公路工程概論第課件

1、 第五章 路基設計與施工 主要內(nèi)容第一節(jié) 概述第二節(jié) 土基受力、路基工作區(qū)與土基力學指標第三節(jié) 路基變形破壞原因分析與綜合處治第四節(jié) 公路自然區(qū)劃與土基干濕類型第五節(jié) 路基土的分類與工程性質(zhì)第六節(jié) 一般路基設計第七節(jié) 路基邊坡穩(wěn)定性設計第八節(jié) 擋土墻設計第九節(jié) 路基施工第一節(jié) 概述一、路基特點二、路基設計的一般要求三、路基設計與施工的基本要求四、路基工程與相關(guān)公路工程的關(guān)系第一節(jié) 概述 路基是按路線位置和一定技術(shù)要求修筑的土石構(gòu)筑物，是路面的基礎，承受由路面?zhèn)鬟f而來的行車荷載作用，同時承受各種自然因素的影響。一、路基特點1、工程數(shù)量大、耗費勞力多2、涉及面廣，影響大3、投資高4、結(jié)構(gòu)形式簡單5

2、、施工安排不易6、影響因素多變第一節(jié) 概述三、路基設計與施工的基本內(nèi)容 （一）設計 1、根據(jù)路線設計確定的路基填挖高度和頂寬，結(jié)合沿線巖質(zhì)或土質(zhì)情況，設計路基橫斷面形狀和邊坡坡度。 2、根據(jù)沿線地形、地表徑流和地下水情況，進行道路排水系統(tǒng)的布置以及地面和地下排水系統(tǒng)構(gòu)造物的設計。 3、分析路基穩(wěn)定性 需要時采取坡面防護、支擋結(jié)構(gòu)或地基加固措施設計。第一節(jié) 概述三、路基設計與施工的基本內(nèi)容 （二）施工1、準備工作2、修筑路基路面3、施工管理：對施工質(zhì)量進行控制、檢查和驗收。第二節(jié)土基的受力與強度 主要內(nèi)容：一、路基的受力與路基工作區(qū)二、土基的強度指標 第二節(jié)土基的受力與強度 一、路基的受力與路基

3、工作區(qū)1、路基的受力 圖5-1 土基中沿深度的應力分布示意圖 第二節(jié)土基的受力與強度 一、路基的受力與路基工作區(qū)2、路基工作區(qū) 行車荷載在土基中產(chǎn)生的應力僅為土基自重應力的1/51/10，與土基自重引起的應力相比，車輛荷載在Za以下土基中產(chǎn)生的應力已經(jīng)很小，可忽略不計。把車輛荷載在土基中產(chǎn)生應力作用的這一深度范圍叫路基工作區(qū)。第二節(jié) 土基的受力與強度 一、路基的受力與路基工作區(qū)2、路基工作區(qū) 考慮路面厚度的路基工作區(qū)計算 二、路基的強度指標 路面的變形和破壞在很大程度上是由于路基強度不足造成的，在進行路面設計時需要對路基強度大小進行描述。 路基的強度可用一些指標進行量化。1. 土基的應力應變特

4、性 土基是一種典型的彈粘塑性體，其力學性能與理想的線彈性材料有很大不同。根據(jù)承載板試驗建立土基豎向變形l與壓力p之間的關(guān)系曲線如圖所示。 P (Mpa)P 2P 2l/ml2l10P E00 從圖中可看出土基在外荷載作用下其豎向變形與豎向壓力呈現(xiàn)三個階段的變化： 階段彈性變形階段。應力與應變 呈直線關(guān)系，應力拆出后， 應變也隨即消失。階段塑性變形階段。隨著應力增 大，應變增加較塊，應力拆 除后，部分變形不能恢復， 形成永久變形。階段破壞階段。應力繼續(xù)增加，變形急劇發(fā)展。土基失去抵抗變形能力，即產(chǎn)生破壞。土基這種應力應變的非直線關(guān)系稱作非線性特性，其應力與應變之比值（彈性模量E)不是一個常數(shù)。

5、3)反應模量文克勒地基模型 將地基假定為地基上任意點的反力與該點的撓度成正比，與其他點無關(guān)，地基相當于由互不相聯(lián)系的彈簧組成，其力學特性用k0表示,即為壓力與沉降值之比：地基反應模量仍用承載板實驗測定，但方法與設備有所不同。4)抗剪強度土體剪切實驗指標。表征土體抵抗剪切破壞的能力。常用庫侖公式表示：=c+tan 其中的c、是計算土壓力和驗算路基邊坡穩(wěn)定性的重要參數(shù)。k0p/l(N/cm2)。一、 路基的主要變形破壞 荷載因素：自重、行車荷載、自然因素 影響穩(wěn)定性的因素：水分、溫度變化（正溫度、負溫度）、風蝕作用。 變形：彈性的、殘留的（不能恢復的） 1、 垂直方向產(chǎn)生較大的沉陷 第三節(jié) 路基的

6、破壞形式與原因分析3 、碎落和崩塌 剝落和碎落： 路塹邊坡風化巖層表面，大氣溫度與濕度交替作用以及雨水沖刷和動力作用之下，表面巖石從坡面上剝落下來，向下滾落。 大塊巖石脫離坡面沿邊坡滾落稱為落石。崩塌：整體巖塊在重力作用下傾倒、崩落。原因：巖體風化破碎，邊坡較高。影響：危害較大的病害之一。比較： 崩塌無固定滑動面。 崩塌體各部分相對位置在移動過程中完全打亂。 碎落 滑坡4、路基沿山坡滑動 原因：山坡較陡； 原地面未清除雜草或人工挖臺階； 坡腳未進行必要的支撐。5、不良地質(zhì)和水文條件造成路基破壞 不良地質(zhì)條件：泥石流、溶洞等。 較大自然災害：大暴雨地區(qū)。二、路基病害防治 提高路基穩(wěn)定性，防止各種

7、病害產(chǎn)生，采取措施： 1、正確設計路基橫斷面。 2、選擇良好的路基用土填筑路基，必要時對填土作穩(wěn)定處理。 3、采取正確的填筑方法，充分壓實路基，保證達到規(guī)定的壓實度。 4、適當提高路基，防止水分從側(cè)面滲入或從地下水位上升進入路基工作區(qū)范圍。 5、正確進行排水設計。 6、必要時設計隔離層隔絕毛細水，設置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積。 7、采取邊坡加固、修筑擋土結(jié)構(gòu)物、土體加固等防護技術(shù)措施，以提高其穩(wěn)定性。 第四節(jié) 公路自然區(qū)劃與土基干濕類型類型一、公路自然區(qū)劃公路自然區(qū)劃的意義：公路自然區(qū)劃的原則：我國公路自然區(qū)劃分為三個等級。 一級區(qū)劃：首先將全國劃分為多年凍土、季節(jié)凍土和全年不凍土三大

8、地帶。 一級自然區(qū)根據(jù)不同地理、氣候、地貌界限的交錯和疊合，我國7個一級區(qū)的代號為：區(qū)北部多年凍土區(qū)區(qū)東部溫潤季凍區(qū)區(qū)黃土高原干濕過渡區(qū)區(qū)東南濕熱區(qū)區(qū)西南潮暖區(qū)區(qū)西北干旱區(qū)區(qū)青藏高寒區(qū)二級區(qū)劃： 在一級區(qū)劃的基礎上，以潮濕系數(shù)k為主進一步劃分為33個二級區(qū)和19個副區(qū)共52個二級自然區(qū)。 K= 年降雨量 R/年蒸發(fā)量Z三級區(qū)劃： 1 、按地貌、水文和土類將二級區(qū)進一步劃分為若干單元。 2 、另一種是地理和地貌等特點將二級區(qū)細劃為若干區(qū)域。干濕類型土組干燥狀態(tài)中濕狀態(tài)潮濕狀態(tài)過濕狀態(tài)WcWC1WC1 WcWC2WC2 WcWC3WcWC3土質(zhì)砂Wc1.201.20 Wc1.001.0 Wc 0.

9、85Wc0.85粘性土Wc1.101.10 Wc0.950.95 Wc0.80Wc0.80粉質(zhì)土Wc1.051.05 Wc0.900.90 Wc0.75Wc0.75 方法2：根據(jù)自然區(qū)劃、土質(zhì)類型、排水條件及路床表面距地下水位或地面積水位高低等特征確定，即臨界高度法。路基臨界高度是指在最不利季節(jié)，當路基分別處于干燥、中濕或潮濕狀態(tài)時，路槽底距地下水位或長期地表積水水位的最小高度 。土基干濕類型 土基干濕類型 c與ci 一般特征 干燥 cc1 土基干燥、路面強度和穩(wěn)定性不受地下水和地表水影響。 路基高度01 中濕c1 c c 2 土基上部處于地下水或地表積水影響的過渡帶區(qū)內(nèi) 路基高度10 2 潮

10、濕c 2 c c 3 土基上部處于地下水或地表積水毛細影響區(qū)內(nèi)， 路基高度2 0 3 過濕 cc 3路基極不穩(wěn)定，冰凍區(qū)春融翻漿，非冰凍區(qū)軟彈土經(jīng)處理后方可鋪筑路面。路基高度0 3我國南方地區(qū)，氣候因素的變化幅度不如北方大，且自然水系的農(nóng)田灌溉溝渠密布，土基的濕度在一年內(nèi)的季節(jié)性變化并不突出。一般情況下，其最不利季節(jié)為雨季。北方地區(qū)，由于負溫差的影響，土基下層較暖的水分將向上層較冷的土層移動，產(chǎn)生積聚和凍結(jié)，引起凍脹。春融時，凍結(jié)的水分融化，土基又因為過濕而發(fā)生翻漿。因此，土的濕度、密實度和強度在一年內(nèi)出現(xiàn)極為顯著的季節(jié)性變化。其最不利季節(jié)為春融季節(jié)。三、路基水溫狀況及對路基穩(wěn)定性的影響 1、對水的考慮：選擇強度和水溫穩(wěn)定性良好的土填筑路堤，并采取正確的施工方法。搞好地面排水，保證水流暢通，防止路基過濕或水毀。保證路基有足夠高度，使路基工作區(qū)保持干燥狀態(tài)。設置隔離層或隔溫層，切斷毛細水上升，阻止水分遷移，減少負溫差的不利影響。2、對結(jié)構(gòu)和材料的考慮：合理選擇路基斷面形式，正確確定邊坡坡度。充分壓實土基，提高土基的強度和水穩(wěn)定性。采取邊坡加固與防護措施，以及修筑支擋結(jié)構(gòu)物。四、保證路基強度和穩(wěn)定性的措施 一、路基土的分類按土的粒徑分為巨粒組、粗粒組和細粒組（特殊土）