路基工程复习

,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,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,路基路面工程,*,路基路面工程,1,路基是公路的根本结构，是支撑路面结构的根底，路,面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自,然灾害的侵蚀和影响，是开挖或堆填而成的岩土结构物。,路基结构形式可以分为：填方路基、挖方路基和半填,半挖路基三种形式。,路面,是铺筑在公路路基上与车轮直接接触的结构层，,承受和传递车轮荷载，承受磨耗，经受自然气候的侵蚀和,影响，,是,各种混合料铺筑而成的层状结构物,。,路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。,路基路面工程,2,存在问题：,1.,公路网标准低，数量少，布局不合理。,2.,道路交通管理落后，城市交通拥挤阻塞。,3.规划不合理，路网总体效劳水平低，抵御自然灾害能力差。,4.,公路建设质量差，,20,高速公路出现早期大修。,1,总 论,路基路面工程,3,一、路基、路面的根本概念 两者关系,路基：是在天然地外表按照道路的设计线形位置和设计横断面几何尺寸的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。,路面：是在路基顶面的行车局部由各种混合料铺筑而成的层状结构物。,两者关系：路基是路面结构的根底，坚强而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，而路面结构层的存在又保护了路基，使之防止了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。,路基路面应具有的根本性能：1.承载能力：强度抵抗应力、刚度抗变形,2.稳定性：结构稳定性、水稳定性、温度稳定性；,3.耐久性：寿命抗疲劳破坏能力，抗水损、抗,老化等能力；,4.外表平整度： 舒适性、外表特性,5.外表抗滑性能： 平安性、外表特性,影响路基路面稳定的因素：,1自然因素主要影响路基1.地理条件,2.地质条件 3.气候条件 4.水文和水文地质条件 5.土的类别,2人为因素： 1.荷载 2.路基、路面结构 3.施工方法和质量 4.养护措施,路基路面工程,4,土的划分原那么：不同的使用目的和场合，划分原那么不同，如农业、公路等公路用路基土，世界各国大致相近，均依据土颗粒的粒径组成、矿物成分或其余物质的含量、土的塑性指标。,我国公路路基土的分类：,划分依据：土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有,机质存在情况。,分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细,分为11类。,不同路基土的公路工程性质：1巨粒土：强度和稳定性好，良好；也可用于砌筑边坡。2级配良好的砾石混合料：良好；还可用于中级路面和高级路面的基层。3砂土：无塑性，强度和水稳性好，但易松散，压实困难。4砂性土：良好5粉性土：干时易结块，湿时易流动；毛细作用强烈，须经处理才可使用。6粘性土：具有较大的可塑性，持水能力强。压实方法得当，排水设施合理也可使用。7重粘土：不透水、粘聚力大，塑性大，枯燥坚硬，难以施工 。,路基路面工程,5,1,、划分方法：,在全国以,均温等值线及海拔高度,来划分，以均温等值线和三阶梯的海拔高度线为主要标志，二条等高线：,1000m,、,3000m,等高线。自然区划分三级进行区分，,具体划分：全国首先划分为三大地带：,多年冻土、季节冻土和全年不冻土,，再进一步根据水热平衡和地理位置划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖、和高寒七个大区：,路基路面工程,6,二、一级自然区划,1,总 论,在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级，并结合各大区的地理、气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为,33,个二级区和,19,个副二级区。,三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、地理、地貌为依据，另一种是以地表的地貌、水文和土质依据，由各省、市、自治区自行划定。,路基路面工程,7,三、二级自然区划,1,总 论,一、路基湿度的来源：,大气降水 地面水 地下水 毛细水 水蒸气凝结水 薄膜移动水,二、大气温度及其对路基水温状况的影响,路基湿度除受水的来源影响之外，大气温度也是主要影响因素之一。,最典型的是路基冻胀与翻浆现象,冻胀翻浆的机理。,湿度对路基路面稳定的影响,湿度对路基的影响：,湿软、冰冻及整体不稳定，,需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型。,湿度对路面的影响：,水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性。,路基路面工程,8,第六节 路基水温状况及干湿类型,1,总 论,温度对路基路面稳定的影响：,温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀；,温度造成水泥砼路面的温度应力及条块分割；,温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。,湿度对路基路面稳定的影响,湿度对路基的影响：,湿软、冰冻及整体不稳定，,需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型。,湿度对路面的影响：,水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性。,路基路面工程,9,三、路基干湿类型,路基按其干湿状态不同分为四类：枯燥、中湿 、潮湿和过湿。一般要求路基处于枯燥或中湿状态。 上述四种干湿类型以分界稠度c1 , c2 和c3 来划分。稠度c 定义为土的含水量 与土的液限L 之差与土的塑限p 与液限L 之差的比值。 即 c = L - / L - p 1.c = 1.0 , 即=p ，为半固体与硬塑状的分界值； 2.c = 0 ,即= L ，为流塑与流动状的分界值； 3. 1.0 c 0，即L p ，土 处于可塑状态。,路基路面工程,10,一、路面横断面见书中图1-7,路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随道,路等级不同而不同。,1、槽式横断面：在路基上挖槽铺筑路面。,2、全铺式横断面: 在路基上全宽内铺筑路面。,路基路面工程,11,第七节 路面结构及层位功能,1,总 论,1.路拱的作用：横向排水,2.路拱横坡的取值P23表1-10：,有利于横向排水，有利于行车平稳；,1-4；,路肩横披度较路面横坡大1。,路基路面工程,12,二、路拱横坡度,1,总 论,三、 路面结构分层,1.面层 2基层 3基底层,4路基含垫层,路基路面工程,13,1,总 论,路基路面工程,14,垫层的设置目的与功能可分为以下几类：,(1),防水垫层；,(2),排水垫层；,(3),防污垫层：,(4),防冻垫层。,路面分类,【,按照力学特性分类,】,柔性路面,刚性路面,半刚性路面,1,总 论,路基路面工程,15,一、名词解释,1.,公路自然区划,2.,路基临界高度,3.,平均稠度,4.,路拱,5.,柔性路面,6.,刚性路面,二、思考题,1.简述路面结构层的特点、作用及材料。,2.路基和路面在公路中各起什么作用？有哪些根本要求？,3.路基干湿类型有那些划分方法，干湿类型对路基有哪些影响？,4.试述地下水对路基的影响和气温对路面的影响。,5.对路基填料有什么要求，对不同性质的土，填筑路堤时要注意哪些问题？,6.试述面层的作用及对其根本要求。,7.试述基层和垫层的作用及对各自的根本要求,8.我国现行路面是怎样分类与分级的？简述其意义。,研究行车荷载的原因和必要性：,1.汽车是路基路面的效劳对象，路基路面的主要功能是保证车辆快速、平安、舒适、经济通行。,2.汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间影响路面的使用性能。,3.汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。,路基路面工程,16,2,行车荷载、环境因素、材料的力学特性,行车荷载的主要研究内容：,汽车的轮重与轴重；,不同车型的车轴布置；,设计期限内，汽车的轴型分布及汽车年通过量的逐年变化；,汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。,路基路面工程,17,一、车辆的种类,道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。,汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设,计主要以轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重,型货车和大客车起决定作用。对于小客车，那么主要对路面的表,面特性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。,客车,小客车,车速高，自重和满载重量小,120km/h,以上,中客车,620,个座位,大客车,20,个座位以上，长途客运和城市公共交通,货车,整车,货箱与汽车发动机一体。,牵引式挂车,牵引车与挂车分离,牵引式半挂车,牵引车与挂车分离，铰接。,路基路面工程,18,路基路面工程,19,在交通调查中，一般将,汽车分为八类：,大型货车；中型货车；小型货车；大型客车；小型；客车；拖挂车；集装箱；大中型拖拉机,通过调查可以得到某断面,昼夜混合汽车交通量,可作为道路的通行能力评定。,路面设计与验算使用的交通量是,标准轴载累积作用次数,。,昼夜混合交通量,用于路面设计时，应有汽车的轴数和轴载。,轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，我国公路与城市道路设计标准中均以100kN作为标准轴重。,路基路面工程,20,定义：,静止状态的汽车对道路的作用，称为静力作用，其大,小主要取决于车轮总重。,静态压力,P,的影响因素：,1.,汽车轮胎内压,p,i,；标准静内压力,p,i,=(0.40.7)Mpa,通常轮胎与路面的接触压力,p=(0.80.9) p,i,滚动时,p =(0.91.1) p,i,2.,轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；,3.,轮载的大小,路基路面工程,21,三、汽车对道路的静态压力,路基路面工程,22,轮胎和路面的接触面积,接触面形状近似于椭圆形，路面设计中简化为圆形接触面，车轮荷载简化为与椭圆形荷载相当的圆形均布荷载，此圆形即为当量圆单圆、双圆,对于双轮组车轴，,假设每一侧的双轮用一个圆表示称为单圆荷载,假设每一侧的双轮用两个圆表示称为双圆荷载,疲劳破坏材料在低于其极限强度的重复荷载作用下发生破坏的现象导致疲劳开裂等。,变形累积在重复荷载作用下，将呈现出变形的逐渐增大土基、沥青路面、粒料类路面。,1.,交通量及其增长率,交通量,：指一定时间间隔内，各种车辆通过某一道路断面的数量；,年平均日交通量,：考虑月分布不均匀系数、日分布不均匀系数等；,交通量年平均增长率,；,设计年限内的累计交通量,。,对于路面结构设计，不仅要求收集,交通总量，还必须区分不同的车型。,N1,初始年平均日交通量；,Ni,每日实际交通量；,r,交通量年均增长率；,Ne,设计年限内累积交通量,路基路面工程,23,五、交通分析,2.轴载组成与轴载换算,轴载换算：行驶车辆的轴载与通行次数可以按照等效原那么换,算为某一标准轴载的当量通行次数。我国的标准轴载为BZZ-,100。轴载等效换算的原那么：同一种路面结构在不同轴载作用,下到达相同的损伤程度。,换算系数公式：,n-同路面结构有关的系数。,i- i 级轴载换算为标准轴载的换算系数;,PS标准轴载(kN)；,Pi i级轴载；,NS-标准轴载作用次数；,Ni i 级轴载作用次数；,-反映轴型单轴、双轴或三轴和轮组轮胎数单轮或双轮影响的系数；,路基路面工程,24,3.轮迹横向分布,由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次,数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不回平均分配到每,一点上，而是按一定规在车道横断面上，称为轮迹横向分布。,轮迹横向分布频率的影响因素：交通量、交通组成、车道宽,度、交通管理规那么等。,轮迹横向分布系数反映轮迹横向分布频率的影响，以轮迹横,向分布频率曲线表征。,路基路面工程,25,概念：,在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力,z,与路基土自重 引起的垂直应力,B,相比所占比例很小，仅为,1/10,1/5,时，该深度,Z,范围内的路基称为,路基工作区,。,路基工作区内，土基的强度和稳定性对保证路面结构的强度和稳定性极为重要,路基路面工程,26,二、路基工作区,1、初始切线模量应力值为零应力应变曲线斜率。,2、切线模量某一应力处应力应变曲线斜率，反映该应力处变化。,3、割线模量：某一应力对应点与起点相连割线模量，反响该范围内应力应变平均状态。,4、回弹模量：应力卸除阶段，应力应变曲线的割线模量。,路基路面工程,27,路基路面工程,28,弯沉 l 荷载作用下结构层外表的竖直变形量。其中，总竖直变形量称为总弯沉；可恢复的竖直变形为回弹弯沉。一般情况下，弯沉均指回弹弯沉。,土基回弹模量E0,用温克勒地基模型描述土基工作状态时，用地基反响模量表征土基的承载能力。,温克勒地基的假定：土基顶面任意一点的弯沉l，仅同作用于该点的垂直压力p成正比，而同其它相邻点处的压力无关。,温克勒地基模型稠密液体地基模型，主要用于分析水泥混凝土路面,表征土基承载能力的参数指标,地基反响模量K,地基外表某点的竖向压力p与弯 沉l之比。,kN/m3),路基路面工程,29,二、地基反响模量,三、加州承载比CBR,表征土基承载能力的参数指标,加州承载比是早年由美国加利福尼亚州提出的一种评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相比照值表示CBR值。,CBR值的室内测试及现场测试。,室内要按施工现场的含水量和压实度成型圆柱形标准试件，在加载前要浸水4d。,室外测试结果受现场含水量和压实均匀性的影响，必须加以修正。,路基路面工程,30,加州承载比CBR值California Bearing Rate,CBR值即标准试件在贯入量为时所施加的试验荷载与用标准碎石材料在相同贯入量时所加荷载之比值，以百分比表示。见公式2-27,路基路面工程,31,土基的承载能力,土基承载能力,加州承载比CBR值试验方法见图2-24,路基路面工程,32,路基路面工程,33,现场,CBR,测试仪,一、路基的主要病害,1.路基沉陷,(1)自身压缩沉陷,(2)天然地基承载力缺乏,引起的沉陷。,2.边坡滑塌 溜方及滑坡,3.碎落和崩塌,4.路基沿山坡滑动,5.不良地质和水文条件造,成的路基破坏,路基路面工程,34,第五节 路基的变形、破坏与防治,正确设计路基横断面；,选择良好的路基填料，必要时进行稳定处理；,采用正确的填筑方法，充分压实；,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到路基工作区范围；,正确进行排水设计地面排水、地下排水、路面结构排水即地基的特殊排水；,必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻和水分累计，设计砂垫层以疏干土基；,采取边坡加固、修筑支挡结构物、土体加筋等技术，提高整体稳定性。,路基路面工程,35,二、路基病害防治,路面材料按形态和成型性质分为三类：,1松散颗粒型材料及块料；,2沥青结合料类；,3无机结合料类。,按不同的成型方式密实型、嵌挤型和稳定型形成各,种结构层。,路基路面工程,36,第六节 路面材料的力学强度特性,路面结构层因抗剪强度缺乏而导致的破坏有三种情况：,1路面结构层厚度较薄，总体刚度缺乏，车轮荷载通过薄层结构传递给土基的剪应力过大，导致路基路面整体结构发生剪切破坏；,2无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而引起局部结构层产生剪切破坏；,3面层材料的抗剪强度过低，在受到较大水平力作用时，面层材料产生纵向或横向推移等各种剪切破坏。,路基路面工程,37,一、抗剪强度,路基路面工程,38,摩尔(MohrCoumbnb)强度理论，材料的抗剪强,度包括摩擦阻力和粘结力两局部组成，摩擦阻力同作,用在剪切面上的法向正应力成正比；粘结力为材料固,有性质，与法向正应力无关，即：,式中 抗剪强度，kPa；,c材料的粘结力，kPa；,法向正应力，kPa；,材料的内摩阻角。,c和 是表征路面材料抗剪强度的两项参数，通过,直接剪切试验，绘出-曲线后，按上式确定。,沥青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基层在气温骤降时产生收缩温缩，水泥混凝土路面和各种半刚性基层在大气湿度发生变化时，产生明显的干缩，这些收缩变形受到约束阻力时，将在结构层内产生拉力，当材料的抗拉强度缺乏以抵抗上述拉应力时，路面结构会产生拉伸断裂。,抗拉强度可由直接拉伸或间接拉伸试验确定。,间接拉伸试验通常采用劈裂试验。水泥混凝土劈裂抗拉强度采用边长150mm的立方体试件。,路基路面工程,39,二、抗拉强度,用水泥混凝土、沥青混合料以及半刚性路面材料修筑的结构层，在车轮荷载作用下，处于受弯曲工作状态。有车轮荷载引起的弯拉应力超过材料的抗弯拉强度时，材料会产生,弯曲断裂,。,弯拉强度大多采用,简支小梁试验,进行评定。,路基路面工程,40,三、抗弯强度,路基路面工程,41,试验：简支小梁试验评定,三分点加载,混凝土抗折强度标准尺寸：,150mm150mm550mm,集料粒径不大于,40mm,1.,无结合料的碎石、砾石材料无法通过成型试件测试应力应变特性，可用,三轴压缩试验,结果来反映。其表现出明显的非线性特征。,2.,水泥混凝土的抗压强度和抗压弹性模量采用,棱柱体的单轴加压,进行测试。,3.,无机结合料宜采用,三轴压缩试验,测定其应力,应变特性关系。结果也呈现出非线性特征。,4.,沥青混合料的应力应变特性测试也相同。在低温下，可采用,单轴试验或小梁试验,，在高温下，可用,三轴压缩试验,测定。,由于沥青混合料中的结合料,沥青具有依赖于温度和加荷时间的粘,弹性性状，所以不能用一个,常量弹性模量,来表征沥青混合料的引力,应变特,性关系。,路基路面工程,42,四、应力应变特性,路基路面工程,43,水泥混凝土抗压弹性模量EC、无机结合料处治的混合料。,采用规那么试件进行测定：三轴试验、单轴试验、小梁试验。,沥青混合料 ：低温单轴或小梁试验,高温温度敏感性强用三轴压缩试验,用于基层和底基层的碎砾石材料无法作成试件，但可由三轴试验得到应力,应变的非线性,(Er,为,弹性模量,),。,路基路面工程,44,应力应变特性：随温度和加载时间变化的粘弹性体，用劲度模量来表示。,沥青混合料劲度模量是在给定温度和加载条件下的应力应变的关系参数。,试验说明：加载时间短或温度较低时材料处于弹性状态,中间过程弹粘性状态,加载时间很长或温度较高时粘滞性状态,二、路面材料的累积变形与疲劳特性,路面结构在荷载重复应力作用下，可能出现破坏极限状态有两类:,路基路面工程,45,第一类：弹塑性工作状态：塑性变形累积到一定限度累积变形。,第二类：弹性工作状态：内部微量损伤累积扩大，导致疲劳断裂破坏疲劳破坏。,共同点：破坏极限的发生不仅同荷载应力大小有关，而且同荷载应力作用次数有关。,水泥混凝土路面：弹性工作状态疲劳破坏,沥青路面：低温弹性状态疲劳破坏,高温弹塑性状态累积变形形成车辙、沉陷等,半刚性路面无机结合料：早期弹塑性,后期弹性疲劳破坏,以黏土为结合料的碎砾石路面：弹塑性状态累积变形,由于重复荷载作用引起的路面结构破坏极限状态，不同于最大极限荷载引起的破坏极限状态。,重复荷载作用下出现的破坏极限状态主要有两种：,1路面材料处于弹塑性工作状态，那么重复荷载作用将引起塑性变形的累积，超过一定限度时，路面使用功能将下降至允许限度以下；,2路面材料处于弹性工作状态，重复荷载导致材料内部产生微量损伤，累积到一定限度以后，路面结构发生疲劳断裂。,累积变形与疲劳破坏这两种破坏发生的共同特点就是破坏极限的发生不仅同荷载的应力大小有关，而且和荷载的作用次数有关。,路基路面工程,46,第七节 路面材料的累积变形与疲劳特性,一、累积变形,路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形累积而产生的,沉陷或车辙,，是路面结构的主要病害。这种永久性的变形是路基路面各结构层材料塑性变形的综合。,二、疲劳及疲劳破坏的有关概念,材料在经受重复荷载作用后其强度的降低现象称之为,疲劳,。 材料在经受低于其一次作用下的极限应力值的重复荷载作用下会出现破坏，这种破坏称之为,疲劳破坏,。,疲劳极限,：在应力作用一定次数后，材料的疲劳强度不再下降而趋于稳定，此稳定值称为,疲劳极限,。,路基路面工程,47,路基路面工程,48,曼诺,(Miner),定律,目前，常用曼诺在研究金属疲劳时所作出的假定来,处理以上的问题：各级荷载作用下材料所出现的疲劳,损坏可以线性叠加。,假设某一级荷载Pi作用Ni次后使材料到达疲劳破坏，,那么该级荷载作用一次相当于消耗了材料疲劳寿命的1/Ni。,路基路面工程,49,现有P1，P2，Pj 级荷载，分别作用N1，N2，Nj次后，材料均可到达疲劳破坏，而实际上各级荷载的作用次数分别为n1，n2，nj次，那么相应于各级荷载消耗的材料疲劳寿命分别为 n1/ N1，n2/N2，nj/ Nj 。在各级荷载作用之下，材料的综合疲劳损伤为:,路基路面工程,50,3-1,路基设计的一般要求,一、概念,一般路基: 通常指在良好的地质与水文等条件下，填方高度与挖方深度不大的路基。,路床：是指路面底面以下80cm范围内的路基局部。030cm称为上路床，3080cm称为下路床。,二、路基设计的一般要求,1.,整体稳定性,2.,强度与刚度,3.,水温稳定性,一般路基设计,概念：,路堤：,指用岩土填筑而成的结构物。,路堑：,指全部在原地面开挖而成的结构物。,半填半挖横断面：,指原地面横坡度较大，且路基较宽，往往需要一侧开挖，一侧填筑而成的结构物。较多适用于山区、丘陵区。,路基路面工程,51,一般路基设计,3-2,路基的类型与构造,路基路面工程,52,3-2,路基的类型与构造,一、典型横断面形式见图3-1、2、3,路堤,路堑,填挖结合路基,一般路基设计,二、路堤设计的要点,路基路面工程,53,第二节 路基的类型与构造,依,据,路,堤,高,度,分,类,矮路堤：,h,一般路堤：,h,18m,高路堤：土质,h18m,岩质,h20m,适应于平坦地区或者取土困难地区,需要设边沟,需对土基作特殊处理,：,工作区深度,压实度,水,砂垫层,可在路基两侧设取土坑,土方量特别大，占地多；行车条件差,宜采用折线型或梯形边坡。,一般路基设计,二、路堤设计的要点,路基路面工程,54,第二节 路基的类型与构造,当地面边坡陡于,1,：,5,时,当地面边坡陡于,1,：,2,时,注,意,事,项,土质地面：须将原地面挖成台阶， 台阶宽度大于,1m,，台阶向内倾斜,1,2,坡度,石质地面：,凿毛,宜设置石砌护脚起到减少填方数量和压缩路基占地宽度的作用。,倾斜地面上方坡脚，须采取措施阻止地面水渗入路堤内。,一般路基设计,二、路堤设计的要点,路基路面工程,55,第二节 路基的类型与构造,一般路堤,a,、,护坡道宽度：,当路基边缘与路侧取土坑高差,h,大于,2m,，,b,1m,；,h,大于,6m,，,b,2m,。,b,、取土坑放置应尽量少占耕地，当路基填土高度不大时，可只设边沟，不设取土坑。,C,、路堤边坡应根据填料种类，路堤高度来综合确定。,d,、,护坡道作用：,保护填方坡脚不受流水侵害，使填方边坡稳定,一般路基设计,二、路堤设计的要点,路基路面工程,56,第二节 路基的类型与构造,路堤常见的横断面形式,沿河路堤,a、路堤高度应高出设计洪水位无波，,设计洪水位澭水高度浪高。,b、常水位以下路堤边坡不得陡于1：2,c、路基边坡加固类型，应根据河流冲刷情况来确定。,一般路基设计,二、路堤设计的要点,路基路面工程,57,第二节 路基的类型与构造,护脚路堤,当原地面的坡度陡于,1,：,2,时,利用挖沟渠填筑路堤,a,、,H,应满足路基高出地下水位最小高度要求；,b,、在路堤与沟渠之间要设置,1,2m,护坡道；,c,、内边坡要求,1,：,2,。,一般路基设计,二、路堤设计的要点,路基路面工程,58,第二节 路基的类型与构造,几种常见的特殊路堤,软土路堤,a,、反压护道的高度,h,为整个路堤高度,H,的,1/2;,b,、反压护道的宽度需要通过边坡稳定性验算进行确定；,c,、路堤下侧一般情况下应设砂垫层。,沙漠,路堤,a,、应作成流线型边沟,b,、路堤不宜太高,黄土路堤,a,、直立性好 高路堤，但应作力学验算,b,、湿陷性 要求排水好,一般路基设计,路基路面工程,59,高路堤,土质：,h,18m,；岩石：,h,20m,高路堤的填方数量大，占地多，为保证路基的稳定性和横断面经济合理，需要进行个别设计。,一般路基设计,路基路面工程,60,路堤设计要点,边沟和截水沟等排水沟渠的设置,取土坑、护坡道的设置,浸水路堤的边坡形式,路堤边坡的防护与加固,软土地基上路堤的反压护道等加固措施,横坡较陡的地面上填筑的路堤,路堤的特点,设计线高于原地面；排水、通风条件好；施工质量易控制，可控制填料选择、干湿类型、密实度等；受水文地质影响小。,一般路基设计,路基路面工程,61,路堤质量的关键,水温状况的调节,地基承载力的要求,填料的选择,土基的压实,排水,防护与加固,一般路基设计,路基路面工程,62,路堑设计要点,挖方边坡坡脚必须设置边沟,截水沟设置,直线或折线边坡,抹面防护或设置碎落台,护墙或挡土墙设置,路侧弃土堆的设置,路堑特点,设计线低于原地面；排水通风条件差；行车视距也差；破坏了原地层天然平衡，受水文地质条件影响较大，要注意边坡稳定性，路床位于上层时，要注意排水、压实，必要时可换土。,一般路基设计,路基路面工程,63,四、半填半挖路基填挖结合式,1.,一般形式,一般路基设计,四、半填半挖路基设计的要点,路基路面工程,64,第二节 路基的类型与构造,矮墙路堤,护肩路堤,砌石路堤,挡墙路基,适应于土质非常疏松的地质条件下,适应于岩石或坚实粗粒土路段，山边坡伸出不太远,适应于岩石或坚实粗粒土路段，山边坡伸出较远,一般路基设计,路基路面工程,65,兼有路堤和路堑两者的特点，土石方数量少。工程上经济，要注意填方局部与山坡结合挖出，填挖分界处发生不均匀沉降。,半填半挖路基特点,半填半挖路基设计要点,1,、兼顾路堤和路堑的设计要点,2,、路基的形式和稳定性同原地面横坡密切相关,3,、填挖分界处的沉降,一般路基设计,路基路面工程,66,3-3,路基设计,一、路基设计的主要内容,1.,选择路基断面形式，确定路基宽度与高度；,2.,选择路堤填料与压实标准；,3.,确定边坡形状与坡度；,4.,排水系统系统布置与排水结构设计；,5.,坡面防护与加固设计；,6.,附属设施设计。,二、组成,宽度、,高度、边坡,一般路基设计,路基路面工程,67,路堤填筑高度或路堑开挖深度，是指原地面标高与路基设计标高之差。,宽度确实定：根据道路的等级确定，?公路工程技术标准?,一般公路：行车道硬路肩,三、路基的宽度,四、路基的高度,一般路基设计,路基设计标高,新建公路：设有中央分隔带的高速公路、一级公路，为中央分隔带的外侧边缘标高为路基标高；未设中央分隔带的公路，在设置超高、加宽地段，那么为设置超高、加宽前的路基边缘标高。,改建公路: 可与新建公路相同，也可采用路中线。,路基高度确实定线型、地形、水文综合考虑,a、对于平原区，能否满足最小填土高度的要求,b、浸水路堤、沿河路堤，设计水位,壅水区：设计水位壅水高度,有浪区：设计水位浪高,路基路面工程,68,一般路基设计,五、边坡坡度确定 见图3-5,路基路面工程,69,1,、定义：,2、路堤边坡,a、型式：直线型、折线型、台阶型,直线型：堤顶到堤脚采用同一种坡度，适用于矮、中路堤；,折线型：上陡、下缓，较符合受力特点,上缓、下陡,从施工角度，变坡数不宜太多，适用于高路堤。,台阶型：适用于高路堤，在折线型边坡的某一高度加12m的护坡道 ；优点是可以减缓地表径流对边坡的冲刷。,b、路堤边坡坡度表p64表3-3,假设某边坡高度为25m或不等于20m，那么上部也应取8m，剩下为下部高度。,第三节 路基设计,一般路基设计,路基路面工程,70,边坡坡度: 指边坡高度与边坡宽度之比，常取H=1，以1:n路堑或1:m路堤表示坡率。,1路堤边坡,形式：直线、折线、台阶形。, 路堑边坡,一般路基设计,六、路基压实,路基路面工程,71,1压实机理,土颗粒重新组合,彼此挤密,孔隙减少,土单位重量提高,形成密实整体,增加强度，提高稳定性。,2压实土的特性,一定压实功下，存在最正确含水量和最大密实度，压实功越大，最正确含水量越小，最大密实度越大。,3影响压实的因素 内因:土质、湿度,外因:压实功机械性能、压实时间与速度、土层厚度及压实时的外界自然和认为的其他因素。,4压实标准 压实度工地实测干密度 / 室内最大干密度,一般路基设计,位置：数量、土质、运,输条件、自然环境有关。,平坦区：设在路堤两侧,取土量较小时 河,水淹没桥头引道近旁，,不允许设置取土坑。,当地面坡度较陡时，取,土坑宜设在路堤上侧。,路基路面工程,72,第四节 附属设施,一、取土坑,一般路基设计,原那么：填补地面坑洞、田洼地,尽量占荒地,1、一般做成梯形断面，边坡不宜陡于1：，高度不宜超过3m。,2、当原地面倾斜坡度小于1：5，路旁两侧均可设弃土堆。,3、当坡度较陡时，宜将弃土堆设在下侧。,4、对于沿河路堤废方，检查是否压缩河道。,路基路面工程,73,二、弃土坑,一般路基设计,路基路面工程,74,三、护坡道,目的：加宽边坡横距，减少边坡平均坡度。,四、碎落台,碎落台设于土质或石质土的挖方边坡坡脚处，主要供零星土石,碎块下落时临时堆积，以保护边沟不致阻塞，亦有护坡道的作用。,五、堆料坪和错车道,路面养护用矿质材料，可就近选择路旁适宜地点堆置备用。亦,可在路肩外缘设堆料坪，其面积可结合地形与材料数量而定，高,级路面或采用机械化养路的路段，可以不设，或另设集中备用料,场，以维护公路外形的视觉平顺和景观优美。,单车道公路，由于双向行车会车和相互避让的需要，通常应每,隔200500m设置错车道一处。,一般路基设计,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,75,河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室,路基路面工程,76,1,2,3,8,边坡稳定性分析原理与方法,直线滑动面边坡稳定性分析,曲线滑动面边坡稳定性分析,4,浸水路堤稳定性分析,路基路面工程,77,一、边坡破坏的机理,1,、土体强度破坏,2,、受水侵蚀,3,、设计施工不当,4,、荷载过大,5,、地震或其它自然因素,均由剪切破坏引起,4.1,边坡稳定性分析原理与方法,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,78,一、边坡失稳现象,路基边坡滑坍是公路上常见的破坏现象之一。在岩质或土质山坡上开挖路堑，有可能因自然平衡条件被破坏或者因边坡过陡，使坡体沿某一滑动面产生滑坡。对河滩路堤、高路堤或软弱地基上的路堤，因水流冲刷、边坡过陡或地基承载力过低而出现填方土体或连同原地面土体沿某一剪切面产生坍塌。,4.1,边坡稳定性分析原理与方法,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,79,因此，必须对可能出现失稳或已出现失稳的路基进行稳定性分析，保证路基设计既满足稳定性要求，又满足经济性要求。,边坡失稳时滑动体的形状,1.,平面形,：松散的砂性土及砂土,2.,圆柱形,：粘土,3.,碗 形,：粘土,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,80,第一节 边坡稳定性分析原理与方法,a),直线破坏面,b),折线破坏面,C),曲线破坏面,图,4-1,边坡的滑动面,二、边坡稳定性分析原理,1滑动面形状与土质有关,粘性土圆柱形、碗形,砂性土及砂土平面,2力学求解问题,N滑动面法向分力；T滑动面切向分力；W滑动面重力。,单一平面问题静力平衡问题(如图4-1a；两个破坏面问题超静定问题(如图4-1b；多个破坏面问题屡次超静定问题(如图4-1c。,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,81,二、边坡稳定性分析原理,3.假设使求解静不定问题变为静定问题,滑动土体沿滑动面整体滑动刚塑体,不考虑土体的相对运动不考虑内应力；,土体在滑动面上到达极限平衡，滑动面唯一；,最不利滑动面，位置通过计算确定；,滑动面通过坡脚。,原理,：采用极限平衡原理,缺点：不能分析下滑体的中的真实内力和反力，不能得到其中的应力和变形，只有一个平安系数。,路基路面工程,82,4边坡稳定性计算方法：工程地质法比较法、力学分析法,和图解法。,工程地质法：为实践经验的比照；力学分析法：数解方法,图解法：比较复杂的数解方法采用,5评定指标,稳定系数：失稳滑动体沿滑动面上,的下滑力与抗滑力的比值。,工程中，k,二、边坡稳定性分析原理,第一节 边坡稳定性分析原理与方法,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,83,第一节 边坡稳定性分析原理与方法,三、边坡稳定性分析的计算参数,1.,土的计算参数,：,c,滑动面上的粘结力；,内摩擦角；,路基填料的重度。,多层土体：利用加权平均法,2,边坡的取值,对于折线形或阶梯形边坡，一般取平均值，或坡脚点和坡顶点的连线。,3,荷载当量高度,h,0,汽车荷载 以相等压力的土层厚度来代替荷载 当量土柱高,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,84,汽车菏载当量换算,对于作用在路基上的行车荷载，按最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成当量土柱高。,h,0,的计算式,(,见公式,4-1),为：,h,o,行车荷载换算高度；,L,前后轮最大轴距；,Q,一辆重车的重力；,N,并列车辆数；,B,荷载横向分布宽度；其中：,b ,后轮轮距；,m ,相邻两辆车后轮中心距；,d ,轮胎着地宽度。,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,85,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,86,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,87,条分法,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,88,4.2,直线滑动面边坡稳定性分析,直 线 法,一、适用条件,1.,砂类土的路堤和路堑；,2.,有近似直线的软弱夹层的路堑；,3.,单坡的陡坡路堤。,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,89,二、数学表达式由图4-3,滑动面的倾角；f摩擦系数 ; L滑动面长度。,由于砂类土的粘结力C很小，假设取C=0，那么上式为：,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,90,三、稳定性分析步骤,1. 均质砂类土路堤边坡试算法,先假设几个破裂面，按上式计算对应的稳定系数,K,i,；,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,91,绘制,i,-K,i,曲线图,在图中确定最小,K,min,以及相应的极限破裂角,0,稳定性判断：,K,min,1.5,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,92,2. 均质砂类土路堑边坡解析法对K公式求导，使计算大为简化，得到K 最小值的表达式。,其中：,4,路基稳定性分析计算,为边坡角,路基路面工程,93,按微分方法，当,dK/d,=0,可求稳定系数,K,最小时破裂面倾斜角,0,值,。,可得：,如例题,4-1,、,4-2,4,路基稳定性分析计算,为边坡角,路基路面工程,94,4-3,曲线滑动面边坡稳定性分析,条分法,一、适用条件,条分法适用于粘性土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。适用于边坡有不同的土层的均质粘性土边坡，局部被淹没的均质粘性土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶形的粘性土路堤与路堑。,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,95,二、条分法原理边坡稳定性分析方法力学分析法,1. 原理: 根本原理为静力平衡，即将圆弧滑动面上的土体划分为假设干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。圆弧法的计算精度主要与分段数有关。分段愈多那么计算结果愈精确，一般分810段。小段的划分，还可结合横断面特性，如划分在边坡或地面坡度变化之处，以便简化计算。,2. 假设:, 土体为均质和各向同性；, 滑动面通过坡脚；, 不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响，土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的切线方向平行 。,4,路基稳定性分析计算,路基路面工程,96,3.步骤,1通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，其半径为R，沿路线纵向取单位长度1m。将滑动土体分成假设干个一定宽度的垂直土条，其宽一般为24m。,2计算每个土条的土体重Gi(包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内)。Gi可分解为垂直于小段滑动面的法向分力Ni=Gicosi和平行于该面的切向分力Tiisini，其中i为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角。,3计算每一小段滑动面上的反力(抵抗力)，即内摩擦力Nif(其中f=tgi )和粘聚力cLii为i小段弧长)。,4以圆心O为转动圆心，半径R为力臂，计算滑动面上各力对O点的滑动力矩和抗滑力矩 。,5求稳定系数K值 。,4,路基稳定性分析计算,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,97,路基路面工程,98,第一节 概述,一、意义目的,1路基改变了原地层的天然平衡状态；,2岩土在不利的水温状态条件作用下，物理力学性质将发生变化。如：,浸水后湿度增大，土的强度降低；,岩性差的岩，在水温条件变化下，加剧风化；,路基外表在温差或湿差作用下形成胀缩或干湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；,地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；,5,路 基 防 护 与 加 固,沿河路堤在水流冲击、掏刷和浸蚀作用下，易遭破坏；,湿软地基承载力缺乏，易导致路基沉陷。因而可能会产生各种形态的破坏。,路基防护与加固的意义是：对维护正常的交通运输，确保行车平安，保证公路使用品质，提高投资效益，以及保持道路与自然环境协调。,路基路面工程,99,路基路面工程,100,二、路基防护与加固分类,按防护与加固的目的与作用分类：,1、坡面防护保护路基边坡外表，以防受到自然因素的破坏雨水冲刷、干湿及冷热循环作用，以及外表风化等,2、冲刷防护堤岸防护与加固主要使沿河路堤，不致受到水流的冲刷、淘空和浸软。,3、支挡建筑指各类挡土墙，主要用以防止路基变形或支挡路根本体以保证其稳定性。,4、地基加固指提高湿软地基的承载能力的措施。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,101,三、防护与加固的区别,防护工程防止冲刷和风化，主要起隔离作用的措施。,加固工程防止路基坍滑，主要起支撑作用的支挡结构物。,区别：,防护工程主要用于路根本身稳定，即防护工程本身没有或很少有承受外力作用的能力。,加固工程主要用于路根本身不稳定，即本身具有承受外力作用的能力。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,102,路基防护分类图,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,103,四、路基防护与加固的原那么,因地制宜，综合治理；,预防为主，防治结合；,对于主要隐患和地下害源如软弱基底和有害的地下水源等，宜先治患后筑路；对于某些附属设施，如坡面防护或路基用地范围以外的防护与加固设施，按其轻重缓急，分期实施，逐步完善；,各项工程技术措施，尤其是造价高、工程技术复杂的措施，应作方案分析比较，讲究实效和经济效益；,注意环境，配合景观，增进路容的美化与协调。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,104,路基边坡外表的防护：主要是防止地面水流的冲刷，而且,将坡面封闭隔绝，可以防止与大气直接接触，阻止岩土进,一步风化破坏。,沿河路基的坡面防护：特别是浸水局部的坡面与坡脚防护,兼有加固的作用，可防止水流的冲刷、冲击和淘空。,干旱地区的路基坡面防护：主要目的在于防止风蚀或积沙。,坡面防护设施，本身不承受外力作用，必须要求坡面岩土,整体稳定。,第二节 坡面防护,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,105,坡面防护的前提：要求路基应有适合于边坡土质的断面形式及稳定边坡坡度。,坡面防护设施有：植物防护生命防护和工程防护无机物防护,各种坡面防护,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,106,一、植物防护,植物防护包括植草、铺草皮和植树主要适用于较,缓的土质或严重风化的岩质边坡。,植物防护的原理：,依靠比较兴旺的根系，深入土层，使表土固结；,植物茎叶覆盖坡面，可以调节表土的湿度，保持湿,润，防止扬尘风蚀；,植被阻滞地面迳流，阻止冲刷，有利水土保持。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,107,植物防护的种类：,1,、种草：,2,、铺草皮：,3,、植树。,优点：美化路容，协调环境，调节边坡土温湿，起到固,结和稳定边坡作用。,适用条件：边坡较缓，坡度小，土质,种草：,i,1,：,1,地表径流,v,草皮平铺，水平叠铺，垂直坡面方格,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,108,二、工程防护,工程防护采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护。主要采用隔离原理防止风化。,1.灌缝：借助灰浆的粘结力，使坡面胶结成整体，防止岩块坠落或坍塌；同时阻止雨水及有害杂质浸入缝穴，以防边坡失稳破坏。,2.勾缝：防止坡面水流入缝隙而引起病害。,3.喷浆：将外表封闭，阻止面层风化，以防止边坡剥落和零星碎落。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,109,4.抹面：将外表封闭，阻止面层风化，以防止边坡剥落和零星碎落。,5.护面墙：浆砌片石坡面覆盖层。,6.砌石防护干砌和浆砌：防止地面水流或河水冲刷。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,110,沿河路堤，因河道变迁与水位涨落，经常受到冲刷作用，因此路基必须防护，才能确保其稳定。,水流冲刷作用，包括动水压力、波浪压力、冰体压力，及其他要素如壅水高度、冲刷深度、防护层厚度，均需在设计时予以计算与分析，据此选择相应的防护措施。,因水流性质变化较大，防止冲刷的方法有多种。各种方法大致可以归纳为直接防护和间接防护两大类。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,111,第三节 冲刷防护,冲刷防护包括直接防护和间接防护。,直接防护,加固堤岸边坡。,间接防护,改变水流性质。,冲刷防护的前提是搞好事前的水文地质勘察，亦包括风浪,作用及附近河段两岸现状的有关资料收集。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,112,一、直接防护,直接防护是指对河岸或路基边坡所采取的直接加固措施,目的：抵抗水流冲刷和掏刷作用,特点：,尽可能不干扰或很少干扰原水流的性质，因而对防护地段的上下游及河对岸影响轻微。,应有足够的强度和稳定性，并能够经得住最不利情况的考验。,如情况估计缺乏，或单纯为了减少投资而采用不适当的简易防护措施，往往产生防护失效和破坏，因此，可以认为此类防护是被动式的措施。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,113,适用场合：,在水流速度较缓，流向与堤岸接近平行，或在宽阔的河滩、凸岸、台地边缘等水流破坏作用较弱的地段优先选用。,山区河流有时河槽呈“V形，其纵坡较陡、流速较大，水流的破坏作用强烈，如果由于受地质的限制而难以人为改变水流性质时，那么不得不采用直接防护措施，此时必须着重考虑防护体的巩固稳定。,直接防护措施：植物防护、砌石防护 流速较小,抛石、石笼、石垛、抗滑桩 流速较大、浸水局部。,一、直接防护,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,114,直接防护包括：植物防护、石砌防护或抛石与石笼防,护，以及必要时设置的支挡驳岸等。,植物防护、石砌防护同前，但要求高；,抛石：适用于水流方向较平顺，无严重局部冲刷而被水,浸的路堤边坡和河岸；,石笼：适用于受洪水急流冲刷和风浪侵袭的地段；,浸水挡土墙：在峡谷急流地段，为防止路基挤占河床。,5,路 基 防 护 与 加 固,路基路面工程,115,二、间接防护,采用导流或阻流的方法，改变水流性质，或者迫使主流流向偏离被防护的路段，也可减小流速，缓和水流对被防护路段的作用，改变河槽中冲刷和淤积部位，以及必要时改变河道等，均属于间接防护。特点：间接防护构造物侵占一局部河床断面，因而不同程度上压缩和紊乱原来的水流，使得当冲部位受到特别强烈的冲刷和掏刷作用，因此这些部位应有比较巩固的加固措施。间接防护实际上是转移目标。适用场合：当河床较宽，冲刷和淤积大致平衡，水流性质较易改变，且有条件可以顺河势布置横向导流构造物时，宜采用间接防护措施。如果需要防护的路段较长，那么更宜采用。,5,路 基 防 护