道路与桥梁工程概论6

道路与桥梁工程概论樊烽E-mail：fanfenjunzhi@Tel二节路基防护与加固设计一、防护与加固的意义边坡常年经受冰雪融化和雨水冲刷而风化剥落和变形破坏，因此需要防护和加固。

二、防护与加固工程的设施

1、植物防护

1）种草——适用于不陡于1:1的草类生长的土质边坡。

2）铺草皮——适用于边坡较陡,冲刷严重,径流速度小于1.5m/s,附近草皮来源较易地区的路基。

3）种树——主要作用是加固边坡,防止和减缓水流冲刷，防风沙，美化路容，调节气候。

2、矿料防护

1)抹面与勾缝

抹面适用于易风化软质岩石挖方边坡。一般选用石灰炉渣灰浆,石灰浆。

勾缝适用于质地坚硬,不易风化但节理裂缝多而细的岩石边坡,以防水分渗入岩层内造成病害。

2)砌石防护

为防止地面径流或河水冲刷,公路填方边坡、沿河路堤浸水部位坡面、土质路堑边坡下部的局部,以及桥涵附近坡面,可采用砌石防护。第三节挡土墙1.挡土墙的作用用于支撑路基填土或山坡土体侧压力防止边坡或山坡变形失稳的工程构造物。广泛用于支撑路基边坡、桥台、桥头引道和隧道洞口等处。一、挡土墙的种类与构造2、挡土墙的分类用于陡峭山坡的路堑底部，降低边破高度、减少开挖或者边坡防止地质不良地段的滑坡按照挡土墙设置的位置2）路堑挡土墙1）路堤挡土墙用于地形受限，需要收缩坡脚；防止陡坡堤下滑。3）路肩挡土墙a）用于陡坡路堤，为保证路堤稳定，收缩坡脚；b）为防止沿河路堤受水流冲刷和淘刷。用以支挡山坡上可能滑坍的覆盖层土体或破碎岩层（需要时可分设数道）4）山坡挡土墙1）重力式按照挡土墙结构功能分2）半重力式3）衡重式按照挡土墙结构形式分实心式垛式

锚杆式

加筋土挡土墙锚定板式

3、挡土墙的构造组成1）墙背

4）衡重式墙适用于山区地形陡峻处的路肩墙和路堤墙，也可用于路堑墙。上墙俯斜墙背的坡度1：0.25～1：0.45，下墙仰斜墙背在1：0.25左右，上下墙的墙高比一般采用2：3

。3）凸形折线墙背多用于路堑墙，也可用于路肩墙。上下墙的墙高比一般采用2：3。第二节挡土墙的构造与布置2）俯斜墙背适用于路堤墙、路肩墙。常用1：0.2～1：0.4，不超过4m的低墙可用垂直墙背。1）仰斜墙背适用于路堑墙及墙趾处地面平坦的路肩墙或路堤墙。仰斜墙背的坡度不宜缓于1：0.3，通常在1：0.15～1：0.25。墙顶最小宽度不小于0.4m。浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽，厚40cm。如不做顶帽，对路堤墙和路堑墙，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝，或用5号砂浆抹平顶面，砂浆厚2cm。干砌挡土墙墙顶50cm高度内，应用25号砂浆砌筑，以增加墙身稳定。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6m。

2）墙顶3）基础1）大多数挡土墙都直接修筑在天然地基上。a）墙趾或墙踵部分加宽；b）钢筋混凝土底板；c）换填地基；d）台阶基础；e）拱形基础2）地基为软弱土层时，可采用砂砾、碎石、矿渣或灰土等材料予以换填。

3）当挡土墙修筑在陡坡上，而地基又为完整、稳固、对基础不产生侧压力的坚硬岸石时，可设置台阶基础，以减少基坑开挖和节省圬工。

4）基础埋置深度

一般土类埋置深度为1m；当挡土墙位于地质不良地段，地基土内可能出现滑动面时，应进行地基抗滑稳定性验算，将基础底面埋置在滑动面以下，或采用其它措施，以防止挡土墙滑动。应在墙前地面以上设一排泄水孔。墙高时，可在墙上部加设一排汇水孔。孔眼间距一般为2～3m，孔眼上下错开布置。下排排水孔的出口应高出墙前地面或墙前水位0.3m。为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层，以免孔道阻塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层。4）排水设施5）伸缩缝设计时，一般沿路线方向每隔10～15m设置一道，缝宽2～3cm，缝内一般可用沥青麻筋等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞。沉降伸缩缝基地线泄水孔路线纵坡锥坡挡土墙正面图

土压力当挡土墙静止不动土体处于弹性平衡状态时土对墙的压力当挡土墙向离开土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在墙上的土压力当挡土墙向土体方向偏移至土体达到极限平衡状态时，作用在挡土墙上的土压力二、挡土墙土压力计算1、一般条件下库伦主动土压力计算（一）库仑理论的假设1.假设墙背填料为均质散粒体，仅有内摩擦力，而无粘聚力。2.当墙背向外移动或饶墙趾外倾时，墙背填料会出现一通过墙踵的破裂面，设为平面。3.破裂面上的土楔为刚性体。（二）库仑主动土压力公式的推导（破裂面交于内边坡时）1.力的大小由正弦定理：2.最大主动土压力——最危险破裂面的确定当参数ψ、j、δ、α、β固定时，Ea随破裂面的位置而变化，即Ea是破裂角θ的函数。为求最大土压力Ea

，可以用求驻点的办法，得到如上图边界条件的最大土压力公式和最危险破裂角如下：其中：假定地面水平：β=0；墙面垂直：α=0；墙背光滑没有摩擦力：δ=0。因此：2、郎肯土压力计算3、力的作用点位置：压力图形的重心所处高度。4、破裂面位于其他位置时由于静力平衡条件不变，破裂面交于路基表面和外边坡时，只需要改变土楔重力G的表达式，同时在土压应力分布图中叠加车辆荷载，就能得到类似的表达式。如下图：破裂面交于外边坡三、作用在挡土墙上的荷载1）荷载分类2）荷载计算换算土柱q1——车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2m，取20kPa；墙高大于10m，取10kPa；墙高在2～10m之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。q2——作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为3kPa。q3——作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用0.75kN/m，作用于栏杆扶手上的竖向力采用1kPa。是否考虑附加荷载由实际情况决定原则：根据挡土墙所处的具体工作条件、最不利组合一般地区仅考虑主要力系浸水地区考虑附加力地震区考虑地震力四、不同条件下荷载组合承载力极限状态是当挡土墙出现以下任何一种状态，即认为超过了承载力极限状态：1）整个挡土墙或挡土墙的一部分作为刚体失去平衡；2）挡土墙构件或连接部件因材料强度超过而破坏，或因过度塑性变形而不适于继续承载；3）挡土墙结构变为机动体系或局部失去平衡。结构的承载力极限状态和正常使用极限状态正常使用极限状态是挡土墙出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：1）影响正常使用或外观变形；2）影响正常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；3）影响正常使用的其它特定状态。——结构重要性系数;

S—作用（或荷载）效应的组合设计值；R—挡土墙结构抗力；Rk—抗力材料的强度标准值；gf—结构材料、岩土性能的分项系数；ad—结构或结构构件几何参数的设计值，当无可靠数据时，可以用几何参数标准值。我国现行规范规定公路挡土墙的构件分析采用承载力极限状态的分项安全系数法为主的设计法，表达式为：承载能力极限状态作用（或荷载）分项系数稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移稳定验算；地基的承载力验算；墙身强度验算。五、挡土墙的计算1、倾覆稳定性验算抗倾覆安全系数2、滑动稳定性验算抗滑安全系数增加挡土墙稳定性的措施

1.增加抗滑稳定性的方法土质地基，不陡1:5；岩石地基，不陡于1:3凸榫的高度按照抗滑稳定性要求设计，高宽比满足污工刚性角的要求倾斜基底凸榫基底2.增加抗倾覆稳定性的方法展宽墙趾改变墙面及墙背坡度改变墙身断面类型第一节土基压实土基压实的目的提高路基强度与稳定性的根本措施之一改善土工程性质的一种经济合理措施第四章路基建筑一、影响压实效果的因素1．含水量对压实效果的影响对压实效果较显著最大干密度ρ0所对应的含水量——最佳含水量ω0

（击实试验）施工：过大，“弹簧”；过小，压不实含水量干容重ω0ρ02．土质对压实效果的影响粉粒，粘粒越多，ω愈大，ρ愈小3．压实功对压实的影响ω随压实功增大而减小ρ随压实功增大而增大

控制ω比增大压实功收效大2、土基压实度压实度：土压实后的干密度与该土的标准最大干密度之比。k=ρd/ρO*100%压实度的选择关系到土基受力；公路等级；施工条件等二、路基的强度和压实度

1、强度

路床土和路堤的强度用CBR表示。

CBR——加州承载比。用标准试件在贯入量为2.5mm时所施加的荷载与标准碎石在相同贯入量时所施加的荷载之比值。第二节路基填筑施工准备

基底处理

分层填筑摊铺平整洒水晾晒碾压夯实路基整修

检验签证准备阶段

施工阶段

基路整修

一、路堤填筑施工的工艺流程图地面横坡较陡,挖台阶再填筑1．料场选择强度高、水稳定性好，便于施工压实的土、石为宜2．基底处理原地面的处理措施：使填土与原来表土密切结合。1）密实稳定的土质基底较缓时，不作处理：直接在地面上修筑路堤i=1:10~1:5，除草皮，杂物（深度≮15cm）

i>1:5较陡时，除草皮，杂物后，挖台阶(宽≮1m)i>1:2.5，外坡角特殊处理（护脚）2）耕地或松土基底清除有机土，种植土——压实——填筑深耕地（>30cm）：翻松，打碎——整平——压实水田：排水，疏干——换填土（基底处理）清表3．填筑（1）水平分层填筑法：全宽水平分层（2）纵向分层填筑法：沿纵坡分层14235纵向分层水平分层适宜的铺层厚度和所需的压实遍数应通过现场压实试验确定。

压实土层的最大厚度由机械所能压实达到要求的有效深度来控制，它取决于压实机械的类型和功能、土的性状和压实要求。（3）横向填筑法沿路线中心方向逐步向前——深坡陡谷不易压实，尽量采用混合填筑（4）混合填筑法上部经分层填筑，获得需要的压实度横向填筑混合填筑2）沿横断面一侧填筑的方法加宽旧路堤时：（1）与旧路堤相同或相近的土；或透水性较佳的土（2）除草，挖台阶（3）分层夯实半填半挖陡坡路基：清基底表层松土，再挖1——2米台阶，坡脚附近宜宽一些12343）不同土质路堤填筑（1）分层，不得混填;（2）稳定性好的土填在上部;（3）透水性差的土在下面时，做成4%双向横坡;（4）透水性小的土不应覆盖在透水性大的土的边坡上。填石路堤：（1）易风化石块：不宜作路堤填料，边坡和形状按土质路堤处理（推土机推平——压路机碾压）。（2）不易风化石块：高等级公路：必须分层填筑，分层压实一般公路：路堤下部可采用倾填，边坡采用硬质石料码砌1~2米厚；规定：高等级公路填石路堤路床顶面以下50cm范围内应填筑路床要求的土并分层压实。其他公路为30cm。4.压实机具的选择目前，压实机械的种类很多，按照压实原理，基本上可分为静碾、夯击和震动三大类。静力碾压式：（光面碾，羊足碾，气胎碾）粘性土夯击式：粘性土振动式：砂性土为保证工程质量和提高压实效果，在组织压实操作时，一般应遵循：1）压实机械宜先轻后重；2）碾压速度应先慢后快；3)压实路线应由两侧向中间；4)相邻行程：碾压时，横向轮迹一般重叠0.4~0.5m，对三轮压路机则重叠后轮宽的一半；前后相邻区段应重叠1.0~1.5m，以达到无漏压、无死角，确保压实均匀。羊足碾轮胎碾光面碾5、碾压工序的控制1．施工现场取土做标准击实试验，得到最大干密度和最佳含水量2．确定工地要求的压实度k3．摊铺（厚度）4．碾压预压整平速度适中先慢后快，先轻后重先两边后中间5．检测压实度k6．下一层铺筑第三节

石方爆破

在山区或某些丘陵地区修筑路基时，常需挖掘岩石。岩石的开挖，除了用机械或人工直接开挖的软石和强风化岩石外，均应采用爆破方法，路基石方爆破作业包括以下步骤：1.对预定要开挖的路基断面，提出爆破方案，确定爆破方法，选择药包位置，并清除覆盖土及松散石层，对爆破器材进行检查与试验；2.钻炮孔或挖导洞和药室；3.在炮孔或药室内装填炸药和安置起爆材料，并加以堵塞，敷设起爆网路；

4.设置警戒，撤离人员，用点火或通电使炸药爆炸（起爆）；

5.处理瞎炮，解除警戒，在用各种机具清除岩石碎块（清方），测定爆破效果；

6.反复施行爆炸，直到形成整个路基。1、药包的爆破作用：用圈反映，有压缩圈、抛掷圈、松动圈和震动圈。

根据药包埋置深度大于松动圈半径时，则爆破后地表没有破坏迹象，称为内部爆破，当药包埋置深度小于松动圈半径但大于抛掷圈半径时，爆破后地表的岩石只破碎和松动，称为松动爆破，当药包埋置深度小于抛掷圈半径时，爆破后部分碎块会被抛出，称为抛掷爆破。二、药包计算原理：

一、爆炸材料：炸药、起爆材料（导火索、雷管、导爆索或导爆管）2、药包的计算方法：

Q=KVQ为药包装药量（kg）；V为该药包所需爆破的岩土体积（m³）K为比