软土及泥沼地区、膨胀土地区、黄土地区、风沙、盐渍土、雪害等16种特殊。影响路基稳定性因素:1、自然因素:水（直接肇因）、地形、气候、水文与地质、土类、植物覆盖等。2、人为因素:荷载、路基结构设计、施工方法、养护措施等。一般路基设计路基的病害与设计要求路基病害的类型:1、剥落和溜塌:剥落指岩石严重风化后碎落；措施为设置碎落台；溜塌指水饱和后或迅速融化后沿坡面下溜。2、崩塌:指陡竣的斜坡上，在自重下岩土体突然而迅猛地从高处崩落和倒塌下来。大多出现在路堑边坡高陡处。3、坍塌:土体发生推移和坍塌的现象，亦称坍塌。无固定滑动面；当排水不良、边坡又陡时，使坡体在自重下失去平衡。5、滑移:堤身在自重下沿原地面向下滑移，原地面未处理而为水所浸湿造成。4、滑坡:土体沿一定的软弱面整体下滑，下部支撑力量受到削落造成。6、沉落:沉降；造成侧向挤出（隆起）。一般路基设计8、冻胀与翻浆:路基土质不良，在冰冻地区，当有水分供给时，负气温使路基中的水分不断向上积聚而冻结，导致路基体积膨胀、开裂，叫冻胀；春天时，上层土先化冻，因含水过多变得稀软，在行车时，泥浆沿路面裂缝冒出，叫翻浆。病害原因综合分析:1、水：地表水、地下水）；2、内因；3、外因：气温、雨、雪、风、地形、地质、荷载等；4、人为因素：设计、施工、养护。路基设计的一般要求:1、坚实稳定、经济合理。2、合理的断面形式、边坡坡度、完善的排水、防护加固。7、沉缩:因压实不足，在水分、自重、行车荷载下基身压密，出现沉缩。3、合理的路线设计（道路勘测设计）。4、保护农田、环境。一般路基设计填料的选择和压实标准填料的选择:用高强、水稳性好、压缩性小、施工方便及运距短的岩土材料。既要考虑料源和经济性，又要考虑填料的性质，做到少占农田，利用荒地和附近附属工程的挖土，一般，不含有害物质的矿质材料都可以作为填料，但修筑高等级路面时，路基填料的强度和粒径有一定规定。1.砾石、不易风化的石块2.土石混合料3.砂砾材料（碎石土、卵石土、砾石土、粗砂、中砂）4.砂性土一般路基设计5.粉性土：含较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸水后很快湿透，使稳定性最差的填料。在季节性冰冻地区会引起冻胀、翻浆、唧泥。但不得已要用时，应掺配其他填料，并加强排水、隔离措施。6.粘性土：渗水性差，干燥时较硬而不易挖掘；浸水后水稳性差，强度低，变形大。如在适当含水量时充分压实，并有良好排水条件下，筑成的路堤也较稳定。重粘土不宜作路基填料。7.特殊土：如膨胀土、黄土、盐渍土、石膏土、泥炭、腐殖土等应限制使用。8.易风化的软质岩石块：为稳定性较差的填料，浸水后易崩解成土或砂，强度显著下降，变形量大，不宜作路堤填料（尤其是浸水部分）。9.工业废渣：粉煤灰、冶金砂渣等。但有害物质不能超标，由于粉煤灰与砂土的工程性质相似，其粘结力小，易于流失，故用1~2米粘土包边（或护坡），粘性土封顶。一般路基设计填筑规则:1.不同性质的土要分层填筑，以免形成水囊或滑移面。每种填料层累计总厚大于0.5米。2.不同填料的层位安排应考虑路基条件。一般优质填料在上层，但有浸水或地下水位影响的路基应选用透水性好的填料。如石料、粗砂砾材料。3.透水性较小的土在下层时，其顶面注意排水，做成4%的双向横坡。4.为防雨水冲刷，可采用土包边，并设盲沟，以利排水。盲沟尺寸为40×50cm，10~15m水平间距，1~1.5m竖向间距。5.当相邻两部分填料粒径尺寸相差很大时，应在其间设隔离层（反滤层）。可用砂粒材料。一般路基设计压实标准:路堤土须经分层压实，使之具有一定的密实度，以消除大部分因水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压实变形，提高强度和稳定性，保证路面使用性能和寿命。土的压实效果与压实时的含水量有关。在最佳含水量下压实到最大干密度ρdmax（或记作ρc）。此时，土的强度最高，水稳性也好，但含水量和ρdmax与土的类型、性质有关。一般路基设计路基边坡和地基要求边坡形状:1.直线形：边坡采用单一坡度。适用于路基高度较小时，施工简便，但不符合坡体受力。2.折线形：采用上陡下缓的折线形边坡，符合路堤的状况，但变不宜过多，多了施工不易控制，坡面易受水冲刷，变坡点宜设在上部坡度的潜力充分用足的高度处。3.台阶形：每隔一定高度设置不小于1~2米的护坡道。护坡道具有3%的外向横坡，适用于高路堤，护坡道可减缓水流速，防止坡面冲刷，又可增加路堤的稳定性和作维修通道。填方边坡：一般采用直线形，但边坡较高或浸水时，可采用上陡下缓的折线形或台阶形。挖方边坡：对单一岩层和风化程度相差不大坡体用直线形，若岩层多风化、差别大时，可采用相应满足各自稳定性要求的折线形，边坡高时采用台阶形一般路基设计路基边坡和地基要求边坡坡度:根据当地自然条件，土质、填挖类型、边坡高度、使用要求、施工方法等综合考虑而定。地基要求:应具有足够的承载力（强度）和抗变形能力。1.路堤的极限高度2.地基沉降一般路基设计路基边坡和地基要求基底处理:1.基底土密实稳定、坡度缓于1：5时，可直接填筑，只须将地表的树根、草皮及腐植土清除。2.基底为耕地或较松散的土时，应在填筑前进行压实。3.路线经过水田、池塘、洼地时，要进行排水、清淤换填处理。4.在坡面坡度陡于1：5时，基底应挖成台阶，以防堤身沿斜坡下滑。一般路基设计