路基工程ppt课件.ppt

1、1,第四章 路基工程,路基是道路工程的基础路基的强度和稳定性直接影响道路的使用寿命及使用质量,2,设计内容1.选择路基断面形式(填方路基、挖方路基和半填半挖路基等)，确定路基宽度与路基高度；-平、纵、横设计；2.选择路堤填料与压实标准；3.确定边坡形状与坡度：-路基稳定性；4.路基坡面防护与支挡设计；5.路基排水设计；6.附属设施设计。,4.1.1 路基工程内容,3,4.1.2 对路基的基本要求一、足够的的稳定性：填、挖 破坏自然平衡 措施：路基设计：2、3、4、5二、足够的强度、变形小路基、路面自重车辆荷载,4,4.1.3 路基的基本断面形式 路基横断面形式分为路堤(a)、路堑(b)和半填半

2、挖(c)等三种类型。,5,路堤是指路基设计标高高于天然地面标高时，需要借土(或石)进行填筑而成的路基。路堑是指路基设计标高低于天然地面标高时，需要对天然地面实施开挖而形成的路基。为保持土石方数量基本平衡，路基一侧开挖而另一侧填筑时，称为半填半挖路基。,6,4.1.4 公路自然区划,西北干旱区,黄土高原干湿过渡,北部多年冻土区,东部湿润季冻区,东南湿热区,西南潮暖区,青藏高寒区,7,自然条件与公路建设密切相关。为反映不同地区公路设计与施工的特点，交通部制定了公路自然区划标准（JTJ00386），将具有相同自然条件的地区归类。一级区划全国分为7个一级区：北部多年冻土区；东部湿润季冻区；黄土高原干湿

3、过渡区；东南湿热区；西南潮暖区；西北干旱区；青藏高寒区。二级区划以潮湿系数(式4.2)为主要分区依据，按公路工程的相似性及地表气候的差异，在7个一级区划内进步分为33个二级区和19个副区。,8,路基的湿度大小，直接影响其强度和稳定性。,路基的干湿类型划分为干燥、中湿、潮湿和过湿四类。这四种类型表示路基在最不利季节所处的干湿状态。一般要求路基处于干燥或中湿状态。,路基湿度会对路基及路面产生影响,4.1.5 路基干湿类型,9,路基干湿类型的划分：1.以路基临界高度判别路基干湿类型路基临界高度在不利季节，当路基分别处于干燥、中湿、潮湿和过湿状态时，路面底面距地下水或地表积水水位的最小高度，分别用H1

4、、H2和H3表示。,10,当 HH1时，路基为干燥状态；H2HH1时，路基为中湿状态；H3HH2时，路基为潮湿状态；HH3时，路基为过湿状态。临界高度可根据土质和气候因素按当地经验确定。也可参照公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)(附录F)选用(见下表)。,11,【例】II5新建填土路堤，某路段采用与原地基土一致的砂性土填筑，填方高度约0.5m。在不利季节测得最高地下水位离原地面高为0.6m。试确定路基的干湿类型。【解】以路基临界高度法判别地下水位至路面底面的距离H H=0.5+0.6=1.1m 查出II5 区砂性土路基临界高度 H1=1.11.5m；H2=0.7 1.1m 故 H

5、2 HH1 由此可判断该路段路基为中湿状态。,12,2.根据路基土平均稠度(Wc)划分 在不利季节，路床范围内每10cm取土样测定其天然含水量、液限含水量和塑限含水量。按下式求算路床范围(80cm)内的算术平均稠度wc：wci=(wLi-wi)/(wLi-wpi)；(4.1)式中：wci第i层土的稠度；wi第i层土的天然含水量()；wLi第i层土的液限；wPi第i层土的塑限。将平均稠度wc与分界稠度建议值wc1、wc2、wc3(表4.1)相比较，判别路基干湿类型。,13,4.1.6 应力-应变特性及土基强度指标 在一定条件下，简化为线性弹性材料，采用J.Boussinesq公式计算：土基强度指

6、标-土基回弹模量E0,14,公路路基路面现场测试规程(JTTG E60-2008)1.刚性承载板法 在不利季节，采用直径30cm的刚性承载板，在土基表面逐级加载和卸载，测出与每级荷载pi相对应的回弹变形li(见试验数据)，绘制pili曲线，取其直线段(=1mm变形)，按下式计算土基回弹模量E0：式中：D承载板直径，D=30cm；土的泊松比，取0.35；pi、li各级压强(MPa)与其相对应的回弹变形值(0.01mm)，(li1mm，p0.7MPa)。,15,2.弯沉测定法 用标准车(双圆匀布荷载)停驻在土基表面，测定轮隙中心下的回弹弯沉值，按下式计算土基回弹模量E0：式中：p 轮胎接地压强(M

7、Pa)与当量圆半径(cm)；l0 回弹弯沉代表值，0.01mm。(新土基=2)，,16,4.2一般路基设计,一般路基定义 一般路基是指修筑在良好的地质、水文、气候条件下的路基。,17,通常认为一般路基可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型横断面图或设计规定。但高填方路堤，深挖方路堑须要进行个别论证和验算。,4.2.1 一般规定,18,4.2.2 路基构造(1)路基宽度,高速公路、一级公路路基标准横断面(整体式),19,(2)路基高度 路基高度有中心高度与边坡高度之分：,路基高度是指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。而路基两侧边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。,20,*

8、路基填挖高度控制,公路路基设计规范(TJG D30-2004)对路基填挖高度进行了限制，第1.0.7条规定：“路基设计宜避免高路堤与深路堑。当路基中心填高超过20m、中心挖方深度超过30m时，宜结合路线方案与桥梁、隧道等构造物或分离式路基作方案比选”。,当挖方边坡高度超过2030m时，应进行边坡稳定性验算。,21,(3)路基工作区在路基某一深度Za处，当车辆荷载引起的垂直应力与路基路面重量引起的垂直应力之比(1/n)很小，仅为1/101/5时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。路基工作区深度Za可以用下式近似计算：Za=式中：P 一侧轮重荷载，kN；K 系数，取K=0.5；土的容重，kN/

9、m3；n 系数，n=510。,22,路基工作区的设计、施工要求对路基工作区内的土质选择、压实度要求都更严格些，保证其强度与稳定性均高于其它部分。路基设计和施工中要求根据不同的层位选择填料，把工程力学性质好的土填筑在路床上部，而把质量较差的土填在下部。压实度的要求对不同的层位也不一样，上部要求高，往下逐步递减。例如，对于高速公路、一级公路填方路基，路面底面以下深度 080cm，压实度要求95；80150cm要求93。这些规定与路基受力状态是一致的。,23,4.2.3 填方路基设计 4.2.3.1 横断面,矮路堤(图 a)在地势平坦、取土困难时选用。设计时应注意满足最小填土高度的要求。,一般路堤(

10、图 b)是填方路基的基本形式，边坡坡度分别采用直线形坡或折线形坡。,24,4.2.3 填方路基设计 4.2.3.1 横断面,沿河及受水浸路堤(图 c)，路基高度应在设计洪水频率的设计水位上再加壅水高、波浪侵袭高和0.5m的安全高度。路堤边坡应根据水流、风浪及冲刷情况进行防护设计。,25,4.2.3 填方路基设计 4.2.3.1 横断面,当山坡上的填方路基有沿斜坡下滑的倾向，或为加固、收回填方坡脚时，可采用护脚路基(图 d)。,26,4.2.3.2 路基填料 就地取材为原则，可以用土，也可以用石，还可以采用某些工业废渣(如粉煤灰)等。一般来说，各类土都可以用作路基填料。级配较好的粗粒土，如砾(角

11、砾)类土、砂类土，具有良好的工程力学性质，应优先选作路床填料。土质较差的细粒土可填筑在路堤底部。泥炭、冻土、强膨胀土及易溶盐超过允许限量的土，应尽可能不用，如无法避免，需要事先采取技术处理，才能使用。公路路基设计规范(TJG D30-2004)对路基填料最小强度和最大粒径规定：,27,路基填料最小强度和最大粒径要求,注：当路床填料CBR值达不到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料处理。其它等级公路铺筑高级路面时，应采用高速公路、一级公路的规定值。粗粒土(填石)填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3。,28,4.2.3.3 路基边坡 边坡坡度是指边坡高度H与边坡宽度b之比，并取H=1(如下

12、图)。通常用1：n表示其坡率。,29,(1)边坡形状,填方边坡高时，可在边坡中部每隔810m设边坡平台一道，平台宽度13m，用浆砌片石或水泥混凝土预制块防护。,30,(2)边坡坡度,a.填土路堤 填方路基边坡坡度粉质边坡可根据具体情况适当放缓。受水浸淹的路基边坡坡度，在设计水位以下视填料情况可采用1：1.751：2.0，在常水位以下部分可利用1：2.01：3.0。如用渗水性好的土填筑或设边坡防护时，可采用较陡些的边坡。,31,a.填石路堤 填石路堤边坡坡度表 填石边坡的外层，应选用坚硬而未风化的石料填筑，采用排砌方式可以增强其稳定性。对边坡高度超过表中所列的总高度时，应进行路堤稳定性验算。,3

13、2,小结:填方路基设计主要内容？选择路基断面形式确定路基宽度与路基高度；选择路堤填料与压实标准；确定边坡形状与坡度,33,4.2.4 挖方路基设计 4.2.4.1横断面,直线形边坡路堑(图 a)，适用于边坡高度不大，边坡土质或岩石性质较均质的路段。,34,4.2.4 挖方路基设计 4.2.4.1横断面,在土质比较松散或软质、风化岩层，容易产生碎落或小型坍方的挖方坡脚，需要修筑矮墙或挡土墙(图 b)。,35,4.2.4 挖方路基设计 4.2.4.1横断面,折线形边坡路堑(图c)，通常在挖方边坡较高时采用。此时，路堑边坡一般由多层土组成，或者上部为土层，下部为岩石。,36,4.2.4 挖方路基设计

14、 4.2.4.1横断面,台阶式边坡路堑(图 d)，适用于边坡由多层土组成且高度较大的路段。,37,4.2.4.2 挖方路基边坡挖方路基边坡可以参照当地己建工程的人工边坡及自然山坡的稳定状况，并结合采用的施工方法综合确定。(1)土质挖方边坡边坡坡度参考值,38,(2)岩石挖方边坡 岩石挖方边坡，一般根据地质构造与岩石特性，对照相似工程的成功经验选定边坡坡率。岩石的岩性、地质构造、风化程度及边坡的高度等等，是决定坡率的主要因素，设计时可根据这些因素参照下表。,39,40,小结:挖方路基设计主要内容？选择路基断面形式；确定路基宽度；确定边坡形状与坡度。,41,边坡稳定性原理简化成平面问题渗水性材料(

15、如砂、砾石、卵石、碎石、片石等)，边坡滑坍时，破裂面近似平面，故采用直线滑动面法进行验算；,4.3 路基稳定性分析4.3.1 概述,粘性土破坏时，破裂面近似圆曲面，故采用圆弧滑动面法。,42,稳定系数K=抗滑力/下滑力=F/T,43,4.3.2 高路堤边坡稳定性分析,44,1-直线滑动面法(砂、砾土),稳定系数K=抗滑力F/下滑力T,(4-16),可能的破裂面,要求：Kmin 1.35,45,2-圆弧滑动面法(粘性土)(条分法，应力圆法),稳定系数K=抗滑力矩Mr/滑动力矩Ms,要求：Kmin 1.2-1.45,46,路堤堤身的稳定性 路堤和地基的整体稳定性路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性

16、(不平衡推力法),公路路基设计规范(TJG D30-2004)第3.6.7条 路堤稳定性分析包括：,采用简化Bishop 法(圆弧面),简化Bishop 法计算图示,稳定系数计算公式，参见公路路基设计规范(TJG-D30-2004),47,不平衡推力法-用于路堤沿斜坡地基或软弱层带滑动的稳定性分析,48,直线滑动面稳定性验算当基底为一单坡面，土体沿直线滑动面整体下滑时，可用直线滑动面法进行稳定性分析。,剩余下滑力E：E=T,稳定性判别式：E0,49,整个路堤(包括车辆荷载)沿滑动面的剩余下滑力E为：E=T=(4-18)式中：W路堤重及车辆荷载重，kN；T，NW沿滑动面的切向及法向分力，kN；c

17、,路堤基底接触面间的单位粘聚力，kPa，及内摩擦角()；L滑动面长度，m；K稳定系数，一般取1.30；地面斜坡的倾角()。路堤稳定的判别式：E0即，如果剩余下滑力为零或负值，此路堤就是稳定的。,50,折线滑动面稳定性验算 当滑动面为折线时，可将折线划分为几个直线段，路堤也按各直线段划分成若干块土体(图4-13)，从上到下逐块计算每块土体沿直线滑动面的剩余下滑力。,51,第一块土体的下滑力可按下式计算：E1平行于第一段滑动面随后各块土体的下滑力相应为：式中：角标(n-1)表示上一块土体。若En为负值，则不列入下一块土体的计算。路堤稳定判别：E0即，如果下滑力为零或负值，此路堤就是稳定的否则，需采

18、取相应的稳定措施。,52,【例】某路堤修建在折线形陡坡上(如下图所示)。已知=12kN/m3，=25(f=0.466)，c=0(c很小，忽略不计)，K=1.30，车辆荷载考虑汽-15的重车汽-20。试分析路堤是否稳定?,53,4.3.4 深路堑边坡稳定性分析,公路路基设计规范(TJG D30-2004)第3.7.4条 路堑稳定性分析包括：规模较大的碎裂结构岩质边坡和土质边坡宜采用简化Bishop 法；对可能产生直线形破坏的边坡宜采用平面滑动面法；对可能产生折线形破坏的边坡宜采用不平衡推力法；当边坡破坏机理复杂时，宜结合数值分析法，作专题研究；上述稳定分析方法原理同前。,54,复习：路基稳定性分

19、析方法及适用条件直线滑动面,K曲线滑动面,K不平衡推力法,E,55,4.4 路基防护与加固,56,路基边坡防护一般有三大类型：坡面防护、支挡防护和冲刷防护。,4.4.1 概述,57,4.4.2 坡面防护,58,59,4.4.3 冲刷防护,4.4.3.1.直接防冲刷措施,1)植物防护 路堤边坡若不是经常浸水或长期浸水，可采用种草或铺草皮防护。边坡上己扎根的种草防护，可容许缓慢水流(0.40.6m/s)的短时冲刷；铺草皮防护可容许流速小于1.21.8m/s的季节性水流冲刷。在沿河路基外的河滩上可植种喜水性树种防水林带，其平面布置以多行带状或梅花式为宜。,60,2)砌石或混凝土护坡浆砌片石护坡的厚度

20、，应按流速及波浪的大小等因素确定，并不小于0.35m。护坡底面应设0.10.15m厚的碎石和砂砾垫层。水泥混凝土预制块护坡用于防护流速(38m/s)或波浪较大的边坡时，预制块尺寸应根据计算确定。用于冲刷防护的干(浆)砌片石、混凝土护坡的基础应埋置在冲刷线以下0.51m，否则应采取路基防冲刷措施。,61,3)抛石抛石适用于经常浸水且水深较大的路基边坡或坡脚，以及挡土墙、护坡的基础防护。抛石一般多用于抢修工程。抛石边坡坡度、石块块径应根据水深、流速和波浪情况确定。石料块径不小于0.30.5m，坡度一般取1.2-1.3，不应陡于所抛石料浸水后的天然休止角。抛石防护的顶宽不应小于所用最小石料块径的两倍。大块石料缺乏的地区，也可用预制混凝土异型块作为抛投材料。,62,4)石笼沿河路堤坡脚或河岸，当受水流冲刷和风浪侵袭，且防护工程基础不易处理或沿河挡土墙、护坡基础局部冲刷深度过大时，可采用石笼防护。石笼可分为铁丝石笼和钢筋混凝土框架石笼。多用于抢修或临时工程，不得用于急流滚石河段；钢筋混凝土框架石笼可用于急流滚石河段。,63,4.4.3.2.间接防冲刷措施 间接防护包括修建丁坝、顺坝等导流构造物，以及疏峻、改造河道等工程。导治结构物是桥涵和路基的重要附属工程，由于涉及水流改向，影响范围较大，工程费用也较高，应谨慎采用。,64,感谢下载,