路基工程基本知识教学讲座PPT.pptx

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1、路基工程基本知识 南华大学城建学院岩土教研室 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 根据公路设计确定的路基标高与天然地面标 高的不同。路基设计标高低于天然地面标高 时，需要进行挖掘，路基设计标高高于天然 地面标高时需要填筑。 由于填筑情况的不同，路基横断面的典型形 式可归纳为路堤、路堑和填挖结合三种。 路堤是指全部用岩土填筑而成的路基 路堑是指全部在天然地面上开挖而成的路 基 当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一 侧开挖二另一侧填筑时，为挖填

2、结合路基 ，也称半挖半填路基。 路基端面由路基顶宽、边坡坡度、护坡道、 取土坑或边沟、支挡结构、坡面防护等部分 一、路堤 路堑的几种常见横断面形式： a）全挖路基 b）台口式路基 c）半山洞路基 挖方边坡根据情况可设置成直线或折线。 路堑上方应设截水沟，坡脚设边沟。 坡面易风化处，在坡脚设碎落台。 路堑以下天然地基应达到规定压实度 二、路堑 三、半填半挖路基 位于山坡上的路基，通常取路中心的标高接近原地面 的标高。 若处理得当，是比较经济的断面形式。 半填半挖路基兼有路堤和路堑的特点。 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特

3、性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 制定自然区划的原则 1. 道路工程特征相似的原则 2. 地表气候区域差异性的原则 3. 自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 （JTG003-1986) 一级区划 二级区划 三级区划 一、公路的自然区划 七个一级区划 ： 以两条均温等 值线和两条等 高线为标志 北部多年冻土区 东部温润季冻区 黄土高原干湿过渡区 东南湿润区 西南潮暖区 西北干旱区 青藏高寒区 33个二级区划和18个副区： 以潮湿系数（K=年降雨量R/年蒸发量Z）划分 三级区划：各省，自治区自行划定 各个自然区划内路基路面设计的注意事项 北部多

4、年冻土区：冻土、冻土退化（全球气温 升高） 东部温润集结区：冻胀翻浆 黄土高原干湿过渡区：黄土 东南湿热区：排水、湿软地基 西南潮暖区：不良地质（喀斯特、滑坡） 西北干旱区：缺水、雪害 青藏高寒区：高寒、冻土、 我国公路用土根据土颗粒的粒径组成、土 颗粒的矿物成分、或其余物质的含量，土 的塑性指标进行分类，分为：巨粒土、粗 粒土、细粒土和特殊土。 二、路基土的工程性质 巨粒组质量多于总质量50%的土称为巨粒 土。 砾粒组质量多于总质量50%的土称为砾类 土。 砾粒组质量小于或等于总质量50%的土为砂 类土。 细粒土质量多于总质量50%的土称为细粒 土。 砂土：无塑性，透水、粘性小，易松散， 但

5、压实后稳定性好强度大、水稳定性好； 压实困难 砂性土：粗细搭配，级配好，强度和稳定 性高，理想的路基填筑材料 粉性土：水稳定性差，毛细现象、易冻胀 翻浆，不可用，需处理 粘性土：粘性大，颗粒细，毛细现象，透 水性差，可塑性强，干燥强度大，遇水承 载力降低 充分压实和良好的排水设计， 可保证路基稳定 重粘土：不透水，粘聚力强，施工干燥时 ，难以破碎； 不可用 湿陷性黄土：呈黄色或黄褐色，粉土含量占60以上 ，含有大量的碳酸 盐、硫酸盐和可溶性盐类，天然孔 隙比在1左右。在自重压力或附加压力共同作用下，受 水浸湿后的结构迅速破坏而发生显著附加下沉。 膨胀土：粘性含量高，其中0.002mm的胶体颗粒

6、一般超 过20，土的液限wI40%,塑性指数Ip17，在2235 之间，自由膨胀率40%,吸水膨胀，失水收缩，强度较 高，压缩性低，易被误认为是较好的土。 盐渍土：地表土层1m以内的土易溶盐含量大于0.5根 据其含盐 量可分为：氯盐渍及亚氯盐渍土、盐酸盐渍 土及亚盐酸盐渍土、碳酸盐渍土 总之，用作路基建筑材料的土中，砂性土最优、粘性土 次之、粉性土属于不良材料、最容易引起路基病害。重 粘土，特别是蒙脱石也是不良的路基土，此外，一些特 殊性土作为路基时须采取必要措施。 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特性和承载力 路基的变

7、形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 一、路基水的来源 二、路基干湿类型的划分 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 在某一深度，车辆荷载引起的附加应力与 路基路面自重应力之比在1/10-1/5时，此深 度称为路基的工作区。 荷载应力 自重应力 路基是路面结构的支撑体，路基的变形过大 是路面结构损坏的重要原因之一。 在路面结构变形中，土基的变形占70%-90% 。 路基土的变形包括弹性变形和塑性变形，过 大的塑性变形

8、使路面产生车辙、纵向不平整 和板块断裂，弹性变形过大将导致面层开裂 一、路基土的应力-应变特性 压入承压板试验是研究土基应力应变特性 最常用的方法。 土基顶面压应力与回弹变形的关系曲线 土的应力应变关系曲线 模量值 初始切线模 量； 切线模量； 割线模量； 回弹模量 1.回弹模量 二、路基土的强度指标 1. 柔性压板法2. 刚性压板法 在实际测定中，刚性承载板用得较多，因为它 的挠度易于测量，压力容易控制。 试验时宜采用逐级加载卸载法，每级增加 0.04MPa 待卸载稳定1min后读取回弹弯沉值 ，再加下一级荷载。 回弹变形值超过1mm时，则停止加载。可点 绘出荷载一回弹弯沉曲线。在曲线上选取

9、合适 的量值按下式进行计算。 2.地基反应模量 用温克勒（E.Winkler）地基模型描述土基 工作状态时，用地基反应模量K表征土基的 承载力。（温克勒地基也称K地基、弹簧地 基、稠密液体地基） 承载板的直径规定为76cm。 测定方法与回弹模量测定方法相类似，但是采 取一次加载到位的方法。 当地基较为软弱时：用0.127cm的弯沉量控制承 载板的荷载。因为，通常情况下混凝土路面板的 弯沉不会超出这一范围。 地基较为坚实：弯沉值难以达到0.127cm时，则 采用另一种控制方法，以单位压力p70kPa控制 承载板的荷载 3.加州承载比 加州承载比是美国加利福尼亚州（California）提 出的一

10、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 对比值表示CBR值。 用一个端部面积为19.35cm的标准压头，以0.127cmmin 的速度压入土中，记录每贯入0.254cm时的单位压力， 直至压入深度达到1.27cm时为止。 计算时通常取贯入度为0.254cm，但是若此时的CBR值 小于贯入度为0.508cm时则要取后者。 贯入度为0.254cm时对应的CBR值标准压力为7030KPa ，0.508cm对应10550KPa 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿

11、类型 路基的力学特性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 （1）沉陷 路基沉陷是指路基表面在垂直方向产生的较大沉 落。 路基沉缩是指因路基填料选择不当、填筑方法不 合理、压实度不足，在路基堤身内部形成过湿的 夹层等因素，在荷载和水温作用下引起沉缩。 一、路堤变形 （2）溜方：是由于被水饱和的少量土体沿边 坡下滑。 （3）滑坡：是由于边坡过陡、坡脚被水冲 刷、土体过湿或采用不正确的填筑方式造 成的。 （4）路堤下滑：是由于陡坡路堤底面被水湿 润形成滑动面，造成路堤沿坡面整体下 滑。 （5）坍散：是由于填土不正确造成边坡失去 正确形状。 二、路堑变形 （

12、1）溜方：与路堤溜方相似，朝南边坡的冻 结土融化时也常出现溜方现象。 （2）滑坡：边坡夹有蓄水沙层或不透水层被 水浸透，或弃土堆离路堑边坡太近造成路 堑超载，是产生滑坡的主要原因。 （3）碎落和崩塌：碎落是软弱石质土被风化 成小块，沿边坡跌落。崩塌是大块岩石脱 离边坡受损。 正确的横断面设计 正确的用土和填土 正确的结构排水 路基防护和加固 三、路基病害防治 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 路基地面排水设施包括边沟、截水沟、排水 沟、跌

13、水与急流槽、蒸发池、油水分离池、排 水泵站等。 应结合地形和天然水系进行布设，做好进出口 的位置选择和处理，防止出现堵塞、溢流、渗 漏、淤积、冲刷和冻结现象。 地表排水沟管排放的水流不得直接排入饮用水 源、养殖池。 路基排水的目的是减少路基的湿度，保证路基 常年处于干燥或中湿状态，确保路基路面的结 构稳定。 一、地面排水设施 水泥混凝土路面的唧泥 边沟通常设置在挖方路基的路肩外侧或低 路堤的坡脚外侧，多于路中线平行，用于 汇集和排除路基范围内和流向路基的少量 地面水。 边沟的断面形式及尺寸应根据地形地质条 件、边坡高度及汇水面积确定，沟底纵坡 一般与路线纵坡一致，并不小于0.3%。特 殊情况下

14、页可以减小至0.1%。 边沟可能产生冲刷时，要做防护处理，路 堑边沟的水流不要经隧道排出。 1.边沟 出水口 (1)边沟水流流向路堤坡脚处，试具体情况确定 (2)当边沟水流流向桥涵进水口时，为避免流水冲 刷、试具体情况确定 (3)当边沟水流流至回头弯处，应顺着边沟方向沿山 坡开挖排水沟，将水流引出路基范围以外的自然沟 或用急流槽引下山坡，以免增加对回头弯边沟的冲 刷。 截水沟又称天沟，一般设置在挖方路基边 坡坡顶以外，或山坡路堤上方的合适位 置。 用以拦截并排除路基上方流向路基的地面 径流，减轻边沟的水流负担，保证挖方边 坡和填方坡脚不受冲刷。 根据地形和汇水面积并尽量与绝大多数地 面流水方向

15、垂直，视情况可设多道截水 沟。 截水沟应进行防渗加固，水流应排至路界 之外，不宜引入路堑边沟。 2.截水沟 排水沟的主要用途在于引水，将路基范围 内各种水源的水流（如边沟、截水沟、取 土坑、边坡和路基附近积水）引至桥涵或 路基范围以外的的指定地点。 沟底纵坡不宜小于0.3%，与其他排水设施 连接顺畅。 易受冲刷的排水沟应采取防护加固措施。 3.排水沟 布置：离路基尽可能远，距路基坡脚一般不宜小于3- 4m，高速公路高路堤，坡脚排水沟不小于2m，纵坡应 保证水流畅通，不产生冲刷或淤积，一般不小于0.3% ，不大于3% 。 跌水与急流槽： 设置于需要排水的高差较大而距离 较短或坡度陡峻的地段 跌水

16、：是阶梯形的建筑物 ，水流以瀑布形式通过的排水设施。有单级和多级形 式，作用主要是降低流速和削减水的能量或改变水流 方向。 1)形式：一般矩形，浆砌片石或混凝土预制块砌筑 2)尺寸：根据地形、地质条件等，一般需水力计算 3)构造：按水力计算特点，可分为进水口、跌水 槽、出水口。跌水槽由跌水墙、平台和消能设备组 成。 4)出口连接：桥涵、自然沟、排水沟 4.跌水与急流槽 5)单级跌水：适用于排水沟渠连接处，由于水位落 差较大，需要消能或改变水流方向（如路基边沟水 流通过涵洞排泄时）。 6)多级跌水：适用于较长陡坡地段的沟渠，为减缓 水流速度，并予以消能。 急流槽：是具有很陡坡度的水槽，水流以陡坡

17、形式 通过的排水设施，但水流不离开槽底。它的作用主 要是在很短的距离内，水面落差很大的情况下进行 排水。多用于涵洞的进出水口和高路堑边沟流入排 水沟的进出水口，或在特殊情况下，截水沟流向边 沟的场合。沟底纵坡可达45度。 1)形式：矩形，浆砌片石或混凝土预制块砌筑 2)尺寸：需水力计算来确定尺寸，水流量不大时 ，可用标准尺寸 3)构造：进水口、主槽、出水口 4)出水连接：桥涵、自然沟、排水沟 倒虹吸与渡水槽：设置于水流需要横跨路基， 同时受到设计标高的限制，从路基底部或上部 架空跨越。前者称为倒虹吸，后者称为渡水 槽。 倒虹吸：水流横跨路基且受到设计标高限制时 ，可通过多次改变水流方向从路基下

18、方跨越的 排水设施。倒虹吸是利用上下游沟渠水位差作 用，管道为有压管道，水流条件较差，结构要 求高，应谨慎使用。 5.倒虹吸与渡水槽 渡水槽：水流横跨路基且受到路基标高限制时 ，水流从路基上方跨越的排水设施。渡水槽应 满足道路对净空与美化的要求，结构与桥梁相 似，但主要作用是沟通水流，在效能上应满足 结构强度和排水要求防止冲刷和渗漏。 1)构造： 倒虹吸：进水口、沉淀池、出水口、管身 渡水槽：进出水口、槽深、下部支撑 2)尺寸：需水力计算 东江深圳渡水槽墨西哥格雷塔罗市的古渡槽 南水北调北京永定河倒虹吸工程引大入秦先明峡倒虹吸 蒸发池是在气候干燥地区的排水困难地段 ，于公路两侧每隔一定的距离，

19、为汇集边 沟流水，任其蒸发所设置的积水池。 蒸发池的容量应以一个月内路基汇流入池 中的雨水能及时完成渗透与蒸发作为设计 依据。每个蒸发池的容水量不宜超过200 300m3，蓄水深度不应大于1.52.0m。 6.蒸发池 1)作用：设在地面以下引导水流的沟渠，无渗水和 汇水作用，地下排水沟。拦截降低地下水。 2)使用条件：a.路基范围内的个别泉眼，泉水外涌 ；b.市区污水管、雨水管；c.公路中央分隔带弯道 超高处。 3)构造：进水口（泉井）、暗沟沟身和盖板。圆形 和矩形。 4)纵坡和出水口：纵坡不小于1%。出口处沟底应高 出边沟最高水位20cm以上，不容许出现倒灌现象。 二、地下排水设备（暗沟、渗

20、沟、渗井） 1.暗沟 采用渗透方式将流向路基的地下水汇集于沟内并排到路基范围以 外指定点的排水设施，使路基上保持干燥，不致因地下水成害。 1)作用：是降低地下水位或拦截地下水，其水力特性是紊流。 2)分类：盲式、管式、洞式 3)构造： 渗水层、封闭层、反滤层、排水层 4)尺寸：水力计算确定。埋深需考虑地下水位和不透水层的位 置。 5)使用条件： 盲沟式：一般用于流量不大、渗沟不长的地段。设计时应考虑 淤塞失效问题，排水层阻力大，其纵坡不应小于1%，一般可采用 5%。 管式渗沟：设于地下引水较长的地段。但渗沟过长时，应加设 横向泄水管，将纵向渗沟内的水流，迅速的分段排除。 洞式渗沟：当地下水流量

21、较大，或缺乏水管时，采用石砌涵洞 ，洞口大小依设计流量而定。 2.渗沟 渗井：是竖直方向的地下排水设备 1)作用：是汇集离地面不深处含水层中的地下水 ，通过竖井，渗入下层，疏干路基土。 2)使用条件： (1)路基下层是否存在透水层，能否排走汇集的地 下水。 (2)影响路基上部含水层较薄，排水量不大，并且 平式渗沟难以布置时采用。 3)构造：由上部集水构造和下部排水构造两部分 组成 3.渗井 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施 路基防护护与加

22、固设设施 坡面防护 堤岸防护 支挡结 构 地基加固 植物防护 矿料防护 骨架植物防护 植物防护石砌护坡 抛石 石笼浸水挡墙 丁坝 顺 坝 改移河道 换填土层挤密法 土工布 强夯法 砂垫层与沙 井 袋装砂井 塑料插板 化学加固 挡土墙 坡面防护，主要是保护路基边坡表面免受 雨水冲刷，延缓温差及湿度变化的影响， 防护和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂及 剥蚀演变过程，从而保护路基边坡的整体 稳定性，在一定程度上还兼顾了美化路基 和协调自然环境的作用。 坡面防护设施，一般不承受外力作用，要 求坡体本身已经稳定，根据边坡的土质、 岩性、坡度、高度以及当地的气候等情况 选择防护措施。 一、坡面防护 植物防护

23、是利用植被覆盖坡面，其根系能固结 地表土，以防止水土流失，并可绿化道路。 植物防护一般采用种草、铺草皮、植树等方 法。 草种选用应根据防护目的、气候、土质、施工 季节等确定,宜采用易成活、生长快、根系发 达、叶茎矮的多年生草种。 铺草皮用于坡度缓于1:1的边坡，植树适于坡 度缓于1:1.5的边坡。 1.植物防护 矿料防护是采用砂石、水泥或石灰等矿质材料 对风化软岩进行防护。 喷浆防护适用于坡率缓于1:0.5、易风化但未遭 强风化的岩石边坡。喷护厚度不小于50mm， 采用砂浆强度不小于M10.喷射混凝土的防护厚 度不小于80mm，强度不低于C15。 锚杆挂网喷射适用于坡面碎裂结构的硬质岩石 或层

24、状结构的不连续地层以及坡面岩石与基岩 分开并有可能下滑的挖方边坡。 2.矿料防护 喷护 58cm 喷浆或喷射砼 层层 干砌片石护坡适用于坡度缓于1:1.25的土石 质路堑边坡，干砌片石护坡的厚度不宜小 于250mm，浆砌片石护坡适于坡度缓于1:1 的易风化的土石路堑边坡，厚度不宜小于 250mm，砂浆强度不应低于M5，护坡应设 置伸缩缝和泄水孔。 水泥预制块护坡适用于石料缺乏地区的路 基防护，强度不宜小于C15，严寒地区不应 低于C20。 护面墙适用于防护易风化、风化严重的的 软质岩石，较破碎岩石的挖方边坡以及坡 面易受侵蚀的土质边坡，边坡不宜陡于 1:0.5。 窗孔式护面墙防护坡度不应陡于1

25、:0.75；拱 式护面墙适用于边坡下部岩层较完整而上 部需防护的路段，边坡应缓于1:0.5。单级 高度不宜超过10m，设置伸缩缝和泄水孔。 设置在稳定地基上，冰冻地区设置深度不 小于250mm，脚前趾低于边沟地面。 浆砌片石或水泥混凝土骨架植草护坡适用于坡 度缓于1：0.75的土质或全风化的岩石边坡， 当雨水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于1:1。 降雨量大而集中的地区，骨架宜做成截水沟 型。 多边形水泥混凝土空心块植物护坡适用于坡度 缓于1:0.75的土质边坡和全风化、强风化的岩 质边坡，强度不小于C20，厚度不小于150mm 。 锚杆混凝土框架植物防护适用于土质边坡和坡 体中无不良结构面及风化

26、碎落岩石的路堑边 坡。 3.骨架植物防护 方方 格格 式式 骨骨 架架 植草皮 锚杆砼骨架 侧沟底线 踏步 伸缩缝 砼框架 肋柱 泄水孔 拱拱 式式 骨骨 架架 人人 字字 形形 骨骨 架架 抛石适用于经常浸水且水深较大的路基边 坡或坡脚以及挡土墙、护坡的基础防护。 抛石一般多用于抢修工程。 石边坡坡度和选用石料粒径应根据水深、 流速和波浪情况确定,石料粒径应大于 300mm, 坡度不应陡于所抛石料浸水后的 天然休止角,厚度不应小于所用最小石料粒 径的两倍 二、堤岸防护 3.抛石 石笼是用铁丝编织成框架，内填石料，设 在坡脚处，以防急流和大风浪破坏堤岸， 也可用来加固河床，防止淘刷。 石笼防护

27、适用于受水流冲刷和风浪侵袭,且 防护工程基础不易处理或沿河挡土 墙、护坡基础局部冲刷深度过大的沿河路 堤坡脚或河岸。 石笼内所填石料,应采用重度大、浸水不崩 解、坚硬且未风化石块,粒径应大于石笼的 网孔。 4.石笼 漫水挡土墙适用于允 许流速为5-8m/s的峡谷 急流和水流冲刷严重的 河段。 2浸水挡土墙设计应符 合规范的有关规定,并 应注意漫水挡土墙和岸 坡的衔接。 4.浸水挡土墙 丁坝适用于宽浅变迁性河段, 用以挑流或减低流速,减 轻水流对河岸或路基的冲刷。 丁坝长度应根据防护长度、丁坝与水流方向的交角、 河段地形、水文条件及河床地质情况等确定,垂直于水 流方向上的投影长度不宜超过稳定河床

28、宽度的 1/4 。 用于路基防护的丁坝宜采用漫水坝或潜坝,丁坝与水流 方向的交角以小于或等于900 为宜。 当设置群坝时,坝间距离不应大于前坝的防护长度。丁 坝间的河岸或路基边坡所能承受的允许流速小于水流 靠岸回流流速时 , 应缩短坝距,或对河岸及路基边坡 采取防护措施。 5.丁坝 顺坝适用于河床断面较窄、基础地质条件 较差的河岸或沿河路基防护,用于调整流水 由度和改善流态 。 顺坝与上、下游河岸的衔接,应使水流顺 畅,起点应选择在水流匀顺的过渡段,坝根 位置宜设在主流转向点的上方。 坝顶宽度应根据稳定计算确定,坝根应嵌入 稳定河岸内不小于3m。漫溢式顺坝，应在 坝后设置格坝。 5.顺坝 沿河路基受水流冲刷严重,或防护工程艰 巨,以及路线在短距离内多次跨越弯曲河道 时可改移河道。主河槽改动频繁的变迁性 河流或支流较多的河段不宜改河。 改河起点和终点的位置应与原河床顺接。 为防止水流重归故道,宜在改河入口处加陡 纵坡并设置拦河坝或顺坝。新河槽断面应 按设计洪水频率的流量设计。 5.改移河道 路基工程基本知识 路基的类型与构造 公路的自然区划与路基土的工程性质 路基的水温状况及干湿类型 路基的力学特性和承载力 路基的变形、破坏与防治 路基排水设施 路基防护与加固设施 路基附属设施