《般路基设计A》PPT课件.ppt

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，2005,2019/6/13,2,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。 4.1 路基的类型与构造 4.2 一般路基设计 4.3 路基附属设施,本章内容,2019/6/13,3,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,4.1 路基类型与构造,2019/6/13,4,4.1.1 路堤,路堤横断面基本形式,1.干湿类别 2.基底压实度,差异沉降？！,倾斜，滑移！,湿度控制！,移挖为填,2019/6/13,5,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1.01.5m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,2019/6/13,6,矮路堤 填土高度低于1.01.5m；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,2019/6/13,7,一般路堤 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(23m)，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。,2019/6/13,8,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810m设置护坡平台一道，平台宽度为13m，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。,2019/6/13,9,3） 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。,表3-1 路基填料最小强度和最大粒径要求,级配,2019/6/13,10,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,2019/6/13,11,4）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,案例：成昆铁路线过山车隧道！,2019/6/13,12,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； 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； 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； 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；,2019/6/13,13,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； 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； 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。,2019/6/13,14,5）基底处理,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； 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； 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； 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；,2019/6/13,15,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12.5（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。 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。,2019/6/13,16,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,2019/6/13,17,4.1.2 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,2019/6/13,18,2）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,1,3,2,1.排水通风，2.行车视距，3.施工困难，4.自然病害,2019/6/13,19,A、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：,2019/6/13,20,F、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610m或变坡点处设边坡平台一道，边坡平台的宽度为13m，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30cm30cm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。,2019/6/13,21,4.1.3 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,2019/6/13,22,2）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15台阶/阶梯形分层填筑压实。,2019/6/13,23,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,4.1.4 不填不挖路基,2019/6/13,24,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。,4.2 一般路基设计,2019/6/13,25,一般路基：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),2019/6/13,26,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。,2019/6/13,27,4.2.1 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3.503.75m 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。,2019/6/13,28,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13m； 2）弯道半径R250m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7.0m的路基。 5）工程特别艰巨路段及交通量很小的公路，可采用4.5m的路基，并应按规定设置错车道。,2019/6/13,29,4.2.2 路基高度,路基高度：路堤填筑高度或路堑开挖深度，是路基设计标高与原地面标高之差原地面横向有倾斜中心高度或边坡高度； 中心高度：是指路中心线处的设计标高与原地面标高之差； 边坡高度：路基边坡高度，指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。 路基填挖高度：是在路线纵断面设计时，综合考虑路线纵坡要求、路基稳定性要求和工程经济要求等因素确定的。,2019/6/13,30,注意： 1）尽量少用高路堤、深路堑； 2） 减小水的影响考虑路基临界高度确定路基最小填土高度保证路基处于干燥或中湿状态； 3）填土高度受限制不能达到规范的规定时采取相应的处治措施，避免地面积水和地下水浸入路基； 3）沿河及受水浸淹的路基边缘标高，一般应高出根据规定的设计洪水频率计算的水位+壅水高度+波浪侵袭高度+0.5m安全高度； 4）大、中桥桥头引道的路基设计标高，应比设计洪水位加壅水高度高出至少0.5m。,稳定性、排水、通风、视距等因素,2019/6/13,31,4.2.3 路基边坡坡度,表示方法： 边坡坡率：边坡高度H与边坡宽度b之比值，并取H=1 边坡角a或 影响因素： 边坡土质、岩石性质 边坡高度 水文地质条件 自然因素,路基边坡坡度,土石方工程量,横断面的经济合理性,施工难易程度,路基整体稳定性,2019/6/13,32,1）路堤边坡坡度填料的物理力学性质/气候条件/边坡高度/基底的工程地质、水文地质条件选定。 2）一般情况按规范查表选用； 3）边坡高度超过表值或水文地质情况不良时根据实际情况再进行边坡稳定性分析，综合比较后确定； 4）对于已作加固的路堤，边坡可适当放陡； 5）沿河受水浸淹路基的填方边坡坡度设计水位以下视填料情况可采用11.7512.0，在常水位以下部分可采用12.013.0； 6）为使汽车在必要时便于驶下公路,平丘微区高度不超过1.0m的路堤，如用地条件许可采用不陡于1:3边坡； 7）地震区放缓边坡； 8）其它具体情况参见规范与相关资料。 （加筋土挡墙在工程中的应用）,4.2.3.1 路堤边坡,2019/6/13,33,4.2.3.2 路堑边坡,影响因素： 开挖深度 坡体的岩性或土质、地质构造特征（顺层或逆层） 岩石的风化和破碎程度、土层的成因类型 地面水和地下水 当地气候条件、坡面的方位（向阳/背阳）等。 坡度确定： 设计时应参考当地稳定的自然山坡和人工坡（如已建成道路的边坡等）的坡度，并结合当地的工程地质和水文条件、采用的施工方法等因素综合考虑，参考规范中所列经验值进行确定。 边坡高度超过表值或水文地质情况不良时根据实际情况再进行边坡稳定性分析，综合比较后确定。,1. 类比2. 稳定性分析,类似于基坑开挖与支护,2019/6/13,34,路堤填土需分层压实一定的密实度强度的保证，且能防治水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压密变形确保路面的使用品质和使用寿命。 1）压实土的特性： A）最佳含水量：土的压实效果同压实时的含水量有关存在一最佳含水量w0 一定的压实功能可以达到最大密实度，获得最经济的压实效果。 特点： w0是一个相对值随压实功大小/土的类型变化压实功，细粒含量最佳含水量，最大密实度。 B）压实土的特性： 变形模量： ww0 ，有峰值先后； 压实土的膨胀量：ww0或略大于时吸水量与膨胀量最小； 抗变形能力： w=w0时压实试件浸湿后抗变形能力最强。 结论：路基土在w0下压实路基的抗变形能力与水稳定性最好。,4.2.4 路基压实,橡皮土工程实例！,2019/6/13,35,A）两种标准击实试验的压实标准： 轻型：68t压路机， 重型：1215t压路机。 用标准击实试验确定的最大干密度与最佳含水量是一种理想的状态实际工程施工时很难完全达到，或者需要付出过多的压实功能才能达到不经济 B）实际工程中压实要求的特点： a、路基材料受荷载影响分层特点，不同层压实度不同； b、自然因素影响特点 (冬季冰冻地区与干旱地区)； c、高速公路特点；,2）压实标准：,2019/6/13,36,压实度：以应达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大干密度之比值的百分率表征。 分两类： 以重型击实方法为标准的路基压实度； 以轻型击实方法为标准的路基压实度； 适用范围： 重型： 高速公路，一、二级公路； 铺高级路面的三、四级公路。 轻型： 铺中、低级路面的三、四级公路； 高速、一、二级公路采用特定材料难以达到重型标准下路床、上下路堤可采用轻型标准上路床-重型标准,C）实际工程中的压实标准,2019/6/13,37,4.3 路基工程的有关附属设施,为了确保路基稳定和行车安全，一般路基工程有关的附属设施除路基排水、防护加固外，还有取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。这些设施是路基设计的组成部分，应正确合理设置。 4.3.1 取土坑,排水,提高路堤稳定性,2019/6/13,38,注意事项：,原则：充分利用，借之有利。 1）支援农业，少占农田； 2）能兼顾农田、水利、鱼池建设和环境保护等； 3）在原地面横坡不大于110的平坦地区，可在路基两侧设置取土坑；横坡大于110的地区，应设置在路基上侧； 4）在洪水淹没地段的路堤（如河滩路堤或引道）的两旁，一般不准设置取土坑； 5）取土坑应有规则的形状及平整的底部，坑底纵坡一般应不小于0.3%，横向也应设置坡度(单坡/双坡)，以利排水； 6）取土坑深度建议不大于1.0m，宽度视借方量而定； 7）取土坑内缘至路堤坡脚应留一定宽度的护坡道，其外缘至用地边界的距离不小于0.5m，不大于1.0m。,2019/6/13,39,4.3.2 弃土堆,原则：充分利用，弃之无害。 1）应尽量考虑移挖作填，或利用弃土适当加宽路基减少废方； 2）防止弃土不当设计时须考虑弃土堆的设置；,2019/6/13,40,注意事项：,1）弃土堆通常在就近低地或路堑的下坡一侧设置； 2）弃土堆一般可堆成梯形横断面边坡不应陡于11.5，顶部向路基外倾斜横坡2%，高度不宜超过3.0m； 3）深路堑或地面横坡缓于15时，可设在路堑两侧； 4）在上坡一侧的弃土堆连续而不中断，并在弃土堆外侧设置截水沟； 5）在下坡一侧的弃土堆，应每隔50100m设置不大于1m宽的缺口