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路基工程导论,第一节 路基工程基本知识,一、路基的特点和要求 面层 上路床 基层 路面结构 下路床 路基 垫层 上路堤 路基 下路堤 地基路面：是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。分：面层、基层、垫层。路基：是地表按道路的线型（位置）和断面（几何尺寸）的要求开挖 或堆填而成的岩土结构物。,2、路基的重要性：行车荷载的基础，与路面共同作用，,3、对路基的要求：整体稳定（强度）：开挖、填筑路基，土的天然状态破坏,路基失稳。提高路基稳定性的措施：排水（减轻自重）、防护（坡面防护、冲刷防护）、加固（土工网等）、软基处理（防止滑移、加固整个地基、打桩）支挡。变形小（刚度）：填土或面层的车辆附加荷载下，地质差时产生沉陷、不均匀变形，路面变形破损。,路基变形产生的机理：路基自重路面结构荷载行车荷载,变形种类：路基压密变形、固结沉降（常规2种）第3种同行车荷载有关：累积塑性变形（不可恢复）改善路基变形性能的措施：合适填料、充分压实，改善水温状况，加固软弱地基等。,二、路基工程的内容和特点：,路基分：一般路基：不须深挖、高填；特殊路基；支挡结构（土压力）1、路基工程的内容：设计：横断面设计与边坡确定，排水设计：排水系统的布置、排水构筑物设计，稳定性分析与加固措施设计施工：准备土、石方施工验收与评定养护与管理与路面工程统筹考虑,2、路基工程的特点变异性、不确定性大,力学参数取值范围波动大复杂的复合结构设计方法：经验性（力学经验法）+解析法设计、施工、监测、管理是相互作用的与环境相互作用,三、路基干湿类型,湿度来源和变迁大气降水或蒸发，降水由上到下，蒸发由下向上 由透水的路肩、边坡渗入 由不透水路面的接缝或裂缝渗入（水泥砼接缝、沥青砼裂缝）由透水路面渗入（沥青砼面层，透水性，开级配，设排水基层）地下水 地下水位高于路基，形成地下水迁移（顺裂隙孔隙渗入，地下水迁移）地下水位高，但低于路基，毛细作用向上吸至基层（毛细作用：饱和土孔隙应力正；非饱和土,孔隙应力负，形成基底吸力，毛细作 用吸移）山岭地区，山顶上水向下流至上坡方向。温度（梯度）T较大时，水分w高到低（从高温处向低温处迁移），季节性冰冻地区影响明显。,措施：,采用不透水路面，降低路基湿度（竣工后23年整个湿度达到平衡）设计时参照“平衡湿度状况”，应以竣工后23年的湿度为准。采用不透水路肩：横断面的差异小面层透水,路基排水措施，由于设计时对矛盾，无法做到面层不透水。,路基干湿类型和判定指标,类型：干燥，中湿（理想），潮湿，过湿（需处理）判定标准：不利季节路槽底面以下80cm内的“平均相对含水量”wx=w/wy w平均含水量（算平均值）不利季节路槽底面以下80cm内的“平均稠度”B=(wi-w)/(wi-wp)wy 土的液限（76g锥）；wi 土的液限（100g锥）；wp 土的塑限。路基相对高度：H相对地下水位或明水而言,第二节 一般路基设计,引言1、一般路基：（1）工程地质与水文地质条件良好。（2）填挖不大。（3）适用于通用图（设计可以直接参照现行规范或标准图）2、一般路基设计内容：（1）选择并设计路基横断面（结合路线几何设计要求和当地地形）（2）选择路基填料和确定路基压实度标准（3）确定边坡形状和坡度（4）排水系统布置和排水设施设计（5）坡面防护和加固设计,一、路基的断面型式,路基的材料组成：土、石料、粉煤灰、废钢渣、EPS(聚苯乙烯塑料)、土工合成材料横断面图型式分为：路堤、路堑、半填半挖。路堤：路基顶面高于原地面的填方路基。组成部分：路基顶宽、边坡坡度、护坡道、取土坑或边沟、支挡结构、坡面防护。低矮路堤：边坡为单坡，两侧设边沟。高路堤（沿河浸水路堤）：边坡为上陡下缓折线形，或台阶形（坡角处设1米宽的护坡道），坡面防护，挡土结构。路堑：全部由地面挖出的路基称路堑分：全路堑、半路堑（台口式）、半山峒边坡视土（岩）质、高度为直线或折线，路堑下方坡脚处边坡，上方截水沟，坡面不良时碎落台，坡面防护，支挡结构。半填半挖横坡较陡时，兼有路堤和路堑的构造和要求。,地基,（1）足够的稳定性（承载能力）和抗变形能力（沉降小）（顶面常规处理：去除表面根植土，积雪、冰冻土层）（2）顶面保持干燥、密实（3）顶面积水，措施：排水疏干、挖除淤泥、抛填片石或砂砾石等（4）顶面为坡面，坡度1：5，原地面开挖台阶。若坡度1：1.25时，属特殊路基，（抗滑稳定分析）。填料（1）选择原则（料源充足、费用经济、性质适宜水稳定性好、易压实、变形小、便于施工）（2）填料类型：，好 坏 砾石、不易分化的石块，（渗水性好，水稳性好，强度高）碎石土、卵石土、中粗砂（渗水性强、但粘性土多水稳性下降）砂性土（粗颗粒：强度高，水稳性好；细颗粒：粘合性好）粘性土（浸水性差，易板结）极细砂、粉性土（毛细现象较重）易风化的软质岩石块（水稳性差，浸水后易崩解成土或者砂）重粘土（渗水性差，干时坚硬难挖，湿时塑性大）,边坡和坡度,（1）类型（不同的路堤高度分别采用直线、折线、台阶形三种型式）直线型最常用，低矮路堤；折线路堤，上陡下缓，符合受力；台阶型适合高路堤，设置12米的护坡道，外倾3%坡度，可防水流冲刷、拦截上方来水、提供维修通道、增加稳定性。（2）坡度确定 坡度与填料种类有关、与路堤最大高度有关；若高于规范表中所限值，应按特殊路基处理；浸水路堤部分1：2并坡面适当防护；用25cm石块作填料时，可采用码砌，坡度见规范；若填料为易风化的石块，按土质边坡算。,第二章 排水设计,路基排水系统设计（1）目的：拦截：路基上方的地面水和地下水汇集：基身内的地面水、导引：入排水通道、渲泄：通过桥涵将其渲泄到路基的下方。（2）排水设施的类型 各种沟渠（截水沟天沟、边沟、排水沟；各种蓄水构造物（阻水堤、蓄水池；各种地下排水构造物（明沟、渗沟暗沟）；各种泻水构造物（桥梁、涵洞、渗水路堤、过水路面）。（3）河道整治工程（导流坝、人工渠道）。,设计原则：（排水系统角度）,根据水流方向和危害程度大小顺序来布置；与农田灌溉、水土保持相结合（泥不下山、水不出沟）与桥涵相结合分段设计地质和水文条件复杂或已产生严重路基病害的路段，平面图上布置具体排水系统，确定各项排水设备的平面位置、排水方向、构造、出入口、纵坡等。,地面排水设施设计（沟渠）,设计内容：确定位置、设计横断面、纵断面、加固方式。（1）沟渠的定位：（满足排水系统要求，稳定性和效用）地质条件稳定（变形小），地形平缓（工程量小）平面线形直缓、平顺，防止冲刷 截水沟、边沟距坡顶、坡脚安全距离（防止边坡失稳和路面毛细水湿度增大）。（2）沟渠横断面：一般倒梯形，个别倒三角形，岩石路堑的边沟多用矩形。尺寸：排泄能力（指排泄流量，按明渠均匀流的公式计算）设计流量桥涵水文小流域暴雨径流流量简化公式 流量计算仅对截水沟和排水沟确定断面时用到，边沟不需作验算。,（3）沟渠的纵断面 imin=0.5%（一般）防淤塞 i不宜过大，防冲刷。（按明渠流公式无冲刷容许纵坡桥涵水文）流程不宜过长（以免冲刷或积水）,（4）不满足流速和流程要求、纵坡无法减小而必然引起 冲刷时，沟壁加固。,加固方法如下：沟内水流流速 3.0m/s 加固方案 草皮 三合土 干砌片石 浆砌片石注：三合土 石灰粘土炉渣（1：1：5）,地下排水设施设计,地下水处理方法：拦截地下水（上侧坡体有含水层出露时）疏干边坡坡体内地下水（路堑边坡坡体内水量大时，边坡渗沟）降低地下水位（地势低洼、地下水位高时）明沟：适用于地下水埋藏较浅，起拦截、疏干、降低地下水位、兼排地面水作用，矩形、梯形断面。渗沟：适用于地下水埋藏较深，沟内用粗颗粒透水性材料，迎水面处设反滤层，顶部铺草皮。底部设排水孔，石砌或管壁带孔的排水管。边坡渗沟：沟底设在坚硬的不透水层内，深度视工程要求而定，确保在潮湿土层或地下水位线以下，纵坡适当放大。设计的前提是正确掌握地质资料，摸清地下水活动规律，测定地下水的流向、流速和流量,第三章 路基稳定性分析,第一节 边坡稳定性验算一、概述1、类型（易产生失稳现象的路基）高路堤深路堑沿河路堤软土路基（不良地基）上的路堤路基失稳的情况：深路堑因坡体失去支承或所采用的边坡过陡高路堑、沿河路堤或软弱地基上的路堤，因坡过陡，坡脚水流冲刷，地基承载力过低陡山坡上填筑路堤，填方沿原山坡坡面下滑。,2、分析方法：工程地质类比法力学验算法（极限平衡法整体解、数值分析法精确解）,极限平衡法假设：下滑的土体为无变形的刚体，求算剪切面的下滑力同材料的抗剪强度达到平衡时的安全系数，若剪切面未知，可假设几个剪切面，以最小的安全系数为准，安全系数使材料的强度逐渐降低到开始失稳为止，强度下降的倍数。缺陷：不能求算下滑体的内力和反力，更不能求算应力和应变。,二 路基稳定性验算,通过对可能的破坏面确定其安全系数，来判断路基坡体是否稳定和是否要采取相应的措施。步骤：选择潜在破裂面的形状和位置（多个）选择验算方法、土条划分 确定滑移面上的C、计算土条中的作用力 求F1 第一个滑移面中安全系数 求F2Fn 第二至第n个滑移面中的安全系数 求F最小值，并与允许的安全系数比较。,1、破坏面形状和位置的选择,（1）由透水性材料（砂、砾、碎石）组成的路堤 直线破坏面，并通过路堤坡脚的面。（2）由均质的粘土组成圆弧形滑动面，“4.5H法”，也经过路堤坡脚。边坡坡度 1：0.58 1：1 1：1.5 1：2 1：3 1：4 1 29 28 26 25 25 25 2 40 37 35 35 35 36,(4)陡坡上的路堤：沿坡面滑移沿坡面下软弱面滑移。2、条块划分与自重计算：划分原则：土层条件有变化时；填料有分层时；滑移面坡度有变化时，目的是保证其C、值在同一个条块上是定值。,（3）软土地基上的路堤接近圆弧，当hH，滑移面的深度在11.5H，也在G点附近。,3、车辆荷载换算：,原则：换算成与填料容重相同的当量土柱高度。h0=(nG)/（BL）n车道数，填土容重，G车重L车辆荷载纵向分布长度，e车轮的着地宽度 B=nb+(n-1)d+e B车辆荷载横向分布长度,防护工程设计（分为：坡面防护、冲刷防护）,1、坡面防护（1）必要性：防止边坡失稳:有效应力下降 自重增加 强度下降 坡面泥土流失，过水路堤（浮力、冲刷）。环境侵蚀：（反复干湿、冻融、冲刷、吹蚀），产生病害：土石路堑边坡坡面破落，高坡面受水流冲刷形成“鸡爪”沟，岩石路堑边坡碎落现象，地质边坡干燥崩裂、暴雨下易失稳而造成溜坍。,（2）措施类型,植物防护：种草或铺草皮，适用于气候潮湿、草皮易于生长的土质边坡上。砌石防护：土质边坡较陡或石质边坡风化，干砌片石、浆砌片石。抹面：夹有易于风化的软质岩层的路堑坡面：石灰炉渣（体积比1：51：2）、水泥石灰炉渣（重量比1：1：8）、水泥砂炉渣（重量比1：3：2或1：2：3）和水泥砂浆。护墙：由浆砌片石组成，适用于较陡的土质边坡或易风化剥落和节理发达的岩石路堑边坡。与挡土墙的差异：a、护墙不承受墙后的侧压力，边坡必须是稳定的。b、截面(仅考虑护墙自身的稳定问题)当h小时，为等截面，当h大时，为变截面。C、基底设在冰冻线以下，基底承载力fk=300kpa d、伸缩缝、泄水孔的布置同浆砌片石护坡。,2、冲刷防护,（防止沿河路堤的边坡和坡脚受水流的冲刷和淘蚀作用）防护方法 适用情况 设计厚度cm 容许流速m/s 植物防护 水流方向与路线平行，铺草皮或 不受洪水主流冲刷 种植树木 1.21.8 的季节性浸水路堤边坡 水流方向较平顺的河岸 单层2535 干砌片石护坡 滩地边缘或不受主流冲 双层（上层-25 24,刷的路堤边缘 35下层-25）浆砌片石护坡 受主流冲刷和波浪作 3060 48 用强烈的路堤边坡 抛石 水流方向较平顺，无严重 3050 3 局部冲刷而已被水浸 的路堤边坡和河岸 峡谷急流、水流冲刷 58 浸水挡土墙 严重地段 护坡工程高度=设计洪水位+壅水高度+浪高+0.5（安全高度）,