路基工程教案7和8章

《路基工程》讲义宋高嵩哈尔滨理工大学第七章挡土墙设计本章的主要内容：1、挡土墙设计一般介绍;2、各种边界条件下的土压力计算;3、重力式挡土墙设计与稳定性验算;4、特殊条件下挡土墙设计;5、轻型挡土墙设计特点;6、加筋挡土墙设计。本章重点：重力式挡土墙设计与稳定性验算;7－１概述一、挡土墙的用途：1、挡土墙是用来支撑天然边坡或从工填土边坡以保持土体稳定的建筑物（使边坡稳定、减少占地和土方量），广泛应用于公路、铁路、水利及其土建工程。在公路工程中，挡土墙广泛应用于支撑路堤或路堑边坡，隧道洞口，桥梁两端及河流岸等。2、公路工程遇到下列情况时可考虑修建挡墙：1）

基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地段；2）

避免大量挖空方及降低边坡高度的路堑地段；3）

可能产生塌方滑坡的不良地质路段；4）

水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段；5）

为节约用地减少拆迁或少占农田的地段；6）为保护重要建筑物生态环境或其它特殊需要的地段

二、挡土墙的类型：１、按所在位置分：Ｐ１０６路堑挡墙——设在路堑底部，支撑不稳定的路堑边坡；路堤挡墙——防止基边坡功基底滑动，确保路基稳定；路肩挡墙——收缩填土坡脚，减少填方数量和占地；山坡挡墙——防止山坡土质对路基产生破坏２、按材料分——石砌、砖砌、砼、钢筋砼、加筋土。３、按结构分：重力式——垛式，衡重式——自重支撑土压力；半重力式；悬壁式图６－５；扶壁式图６－６；垛式；柱式；锚杆式和锚定板式（图６－４）（图６－３）；加筋土挡土墙——由填土、拉筋、面板三部分组成。三、加筋土挡墙简介：1、原理——是填土与拉筋之间的摩擦力作用；2、发展情况——1963年法国学者亨利维达尔发明，1965年世建修建第和座加筋土地墙，高达43m；3、特点：A）属柔性结构物，搞裂性强，节约用地，造型美观；B）

面板拉筋预先制作，施工快速；C）造价低，可节省造价30—70%，经济效益大。浆砌石挡墙施工水泥砂浆拌和7－２重力式挡墙的构造与布置一、墙身断面形式及其特点：１1、仰斜式；２、直立式；３、俯斜式；４、衡重式５、凸型折线式二、断面尺寸——Ｐ１２６一般用数据三、基础——修在天然地基上的浅基础１、在不平坦地形，基础修成台阶形：l

横向——宽：高＝１：２；l

纵向——宽：高＝２：１。２、基础的埋置深度l

对于土质地基：Ａ）无冲刷时，应在天然地面以下至少１m；Ｂ）有冲刷时，应在冲刷线以下至少１m；Ｃ）受冻冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m，当冻深超过１m时，采用1.25m但基底应夯填一定厚度的砂石或碎石垫层位于冻结线以下到少0.25;l

对于碎石、砾石和砂类地基：Ａ）不考虑冻胀影响——基础埋深≮１m；Ｂ）保证足够的安全襟边Ｌ＝２h.

四、排水设施：1．

地面排水；2．

墙身排水五、沉降缝与伸缩缝：１、为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂而设置沉降缝；２、为了防止圬工砌体因收缩硬化各温度变化而产生裂缝，应设置伸缩缝；一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，每隔10-15m设一道，缝宽2-3cm；缝内填以沥青麻筋或沥青木板等

六、挡土墙的布置：１、挡墙位置的选定：路堑挡土墙——大多数设在边沟外侧；路肩挡墙——应保证路基宽度布设，减少占地和填方；路堤挡墙——与路肩墙经济比较后，确定墙的位置；浸水挡墙——保证过水断面，不致辞挤压河道，引起局部冲刷。２、挡墙的平面布置——标出挡墙与路线的平面位置，地貌，地物等情况。３、挡墙的纵向布置——绘制起讫点，标高最大处，基础变异处，墙长，分段长，沉降伸缩缝位置，泄水孔布置等。4、挡墙的横向布置——选择在墙高最处，墙身断面或工础形式有变异处以及其它必须桩号处的横断面上进行。

7－３挡土墙的土压力计算一、作用在挡土墙上的力系：主要力系（主要土压力）、附加力系、特殊力主要力系—1、墙体的自重G。2、主动土压力Ea——墙后3、被动土压力Ep——墙前4、基底的法向力N与摩擦力T附加力系——季节性作用于挡墙的各种力。如洪水时的静水压力、浮力、动水压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等；特殊力系——偶然出现的力。如地震力、施工荷载、水流的撞击力等二、库仑理论假定：1、土体是均匀松散颗粒的，颗粒仅有磨阻力而无粘力；2、破裂面为平面；3、土的体视为刚体

三、各种边界条件下主动土压力计算１、按破裂面交于路基路面的位置不同分为５种图示——破裂面交于内边坡、荷载内侧、中部、和外侧、交于外边坡2、土压力计算——破裂面交于内边坡土压力的水平和垂直力分别为：3、其它边界条件土压力计算——略Ｐ１１２－１１４4、衡重式挡墙——出现第二破裂面的条件Ｐ１１６l

墙背或假想墙背的倾角

必须大于第二破裂面的倾角

——即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面出现；l

在墙背或假想墙面上产生的抗滑力必须大于其下滑力即

使破裂

体不会沿墙背或假想墙背下滑。

三、关于粘性土的土压力计算：１、等值内摩擦角法：按换算前后土的抗剪强度相等的原则或土压力相等的原则来计算D值。通常把粘性土的内摩擦角值增大5°～10°，或采用等效内摩擦角D为30°～35°。２、考虑粘结力影响，土压力关少，挡墙高度变为代替挡墙高：（7-33）式中:c——填料的单位粘聚力，千帕或千牛/平方米。在垂直裂缝区范围内，竖直面上的侧压力等于零，因此在此范围内不计土压力。四、被动土压力计算

根据库伦理论，按照推导主动土压力公式的原理，由图7-26可得当地面为一平面时的被动土压力公式为：

五、车辆荷载的换算

作用于墙后破裂棱体上的车辆荷载，使土体中出现附加的竖直应力，从而产生附加的侧向压力。考虑到这种影响，可将车辆荷载近似地按均布荷载考虑，换算成容重与墙后填料相同的均布土层。车辆活载引起的附加侧压力按等代均布土层厚度计算：(7-42)式中：

h0——换算土层厚度(米)；q——车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2米，取20千牛/米；墙高大于10米，取10千牛/平方米；墙高在2~10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算；作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为3千牛/平方米；作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用0.75千牛平方米，作用于栏杆扶手上的竖向力采用1千牛/平方米；γ——墙背填土的重度(千牛/立方米)。7－４挡土墙设计一、挡墙的设计原则：容许应力法——旧规范；分项安全系数极限状态法——新规范。１、挡墙承载能力极限状态——出现以下任何一种情况，即认为超过了承载能力极限状态。l

整个挡墙或挡墙的一部分作为刚体失去平衡；l

挡墙构件或联结部件因材料台度被超过而破坏，或因过渡塑性变形而不适于继续承载；挡墙结构变为机动体系或局部丧失稳定。挡土墙构件承载能力极限状态设计采用的一般表达式

2、正常使用极限状态——出现下列状态之一，即认为超过了正常使用极限状态：l

影响正常使用或外观变形；l

影响下常使用或耐久性的局部破坏（包括裂缝）；l

影响下常使用的其它状态。

二、作用于挡墙的力１、挡墙自重Ｇ及位于墙上的衡载；２、墙后土体的主动土压力

；３、基底的法向分子（反力Ｎ）和摩擦力Ｆ；４、墙前土体的被动土压力

；５、对于浸水挡土墙——尚应包括常水位时的静水压力和浮力：l

附加力——季节性作用于挡墙的各种力。如洪水时的静水压力、浮力、动水压力、波浪冲击力、冻胀压力以及冰压力等；l特殊力——偶然出现的力。如地震力、施工荷载、水流的撞击力等。三、作用于挡墙的荷载及荷载组合：１、作用于挡墙的荷载——Ｐ１３０表６－３l

恒载——挡墙自重（包括基础以上土自重），填土侧压力（土压力），墙顶上荷载，有效荷载预加力；l

可变荷载——汽车引起的土侧压力，浮力、静水压力、动水压力、波浪压力、冻胀力、冰压力；l

温度或施工荷载——温度变化的影响及施工临时荷载。2、常用荷载组合——Ｐ１３０表６－４

四、挡墙的设计验算项目：1.抗滑稳定性验算为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其它外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。如图7-29所示，挡土墙的滑动稳定方程与抗滑稳定系数按下列公式计算：（1)滑动稳定方程：[1.1G+γQ1(Ey+Extanα0)－γQ2Eptanα0]μ+(1.1G+γQ1Ey)tanα0－γQ1Ex＋γQ1Ep>0(2)抗滑动稳定系数Kc按下式计算(3)增加抗滑稳定性的方法①设置倾斜基底

②采用凸榫基础（图7-28）2.抗倾覆稳定性验算为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力（1)倾覆稳定方程：0.8GZG+γQ1(EyZx－ExZy)+γQ2EPZP>0（2)抗倾覆稳定系数K0按下式计算：

(3)增加抗倾覆稳定性的方法

①展宽墙趾在墙趾处展宽基础以增加稳定力臂，是增加抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较陡处，会由此引起墙高增加。②改变墙面及墙背坡度改缓墙面坡度可增加稳定力臂，如图7-31（a），改陡俯斜墙背或改缓仰斜墙背可减少土压力，如图7-31（b），（c）。在地面纵坡较陡处，均须注意对墙高的影响。③改变墙身断面类型当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立。这时可改变墙身断面类型，如改用衡重式墙或者墙后加设卸荷平台、卸荷板（图7-32），以减少土压力并增加稳定力矩。

3.基底应力及合力偏心距验算

为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算，同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。（1）基础地面的压应力①轴心荷载作用时②偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e为

（2)地基承载力抗力值地基应力的设计值应满足地基承载力的抗力值，应满足以下格式。①当轴向荷载作用时（7-58）式中:σ—基础地面的压应力KN；f——地基承载力抗力值，kPa。②)当偏心荷载作用时：(7-59)③地基承载力抗力值的规定

当挡土墙的基础宽度大于3米或埋置深度大于0.5米时，除岩石地基外，地基承载应力抗力值按下式计算：

4.墙身截面强度验算为了保证墙身具有足够的强度，应根据经验选择1～2个控制断面进行验算，如墙身底部、1/2墙高处、上下墙（凸形及衡重式墙）交界处（图7-34）。重力式挡土墙按承载能力极限状态设计时，在某一类作用(或荷载)效应组合下，作用(或荷载)效应的组合设计值可按公式(7-61)计算。S=ΨZL(γGΣSGik+ΣγQiSQik)挡土墙构件轴心或偏心受压时，正截面强度和稳定按下列公式计算。计算强度时：(7-62)计算稳定时：

第七章思考题1.什么是挡土墙？分析各类挡土墙的结构特点和使用条件？2.重力式挡土墙的基础类型是什么？对基础的埋置深度是如何要求的？3.重力式挡土墙的墙顶宽度和排水设施是如何规定要求的？4.重力式挡土墙为什么要设置沉降伸缩缝？如何要求？5.简述挡土墙土压力的计算原理和注意事项？6.重力式挡土墙的设计验算项目有哪些？若不符合要求，应采取哪些措施？7.某二级公路路堤挡土墙，墙身采用浆砌片石重力式挡土墙，墙高H=7.8米，墙顶以上填土高h=2.0米，填土边坡坡度为1:1.5，墙背倾斜角α=14002`，墙背坡度1:0.25，墙身分段长度13米，墙背填土为碎石土，取Φ=450，γ=19千牛/立方米，墙背与填土的摩擦角δ=Φ/2，基底摩擦系数μ=0.45，地基承载能力f=205千帕，墙身砌体密度γa=24.5千牛/立方米，墙身材料的抗压极限强度Ra=399千帕。试按俯斜式挡土墙和仰斜式挡土墙分别进行设计验算。8.简述浸水挡土墙的设计方法？9.简述轻型挡土墙有哪些？设计方法有何不同？第八章土质路基施工本章主要内容：1、路基施工前的准备工作与施工的组织和管理;2、路基施工方法、方案选择与机械施工要点;3、路基压实、质量检查与验收。本章重点:1、路基施工方法、方案选择;2、路基压实与施工质量检查与控制。8－１概述一、

路基施工的重要性：1、设计面广、因素多、设计阶段难以尽善，只有在施工中进一步完善2、路基的施工质量直接影响路面质量——路基是路面的基础3、路基土石方量数量大：占总工程量的６０－７０％。二、路基施工的基本方法Ｐ２０６１、人工施工——使用手工具，它效率低，劳动强度大，进度缓慢；２、简易机械化施工——使用简易机械，以人力为主的一种特色方法；３、水力机械化施工——水泵，水枪等水力机械；４、爆破法施工——山区石质路基施工采用；５、机械化施工——使用配套机械，劳动台度低，施工进度快，质量高。l

施工方法的选择——应根据工程性质，工程数量，施工期限，以及可能获得的人力和机械设备等条件综合考虑。

三、路基施工的一般程序与内容（一）、路基施工前的准备工作：１、组织准备：l

建立和健全施工任务和管理机构——项目经理部；l

制定施工管理制度，明确分工，落实责任；l

与有关单位及个人签定协议，在动工前将各种拆迁和征地处理完毕；２、物资准备：l

材料，机具设备的购量，调配，运输和储存；l

临时道路及工程房屋的修建；l

供水，供电，通讯及必须的生活福利设施的安装建设等。施工概况图项目经理部-方针目标l

施工材料的储存振动式压路机临时驻地

３、技术准备：l

审核，熟悉设计文件，现场调查；l

编制施工组织计划：Ａ）施工进度计划；Ｂ）劳动安排计划；Ｃ）材料，机具供应计划；l施工测量——中线测量一律采用坐标法，测量仪器——全站仪不得采用钢尺放样。l

清理施工现场——砍树，挖根（二）路基施工的基本工作：路基与小型人工构造物的施工、路基工程的检查与验收

1、路基施工——开挖路堑，沿路线纵向与横向运土；填筑路堤，压实土基；整平路基表面，整修边坡土方（ⅠⅡⅢ），石方（ⅣⅤⅥ）工程；路基排水；防护设施２、

人工构造物——小桥，涵洞，挡墙及地下排水设施；３、

路基工程的检查与验收——工程的位置，标高，断面尺寸，压实度及砌筑质量。中线的复测和固定土方路基施工路基顶面施工培路肩施工边坡砌石防护8－２

土质路基施工一、

路堤的填筑1、基本要求：Ａ）注意施工环境工作——不允许任意扩在取土场面积，变更取土场；Ｂ）充分利用表土资源——施工时，应将表土剥离到路基基底两侧，用于坡面防护或造田。2、路基填筑应注意的问题：（1）基底处理：Ａ）原则上，横坡小于1：10，填土高度大于0.5米，基底不处理；Ｂ）主线路基范围攻内的草皮，树根应全部清除干净，原地面坑槽或挖空心思树根后坑槽应用原土填平，树根弃至路线看不见位置。Ｃ）施工前，对土质基底必须进行填前碾压，压实度≮８５％；Ｄ）搞好路基排水——有排水设计应按设计开挖土质边沟，无排水沟设计，应在路基两侧挖0.6m，上口宽1.2m三角形或梯形边沟；Ｅ）基底原状土的强度不符合时，应换填≮３０cm分层压实；Ｆ）应及时清除地表杂草，积水，淤泥，杂物；Ｇ）横坡

较大时，采取开挖大台阶方案，或设护脚，挡墙。(2)、填料选择——就地取材，应满足ＣＢＲ值要求。（3）、填土压实——保证质量的关键

表8-1路基填方材料最小强度和最大粒径表项目分类（路面底面以下深度）填料最小强度（CBR）（%）粒料最大粒径（厘米）高速公路及一级公路二级公路三、四级公路填方路基上路床（0～30厘米）86510下路床（30～80厘米）54310上路堤（80～150厘米）43315下路堤（>150厘米）32215零填及挖方路基0～30厘米8651030-～80厘米54310土方路基施工

3、填筑的基本方案：Ａ）分层填筑法Ｂ）竖向填筑法Ｃ）混合法

二、

路堑的开挖１、

路堑开挖就注意的问题：Ａ）保证顺利排水：设计和施工应考虑排除地下毛细水上升和地表水下渗时路槽下砂垫层的位置；遇到地下水时没暗沟或渗沟；就意水土保持措施方案执行。Ｂ）废方的处理——尽可能地还田，美化环境。Ｃ）注意边坡的稳定——边坡坡率按规范规定选取，但要结合路线附近已建工程的人工边坡及自然山坡稳定状况进行核对调整，且坡率的确定要与工程防护相结合。Ｄ）尽可能扩大工作面——保证施工安全。2、路堑开挖基本方案：Ａ）横向全宽挖掘法——Ｂ）纵向开挖法：分段纵挖法——

分层纵挖法——

通道纵挖法——Ｃ）混合法——横向全宽挖宽挖掘法和通道纵挖法混合（a）单层（b）双层：1-横剖面2-纵剖面3-平面（a）双层横向（b）双层混合1-横剖面2-平面图8-3纵向掘进示意图图8-4横向和混合掘进示意图

三、机械化施工：１、机械的选择及其选择Ｐ２１０l

常用土方机械——松土机，推土机，铲运机，平地机，挖掘机及压路机；l

常用土方机械的适用范围——Ｐ２１１表８－２。例：推土机——Ｈ≦３m，填挖土方工程运距１０－１００m以内的土方挖空心思运及铺填压实，傍山坡的半填半挖土方。l

按施工条件选择土方机械Ｐ２１２表８－３２、机械化施工应注意的问题：l

建立健全管理体制和组织机构，对施工和机械等进行纺一计划，统一管理，统一调度，保证施工的连续性；l

制订完的施工技术与机械技术管理制度，实行科学管理；l

深入调查研究，认真编制机械施工组织计划；l

选择合理的施工机械及技术操作方案；l

贯彻抓重点，兼顾一秀原则；l

加强技术培训，落实经济责任制。挖掘机推土机8－３路基压实一、土基压实的意义：填挖施工使土的结构破坏，压实使土体达到要求的结构强度，压实提高土的密实度，使土基变形减小——强度提高；使土基稳定性改善——渗透毛细作用改善。二、影响土基压实效果的主要因素：内因——土的性质（土质）和土的湿度（土的含水量）；外因——压实功能，压实方法和压实机具。

三、土基压实标准——用压实度Ｋ来表示

压实度即工地上实际达到的干密度与该土的最大干密度之比(土基的最佳含水量和最大干密度的确定—标准击实试验):项次检查项目规定值或允许偏差检查方法和频率权值高速、、一级公路