道路与桥梁工程概论4.pptx

第一章第一章路基工程路基工程导论路基路面是道路的基本组成部分路基路面是道路的基本组成部分,它们共同承受行车荷载和它们共同承受行车荷载和自然因素的作用。自然因素的作用。第一节第一节 路基路面的功能和要求路基路面的功能和要求一、路基的定义一、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。填而成的岩土结构物。路基是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求修筑路基是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载。的带状构造物，承受由路面传来的荷载。2 2、路基的基本要求、路基的基本要求 1 1、要有足够的稳定性；、要有足够的稳定性；2 2、要有足够的强度；、要有足够的强度；3 3、要有足够的刚度；、要有足够的刚度；4 4、要有足够的耐久性，水温度稳定性。、要有足够的耐久性，水温度稳定性。11路基工程的特点路基工程的特点 1 1、结构简单，但是复杂的复合结构；、结构简单，但是复杂的复合结构；2 2、受自然因素影响很大；、受自然因素影响很大；3 3、有大量土石方工程。、有大量土石方工程。二、路基的分类二、路基的分类路基土的选择：路基土的选择：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。的强度和粒径有一定规定。1.砂性土：砂性土：既含有一定数量的粗颗粒，使之具有足够的强度和水既含有一定数量的粗颗粒，使之具有足够的强度和水稳定性。又含有一定数量的细颗粒，将粗颗粒粘在一起，为修稳定性。又含有一定数量的细颗粒，将粗颗粒粘在一起，为修路堤的良好填料。路堤的良好填料。3.粘性土：粘性土：渗水性差，干燥时较硬而不易挖掘；浸水后水稳性渗水性差，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。排水条件下，筑成的路堤也较稳定。重粘土不宜作路基填料重粘土不宜作路基填料。2.粉性土：粉性土：含较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸含较多的粉粒，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，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。并加强排水、隔离措施。三、路基的干湿类型三、路基的干湿类型 1 1、湿度来源、湿度来源大气降水大气降水地面水地面水地下水地下水2 2、划分依据、划分依据 根据实测不利季节路床槽下根据实测不利季节路床槽下80cm深度内土的平均稠度深度内土的平均稠度 和路基相对高度和路基相对高度H。干湿类型干湿类型干燥干燥中湿中湿潮湿潮湿过湿过湿 3 3、路基最小填土高度、路基最小填土高度 Hmin指路基边缘距地面的最小高度，以保证路基终年处于指路基边缘距地面的最小高度，以保证路基终年处于干燥干燥或或中湿中湿状态，保持状态，保持路基的强度和稳定性路基的强度和稳定性。土的类型土的类型Hmin砂性土砂性土0.30.5m粘性土粘性土0.40.7m分性土分性土0.50.8m四、路基常见病害四、路基常见病害 1 1、路堤变形、路堤变形 2 2、路堑变形、路堑变形 沉陷沉陷 溜方和滑坡溜方和滑坡 3 3、路基病害防治、路基病害防治 1 1、正确设计路基横断面、正确设计路基横断面 2 2、选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土、选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。作稳定处理。3 3、采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的、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。压实度。4 4、适当提高路基。、适当提高路基。5 5、正确进行排水设计、正确进行排水设计 6 6、必要时设计隔离层。、必要时设计隔离层。7 7、采取加固措施。、采取加固措施。第二第二节节 一般路基一般路基设计设计一一.路基的断面型式路基的断面型式1.1.路堤：指基身顶面高于原地面的填方路基。路堤：指基身顶面高于原地面的填方路基。一般路堤一般路堤沿河路堤沿河路堤陡坡路堤（护脚路堤）陡坡路堤（护脚路堤）2.2.路堑：全部为挖方路基称为路堑。路堑：全部为挖方路基称为路堑。全挖式全挖式台口式台口式半山洞半山洞3.3.半填半挖路基：整个横断面上既有填方又有挖方的路基。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出现在地面横坡较陡,路基又较宽路基又较宽,而路中线的设计标高与而路中线的设计标高与地面标高相差不大的地方。地面标高相差不大的地方。二二.路基的基本构造路基的基本构造1.1.路基高度路基高度2.2.路基宽度路基宽度3.3.路基边坡路基边坡三三.路基的附属设施路基的附属设施1.1.取土坑取土坑2.2.弃土堆弃土堆3.3.护坡道和碎落台护坡道和碎落台4.4.堆料坪和错车道堆料坪和错车道5.5.护栏护栏形式形式 a.a.直线形直线形 b.b.折线形折线形 c.c.台阶形台阶形坡度坡度填料种类填料种类边坡高度边坡高度(m)(m)迎坡坡度迎坡坡度全部全部高度高度上部上部高度高度下部下部高度高度全部全部高度高度上部上部高度高度下部高度下部高度粘质土、粉质土、砂粘质土、粉质土、砂类土类土20208 81212l l：1.1.5 51 1：l.75l.75砂、砾砂、砾12121 1：1.1.5 5漂漂(块块)石土、卵石土、石土、卵石土、砥砥(角砾角砾)粪土、碎石粪土、碎石土土202012128 81 1：l.l.5 5l l：1.751.75易风化的石块易风化的石块20208 812121 1：1 1 5 5l l：1.51.5第二章第二章 路基排水路基排水 路基的各种病害和变形的产生，无不与地面水和地下水的浸路基的各种病害和变形的产生，无不与地面水和地下水的浸湿和冲刷等破坏作用有关。为保证路基稳定和提高抗变形能力，湿和冲刷等破坏作用有关。为保证路基稳定和提高抗变形能力，须采取相应的排水措施。须采取相应的排水措施。道路排水分为地表（地面）排水和地下排水。道路排水分为地表（地面）排水和地下排水。排水工程，尤其是地面排水，是一项经济、简便而又收效很排水工程，尤其是地面排水，是一项经济、简便而又收效很大的技术、预防和必要措施。大的技术、预防和必要措施。第一节第一节 路基排水设施路基排水设施一、地表排水沟渠：一、地表排水沟渠：边沟边沟 截水沟截水沟 排水沟排水沟 把边沟、截水沟的水引到附近的桥涵、河谷和远离路基把边沟、截水沟的水引到附近的桥涵、河谷和远离路基的低洼地的低洼地 二二.地下排水沟管：地下排水沟管：暗沟暗沟渗沟渗沟渗井渗井三、排水系统设计：三、排水系统设计：总体规划，综合设计，以提高降水效果，降低造价总体规划，综合设计，以提高降水效果，降低造价 排水设计目的排水设计目的：1.1.拦截地面水和地下水。拦截地面水和地下水。2.2.引到排水通道并引到排水通道并通过桥涵渲泄到下方。排水有困难时，可将地面水拦蓄在坡顶，通过桥涵渲泄到下方。排水有困难时，可将地面水拦蓄在坡顶，降在路基范围内的水要迅速引泄掉。降在路基范围内的水要迅速引泄掉。设计时要综合考虑沿线地形、地质条件，因势利导，因地制设计时要综合考虑沿线地形、地质条件，因势利导，因地制宜。并与当地农田水利等建设规划相结合。考虑农田排灌要求，宜。并与当地农田水利等建设规划相结合。考虑农田排灌要求，水土保持，使土不出山，水不出沟。水土保持，使土不出山，水不出沟。6.6.选择桥涵位置。对穿过路基的河沟，不要轻易改沟并涵。选择桥涵位置。对穿过路基的河沟，不要轻易改沟并涵。5.5.设排水沟管。设排水沟管。3.3.设边沟或用取土坑，必要时用路肩排水系统和中央分隔带排设边沟或用取土坑，必要时用路肩排水系统和中央分隔带排水系统。水系统。2.2.设截水沟，拦地表水。要沿等高线布置，且与地表水流方向设截水沟，拦地表水。要沿等高线布置，且与地表水流方向垂直。垂直。路基排水系统布置，可利用路线平面图（道路勘测设计绘出）路基排水系统布置，可利用路线平面图（道路勘测设计绘出）按下列按下列步骤步骤进行：进行：1.1.绘出路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑位绘出路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑位置。置。4.4.设地下排水设施。设地下排水设施。常见的人工明渠横断面有梯形。常见的人工明渠横断面有梯形。边坡系数边坡系数m：反映渠道两侧倾：反映渠道两侧倾斜程度斜程度水力半径：水力半径：断面面积：断面面积 ：湿周：湿周第二节第二节 明渠水力计算明渠水力计算1.水力水力系数系数计算计算流量公式：流量公式：式中式中c为谢才系数，可用曼宁公式计算为谢才系数，可用曼宁公式计算不堆积流速不堆积流速Vmin允许不冲刷流速允许不冲刷流速Vmax根据土质不同选取。根据土质不同选取。2.判断条件：判断条件：第三节第三节 软土的排水固结软土的排水固结软软土土：泛泛指指淤淤泥泥及及淤淤泥泥质质土土，在在静静水水或或非非常常缓缓慢慢的的流流水水环环境境中中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的物理力学特性：软土的物理力学特性：1高含水量和高孔隙性高含水量和高孔隙性2含水率大，渗透性弱含水率大，渗透性弱3压缩性高压缩性高4.抗剪强度和承载力低抗剪强度和承载力低软土在建筑荷载作用下的变形特征软土在建筑荷载作用下的变形特征1.变形大而不均匀变形大而不均匀2.变形稳定历时长变形稳定历时长3.抗剪强度低抗剪强度低4.较显著的触变性和蠕变性较显著的触变性和蠕变性一、软土加固方法一、软土加固方法 换换填填法法是是是是将将基基础础底底面面以以下下不不太太深深的的处处理理范范围围内内的的软软弱弱土土层层挖挖去去，然然后后以以质质地地硬硬，强强度度高高，性性能能稳稳定定，具具有有抗抗侵侵蚀蚀性性的的砂砂卵卵石石、素素土土等等去去分分层层换换填填，同同时时用用人人工工或或机机械械方方法法进进行行表表层压夯、振动等处理至满足工程要求的全过程。层压夯、振动等处理至满足工程要求的全过程。挤密压实法挤密压实法1 1、原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙、原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，从而提高强度。比减小，从而提高强度。2 2、方法：、方法：土（灰土）挤密桩处理软土地基土（灰土）挤密桩处理软土地基碎石挤密桩处理软土地基碎石挤密桩处理软土地基强夯法处理软土地基强夯法处理软土地基换填法换填法土（灰土）挤密桩处理软土地基土（灰土）挤密桩处理软土地基适用条件：适用条件：处理加固地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填处理加固地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土以及含水量较大的软土土以及含水量较大的软土优点：优点：横向挤密横向挤密缩短工期缩短工期处理深度可达处理深度可达1515米米就地取材就地取材原理：原理：生石灰吸水消解经化学反应后膨胀，桩间土脱生石灰吸水消解经化学反应后膨胀，桩间土脱水，桩周围的土被挤压后土壤密实度逐渐增强，使地水，桩周围的土被挤压后土壤密实度逐渐增强，使地基强度提高，从而达到满足工程要求的地基承载力（基强度提高，从而达到满足工程要求的地基承载力（成桩挤密、吸水挤密、膨胀挤密）成桩挤密、吸水挤密、膨胀挤密）1 1、原理原理 通通过过布布置置竖竖向向排排水水井井，改改善善地地基基的的排排水水条条件件及及采采取取加加压压、抽抽气气、抽抽水水和和电电渗渗等等措措施施，以以加加速速地地基基土土的的固固结结和和强强度度增增长长，提提高高地地基基土土的的稳稳定定性性，并并使使沉沉降降提提前前完完成成（由由加加压压系系统和排水系统组成）统和排水系统组成）2 2、方法方法堆载预压法堆载预压法真空预压法真空预压法降水预压法降水预压法电渗排水法电渗排水法 排水固结法排水固结法塑料排水板法处理公路软土地基塑料排水板法处理公路软土地基塑料排水板的类型：塑料排水板的类型：与袋装砂井相比，它的优缺点：与袋装砂井相比，它的优缺点：插板机械轻，效率高、对土的扰动小、造价低插板机械轻，效率高、对土的扰动小、造价低型塑料板型塑料板梗透水膜塑料板梗透水膜塑料板无纺布螺旋孔塑料板无纺布螺旋孔塑料板袋装砂井法处理公路软土地基袋装砂井法处理公路软土地基排水砂井的作用排水砂井的作用 排排水水系系统统就就是是在在地地基基中中设设置置一一些些排排水水通通道道，改改变变原原有有地地基基的边界条件，增加空隙水的排出途径的边界条件，增加空隙水的排出途径袋装砂井袋装砂井 袋袋装装砂砂井井是是近近年年来来竖竖向向排排水水井井工工艺艺发发展展，是是砂砂并并排排法法的的延延续续是是将将散散体体的的砂砂装装入入用用化化纤纤纺纺织织物物做做成成的的细细长长袋袋子子（71712cm)2cm)作为竖向排水体的一种方法。作为竖向排水体的一种方法。搅拌桩法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂搅拌桩法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理化学反映，形成坚硬拌和柱体，与原地层共同起复合地基化学反映，形成坚硬拌和柱体，与原地层共同起复合地基的作用。的作用。灌浆胶结法：用气压、液压或电化学原理，把某些能固化灌浆胶结法：用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或空隙中，以改善地基的物理的浆液注入各种介质的裂缝或空隙中，以改善地基的物理力学性质。力学性质。化学加固法化学加固法第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 三、加州承载比（三、加州承载比（CBR）1.定义定义 加加州州承承载载比比是是美美国国加加利利福福尼尼亚亚州州（California）提提出出的的一一种种评评定定土土基基及及路路面面材材料料承承载载能能力力的的指指标标。承承载载能能力力以以材材料料抵抵抗抗局局部部荷荷载载压压入入变变形形的的能能力力表表征征，并并采采用用高高质质量量标标准准碎碎石石为为标标准准，以以它它们们的的相相对比值表示对比值表示CBR值。值。2.试验方法试验方法 用用一一个个端端部部面面积积为为19.35cm的的标标准准压压头头，以以0.127cmmin的的速速度度压压入入土土中中，记记录录每每贯贯入入0.254cm时时的的单单位位压压力力，直直至至压压入入深深度度达达到到1.27cm时时为为止止。此此外，标准压力外，标准压力ps值是用高质量标准碎石由试验求得。值是用高质量标准碎石由试验求得。一、路基的主要病害一、路基的主要病害 第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 1.路基的沉陷与沉缩路基的沉陷与沉缩路路基基沉沉陷陷：是是指指路路基基表表面面在在垂垂直直方方向向产产生生大大的的沉沉落落，主主要要是是由由于于路路基基下下部部天天然然地地基基承承载载能能力力不不足足，在在路路基基自自重重的的作作用用下下引引起起下下陷陷或或向向两两侧侧挤出挤出而造成的。而造成的。路路基基沉沉缩缩：是是由由于于路路基基填填料料选选择择不不当当或或填填筑筑方方法法不不合合理理或或压压实实度度不不足足，在在路路基基堤堤身身内内部部形形成成过过湿湿的的夹夹层层等等因因素素，在在荷荷载载和和水水温温综综合合作作用用下引起的，一般下引起的，一般沉降量不大沉降量不大。图图2-25 路基的沉陷和沉缩（路基的沉陷和沉缩（P49）a）路基沉陷及）路基沉陷及 b）路基）路基沉缩沉缩 c）地基）地基沉陷沉陷一、路基的主要病害一、路基的主要病害 第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 2.边坡滑塌边坡滑塌 溜溜方方：由由于于少少量量土土体体沿沿土土质质边边坡坡向向下下移移动动而而形形成成。通通常常指指的的是是边边坡坡上上表表面面薄薄层层土土体体下下溜溜，主主要要是是由由于于流流动动水水冲冲刷刷边边坡坡或或施工不当施工不当而引起的。而引起的。图图2-26 路基边坡溜方（路基边坡溜方（P49）滑滑坡坡：一一部部分分土土体体在在重重力力作作用用下下沿沿某某一一滑滑动动面面滑滑动动。主主要要是是由于土体的由于土体的稳定性不足稳定性不足所引起的。所引起的。路路堤堤滑滑坡坡产产生生原原因因：边边坡坡坡坡度度过过陡陡，或或坡坡脚脚被被冲冲刷刷淘淘空空，或或填填土土层层次次安排不当。安排不当。路路堑堑滑滑坡坡产产生生原原因因：边边坡坡高高度度和和坡坡度度与与天天然然岩岩土土层层次次的的性性质质不不相相适适应应。粘粘性性土土层层和和蓄蓄水水的的砂砂石石层层交交替替分分层层，特特加加是是存存在在倾倾向于路堑方向的斜坡层理存在。向于路堑方向的斜坡层理存在。第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 3.碎落和崩塌碎落和崩塌 碎碎落落：是是指指路路堑堑边边坡坡风风化化岩岩层层表表面面在在大大气气温温度度与与湿湿度度的的交交替替作作用用以以及及雨雨水水冲冲刷刷和和动动力力作作用用下下，表表面面岩岩土土从从坡坡面面上上剥剥落落下下来来。主主要要危危害害是是碎碎落落的的堆堆积积会会堵堵塞塞边边沟沟和和侵占部分路基侵占部分路基。崩崩塌塌：是是指指大大的的石石块块或或土土块块脱脱离离原原有有岩体或土体岩体或土体而沿边坡滚落。而沿边坡滚落。第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 4.路基沿山坡滑动路基沿山坡滑动 在在较较陡陡的的山山坡坡路路基基，若若路路基基底底部部被被雨雨水水浸浸湿湿形形成成滑滑动动面面，坡坡脚脚未未设设支支撑撑或或支支撑撑不不足足，在在路路基基自自重重和和行行车车荷荷载载作作用用下下沿沿倾倾斜的原地面向下滑动斜的原地面向下滑动。5.不良地质和水文条件造成的路基破坏不良地质和水文条件造成的路基破坏 主主要要是是指指不不良良地地质质条条件件（如如泥泥石石流流、溶溶洞洞等等）和和较较大大自自然然灾灾害（如害（如大暴雨大暴雨）等引起的路基大规模毁坏。）等引起的路基大规模毁坏。第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 溜方、滑坡