第3章 一般路基设计(A)(路基路面工程)

第3章一般路基设计路基路面工程参考教材：路基路面工程，主编：邓学钧，人民交通出版社，20052020/5/252本章主要介绍路基的主要类型与构造、一般路基设计的要求/内容/注意事项、路基主要的附属设施等内容，解决路基路面工程中路基设计的问题。3.1路基的类型与构造3.2一般路基设计3.3路基附属设施本章内容2020/5/253路基横断面的型式因线路设计标高与地面标高的差而不同，一般可归纳为四种类型：路堤，全部用岩土填筑而成路堑，全部在天然地面开挖而成半填半挖，一侧开挖、另一侧填筑不填不挖，路基标高与原地面标高相同3.1路基类型与构造2020/5/2543.1.1路堤路堤横断面基本形式1.干湿类别2.基底压实度倾斜，滑移！！湿度控制！！移挖为填2020/5/255路堤按其填土高度可划分为矮路堤、高路堤和一般路堤：矮路堤填土高度低于1.0～1.5m→矮路堤→常在平坦地区取土困难时选用。高路堤填土高度大于规范规定的数值→即填方总高度超过18m（土质）或20m（石质）的路堤；一般路堤填土高度介于高、矮路堤两者之间→随其所处的条件和加固类型不同，主要有浸水路堤、陡坡路堤及挖沟填筑路堤等型式。1）类型：考虑路堤工作区深度简单：直接套用图纸2020/5/256矮路堤填土高度低于1.0～1.5m；常在平坦地区取土困难时选用。特点：a）平坦地区往往地势低、水文条件较差→易受地面水和地下的影响→满足最小填土高度的要求；b）路基工作区范围内土的压实度；c）加强排水→两侧设置边沟→有时可与取土坑结合(挖沟填筑路堤)。2）一般要求2020/5/257一般路堤填土高度介于高、矮路堤两者之间→随其所处的条件和加固类型不同，还有浸水路堤、陡坡路堤及挖沟填筑路堤等型式。特点：a）常规设计，不做特殊处治；b）h不大时(2～3m)，可在路堤两侧设取土坑，使之与排水沟相结合；c）路堤近旁有较宽沟渠或沿河浸水路堤，应设置护坡道。2020/5/258高路堤填土高度大于规范规定的数值→即填方总高度超过18m（土质）或20m（石质）的路堤。特点：a、填方数量大，占地宽，行车条件差，处理不当极易造成沉陷、失稳；b、为使路基边坡稳定和横断面经济，需作个别设计；c、采用上陡下缓的折线形或台阶形边坡；d、对边坡进行适当的防护和加固；e、放宽路肩或加护栏，增加安全感。注：台阶形边坡是在边坡中部每隔8～10m设置护坡平台一道，平台宽度为1～3m，用浆砌片石或水泥混凝土预制块防护；并将平台做成2%～5%向外倾斜的横坡，以利排水。2020/5/2593）路堤填料理想材料：强度高、水稳定性好、压缩性小、施工方便以及运距短的岩土材料。一般原则：a、尽量移挖作填；b、砾（角砾）类土、砂类土应优先选作路床填料；c、含腐殖质、有机质土必须换填；d、土含水量大，应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。路基部位（路面底面以下深度）填料最小强度CBR（%）填料最大粒径（cm）高级路面其它路面上路床（0～30cm）8610下路床（30～80cm）5410上路堤（80～150cm）4315下路堤150cm以下3215表3-1路基填料最小强度和最大粒径要求级配2020/5/2510不含有害物质的矿质材料，一般均可用作路基填料。选用时，最好选用级配较好的粗粒土作为填料。砾（角砾）类土、砂类土应优先选作路床填料，土质较差的细粒土可填于路堤底部。用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均应采用同类填料。泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土及易溶盐超过允许限量的土，不得直接用于填筑路基。冰冻地区上路床及浸水部分的路堤不应直接采用粉质土填筑。浸水部分路堤填料不宜采用强风化岩石及浸水后容易崩解的岩石，应尽量选用水稳性好的填料。细粒土作填料时，土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时，应晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。桥涵台背和挡土墙墙背填料应优先选用内摩擦角值较大的砾（角砾）类土、砂类土填筑。铺筑高级路面时，填料的强度和粒径应符合规范的规定，铺筑其他路面时，填料亦宜按规范的规定选用。路基填料主要要求：排水要求2020/5/25114）路堤填筑施工含草皮土、生活垃圾、树根和含有腐朽物质的土不能用作填筑路堤。液限大于50%及塑性指数大于26的土，透水性很差，因干时坚硬难挖，湿时具有较大的可塑性、粘结性、膨胀性，毛细现象显著，能长时间保持水分，承载能力很低，一般不宜用作路基填料；如非用不可时，除要求在接近最佳含水量的情况下充分压实外，还应设置完善的排水设施，也可采取改良土性的其他技术措施。工业废渣可用作路基填料，但应避免有害物质含量超标而污染环境。实际施工中，沿线土质经常变化，应特别注意避免不同性质的土任意混填而造成路基病害，填筑时，须遵守下列规则：采用粘性土包裹2020/5/25121.纵向使用不同土质填筑相邻路堤时，为防止发生不均匀变形应将交接处做成斜面，并将透水性差的土填在斜面下部；2.不同性质的土应分层填筑，透水性差的土填在下面，其顶面做成4%的双向横坡，以保证上层透水性土有排水出路；3.如透水性较大的土层位于透水性较小的土层下面，则透水性较大的土层表面，应做成水平的；4.不同填料的层次安排，应考虑路基工作条件。凡不会因潮湿或冻融影响而改变体积的优质土应填在上层；2020/5/25135.路堤的浸水或受水位涨落影响的部分，宜尽可能选用透水性较好而不易被水冲蚀的材料，如漂（卵）石、砂砾、片（碎）石等；当路堤稳定受到地下水或地表长期积水影响时，路堤底部也应填以水稳性好、不易风化的砂石材料或采用无机结合料处治的土；6.为了防止雨水浸蚀边坡，可采用透水性较小的土包边，但包边部分的土应与中间部分一起分层压实，并设置盲沟，以利排水；7.当路堤两部分填料的颗粒尺寸相差较大时，应在其间加设反滤层，以防止两部分填料相互掺杂污染，而引起路堤下沉。2020/5/25145）基底处理1.路堤应坐落在具有足够强度（承载力）和低压缩性的地基上，以免引起滑动破坏和过大沉降；2.基底土密实稳定、地面坡度缓于1:5时，路堤可直接填筑，但应清除地表树根草皮或腐植土，以免形成滑动面或产生较大沉陷；3.基底范围内有地表水或地下水影响路基稳定时，应进行拦截、引排，或在路堤底部填筑片石、块石或砂、砾等透水性材料；4.基底为耕地或较松的土时，应在填筑前压实至满足相应压实标准；2020/5/25155.在原地面坡度较陡时（包括横向和纵向）陡于1：5的稳定斜坡→基底挖成台阶→土质地面→原地面凿毛→石质地面陡于1︰2.5（考虑地震作用时为1:3）→设置石砌护脚或按陡坡路堤设计→填方上方坡脚，需采取措施阻止地面水渗入。6.路线经过水田、池塘或洼地时，应根据积水和淤泥层等具体情况，采取排水疏干、清淤换填、抛石挤淤、晾晒或掺灰等处理措施，当基底土质湿软而深厚时应按软土地基处理。2020/5/2516水田或池塘地段基底处理方案水田或池塘地段基底处理方案较低路基较高路基方案一：围堰方案二：换填2020/5/25173.1.2路堑1）基本型式：全挖式路基台口式路基半山洞路基西部山区地形丘陵地区2020/5/25182）注意事项：少用深长路堑合适的边坡坡率加强排水处治基底3）边坡形状：直线折线台阶形1321.排水通风，2.行车视距，3.施工困难，4.自然病害2020/5/2519A、路堑开挖→破坏了原地层的天然平衡状态→边坡稳定性→地质、水文地质条件、边坡高度和坡度；B、路堑成巷道式→不利于排水和通风，行车视距较差，行驶条件降低，深路堑施工困难→病害多于路堤→设计时应注意避免采用很深的较长路堑C、选用合适的边坡坡率，加强排水，处治基底，确保边坡的稳定可靠；D、水文状况对路堑的影响较大，路堑的排水至为重要→边沟与截水沟；E、路堑以下天然土基→规定的密实度，必要时应翻挖重新分层填筑或换土，或采取加铺隔离层，并设置必要的地下排水设施。4）一般要求：2020/5/2520F、路堑边坡的形状可为直线、折线或台阶形三种型式注：在台阶式边坡中部，高度每隔6～10m或变坡点处设边坡平台一道，边坡平台的宽度为1～3m，若边坡平台设排水沟，平台应做成2%～5%向内侧倾斜的排水坡度。G、排水沟可用三角形或梯形横断面，当水量大时，宜设置30cm×30cm的矩形、三角形或U型排水沟。H、高等级公路，当挖方为软质、风化岩层及土质边坡时→根据坡面稳定状况和碎落情况设置挡土墙或矮墙或进行坡面防护，并应考虑绿化与工程措施相结合。I、容易产生碎落的风化破碎岩石、软质岩石、砾（碎）石类土等地段的挖方路基→应在边沟外侧设置碎落台。2020/5/25213.1.3半填半挖路基1）常见形式：最大问题：差异沉降！路面纵向开裂！！甚至产生滑坡！！！（襄十高速公路路面开裂，施工中的十漫高速公路，构造物开裂）加筋路堤2020/5/25222）特点与要求：A、半填半挖是路堤和路堑的综合型式，兼有路堤和路堑的设置要求。B、半填半挖路基→减少土石方数量，保持土石方数量的横向填挖平衡→是比较经济的断面型式。C、其横断面的形式及其稳定性→同原地面的倾斜度有密切关系。D、可采用一定工程措施(挡土墙、护肩等)，改善受力，增加稳定性，压缩用地。E、为增强新、老土基的密切结合→填筑前清除原倾斜地面或陡坡上的杂草、松动浮土和石块等，并做好排水设施F、原倾斜面陡于1︰5→台阶/阶梯形→分层填筑压实。2020/5/2523原地面与路基标高相同构成不填不挖的路基横断面型式。特点：虽然节省土石方，但对排水非常不利，易发生水淹、雪埋等病害。适用：常用于干旱的平原区、丘陵区以及山岭区的山脊线或标高受到限制的城市道路。不填不挖路基横断面3.1.4不填不挖路基2020/5/2524对路基的要求：路基是路面的支撑结构物，对路面的使用性能有重要影响。1、整体稳定填挖引起路基失稳、软土上高路基、岩质土质山坡上开挖严重性：交通阻断，易引起交通事故。措施：正确设计，采取排水、防护和加固、支撑工程。2、压缩性低自重、车辆荷载作用下变形；地基软弱、填土疏松、过分潮湿时产生沉陷和变形。危害：导致路面出现过量的变形和应力增大，促使路面过早损坏并影响舒适性。措施：争取合适填料充分压实，改善水温状况，加固软弱地基。3.2一般路基设计2020/5/2525一般路基：一般工程地质、水文地质条件下，填方高度和挖方深度小于规范规定高度/深度的路基。一般路基设计可以结合当地的地形、地质情况，直接套用典型横断面图或设计规定，而不必进行个别论证和验算。对于工程地质特殊路段和高度/深度超过规范规定的路基，应进行个别设计和稳定性验算。路基设计的基本内容：路基基身设计(断面型式/宽度与高度/填料与压实度/边坡形状与坡度)路基排水设计坡面防护与加固设计附属设施的设计专项工程设计(边坡稳定性/软基处理)2020/5/2526路基基本构造：路基几何尺寸由宽度、高度和边坡坡度三者构成:路基宽度，取决于公路技术等级；路基高度，取决于地形和公路纵断面设计（包括路中心线的填挖高度、路基两侧的边坡高度）；路基边坡坡度，取决于地质、水文条件、路基高度和横断面经济性等因素。就路基的整体稳定性来说，路基的边坡坡度及相应采取的措施，是路基设计的主要内容。2020/5/25273.2.1路基宽度路基宽度：行车道路面及其两侧路肩宽度之和→高等级道路设有中间带、路缘带、变速车道、爬坡车道、紧急停车带、慢行道或其它路上设施时。路面：道路上供各种车辆行驶的行车道部分→宽度根据设计通行能力及交通量大小而定，一般每个车道宽度3.50~3.75m路肩：指行车道外缘到路基边缘，具有一定宽度的带状部分→包括有铺装的硬路肩和土路肩→路肩宽度由公路等级和混合交通情况而定。2020/5/2528注意：1）路肩宽度应得到保证→最小每边0.5m/0.75m（四级/二、三级公路）→城镇近郊1~3m；2）弯道半径R≤250m时→应在路基内侧按规定加宽；3）路堑位于弯道上，注意开挖视距平台；4）四级公路一般采用6.5m的路基，当交通量较大或有特殊需要时，可采用7.