道路工程-路基设计

道路工程zz工业大学土水学院2023/10/24道路工程2第五章路基设计与施工§5-1概述§5-2土基的受力与强度§5-3路基的破坏形式与原因分析§5-4公路自然区划与土基干湿类型§5-5路基土的分类与工程性质§5-6一般路基设计§5-7路基边坡稳定性分析§5-8挡土墙设计§5-9路基施工技术2023/10/24道路工程3一.路基特点路基：在天然地表面按道路的设计线形(位置)和设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。

特点：工程数量大、耗费劳力多、涉及面广、投资高§5-1概述路基作用：

为路面结构提供足够宽度的平顺基面，它是路面的基础，是公路的承重主题。2023/10/24道路工程4§5-1概述二.路基设计一般要求足够的整体稳定性足够的强度足够的水温稳定性三.路基设计与施工内容1.设计2.施工2023/10/24道路工程5

根据当地的自然条件，并依据相关规范的规定，确定合理路基形式、断面尺寸、排水设计、坡面防护以及相应的附属设施。设计水位B1:m＞4米路基设计任务§5-1概述2023/10/24道路工程61.应根据公路功能、等级交通量结合沿线地形、地质及路用材料等自然条件进行设计，保证其具有足够的强度、稳定性和耐久性，路面应平整抗滑。2.路基设计应重视排水设计与防护设施的设计。3.路基断面形式应与农田水利相结合、与沿线自然环境相协调，避免深挖和高填。4.应与线路设计相配合，通过特殊地质与水文条件的路段，应查明情况，综合治理。路基设计一般规定§5-1概述2023/10/24道路工程7§5-2土基的受力与强度一.路基的受力与路基工作区

路基中的应力有两类，一是土体自重本身产生的应力称为自重应力σcz，其随深度而线性增加。

σcz=γZ

还有一类就是由车辆等外部荷载产生的应力称为附加应力σz，附加应力随深度而迅速减小，可近似表达为σz=KP/Z2

2023/10/24道路工程8二.土基的强度指标1.土基的应力应变特征§5-2土基的受力与强度2023/10/24道路工程92.表征土的强度指标土基回弹模量地基反应模量加州承载比§5-2土基的受力与强度2023/10/24道路工程10§5-3路基的破坏形式及原因分析一.路基的主要病害路基常见的路基病害现象如下：

1．路堤沉陷

2.边坡溜方、滑坡及风蚀

3.路堤沿地基滑动

4.路基冻胀与翻浆

5.路堤坍散

6.边坡崩塌和碎落

7.其他类型破坏

塌方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象称为路堤沉陷。沉陷是不均匀的，严重时会破坏局部路段造成交通中断。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷两种。沉陷2023/10/24道路工程11§5-3路基的破坏形式及原因分析2023/10/24道路工程12

其他类型破坏：

如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以导致路基的大规模毁坏。在公路勘测中，要求尽可能避开这些地区或采取相应的技术措施，保证公路的正常使用。§5-3路基的破坏形式及原因分析2023/10/24道路工程13

主要原因归纳起来有如下几种：（1）不良地质地貌条件：

路基病害多出现在土质较差、岩性松软、风化严重以及地质构造复杂等不利的路段。（2）不良水文及水文地质条件：

水分的浸入土体会增加自重，强度下降；水分渗入岩石节理会带走或软化其中的填充的次生矿物，削弱岩块间连接；水流冲刷坡脚，使坡体失去支撑。地下水的活动会降低坡体的稳定性，土的湿度增加还会降低路基土的强度。（3）气候地震等因素：气温、风雪、暴雨、地震等都可能引起路基病害的发生。

低温会使路基产生冻害，雨雪易会引发滑坡、泥石流，地震会使岩体结构松散破碎，土层液化等。（4）设计、施工及养护等原因：

路基横断面尺寸不合理，施工方法不当、路基压实欠佳、排水不畅、防护及加固措施不妥，养护不到位不及时等都会产生或加剧病害。§5-3路基的破坏形式及原因分析2023/10/24道路工程14§5-4公路自然区划与路基干湿类型一。区划原则及分区:

1.道路工程特征相似原则

2.地表气候区划差异性原则

3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则2023/10/24道路工程15

分三级区划

1.一级区划

2.二级区划

3.三级区划§5-4公路自然区划与路基干湿类型2023/10/24道路工程16二。路基干湿类型划分

1.路基湿度来源

大气降水，地面水，地下水，毛细水，水蒸气凝结水，薄膜水冻胀现象

2.路基干湿类型

干湿状态：干燥，中湿，潮湿，过湿

3.

分类标准：(1)土的稠度：wc=(wl-w)/(wl-wp)(2)临界高度：H§5-4公路自然区划与路基干湿类型2023/10/24道路工程17

（1）已建公路：稠度

路基干湿类型与分界相对稠度的关系一般特性干燥>wc1

路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表水的影响，路基高度H>H1中湿>wc2

路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内，路基高度H2<H≤H1潮湿>wc3

路基上部土层处于地下水或地表水毛细影响区内，路基高度H3<H≤H2过湿≤wc3

路基不稳定、冰冻区春融翻浆，非冰冻区雨季软弹，路基经处理后方可铺筑路面，路基高度H<H34.指标的选用：路基干湿类型划分2023/10/24道路工程182.4.2温度变化对路基路面的影响（2）待建公路：临界高度(1)H1相对应于wc1，为干燥和中湿状态的分界标准；

(2)H2相对应于wc2，为中湿与潮湿状态的分界标准；(3)H3相对应于wc3，为潮湿和过湿状态的分界标准。4.指标的选用：路基干湿类型划分2023/10/24道路工程19三。路基水温状况及对路基稳定性影响四。保证路基强度和稳定性的措施§5-4公路自然区划与路基干湿类型2023/10/24道路工程20一。路基土的分类按土的颗粒组成特征分为四类:

巨粒土粗粒土细粒土特殊土d(mm)砾石砂粒粉粒粘粒胶粒6020.0750.0050.0020.250.5520粗

中

细粗

中

细粗粒细粒巨粒§5-5路基土的分类与工程性质2023/10/24道路工程21漂石土

卵石土砂类土粘质土黄土膨胀土盐渍质土

红粘土有机质土

粉质土

砾类土

巨粒土粗粒土细粒土特殊土土§5-5路基土的分类与工程性质2023/10/24道路工程22一、典型横断面与构造1.路基典型横断面路堤：指用岩土填筑而成的结构物路堑：指全部在原地面开挖而成的结构物挖填结合路基：指原地面横坡度较大，且路基较宽，往往需要一侧开挖，一侧填筑而成的结构物。较多适用于山区、丘陵区。

§5-6一般路基设计2023/10/24道路工程23依据路堤高度分类矮路堤：h＜1.0～1.5m

一般路堤：h＝1.5～18m高路堤：土质h≥18m

岩质

h≥20m适应于平坦地区或者取土困难地区需要设边沟

需对土基作特殊处理：工作区深度压实度

水

砂垫层可在路基两侧设取土坑

土方量特别大，占地多；行车条件差

宜采用折线型或梯形边坡。

典型横断面与构造2023/10/24道路工程24当地面边坡陡于1：5时

当地面边坡陡于1：2时

注意事项土质地面：须将原地面挖成台阶,台阶宽度大于1m，台阶向内倾斜1～2%坡度

石质地面：凿毛

宜设置石砌护脚－还起到减少填方数量和压缩路基占地宽度地作用。

倾斜地面上方坡脚，须采取措施阻止地面水渗入路堤内。

典型横断面与构造2023/10/24道路工程25一般路堤

a、护坡道宽度：当路基边缘与路侧取土坑高差h大于2m，b＝1m；h大于6m，b＝2m。

b、取土坑放置应尽量少占耕地，当路基填土高度不大时，可只设边沟，不设取土坑。

C、路堤边坡应根据填料种类，路堤高度来综合确定。

d、护坡道作用：保护填方坡脚不受流水侵害，使填方边坡稳定

典型横断面与构造2023/10/24道路工程26沿河路堤

a、路堤高度应高出设计洪水位0.5m（无波），设计洪水位＋澭水高度＋浪高＋0.5m。b、常水位以下路堤边坡不得陡于1：2c、路基边坡加固类型，应根据河流冲刷情况来确定。

典型横断面与构造2023/10/24道路工程27典型横断面与构造2.路基的基本构造（1）路基宽度（2）路基高度（3）路基边坡坡度3.弯道横断面的超高与加宽（1）超高及超高缓和段（2）加宽及加宽缓和段4.路基横断面设计5.土石方调配与计算2023/10/24道路工程28位置：数量、土质、运输条件、自然环境有关。

平坦区：设在路堤两侧（取土量较小时）

河水淹没桥头引道近旁，不允许设置取土坑。

当地面坡度较陡时，取土坑宜设在路堤上侧。

6.路基附属设施(1)取土坑当H≥2m，b＝1m当H≥6m，b＝2m

2023/10/24道路工程29原则：①填补地面坑洞、田洼地②尽量占荒地1、一般做成梯形断面，边坡不宜陡于1：1.5，高度不宜超过3m。2、当原地面坦于1：50，路旁两侧均可设弃土堆3、当坡度较陡时，宜将弃土堆设在下侧。4、对于沿河路堤废方，检查是否压缩河道。

d≥3.0mdmax＝H＋5.0m(2)弃土坑路基附属设施2023/10/24道路工程30(3)护坡道

目的：加宽边坡横距，减少边坡平均坡度。

(4)碎落台

碎落台设于土质或石质土的挖方边坡坡脚处，主要供零星土石碎块下落时临时堆积，以保护边沟不致阻塞，亦有护坡道的作用。路基附属设施2023/10/24道路工程31(5)堆料坪和错车道路面养护用矿质材料，可就近选择路旁合适地点堆置备用。亦可在路肩外缘设堆料坪，其面积可结合地形与材料数量而定，高级路面或采用机械化养路的路段，可以不设，或另设集中备用料场，以维护公路外形的视觉平顺和景观优美。单车道公路，由于双向行车会车和相互避让的需要，通常应每隔200～500m设置错车道一处路基附属设施2023/10/24道路工程32二.路基边坡防护与加固设计1.防护与加固的要求和分类2.坡面防护3.冲刷防护2023/10/24道路工程33§5-7边坡稳定性设计一。概述1。影响稳定性的因素2.边坡稳定性设计方法3.稳定性验算参数土的计算参数边坡取值

4.汽车荷载当量计算2023/10/24道路工程34二。直线法1.均质沙砾类路堤边坡2.均质沙砾类路堑边坡

K=F/T=（Gcosωtgφ+cL）/Gsinω由：dK/dω=0ctgω0=ctgθ+［2c/γh/（

tgφ+2c/γh）］1/2cscθGNTpτfθωABD§5-7边坡稳定性设计2023/10/24道路工程35将破坏角代入K表达式，得到：

Kmin=（2c/γh+

tgφ）ctgθ+2［2c/γh（tgφ+2c/γh）］1/2cscθ

当墙后为砂土时（c=0）：

K=tgφ/tgω直线滑动面法2023/10/24道路工程36

三。圆弧法

(1)通过坡脚任意选定一个可能的圆弧滑

(2)滑动面，取路线纵向为单位长度1m，将滑动土体分成若干宽度相等的土条；

(3)计算每个土条土体的重量，并将它引到圆弧线上，进行分解；

(4)求稳定系数