公路路基

道路路基工程第一章道路路基概述第一节道路工程发展概况•早在4000多年前，中国已有了车和行车的路；•西周开创了以都市为中心的道路体系；•秦代：1.2万多公里；•1998年底，全国公路通车里程达127.8万公里，其中高速公路总里程为8733公里；•现在中国铁路7万多公里，公路100多万公里。第二节路基工程的特点•路基和路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表面上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。•路基是轨道或路面的基础，它承受着轨道及机车车辆或路面及交通荷载的静荷载和动荷载，并将荷载向地基深处传递扩散。一、路基工程的主要特点•工程数量大•涉及面较广、工程复杂•工期长、耗费劳力多因此路基施工对施工工期的影响比较大，甚至会成为影响公路建设期限的关键因素。二、路基建筑要求路基是道路的基本结构物，除要求路基设计有正确合理的断面尺寸以外，还应满足以下基本要求：1．具有足够的整体稳定性2．具有足够的强度和刚度3．具有足够的水温稳定性三、一般路基的设计顺序及文件组成•1、资料:路线等级及荷载、水文、地质及其他资料。•2、文件组成:设计说明书、图表、工程数量、材料数量、机具及工程概算、用地数量明细表等。•3、设计顺序:熟悉资料→方案比选→细部尺寸与形状的设计检算→工程量，材料数量及工程概算→编写工程说明书及整理图表资料4、在工程地质和水文地质条件良好的地段修筑的一般路基设计的具体内容包括：（1）收集设计资料，（如沿线地质、水文、地形、地貌、气象等资料）作为路基设计的依据；（2）选择路基断面形式，确定路基宽度和路基高度；（3）选择路堤填料与压实标准；（4）确定边坡形状与坡度；（5）路基排水系统布置和排水结构设计；（6）坡面防护与加固设计；（7）附属设施设计。第三节公路路基概述公路路基与铁路路基比较：一、公路路基的作用、组成1、作用与铁路路基一样是一条形土工建筑物•铁路基础：是轨道的基础，承受轨道及列车的静、动荷载，并将其传至地基；•公路基础：是路面的基础，与路面共同承受汽车荷载；2、组成路基本体：顶面、路肩、路床（80cm）、边坡和基底；路基设备：排水、防护、加固设备等；二、公路用土的分类•不同国家、不同行业对土的分类方法虽然不尽相同，但是分类依据则大致相近。•我国公路用土依据土的颗粒组成特征，土的塑性指标及土中有机质含量的情况，分为巨粒土（漂石、卵石）、粗粒土（砾类土、砂类土）、细粒土（粉质土、粘质土、有机质土）和特殊土（黄土、膨胀土、红黏土、盐渍质土）四类，并进一步细分为11种土。•在施工中路基土、石按其开挖时的难易程度，可分为六级，1）松土2）普通土3）硬土4）软石5）次坚石6）坚石三、路基设计要求公路路基：铁路路基：1）路基必须平顺，路基面有足够宽度和上方限界；2）路基必须坚固，稳定（变形于允许范围内）；3）技术合理，经济合算，建筑周期短。四、路基病害铁路路基：1、道碴陷槽：长期运营，道渣压入路基内的现象。（道渣槽、道渣箱、道渣囊及道渣袋）2、路肩剪切挤起3、路基翻浆昌泥公路路基病害：•路基沉陷1）路基本身的沉陷（压实不足，水，温，外载）2）地基沉降（软基，填土地基等）公路路基病害：•路基沉陷•边坡滑塌1）溜方（流水冲刷，施工不当——边坡上薄层下溜）2）滑坡（边坡陡，稳定性不足）公路路基病害：•路基沉陷•边坡滑塌•边坡碎落、滑塌和崩塌公路路基病害：•路基沉陷•边坡滑塌•边坡碎落、滑塌和崩塌•沿山体滑动•不良地质和水文条件——路基破坏，如泥石流，溶洞等；五、公路自然区划我国地域辽阔，各地气候、地形、地貌地质和水文地质等自然条件相差很大。不同地区自然条件的差异与公路建设密切相关，为了区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性及不同的筑路特点，设计中应按《公路自然区划标准》（JTJ003-86）见图2.1.2。所划分的范围，进行设计指标的选择及材料的选择。中国公路自然区划•我国公路自然区划分为三大地带：多年冻土、季节冻土和全年不冻土。并分为三个等级。首先根据水热平衡和地理位置，划分七个一级区划，其代号与名称为：Ⅰ区——北部多年冻土区Ⅱ区——东部温润季冻区Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区Ⅳ区——东南湿热区Ⅴ区——西南潮暖区Ⅵ区——西北干旱区Ⅶ区——青藏高寒区中国公路自然区划由于各区划中气候条件不同，因此，在道路设计中重点考虑的因素也不同。二级区划是在每个一级区内，再以潮湿系数为依据，根据二级区划的主导因素与标志，在全国7个一级自然区划内又分为33个二级区和19个副区（亚区），共有52个二级自然区。三级区划是二级区划的进一步划分，有两种划分方法，一种按照地貌、水文和土质类型将二级自然区划划分为若干类型单元；另一种是以水热、地理和地貌等标志将二级区划细分为若干区域，由各省、自治区自行划定。路基干湿类型路基湿度来源：(1)大气降水(2)地面水(3)地下毛细水(4)水蒸汽凝结水六、路基水温状况及干湿类型路基干湿类型•路基的强度及稳定性与路基的干湿状态有密切的关系，并在很大程度上影响路面的结构及厚度的设计。•路基干湿类型划分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性，一般要求路基处于干燥或中湿状态。潮湿、过湿状态的路基必须经处理后方可铺筑路面。路基干湿类型划分的方法•1．以分界稠度划分路基干湿类型对原有公路，按不利季节路床表面（路槽底面）以下80cm深度内实测的土的天然含水量w、液限含水量wL和塑限含水量wp，计算土的平均稠度wc。•2．以路基临界高度判别路基干湿类型（新建道路）•对于新建道路，路基尚未建成，无法按上述方法现场测定路基的湿度指标。此时，可以路基临界高度判别路基的干湿类型。所谓路基临界高度，是指在最不利季节当路基分别处于干燥、中湿、潮湿和过湿状态时，路床表面距地下水位或地表积水位的最小高度。七、路基的强度和强度指标•抗剪强度τ＝σtanφ+c在路基边坡内，当路基强度不够，不能抵抗剪应力的作用。便会沿某一剪切面产生相对移动于是边坡破坏，稳定丧失。土体必须具有抵抗此变形能力，用抗剪强度表示。•回弹模量E0通过路面传到土基的垂直压力，使土基产生一定程度的竖向位移变形，假设土基是均质的弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，当应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来解荷载与变形之间的关系，回弹变形l回弹模量E0路基的强度和强度指标•加州承载比CBR值：试验：用标准圆形牙（面积为19.35㎝2），以一定的速率（0.3127㎝/min）压入土中，记录当压入深度（贯入度）为0.1英寸（0.254㎝）时，所需施加的单位压力P和以同样标准压力以同速率压入到高质量标准碎石材料中0.1英寸时所加力（单位压力）PS之比，称为土体的加州承载比（CBR值）CBR=P/PS•地基反应模量k=P/l单位变形所受力、k大、强度大八、公路路基受力状况与工作区•路基受力状况路基承受两种荷载，一种是路面路基自重产生的荷载，另一种是车辆轴重而产生的荷载。在两种荷载的共同作用下，路基土在一定范围内，处于受力状态。正确的设计应使路基土在轮载作用下只产生弹性变形，当车辆使过后，路基可以恢复原状，这样可以保证路基的相对稳定，而不致引起路面的破坏。路基内任一点处的垂直应力，应是由车辆荷载引起的垂直应力σz和由土基自重引起的垂直应力σB两者的叠加。公路路基受力状况与工作区•路基工作区在路基的某一深度处，车辆荷载引起的应力与路基自重引起的应力相比只占一小部分（1/5~1/10），在此深度以下，车辆荷载对土基的作用影响很小，可以忽略不计。将此深度Za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尤为重要。工作区深度内土质的选择及路基的压实度应满足设计要求。九、路基横断面1、路基典型横断面的形式：路堤（填方）、路堑（挖方）和挖填结合。（1）路堤的几种常用横断面形式:矮路堤(填土高度低于1.0m者）、高路堤(填土高度大于18m（土质）或20m（石质））、一般路堤(填土高度介于两者之间）、浸水路堤、护脚路堤、挖沟填筑路堤(2)路堑横断面的几种基本型式:全挖式路基、台口式路基、半山洞式路基。路基典型横断面的形式(3)半填半挖路基横断面的基本型式:一般填挖路基、矮挡土墙路基、护肩路基、砌石护坡路基、砌石护墙路基、挡土墙支撑路基，半山桥路基等。(4)不填不挖路基2、路基断面尺寸（1）路基宽度路基宽度=行车道路面宽+两侧路肩宽度；技术等级高的公路，设有中间带、路缘带、变速车道、爬坡车道、紧急停车带等设施，这些均应包括在路基宽度范围内。各级公路的车道宽度、中间带宽度、路肩宽度及路基宽度按《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）的规定进行设计。表2.2.1为各级公路路基宽度值。路基横断面（2）路基高度路基高度是指路基填挖高度，即路基中心线处设计标高与原地面标高之差。（3）、路基边坡公路路基的边坡坡度：《规范》路基两侧边坡的高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。3、路面：《路基路面工程》曲线加宽：内侧加宽（公路）、外侧加宽（铁路）十、汽车荷载当量计算1.边坡稳定性分析时将车辆按最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成当量土柱高(即以相等压力的土层厚度来代替荷载)，以h0表示。BLNQh0BLNQh0；间的距离，每一车辆的轮胎外缘之其中：；缘之间总距，横向分布车辆轮胎最外；级重车，，汽级，级和汽对汽；的总距，汽车前后轴（或履带）；路基填料的容重，；每一辆车的重力，；双车道车道横向分布的车辆数，单mbdNNbBmBmLmLmLmKNKNQNNN)1(6.5202.41510/2,13十、汽车荷载当量计算1、稳定分析2、公路路基挡土墙•土压力计算–作用于墙后破裂棱体上的车辆荷载，使土体中出现附加的竖直应力，从而产生附加的侧向压力。–均布荷载十、汽车荷载当量计算车辆荷载换算1按墙高确定的附加荷载强度进行换算2根据破裂棱体范围内布置的车辆荷载换算LBQh0030)2(0tgaHLLq＝0h十、汽车荷载当量计算2、公路路基挡土墙•均布荷载•中间值可以表中数值直线内插计算q＝0h墙高（m）墙高（m）H≤2.020.0H≥10.010.0)/(3mkNq)/(3mkNq