一般路基设计

第六章一般路基设计第六章一般路基设计第一节路基的病害和设计要求第二节路基土的分类与填料选择第三节一般路堤和路堑设计第四节路基防护与加固工程设计第一节路基的病害和设计要求一、路基常见病害类型1．剥落和溜方2．崩塌3．坍塌4．滑坡5．滑移6．沉落7．沉陷8．冻胀与翻浆二、路基病害原因的一般分析内部原因：路基的岩土性质和地质构造。岩层倾向临空面，则容易产生顺层滑坡或崩塌（当岩体破碎时）；反之，则较稳定,如下图所示：a)倾向路线——稳定性较差；b)背向路线——稳定性较好外部因素：水的侵蚀作用，气温、地形、地震和荷载等。实际上路基的各种病害与变形，通常都是在上述各种因素的综合作用下产生的。三、路基设计的一般要求1、根据路线平、纵、横设计，精心布置，确定标高，为路面结构提供具有足够宽度的平顺基面。2、在应力作用区的范围之内，其深度一般在路基顶面以下0.8m范围以内。3、整体结构中必须包括各项附属设施。4、一般路基可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型断面图或设计规定，不必进行个别论证和验算。特殊路基需进行个别设计和验算。第二节路基土的分类与填料选择一、路基土的分类1、土的分类依据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、粗粒土、细粒土和特殊土四类，并进一步细分为12种土。（1）土颗粒组成特征以土的级配指标的不均匀系数（Cu）和曲率系数（Cc）表示。不均匀系数Cu反映粒径分布曲线上的土粒分布范围，按式（6—1）计算；曲率系数Cc反映粒径分布曲线上的土粒分布形状，按式（6—2）计算。(6-1)(6-2)1060ddCu6010230dddCc（2）无机土按粒组含量由粗到细划分为巨粒土、粗粒土和细粒土三类，见下表：粒组统称粒组名称粒径d范围(mm)分析方法主要特征巨粒漂石(块石)粒d200直接测定透水性很大,压缩性极小,颗粒间无粘结,无毛细性。卵石(碎石)粒60d≤200筛分法粗粒砾粒粗砾20d≤60中砾5d≤20细砾2d≤5砂粒粗砂0.5d≤2透水性大,压缩性小,无粘性，有一定毛细性。中砂0.25d≤0.5细砂0.075d≤0.25细粒粉粒0.002d≤0.075静水沉降原理与塑性图透水性小,压缩性中等,毛细上升高度大,微粘性。粘粒d≤0.002透水性极弱,压缩性变化大,具粘性和可塑性。（3）路基土分类总体系包括四类并且细分为12种，路基土的分类总体系如下表:路基土巨粒土粗粒土细粒土特殊土漂石土卵石土砾类土砂类土粉质土粘质土有机质土黄土膨胀土红粘土盐渍土冻土（4）为了统一土名标示及运用计算机检索土质试验资料，规定下表所示的土的基本代号。土类巨粒土粗粒土细粒土有机土成分代号漂石B块石Ba卵石C小块石Cba砾G角砾Ga砂S粉土M粘土C细粒土(C和M合称)F混合土(粗细粒土合称)SI有机质土O级配、液限和高低代号级配良好W;级配不良P;低液限L;高液限H（5）试样中巨粒组（大于60mm的颗粒）质量多于总质量的50%的土称为巨粒土，分类体系见下表。土组土组代号漂石(＞200颗粒)含量(%)漂(卵)石(＞60mm颗粒)漂石B＞50卵石Cb≤50石夹土(＞60mm颗粒漂石夹土BSI＞50卵石夹土CbSI≤50漂(卵)石土质(＞60mm颗粒含量50~15%)漂石土质SIB＞卵石粒含量卵石土质SICb＜卵石粒含量（6）试样中粗粒组（60mm~0.075mm的颗粒）质量多于总质量50%的土称为粗粒土。粗粒土中砾粒组（60mm~2mm的颗粒）质量多于总质量50%的土称为砾粒土，分类体系见下表土组土组代号细粒组(＜0.075mm)含量(%)砾级配良好砾GW＜5级配不良砾GP含细粒土质砾GF5~15细粒土质砾粉土质砾GM15~50粘土质砾GC粗粒土中砾粒组质量少于或等于总质量50%的土称为砂类土，其分类体系见下表：土组土组代号细粒组(＜0.074mm)含量(%)砂级配良好砂SW＜5级配不良砂SP含细粒土质砂SF5~15细粒土质砂粉土质砂SM15~50粘土质砂SC（7）试样中细粒组（小于0.075mm的颗粒）质量多于总质量50%的土称为细粒土，细粒土根据塑性图，如下图分类，其分类体系（见教材）表6—7。二、路基土的性质与填料的选择填料应采用强度高、水稳性好、压缩性小、施工方便以及运距短的岩土材料。在选择填料时，要考虑原料的经济性和填料的性质是否合适。一般应利用附近路堑或附属工程（如排水沟渠等）的挖方作为填料。路基填料的技术要求如表：项目分类路面底以下深度(cm)填料最小强度CBR(%)填料最大粒径(cm)高速、一级公路二级公路三、四级公路填方路基上路床0~3086510下路床30~8054310上路堤80~15043315下路堤150以下32215零填及挖方路基上路床0~3086510下路床30~8054310填料选择：1、不易风化的石块2、土石混合料3、砂砾材料4、砂性土5、粉性土6、粘性土7、特殊土8、易风化的软质岩石9、工业废渣第三节一般路堤和路堑设计路基横断面的典型形式归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。路堤：全部用岩土填筑而成的路基。路堑：全部在天然地面开挖而成的路基，此两者是路基的基本类型。当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为填挖结合路基，也称为半填半挖路基。在丘陵或山区填挖结合是路基横断面的主要形式。一、路堤按路堤的填土高度不同，划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。路堤的常用横断面形式a)矮路堤;b)一般路堤;c)浸水路堤;d)护脚路堤;e)挖沟填筑路堤二、路堑路堑的常见横断面形式有a全挖路基、b台口式路基及c半山洞路基。三、半填半挖路基半填半挖路基兼有路堤和路堑两者的特点，对路堤和路堑的要求均应满足。常见形式：a)一般填挖路基；b)矮挡土墙；c)护肩路基；d)砌石护坡路基；e)砌石护墙路基；f)挡土墙支撑路基；g)半山桥路基四、路基宽度•路基宽度为行车道路面及其两侧路肩宽度之和。•路基宽度如图：a)高速公路和一级公路;b)二、三、四级公路公路路基宽度如表：公路等级高速公路、一级公路二、三、四计算行车速度(km/h)12010080608060403020车道数86486464422222或1路基宽度(m)一般值45.034.528.044.033.526.032.024.523.012.010.08.57.56.5(双车道)变化值42.0-26.041.0-24.5-21.520.010.08.5--4.5(单车道)五、路基高度1、路基高度：路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，即路基设计标高和地面标高之差。2、路基高度分中心高度与边坡高度。3、为保证路基稳定，应尽量满足路基临界高度的要求。六、路基边坡坡度边坡坡度：边坡高度与边坡宽度之比值。边坡坡度的大小，取决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度。1、路堤边坡:表见下图2、路堑边坡：表见下图路堤边坡坡度表填料种类边坡坡率上部高度(H≤8)下部高度(H≤12)细粒土1:1.51:1.75粗粒土1:1.51:1.75巨粒土1:1.31:1.5土质挖方边坡坡度表：土的密实程度划分表:密实程度边坡高度2020~30胶结1:0.3～1:0.51:0.5～1:0.75密实1:0.5～1:0.751:0.75～1:1.0中密1:0.75～1:1.251:1.0～1:1.5较松1:1.0～1:1.51:1.5～1:1.75分级试坑开挖情况较松铁锨很容易铲入土中，试坑坑壁容易坍塌中密天然坡面不易陡立，试坑坑壁有掉块现象，部分需用镐开挖密实试坑坑壁稳定，开挖困难，土块用手使力才能破碎，从坑壁取出大颗粒处能保持凹面形状胶结细粒土密实度很高，粗颗粒之间呈弱胶结，试坑用镐开挖很困难，天然坡面可以陡立岩石种类风化破碎程度边坡高度（m)2020~301.各种岩浆岩2.厚层灰岩或硅、钙质砂砾岩3.片麻、石英、大理岩轻度中等严重极重1:0.1～1:0.21:0.1～1:0.31:0.2～1:0.41:0.3～1:0.751:0.1～1:0.21:0.2～1:0.41:0.3～1:0.51:0.5～1:1.01.中薄层砂、砾岩2.中薄层灰岩3.较硬的板岩、千枚岩轻度中等严重极重1:0.1～1:0.31:0.2～1:0.41:0.3～1:0.51:0.5～1:1.01:0.2～1:0.41:0.3～1:0.51:0.5～1:0.751:0.75～1:1.251.薄层砂、页岩2.千枚岩、云母、绿页泥、滑石片岩及岩质页岩轻度中等严重极重1:0.2～1:0.41:0.3～1:0.51:0.5～1:1.01:0.75～1:1.251:0.3～1:0.51:0.5～1:0.751:0.75～1:1.251:1.0～1:1.5岩石挖方边坡坡度表：岩石风化破碎程度分级表分级外观特征颜色矿物成分结构构造破碎程度强度轻度较新鲜无变化无变化节理不多,基本上是整体,节理基本不张开基本上不降低,用锤敲很容易回弹中等造岩矿物失去光泽、色变暗基本不变无显著变化开裂成20cm~50cm大块状,大多数节理张开较小有降低,用锤敲声音仍较清脆严重显著改变有效生矿物产生不清晰开裂成5cm~10cm的碎石状,有时节理张开较多有显著降低,用锤敲声音低沉极重变化极重大部成分已改变只具外形,矿物间已失去结晶联系节理较多,爆破以后多呈碎石土状,有时细粒部分已具塑性极低,用锤敲时,不易回弹第四节路基防护与加固工程设计一、坡面防护1、植物防护：见下图2、工程防护：见下图二、堤岸防护与加固堤岸防护与加固主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路基边坡的防护堤岸等。堤岸防护与加固设施有直接和间接两类。草皮防护示意图：a)平铺平面；b)平铺剖面；c)水平叠铺；d)垂直叠铺；e)斜交叠铺；f)网格式砌石护面示意图a)、b)单层；c)、d)双层护面墙示意图：双层式；b)单层式；c)墙面；d)拱式；e)混合式1.平台；2.耳墙；3.泄水孔；4.封顶；5.松散夹层；6.伸缩缝；7.软地基；8.基础；9.支补墙；10.护面墙墙高与厚度及路堑边坡的关系，参见下表：护面墙高度H(m）路堑边坡护面墙厚度（m）顶宽b底宽d21:0.50.400.406陡于1:0.50.400.40+0.10H6＜H≤101:0.5~1:0.750.400.40+0.05H10＜H≤151:0.75~1:10.600.40+0.05H三、冲刷防护1．直接措施：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，见下图：抛石防护示意图a)新堤石垛；b)旧堤石垛石笼防护示意图：a)箱形笼；b)圆柱形笼；c)防止淘底；d)防护岸坡土工模袋的应用及铺设图：2．间接措施：设置导治结构物设置导治结构物可改变水流方向，消除和减缓水流对堤岸直接破坏，同时可减轻堤岸近旁淤积，彻底解除水流对局部堤岸的损害作用，起安全保护作用。导流结构物综合布置示例1、2-顺坝;3-丁坝;4-格坝;5-主河床;6-公路中线四、地基加固1.一般地基加固：换填土层法，重锤夯实法，排水固结法，挤密法，化学加固法。2.软土地基处理方法：砂垫层法，换填法，反压护道法，分阶段施工，超载预压法，竖向排水法如下图所示：竖向排水、挤实砂桩和砂垫层并用如右图：反压护道断面图：分阶段填筑路堤如下图：超载预压法如下图：砂井布置形式：砂井的三维固结：3．沉降监测由于软土层的不均质性、设计参数室内试验结果的代表性以及设计理论和方法的近似性必须在施工时对沉降、稳定性和处理措施的效果进行现场监测。监测所采用的仪器有三类：（1）沉降仪（2）孔隙水压力仪（3）侧向位移桩和测斜仪