道路与桥梁工程概论4

1、道路与桥梁工程概论樊烽E-mail：Tel一章 路基工程导论导论 路基路面是道路的基本组成部分路基路面是道路的基本组成部分, ,它们共同承受行车荷载和它们共同承受行车荷载和自然因素的作用。自然因素的作用。第一节第一节 路基路面的功能和要求路基路面的功能和要求一、路基的定义一、路基的定义 路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆路基是在地表按照道路路线位置和一定技术要求开挖或堆填而成的岩土结构物。填而成的岩土结构物。 路基是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求路基是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载。修筑

2、的带状构造物，承受由路面传来的荷载。2 2、路基的基本要求、路基的基本要求 1 1、要有足够的稳定性；、要有足够的稳定性； 2 2、要有足够的强度；、要有足够的强度； 3 3、要有足够的刚度；、要有足够的刚度； 4 4、要有足够的耐久性，水温度稳定性。、要有足够的耐久性，水温度稳定性。1 1路基工程的特点路基工程的特点 1 1、结构简单，但是复杂的复合结构；、结构简单，但是复杂的复合结构； 2 2、受自然因素影响很大；、受自然因素影响很大； 3 3、有大量土石方工程。、有大量土石方工程。二、路基的分类二、路基的分类路基土的选择：路基土的选择： 用高强、水稳性好、压缩性小、施工方便及运距短的岩土

3、用高强、水稳性好、压缩性小、施工方便及运距短的岩土材料。既要考虑料源和经济性，又要考虑填料的性质，做到少材料。既要考虑料源和经济性，又要考虑填料的性质，做到少占农田，利用荒地和附近附属工程的挖土，一般不含有害物质占农田，利用荒地和附近附属工程的挖土，一般不含有害物质的矿质材料都可以作为填料，但修筑高等级路面时，路基填料的矿质材料都可以作为填料，但修筑高等级路面时，路基填料的强度和粒径有一定规定。的强度和粒径有一定规定。1.砂性土：砂性土：既含有一定数量的粗颗粒，使之具有足够的强度和水既含有一定数量的粗颗粒，使之具有足够的强度和水稳定性。又含有一定数量的细颗粒，将粗颗粒粘在一起，为修稳定性。又含

4、有一定数量的细颗粒，将粗颗粒粘在一起，为修路堤的良好填料。路堤的良好填料。3.粘性土：粘性土：渗水性差，干燥时较硬而不易挖掘；浸水后水稳性渗水性差，干燥时较硬而不易挖掘；浸水后水稳性差，强度低，变形大。如在适当含水量时充分压实，并有良好差，强度低，变形大。如在适当含水量时充分压实，并有良好排水条件下，筑成的路堤也较稳定。排水条件下，筑成的路堤也较稳定。重粘土不宜作路基填料重粘土不宜作路基填料。2.粉性土：粉性土：含较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，含较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸水后很快湿透，使稳定性最差的填料。在季节性冰冻地区浸水后很快湿透，使稳定性最差的填料。在季节性冰冻

5、地区会引起冻胀、翻浆、唧泥。但不得已要用时，应掺配其他填会引起冻胀、翻浆、唧泥。但不得已要用时，应掺配其他填料，并加强排水、隔离措施。料，并加强排水、隔离措施。三、路基的干湿类型三、路基的干湿类型 1 1、湿度来源、湿度来源大气降水大气降水地面水地面水地下水地下水2 2、划分依据、划分依据 根据实测不利季节路床槽下根据实测不利季节路床槽下80cm深度内土的平均稠深度内土的平均稠度度 和路基相对高度和路基相对高度H。 干湿类型干湿类型yxwww干燥干燥中湿中湿潮湿潮湿过湿过湿 3 3、路基最小填土高度、路基最小填土高度 Hmin指路基边缘距地面的最小高度，以保证路基终年指路基边缘距地面的最小高度

6、，以保证路基终年处于处于干燥干燥或或中湿中湿状态，保持状态，保持路基的强度和稳定性路基的强度和稳定性。土的类型土的类型Hmin砂性土砂性土0.30.5m粘性土粘性土0.40.7m分性土分性土0.50.8m四、路基常见病害四、路基常见病害 1 1、路堤变形、路堤变形 2 2、路堑变形、路堑变形 沉陷沉陷 溜方和滑坡溜方和滑坡 3 3、路基病害防治、路基病害防治 1 1、正确设计路基横断面、正确设计路基横断面 2 2、选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作、选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。稳定处理。 3 3、采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压

7、、采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度。实度。 4 4、适当提高路基。、适当提高路基。 5 5、正确进行排水设计、正确进行排水设计 6 6、必要时设计隔离层。、必要时设计隔离层。 7 7、采取加固措施。、采取加固措施。第二节节 一般路基设计设计一一. .路基的断面型式路基的断面型式1.1.路堤：指基身顶面高于原地面的填方路基。路堤：指基身顶面高于原地面的填方路基。一般路堤一般路堤沿河路堤沿河路堤陡坡路堤（护脚路堤）陡坡路堤（护脚路堤）2.2.路堑：全部为挖方路基称为路堑。路堑：全部为挖方路基称为路堑。全挖式全挖式台口式台口式半山洞半山洞3.3.半填半挖路基：整个横断面上既有填

8、方又有挖方的路基。半填半挖路基：整个横断面上既有填方又有挖方的路基。 出现在地面横坡较陡出现在地面横坡较陡, ,路基又较宽路基又较宽, ,而路中线的设计标高与而路中线的设计标高与地面标高相差不大的地方。地面标高相差不大的地方。二二. .路基的基本构造路基的基本构造1.1.路基高度路基高度2.2.路基宽度路基宽度3.3.路基边坡路基边坡三三. .路基的附属设施路基的附属设施1.1.取土坑取土坑2.2.弃土堆弃土堆3.3.护坡道和碎落台护坡道和碎落台4.4.堆料坪和错车道堆料坪和错车道5.5.护栏护栏形式形式 a.a.直线形直线形 b.b.折线形折线形 c.c.台阶形台阶形坡度坡度填料种类填料种类

9、边坡高度边坡高度(m)(m)迎坡坡度迎坡坡度全部全部高度高度上部上部高度高度下部下部高度高度全部全部高度高度上部上部高度高度下部高度下部高度粘质土、粉质土、砂粘质土、粉质土、砂类土类土20208 81212l l：1.1.5 51 1：l.75l.75砂、砾砂、砾12121 1：1.1.5 5漂漂( (块块) )石土、卵石土、石土、卵石土、砥砥( (角砾角砾) )粪土、碎石粪土、碎石土土202012128 81 1：l.l.5 5l l：1.751.75易风化的石块易风化的石块20208 812121 1：1 1 5 5l l：1.51.5第二章第二章 路基排水路基排水 路基的各种病害和变形的

10、产生，无不与地面水和地下水的浸路基的各种病害和变形的产生，无不与地面水和地下水的浸湿和冲刷等破坏作用有关。为保证路基稳定和提高抗变形能力，湿和冲刷等破坏作用有关。为保证路基稳定和提高抗变形能力，须采取相应的排水措施。须采取相应的排水措施。 道路排水分为地表（地面）排水和地下排水。道路排水分为地表（地面）排水和地下排水。 排水工程，尤其是地面排水，是一项经济、简便而又收效很排水工程，尤其是地面排水，是一项经济、简便而又收效很大的技术、预防和必要措施。大的技术、预防和必要措施。第一节第一节 路基排水设施路基排水设施一、地表排水沟渠：一、地表排水沟渠： 边沟边沟 截水沟截水沟 排水沟排水沟 把边沟、

11、截水沟的水引到附近的桥涵、河谷和远离路基把边沟、截水沟的水引到附近的桥涵、河谷和远离路基的低洼地的低洼地 二二. .地下排水沟管：地下排水沟管：暗沟暗沟渗沟渗沟渗井渗井三、排水系统设计：三、排水系统设计： 总体规划，综合设计，以提高降水效果，降低造价总体规划，综合设计，以提高降水效果，降低造价 排水设计目的排水设计目的：1.1.拦截地面水和地下水。拦截地面水和地下水。2.2.引到排水通道并引到排水通道并通过桥涵渲泄到下方。排水有困难时，可将地面水拦蓄在坡顶，通过桥涵渲泄到下方。排水有困难时，可将地面水拦蓄在坡顶，降在路基范围内的水要迅速引泄掉。降在路基范围内的水要迅速引泄掉。 设计时要综合考虑

12、沿线地形、地质条件，因势利导，因地制设计时要综合考虑沿线地形、地质条件，因势利导，因地制宜。并与当地农田水利等建设规划相结合。考虑农田排灌要求，宜。并与当地农田水利等建设规划相结合。考虑农田排灌要求，水土保持，使土不出山，水不出沟。水土保持，使土不出山，水不出沟。6.6.选择桥涵位置。对穿过路基的河沟，不要轻易改沟并涵。选择桥涵位置。对穿过路基的河沟，不要轻易改沟并涵。 5.5.设排水沟管。设排水沟管。 3.3.设边沟或用取土坑，必要时用路肩排水系统和中央分隔带排设边沟或用取土坑，必要时用路肩排水系统和中央分隔带排水系统。水系统。 2.2.设截水沟，拦地表水。要沿等高线布置，且与地表水流方向设

13、截水沟，拦地表水。要沿等高线布置，且与地表水流方向垂直。垂直。 路基排水系统布置，可利用路线平面图（道路勘测设计绘出）路基排水系统布置，可利用路线平面图（道路勘测设计绘出）按下列按下列步骤步骤进行：进行： 1.1.绘出路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑位绘出路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑位置。置。 4.4.设地下排水设施。设地下排水设施。xRx常见的人工明渠横断面有梯形。常见的人工明渠横断面有梯形。边坡系数边坡系数m：反映渠道两侧倾：反映渠道两侧倾斜程度斜程度水力半径：水力半径：断面面积：断面面积 ：湿周：湿周第二节第二节 明渠水力计算明渠水力计算hmhb212mh

14、bx1.水力水力系数系数计算计算流量公式：流量公式：VQRicV 式中式中c为谢才系数，可用曼宁公式计算为谢才系数，可用曼宁公式计算yRnC1不堆积流速不堆积流速Vmin允许不冲刷流速允许不冲刷流速Vmax5 . 0minRV根据土质不同选取。根据土质不同选取。%5sQQQmaxminVVV2.判断条件：判断条件：第三节第三节 软土的排水固结软土的排水固结软土：软土：泛指泛指淤泥及淤泥质土淤泥及淤泥质土，在静水或非常缓慢的流水环境中，在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。沉积，并经生物化学作用形成的饱和软粘性土。软土的物理力学特性：软土的物理力学特性：1高含水量

15、和高孔隙性高含水量和高孔隙性2含水率大，渗透性弱含水率大，渗透性弱3压缩性高压缩性高4. 抗剪强度和承载力低抗剪强度和承载力低软土在建筑荷载作用下的变形特征软土在建筑荷载作用下的变形特征1. 变形大而不均匀变形大而不均匀2. 变形稳定历时长变形稳定历时长3. 抗剪强度低抗剪强度低4. 较显著的触变性和蠕变性较显著的触变性和蠕变性一、软土加固方法一、软土加固方法 换填法是是将基础底面以下不太深的处理范围内的软换填法是是将基础底面以下不太深的处理范围内的软弱土层挖去，然后以质地硬，强度高，性能稳定，具有抗侵弱土层挖去，然后以质地硬，强度高，性能稳定，具有抗侵蚀性的砂卵石、素土等去分层换填，同时用人

16、工或机械方法蚀性的砂卵石、素土等去分层换填，同时用人工或机械方法进行表层压夯、振动等处理至满足工程要求的全过程。进行表层压夯、振动等处理至满足工程要求的全过程。 挤密压实法挤密压实法1 1、原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙、原理：采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，从而提高强度。比减小，从而提高强度。2 2、方法：、方法： 土（灰土）挤密桩处理软土地基土（灰土）挤密桩处理软土地基 碎石挤密桩处理软土地基碎石挤密桩处理软土地基 强夯法处理软土地基强夯法处理软土地基换填法换填法土（灰土）挤密桩处理软土地基土（灰土）挤密桩处理软土地基 适用条件：适用条件： 处理加固

17、地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填处理加固地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土以及含水量较大的软土土以及含水量较大的软土 优点：优点： 横向挤密横向挤密 缩短工期缩短工期 处理深度可达处理深度可达1515米米 就地取材就地取材 原理：原理：生石灰吸水消解经化学反应后膨胀，桩间土脱生石灰吸水消解经化学反应后膨胀，桩间土脱水，桩周围的土被挤压后土壤密实度逐渐增强，使地水，桩周围的土被挤压后土壤密实度逐渐增强，使地基强度提高，从而达到满足工程要求的地基承载力基强度提高，从而达到满足工程要求的地基承载力（成桩挤密、吸水挤密、膨胀挤密）（成桩挤密、吸水挤密、膨胀挤密）1 1、原理原理 通过布置竖

18、向排水井，改善地基的排水条件及采取加压、通过布置竖向排水井，改善地基的排水条件及采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成（由加压系长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成（由加压系统和排水系统组成）统和排水系统组成）2 2、方法方法 堆载预压法堆载预压法 真空预压法真空预压法 降水预压法降水预压法 电渗排水法电渗排水法 排水固结法排水固结法塑料排水板法处理公路软土地基塑料排水板法处理公路软土地基塑料排水板的类型：塑料排水板的类型： 与袋装砂井相比，它的优缺点：与袋装砂井相比，它的优缺点

19、： 插板机械轻，效率高、对土的扰动小、造价低插板机械轻，效率高、对土的扰动小、造价低型塑料板型塑料板梗透水膜塑料板梗透水膜塑料板无纺布螺旋孔塑料板无纺布螺旋孔塑料板袋装砂井法处理公路软土地基袋装砂井法处理公路软土地基 排水砂井的作用排水砂井的作用 排水系统就是在地基中设置一些排水通道，改变原有地基排水系统就是在地基中设置一些排水通道，改变原有地基的边界条件，增加空隙水的排出途径的边界条件，增加空隙水的排出途径 袋装砂井袋装砂井 袋装砂井是近年来竖向排水井工艺发展，是砂并排法的延袋装砂井是近年来竖向排水井工艺发展，是砂并排法的延续是将散体的砂装入用化纤纺织物做成的细长袋子（续是将散体的砂装入用化

20、纤纺织物做成的细长袋子（71712cm)2cm)作为竖向排水体的一种方法。作为竖向排水体的一种方法。 搅拌桩法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的搅拌桩法：利用水泥、石灰或其他材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理理化学反映，形成坚硬拌和柱体，与原地层共同起复合化学反映，形成坚硬拌和柱体，与原地层共同起复合地基的作用。地基的作用。 灌浆胶结法：用气压、液压或电化学原理，把某些能灌浆胶结法：用气压、液压或电化学原理，

21、把某些能固化的浆液注入各种介质的裂缝或空隙中，以改善地基的固化的浆液注入各种介质的裂缝或空隙中，以改善地基的物理力学性质。物理力学性质。 化学加固法化学加固法第四节第四节 土基的承载能力土基的承载能力 三、加州承载比（三、加州承载比（CBR）1. 定义定义 加州承载比是美国加利福尼亚州（加州承载比是美国加利福尼亚州（California）提出的一种提出的一种评定土基及路面材料承载能力的指标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，以它们的相征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值

22、表示对比值表示CBR值。值。100sppCBR2. 试验方法试验方法 用一个端部面积为用一个端部面积为19.35cm的标准压头，以的标准压头，以0.127cmmin的速度压入土中，的速度压入土中，记录每贯入记录每贯入0.254cm时的单位压力，直至压入深度达到时的单位压力，直至压入深度达到1.27cm时为止。时为止。此外，标准压力此外，标准压力ps值是用高质量标准碎石由试验求得。值是用高质量标准碎石由试验求得。 一、路基的主要病害 第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 1. 路基的沉陷与沉缩路基的沉陷与沉缩路基沉陷路基沉陷：是指路基表面在垂直方向产生：是指路基表面在垂直方

23、向产生大的沉落大的沉落，主要是由于路，主要是由于路基下部基下部天然地基承载能力不足天然地基承载能力不足，在路基自重的作用下引起，在路基自重的作用下引起下陷下陷或向两或向两侧侧挤出挤出而造成的。而造成的。路基沉缩路基沉缩：是由于路基：是由于路基填料选择不当填料选择不当或或填筑方法不合理填筑方法不合理或或压实度不压实度不足足，在路基堤身内部形成过湿的夹层等因素，在荷载和水温综合作用，在路基堤身内部形成过湿的夹层等因素，在荷载和水温综合作用下引起的，一般下引起的，一般沉降量不大沉降量不大。图图2-25 路基的沉陷和沉缩（路基的沉陷和沉缩（P49）a）路基沉陷及）路基沉陷及 b）路基）路基沉缩沉缩 c）地基）地基沉陷沉陷一、路基的主要病害 第五节第五节 路基的变形、破坏及防治路基的变形、破坏及防治 2. 边坡滑塌边坡滑塌 溜方溜方：由于：由于少量土体少量土体沿土质边坡向下沿土质边坡向下移动移动而形成。通常指而形成。通常指的是边坡上表面薄层土体下溜，主要是由于的是边坡上表面薄层土体下溜，主要是由于流动水冲刷流动水冲刷边边坡或坡或施工不当施工不当而引起的。而引起的。 图图2-26 路基边坡溜方（路基边坡溜方（P49）滑坡滑坡：一部分土体在：一部分土体在重力作用重力作用下下沿某一滑动面滑动沿某一滑动面滑动。主要。主要是由于土体的是由于土体的稳定性不足稳定性不足所引