一般路基设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第 五 章,一 般 路 基 设 计,Ordinary Subgrade Design,1,5.1 路基的病害与设计要求,一、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。,二、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。,三、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。,2,5、,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）。,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。,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。,四、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。,五、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,3,3、合理的路线设计（道路勘测设计）。,4、保护农田、环境。,5.2 填料的选择和压实标准,一、,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。见P61表5-1。,根据填料的性质和适用性可将路基填料分为下述几类：,1.砾石、不易风化的石块：,渗水性很强，水稳定性较好，强度高，为最好的填料。使用场合和施工季节不受限制，石块空隙间用小石塞密实时，路堤的残余下沉量很小，故在车辆荷载作用下塑性变形小。填石路基强度15MPa（护坡20MPa）。但dmax不超过层厚的2/3，高级路面的路床中dmax不得大于10（15）cm,厚取路床顶面下30-50cm。,2.土石混合料：,石块与土混在一起，其力学性质与土、石含量有关。石块和沙砾含量高时，其渗水性、水稳定性和强度好；反之，若土（粉性土、粘土）含量多，则松散，遇水易造成边坡坍塌。当石块含量70%时，按填石处理，若石块含量50按填土处理。,4,3.砂砾材料（碎石土、卵石土、砾石土、粗砂、中砂）：,渗水性强、水稳定性好；为一类优质填料，但如其中粘性土含量过多时，水稳定性将下降很多，但细砂土易松散，对流水冲刷、风蚀的抵抗能力差。如要使用，可适当加一些粘性大的土，以加强稳定性。,4.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。,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12米粘土包边（或护坡），粘性土封顶。见P63图5-10。零填及挖方地段的路床为岩石时，强度符合要求，但要设一定的平整层厚度，若路床土的CBR值30m,可根据具体情况而定，并进行边坡路基稳定性分析。大爆破或地震地区边坡放缓。,三.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：,根据在天然软土路基上，用快速施工法建造一般断面的路堤所能达到的最大高度。如设计超出此高度，说明此时地基不足，须技术处理。,路堤的极限高度取决于地基的特征及填料性质。,9,对均质软基,：,Ns为稳定因素，与路堤边坡坡角,和深度因素,d（,d,=（H+d)/H, H为路堤高度，d为软土厚度）见P69图5-14曲线，由,、,d,可查得Ns，c为软土粘聚力，,为填料的比重。,看到P69例5.1：计算Hc,。Hc与H有关，而H为要设计的。,如软土层上有硬壳层，Hc可加上一半的硬壳层厚。（考虑 了,硬壳层的应力扩散能力和承载力）,非均质软基,：土层较复杂，各层性质各异，其Hc须用圆弧条分法计算,。,2.地基沉降：,软基上路堤在填料作用下会产生较大的沉降，对于达到压实度要求的路堤堤身压缩量常可忽略不计，所以路堤的沉降实际上就是地基沉降。地基沉降是由于地基土的压缩（固结）和剪切变形引起的，从开始加荷到下沉稳定为止的总沉降叫最终沉降S。,h为各分层厚度，取0.51m;ms为考虑,剪切变形及其影响的沉降修正系数,。与土的变形特征、荷载条件、加荷速率等有关，其值为1.11.7。Sc为按分层总和法算出的主固结沉降。,e,0,为,各分层天然孔隙比，e,1,为受荷后各分层的孔隙比,10,地基的固结沉降不是短时间内发生的，而是随时间逐步完成的。我们可算出施工阶段的St。并根据工程经验确定最终沉降。 St = K,B,S ;K,B,为施工期,沉,降的经验系数，见P70表5-9。,现场观测表明，地基表面沉降为曲线，可看成一抛物线。,B,St,可见每延米上施工期间增加的填方量为,V。St为施工期路堤中线处的地基,沉降量。B为路堤的底宽,。道路竣工后使用中也会发生,沉降，此沉降叫工后沉降，要加以控制，尤其是高等级道路。,四.基底处理：,（指路堤基底）,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,。,11,5.4 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。,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、简便而又收效很大的技术、预防和必要措施。,一、排水设施分类：,1.地表排水沟渠：,边沟、截水沟、排水沟（把边沟、截水沟的水引到附近的桥涵、河谷和远离路基的低洼地）,2.地下排水沟管：,明沟、暗沟、渗沟及隔离层（路基内部）,3.路面排水设施：,路面表面排水有横坡、边沟。中央分隔带排水有向两侧排（凸形），向中间排（凹形）,4.泄水和蓄水结构物,12,二、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,降落到地面的大气降水，一部分形成迳流，另一部分渗入地层形成地下水，它们从高于路基的一侧（路基上方）流经路基基身向路基下侧，归入各种沟渠、河道。在此过程中，地面水浸湿和冲刷路基各部分，削弱其强度、抗变形能力、稳定性，而地下水则使地基和坡体受到软化、潜蚀等破坏作用。,排水设计目的,：1.拦截地面水和地下水。2.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，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。,路基排水系统布置，可利用路线平面图（道路勘测设计绘出）按下列步骤进行：,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置。,2.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。,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水系统。,4.设地下排水设施。,5.设排水沟管。,6.选择桥涵位置。对穿过路基的河沟，不要轻易改沟并涵。,13,设计内容：,在路线平、纵面图上标明排水设施名称、地点、中心里程桩号、厚底纵坡、跨径、宽、长、流向、进出口、排水结构等。对特殊复杂地段还要画细部设计图。,三、地表排水沟渠设计：,定平面位置，沟底纵坡、断面尺寸及结构形式,1、平面位置：,1）边沟、路肩排水沟与路中线平行，设在路边缘。,2）截水沟与坡顶（脚）之间有一定距离，以防沟内水浸湿坡体或坡脚。但又不能太远，否则无法充分拦截山坡上的水。,有边沟时，距边沟要远些，,5m。,无边沟时，距坡脚要近些，2m,。,2、排水沟渠应具有一定的纵坡：,一般0.5%,但如纵坡大于3%时，土质沟渠应做防冲刷处理。,3、断面形状：,梯形（主要用于土质沟渠）、矩形、三角形,断面尺寸：,满足泄水设计流量要求。设计水量可按地理位置、设计重现期、汇水范围等确定。设计时，路面排水设施中水深不宜超过沟渠的2/3，且沟顶高出设计水位0.2米以上。高等级公路边沟深、宽0.6m，其他等级路0.4m，截水沟（一般为梯形）深、宽0.5m。,14,4、排水长度有限制：,一般500米以内，多雨地区小于300米，三角形沟和纵坡小于0.5%时，不宜超过200米。否则要 增 设出水口或涵管，将水引走（通过集水井、涵管、急流槽等）。,5、,沟槽本身要平整稳固、不滞流、不渗水和不冲刷，否则应进行技术处理。,四、地下排水沟渠设计：,形式有暗沟、渗井、渗沟,对地下水的处治可分为拦截、疏干、降低和引排等。,1、拦截：,设明沟（纵向）或渗沟（横向或与水流方向垂直），将水截断、引流。底纵坡、断面尺寸及结构形式。,2、疏干：,定平面设置Y形或拱形渗沟（在坡体内设置）。,3、降低地下水位：,边沟下设纵向渗沟。,4、引排：,用地下排水沟管将水引排。有明沟（梯形、矩形）、暗沟（矩形）。暗沟造价高于 明沟，且维修困难，设计时要与修建明沟方案进行经济比较，择优选用。,渗沟深3m，宽为0.61.0m，填石渗沟纵坡1%,常取为5%，管式渗沟取0.5%,15,5.5 路基防护与加固,路基防护是保证路基稳定、防治病害、改善环境景观和保护生态平衡的重要技术措施。,路基防护与加固可分为坡面防护、堤岸防护、支挡结构和地基加固。,一、坡面防护：,有植物防护、灰浆防护和砌体防护,1.植物防护：,利用植被覆盖坡面，根系固结表土，防水土流失，调节坡温，确保边坡稳定。适宜在土质边坡上，有,1）种草：,缓坡坡面，不陡于1：1,2.灰浆防护：,用水泥、石灰类矿质混合料对边坡进行封面和填缝。用于不宜植被的坡面。,1）封面:,包括抹面（厚3-7 cm ,使用6-8年）、捶面（厚10-15 cm ,使用10-15年）,、喷浆（厚5-10 cm ,砂浆强度大于M10）,、喷射混凝土（厚10-15 cm ,dmax,15cm，水泥混凝土强度c15）,。,2）铺草皮：,较陡坡坡面，分叠铺、平铺、方格式铺。,3）种树：,缓坡坡面，不陡于1：1.5及严重风化岩石边坡，较经济。,16,封面每隔2-3m 交错设泄水孔,孔径为10cm ,大范围封面要设伸缩缝（抹面、捶面为10米，喷浆、喷射混凝土为20米）。,注意：不宜在严寒季节、雨天及日照强烈时施工。,2）填缝 :,岩石挖方边坡，分勾缝和灌缝。,3、砌体防护 :,对易发生严重剥落、冲蚀或溜方等坡面使用。分框格、砌石（混凝土块）护坡和护墙等砌体形式。,框格防护：,在降雨量大且集中地区，以砌体做成框式骨架，格内采用植物或其他防护。,砌石（混凝土块）护坡：,用于易受水流侵蚀的土质边坡，严重剥落的软质岩石边坡。,护面墙：,坡度陡时，且易风化或软破碎岩石挖方边坡及坡面易受侵蚀的土质边坡。,二、堤岸防护：,有植物防护、砌石防护、抛石、抛笼、浸水挡土墙,三、支挡结构：,防坡体滑坡或减少占用耕地时用。有砌石路基、护肩、护脚、矮墙等形式。,砌石路基,1：5,护肩,护脚,矮墙,内侧,1：0.21：0.5,17,四、地基加固：,1、换填材料：,有开挖换填法、抛石挤淤法和爆破排淤法,2、排水固结：,有砂垫层法、砂井排水法、袋装砂井和塑料排水板法,3、挤压密实：,有强夯法、挤密法,4、胶结硬化：,有浅层搅拌法、深层搅拌法、高压喷浆法和灌浆法,5、调整结构：,有轻质路堤、反压护道和加筋路堤（在路堤底部设）,作业：,5-2，5-8,18,