公路工程概论第.pptx

第五章 路基设计与施工 主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 土基受力、路基工作区与土基力学指标土基受力、路基工作区与土基力学指标第三节第三节 路基变形破坏原因分析与综合处治路基变形破坏原因分析与综合处治第四节第四节 公路自然区划与土基干湿类型公路自然区划与土基干湿类型第五节第五节 路基土的分类与工程性质路基土的分类与工程性质第六节第六节 一般路基设计一般路基设计第七节第七节 路基边坡稳定性设计路基边坡稳定性设计第八节第八节 挡土墙设计挡土墙设计第九节第九节 路基施工路基施工第一节 概述一、路基特点二、路基设计的一般要求三、路基设计与施工的基本要求四、路基工程与相关公路工程的关系第一节 概述 路基是按路线位置和一定技术要求修筑的土石构路基是按路线位置和一定技术要求修筑的土石构筑物，是路面的基础，承受由路面传递而来的行筑物，是路面的基础，承受由路面传递而来的行车荷载作用，同时承受各种自然因素的影响车荷载作用，同时承受各种自然因素的影响。一、路基特点1、工程数量大、耗费劳力多2、涉及面广，影响大3、投资高4、结构形式简单5、施工安排不易6、影响因素多变第一节 概述二、路基设计的一般要求路基设计的一般要求 1、具有足够的整体稳定性、具有足够的整体稳定性 2、具有足够的强度、具有足够的强度 3、具有足够的水温稳定性、具有足够的水温稳定性第一节 概述三、路基设计与施工的基本内容路基设计与施工的基本内容（一）设计（一）设计 1、根据路线设计确定的路基填挖高度和顶宽，结合沿线岩质或土质情况，设计路基横断面形状和边坡坡度。2、根据沿线地形、地表径流和地下水情况，进行道路排水系统的布置以及地面和地下排水系统构造物的设计。3、分析路基稳定性 需要时采取坡面防护、支挡结构或地基加固措施设计。第一节 概述三、路基设计与施工的基本内容路基设计与施工的基本内容（二二）施工）施工1、准备工作2、修筑路基路面3、施工管理：对施工质量进行控制、检查和验收。第一节 概述四、路基工程与有关工程项目的关系四、路基工程与有关工程项目的关系1、路基设计与路线设计的关系2、路基工程与路面工程的关系3、路基工程与桥涵工程的关系第二节土基的受力与强度 主要内容：主要内容：一、路基的受力与路基工作区一、路基的受力与路基工作区二、土基的强度指标二、土基的强度指标 第二节土基的受力与强度 一、路基的受力与路基工作区一、路基的受力与路基工作区1 1、路基的受力、路基的受力 图5-1 土基中沿深度的应力分布示意图 第二节土基的受力与强度 一、路基的受力与路基工作区一、路基的受力与路基工作区2 2、路基工作区、路基工作区 行车荷载在土基中产生的应力仅为土基自重应力的1/51/10，与土基自重引起的应力相比，车辆荷载在Za以下土基中产生的应力已经很小，可忽略不计。把车辆荷载在土基中产生应力作用的这一深度范围叫路基工作区。第二节 土基的受力与强度 一、路基的受力与路基工作区一、路基的受力与路基工作区2 2、路基工作区、路基工作区 考虑路面厚度的路基工作区计算 二、路基的强度指标二、路基的强度指标 路面的变形和破坏在很大程度上是由于路基强路面的变形和破坏在很大程度上是由于路基强度不足造成的，在进行路面设计时需要对路基强度大度不足造成的，在进行路面设计时需要对路基强度大小进行描述。小进行描述。路基的强度可用一些指标进行量化。路基的强度可用一些指标进行量化。1.1.土基的应力应变特性土基的应力应变特性 土基是一种典型的弹粘塑性体，其力学性能土基是一种典型的弹粘塑性体，其力学性能与理想的线弹性材料有很大不同。根据承载板试验建与理想的线弹性材料有很大不同。根据承载板试验建立土基竖向变形立土基竖向变形l与压力与压力p之间的关系曲线如图所示。之间的关系曲线如图所示。P(Mpa)P 2P 2l/ml2l10P E00 从图中可看出土基在外荷载作用下其竖从图中可看出土基在外荷载作用下其竖从图中可看出土基在外荷载作用下其竖从图中可看出土基在外荷载作用下其竖向变形与竖向压力呈现三个阶段的变化：向变形与竖向压力呈现三个阶段的变化：向变形与竖向压力呈现三个阶段的变化：向变形与竖向压力呈现三个阶段的变化：阶段阶段阶段阶段弹性变形阶段。应力与应变弹性变形阶段。应力与应变弹性变形阶段。应力与应变弹性变形阶段。应力与应变 呈直线关系，应力拆出后，呈直线关系，应力拆出后，呈直线关系，应力拆出后，呈直线关系，应力拆出后，应变也随即消失。应变也随即消失。应变也随即消失。应变也随即消失。阶段阶段塑性变形阶段。随着应力增塑性变形阶段。随着应力增 大，应变增加较块，应力拆大，应变增加较块，应力拆 除后，部分变形不能恢复，除后，部分变形不能恢复，形成永久变形。形成永久变形。阶段阶段破坏阶段。应力继续增加，破坏阶段。应力继续增加，变形急剧发展。土基失去抵抗变形能力，变形急剧发展。土基失去抵抗变形能力，即产生破坏。即产生破坏。土基这种应力应变的非直线关系称作非土基这种应力应变的非直线关系称作非线性特性，其应力与应变之比值（弹性模线性特性，其应力与应变之比值（弹性模量量E)E)不是一个常数。不是一个常数。P(Mpa)P 2P 2l/ml2l10P E002.2.2.2.土基强度指标土基强度指标土基强度指标土基强度指标 根据简化后地基模型不同或试验根据简化后地基模型不同或试验根据简化后地基模型不同或试验根据简化后地基模型不同或试验方法不同，有：方法不同，有：方法不同，有：方法不同，有：1)1)弹性模量弹性模量弹性半空间体地基模型弹性半空间体地基模型 将地基简化为弹性半空间体，用弹将地基简化为弹性半空间体，用弹性模量性模量E E0 0表征其应力应变特性。测定表征其应力应变特性。测定方法为圆形承载板压入土基试验。根据方法为圆形承载板压入土基试验。根据弹性力学原理，其计算公式如左弹性力学原理，其计算公式如左1 1式。实式。实际工作中常常采用标准汽车测地基表面际工作中常常采用标准汽车测地基表面回弹弯沉，计算公式为回弹弯沉，计算公式为2 2式。式。2 2)CBRCBR值值加州承载比加州承载比 CBRCBR值是一个比较传统的评价地基或值是一个比较传统的评价地基或筑路材料承载力的实验指标值。用材料筑路材料承载力的实验指标值。用材料或土基抵抗局部荷载压入变形的能力来或土基抵抗局部荷载压入变形的能力来表征其承载力大小。以高质量标准碎石表征其承载力大小。以高质量标准碎石所测值为标准，其他材料或土基的实验所测值为标准，其他材料或土基的实验值与该值进行比较后得到的相对值。值与该值进行比较后得到的相对值。3)3)反应模量反应模量文克勒地基模型文克勒地基模型 将地基假定为地基上任意点的反力与该点将地基假定为地基上任意点的反力与该点的挠度成正比，与其他点无关，地基相当的挠度成正比，与其他点无关，地基相当于由互不相联系的弹簧组成，其力学特性于由互不相联系的弹簧组成，其力学特性用用k k0 0表示表示,即为压力与沉降值之比：即为压力与沉降值之比：地基反应模量仍用承载板实验测定，但地基反应模量仍用承载板实验测定，但方法与设备有所不同。方法与设备有所不同。4)4)抗剪强度抗剪强度土体剪切实验指标。土体剪切实验指标。表征土体抵抗剪切破坏的能力。常用库仑表征土体抵抗剪切破坏的能力。常用库仑公式表示：公式表示：=c+tan=c+tan 其中的其中的c c、是计算土压力和验算路基是计算土压力和验算路基边坡稳定性的重要参数。边坡稳定性的重要参数。k k0 0p/lp/l(N/cm(N/cm2 2)。一、路基的主要变形破坏 荷载因素：自重、行车荷载、自然因素 影响稳定性的因素：水分、温度变化（正温度、负温度）、风蚀作用。变形：弹性的、残留的（不能恢复的）1、垂直方向产生较大的沉陷 第三节 路基的破坏形式与原因分析原因：1）填料不当 2）填筑方法不合理：不同土混杂；未分层填筑、压实；土中有未经打碎的大块土或冻土块；荷载、水和温度综合变化；原地面软弱，如泥沼、流沙、垃圾堆积 未做处理等；冻胀、翻浆。2、路基边坡的滑坍（滑坡）常见的路基病害，也是水毁的普遍现象溜方：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。滑坡：一不分土体在重力作用下沿某一滑动层滑动。原因：土体稳定性不足引起。3、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落石。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。碎落 滑坡4、路基沿山坡滑动 原因：山坡较陡；原地面未清除杂草或人工挖台阶；坡脚未进行必要的支撑。5、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。二、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。第四节 公路自然区划与土基干湿类型类型一、公路自然区划u公路自然区划的意义：u公路自然区划的原则：我国公路自然区划分为三个等级。一级区划：首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带。一级自然区根据不同地理、气候、地貌界限的交错和叠合，我国7个一级区的代号为：区北部多年冻土区区东部温润季冻区区黄土高原干湿过渡区区东南湿热区区西南潮暖区区西北干旱区区青藏高寒区二级区划：在一级区划的基础上，以潮湿系数潮湿系数k k为主进一步划分为33个二级区和19个副区共52个二级自然区。K=年降雨量 R/年蒸发量Z三级区划：1、按地貌、水文和土类将二级区进一步划分为若干单元。2、另一种是地理和地貌等特点将二级区细划为若干区域。二、土基干湿类型划分 1、路基潮湿来源：1)大气降水，主要为雨、雪；2）地表水（地表积水和边沟等地表排水设施内的水以毛 细水方式进入路基）；3)浅层地下水；4)空气中的水气进入土的孔隙中。根据不同水温状况采取不同措施 地下水位高的路段，适当提高路基。平原稻田地区，保持最小填土高度。地下水位深处，山岭重丘设为浅路堑 2、判断方法 方法1：分界稠度法 实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度。干湿类型干湿类型土组土组干燥状态干燥状态中湿状态中湿状态潮湿状态潮湿状态过湿状态过湿状态Wc WC1WC1 Wc WC2WC2 Wc WC3WcWC3土质砂土质砂Wc 1.201.20 Wc 1.001.0 Wc 0.85Wc0.85粘性土粘性土Wc 1.101.10 Wc 0.950.95 Wc 0.80Wc0.80粉质土粉质土Wc 1.051.05 Wc 0.900.90 Wc 0.75Wc0.75 方法2：根据自然区划、土质类型、排水条件及路床表面距地下水位或地面积水位高低等特征确定，即临界高度法临界高度法。路基临界高度是指在最不利季节，当路基分别处于干燥、中湿或潮湿状态时，路槽底距地下水位或长期地表积水水位的最小高度。土基干湿类型 土基干湿类型 c与ci 一般特征 干燥 cc1 土基干燥、路面强度和稳定性不受地下水和地表水影响。路基高度01 中湿c1 c c 2 土基上部处于地下水或地表积水影响的过渡带区内 路基高度10 2 潮湿c 2 c c 3 土基上部处于地下水或地表积水毛细影响区内，路基高度2 0 3 过湿 cc 3路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区软弹土经处理后方可铺筑路面。路基高度0 30 为不利季节路床表面距地下或地表积水位的高度，地表积水指不利季节积水20天以上1，2，3分别为干燥、中湿、潮湿状态的路基临界高度，具体可查表划分土基干湿类型以平均稠度c为主，缺少资料时，可参考表中一般特征确定。我国南方地区，气候因素的变化幅度不如北方大，且自然水系的农田灌溉沟渠密布，土基的湿度在一年内的季节性变化并不突出。一般情况下，一般情况下，其最不利季节为雨季其最不利季节为雨季。北方地区，由于负温差的影响，土基下层较暖的水分将向上层较冷的土层移动，产生积聚和冻结，引起冻胀。春融时，冻结的水分融化，土基又因为过湿而发生翻浆。因此，土的湿度、密实度和强度在一年内出现极为显著的季节性变化。其其最不利最不利季节为春融季节。季节为春融季节。三、路基水温状况及对路基稳定性的影响三、路基水温状况及对路基稳定性的影响 1 1、对水的考虑：、对水的考虑：选选择择强强度度和和水水温温稳稳定定性性良良好好的的土土填填筑筑路路堤堤，并并采采取取正正确确的的施施工方法。工方法。搞好地面排水，保证水流畅通，防止路基过湿或水毁。搞好地面排水，保证水流畅通，防止路基过湿或水毁。保证路基有足够高度，使路基工作区保持干燥状态。保证路基有足够高度，使路基工作区保持干燥状态。设设置置隔隔离离层层或或隔隔温温层层，切切断断毛毛细细水水上上升升，阻阻止止水水分分迁迁移移，减减少负温差的不利影响。少负温差的不利影响。2 2、对结构和材料的考虑：、对结构和材料的考虑：合理选择路基断面形式，正确确定边坡坡度。合理选择路基断面形式，正确确定边坡坡度。充分压实土基，提高土基的强度和水稳定性。充分压实土基，提高土基的强度和水稳定性。采取边坡加固与防护措施，以及修筑支挡结构物。采取边坡加固与防护措施，以及修筑支挡结构物。四、保证路基强度和稳定性的措施四、保证路基强度和稳定性的措施 一、路基土的分类按土的粒径分为巨粒组、粗粒组和细粒组（特殊土）。分类总体系如下：粒粒 组组 划划 分分 表表 （单位：mm）200 60 20 5 2 0.5 0.25 0.074 0.02200 60 20 5 2 0.5 0.25 0.074 0.02 巨粒组巨粒组巨粒组巨粒组 粗颗粒组粗颗粒组粗颗粒组粗颗粒组 细粒组细粒组细粒组细粒组漂石漂石漂石漂石块石块石块石块石卵石卵石卵石卵石小块石小块石小块石小块石 砾（角砾石）砾（角砾石）砾（角砾石）砾（角砾石）砂砂砂砂 粉粉粉粉 粒粒粒粒 粘粘粘粘 粒粒粒粒 粗粗粗粗 中中中中 细细细细 粗粗粗粗 中中中中 细细细细第五节 路基土的分类与工程性质二、土的工程性质1、石质土2、砂土3、砂性土4 4、粉性土、粉性土5、粘性土6、重粘土7、其他土质