第二篇 第2章 路基工程.ppt

1、公路工程、徐家鈺程家駒、同濟(jì)大學(xué)出版社通過本次課程的學(xué)習(xí)，掌握了路基干濕類型的劃分，確定了新建的道路土基回彈模量，了解了熟悉路基的常見病害路基病害的發(fā)生原因。 本次課程的重點(diǎn)：路基干濕類型的區(qū)分，土基回彈彈性模量的決定。 難點(diǎn)：土基回彈模量的確定。 目的要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)、第二編公路路基路面結(jié)構(gòu)第二章公路路基(12節(jié))、2-1路基破壞現(xiàn)象和原因公路路基在地面建設(shè)，暴露于大氣中，地形、地質(zhì)、水文和氣候等自然因素影響極大，易發(fā)生各種病害。 根據(jù)設(shè)定修訂內(nèi)容和設(shè)定修訂要求，路基設(shè)定修訂分為一般路基設(shè)定修訂和特殊路基設(shè)定修訂。 第二篇公路路基路面結(jié)構(gòu)第二章公路路基(12節(jié))，一般路基設(shè)置修訂：在正常地質(zhì)

2、和水文條件下，路基填筑高度不超過設(shè)置修訂規(guī)范或技術(shù)手冊的允許范圍。 它可結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦巍⒌刭|(zhì)狀況，直接參照規(guī)范規(guī)定或標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)修訂，無需進(jìn)行個(gè)別的詳細(xì)論證和管理。 特殊路基修訂：工程地質(zhì)、水文條件復(fù)雜，對(duì)路基填筑高度超過規(guī)范規(guī)定、陡坡建設(shè)堤壩等各種特殊條件下的路基，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行特殊修訂。 主要包括路基穩(wěn)定性的分析和管理、防護(hù)加固設(shè)施的修訂等。 一、路基常見病害路基常見病害有以下幾種： 1路堤沉陷路堤沉陷的主要原因是： (1)由于路基填料選擇錯(cuò)誤、填埋方法不合理、壓實(shí)不足等原因，在荷載、水和溫度等綜合作用下堤體沉陷。 圖2-2-1 a )、(2)由于原地面較弱，在填埋前不進(jìn)行填埋或壓實(shí)處理而產(chǎn)生的地基沉

3、降。 圖2-2-1 b) (3)另外，凍融作用也經(jīng)常引起路基的不均勻變形。雙路基邊坡坍塌地基邊坡坍塌是路基最常見的病害，也是水崩塌的普遍現(xiàn)象，根據(jù)其破壞規(guī)模和原因，可分為剝離、坍塌、坍塌(滑坡)、坍塌和坍塌等。 (1)剝離：將表層土或風(fēng)化巖層表面邊坡，在大氣干濕或冷熱循環(huán)下，發(fā)生膨脹收縮現(xiàn)象，使片段薄層成片狀或帶狀從斜面脫落，老化脫落后，新的接連發(fā)生。 (2)碎落：指弱巖石被風(fēng)化而粉碎，沿著陡峭的路塹邊坡向下滾落。 注：落下的巖塊大(一般直徑40cm以上)時(shí)，單個(gè)或多個(gè)巖塊落下的現(xiàn)象稱為落石(或落下)。 (3)滑坡(滑坡):指路基邊坡上的土體或巖石，沿著一定的折動(dòng)面整體向下折動(dòng)。 (4)崩塌：

4、指巖塊整體因重力而倒塌、崩落。 坍塌和坍塌的主要區(qū)別在于，坍塌沒有固定的折動(dòng)面，在傾斜地線以下的地基上沒有移動(dòng)現(xiàn)象。坍塌的各部分的相對(duì)位置在坍塌過程中完全混亂。 (5)坍塌：土體(或混有土石的沉積物)觸水軟化，在4560之間陡峭的邊坡、無支撐的情況下，當(dāng)自身重量產(chǎn)生的剪切力超過粘合力和摩擦阻力產(chǎn)生的剪切力時(shí)，土體將沿著松弛面坍塌。 其特點(diǎn)是變形速度慢，翻滾少。 3路基凍脹和傾復(fù)(1)路基凍脹處于季節(jié)性凍結(jié)地區(qū)，而水溫條件不利的土質(zhì)路基，受負(fù)溫度坡差的影響，出現(xiàn)了“濕度蓄積”現(xiàn)象。 即冬初，土基自上而下逐漸凍結(jié)，在負(fù)溫度梯度的作用下，水分以薄膜水和毛細(xì)作用的移動(dòng)方式，不斷向上蓄積，加厚水層，水凍

5、結(jié)后的體積增大，所以使路基隆起，即凍脹現(xiàn)象。 (2)到了路基春融的季節(jié)，氣溫恢復(fù)，此時(shí)路基的路面結(jié)構(gòu)從上到下逐漸解凍，聚集在基礎(chǔ)上層的冰體先解凍，但不能向下滲透，滯留在基礎(chǔ)上部。 因此，會(huì)導(dǎo)致土基濕度的增大、強(qiáng)度的降低，行駛負(fù)荷會(huì)使路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的變形。濕度大的路基土凍結(jié)后從裂縫路面的裂縫以泥漿的形式出來，形成傾復(fù)。 4路基沿坡面滑行，在陡坡上填筑道路基礎(chǔ)時(shí)，由于原地面橫坡陡峭，施工中未進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理(如挖樓梯等)，被水淋濕后，填土與原地面之間接觸面的剪切阻力降低，此時(shí)填土由于自重和負(fù)荷，整個(gè)路基或局部就地可能喪失整個(gè)路基的穩(wěn)定性，5路基在特殊地質(zhì)水文條件下的破壞道路可能通過不良地質(zhì)

6、和水文地帶，或遇到大的自然災(zāi)害，引起路基結(jié)構(gòu)的大量破壞。 例如泥石流、雪崩、地震、巖溶等自然災(zāi)害中的破壞。 二、路基病害的發(fā)生原因路基病害的發(fā)生原因是多方面的。 往往有各自的特征和共同的原因，大致可總結(jié)如下： 1不良的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件：地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖層走向和傾斜角不利，巖石風(fēng)化嚴(yán)重，巖性柔軟，土質(zhì)差，地下水位高等。 2不利的水文和氣候因素，如降雨量大、洪水劇烈、干燥、凍結(jié)、積雪或溫差過大等。 3設(shè)置修訂不合理：填埋材料選擇不當(dāng)，截面形式和尺寸不符合要求，或者排水、防護(hù)和加固等設(shè)施不能按照實(shí)際需要設(shè)置等。 4、不按操作規(guī)程和設(shè)定修訂要求施工。 例如填埋順序不當(dāng)、土基壓實(shí)不足、盲目采用大爆

7、破等。 結(jié)論沿線地質(zhì)條件是影響路基工程質(zhì)量和病害發(fā)生的基本前提，水多為病害直接原因。 因此，在修訂前詳細(xì)調(diào)查路基填料、地質(zhì)及水文，在此基礎(chǔ)上合理選擇路基截面形式的同時(shí)，在施工中采用正確的施工方案和方法，盡量消除和減輕施工失誤引起的路基病害，確保路基在使用年限內(nèi)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 2-2路基濕度狀況和土基干濕型路基濕度與路基的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性有著非常密切的關(guān)系。 一、路基濕度的來源和變遷，1大氣降水和蒸發(fā)降水通過路面、路肩和側(cè)溝滲透到路基，蒸發(fā)，釋放水分，促進(jìn)土基的干燥。 2地面的水沿著邊溝流動(dòng)或從地表流出的水流因排水不良而滯留在路基的兩側(cè)，逐漸滲透到路基內(nèi)。 3地下水通過地下水的流動(dòng)和上升，同

8、時(shí)在土的毛細(xì)管作用下從地下上升，浸濕路基的上部土體。 4溫度變化大氣溫度的變化會(huì)引起路基內(nèi)不同深度的溫度差，受溫度差的影響，土中的水分由液體從熱處向冷處移動(dòng)，聚集在此，改變路基內(nèi)的濕度分布。 二、路基干濕類型劃分、道床頂面以下80cm深度內(nèi)的平均縮合度。 在不利季節(jié)，道床頂面以下80cm深度內(nèi)的平均含水量(%) 100g平衡錐測得的土液限(% )； 土的塑性極限(% )。 路基的干濕類型通常按路基土的平均稠度來區(qū)別。 路基土稠度修正公式：1路基土稠度，縱向每10cm測定1組含水量，修正8組，取其平均值。 在路基路面修訂中，路基干濕類型可分為干燥、中濕、濕潤、過濕4種。 對(duì)于建設(shè)的道路：判斷某道

9、路段的路基干濕類型可以根據(jù)實(shí)測不利季節(jié)道床頂面以下80cm深度內(nèi)土的平均含水量計(jì)算出相應(yīng)的平均稠度。 然后，使用表2-2-l決定該鏈路的干濕類型。 道路自然區(qū)劃不同土群的邊界縮合度如表2-2-l所示。 對(duì)于2路基臨界高度、新建道路：路基尚未完成，得不到路基頂面以下80cm深度內(nèi)的平均含水量，不能用公式直接糾正平均稠度，也不能區(qū)別路基的干濕類型。 此時(shí)利用從地下水和地表的長期滯水水位到道床頂面的高度h，與路基臨界高度(H1、H2、H3)進(jìn)行比較，可以判斷路基干濕類型。 路基干濕類型的區(qū)分如表2-2-2所示。、路基臨界高度：保證路基上部土層(道床頂面以下80cm )，在不利的季節(jié)，當(dāng)處于一種濕度狀

10、態(tài)(干燥、中濕、濕潤)時(shí)路基頂面是指離地下水位或地表長期積水水位的最小高度。 路基臨界高度可以根據(jù)土質(zhì)、氣候等因素，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)來確定。 實(shí)際資料不足時(shí)，干燥、中濕、濕潤狀態(tài)的路基臨界高度(H1、H2、H3)可參照表2-2-3選擇。 填方高度：指路肩邊緣距原始地面的高度。 為了便于排水，干燥路基的最小填土高度被規(guī)定為砂性土：0.30.5m粘性土：0.40.7m粉性土：0.50.8m。 例2-2-1 :現(xiàn)在位于蘇州市郊外的粉質(zhì)中液限粘性土路基，最高地下水位離地面0.8m，道床頂面離地面1.0m。 決定這個(gè)臺(tái)階路基的干濕類型，試著預(yù)測路基的稠度。 由于對(duì)(1)該道路段道床頂面距地下水位的最小高度

11、H=0.8 1.0=1.8(m) (2)該道路段路基的干濕類型、進(jìn)行修正，因此該道路段的路基處于中濕狀態(tài)。 (m )、(3)路基稠度預(yù)測查找表2-2-1 :粉質(zhì)土為中濕時(shí)：1.05 0.90，通過插值法：解：=1.004，取=1.00，(2.0-1.8) (1.8-1. 35 )=(1. 05-) (-0.90 )通過這次課程的學(xué)習(xí)了解土基填料的選擇和壓實(shí)熟悉的邊坡坡度的選擇及其保護(hù)。 本次課程的重點(diǎn)：土基抗變形能力評(píng)定、土基水溫狀況改善措施、施工壓實(shí)度概念。 難點(diǎn)：土基防變形能力的評(píng)價(jià)方法、土基填充劑的選擇。 目的要求、重點(diǎn)和難點(diǎn)、第二篇道路路基路面結(jié)構(gòu)第二章道路路基(35節(jié))、2-3土基的

12、抗變形能力(剛性)和穩(wěn)定性在路面下的路基部分，需要承載路面重力和行駛負(fù)荷的作用。 如果其密度不足，會(huì)引起路面的不均勻下沉。 如果路面發(fā)生不均勻的下沉，會(huì)影響行駛速度，增加燃料費(fèi)和零件的損傷，也會(huì)導(dǎo)致路面的早期破壞。 因此，路基路面修訂中必須考慮路基的抗變形能力及其穩(wěn)定性。 一、土基抗變形能力的評(píng)定(一)土基剛性指標(biāo)通過路面?zhèn)鬟f到土基上面的行駛負(fù)荷，理論上是反復(fù)作用的瞬時(shí)動(dòng)負(fù)荷，包括水平力、垂直力、沖擊力等。 其中的水平力隨著深度的增大而急速削減，土基頂面實(shí)際受到的水平力小的行走的沖擊力，由于路面的地震吸收作用，在傳遞到基座上時(shí)也變小。 因此，通常將行駛負(fù)荷對(duì)土基的影響看作幾乎瞬間、反復(fù)作用的垂

13、直力。 該垂直力沿著基座深度的增加也減少，達(dá)到某深度時(shí)，負(fù)荷應(yīng)力遠(yuǎn)小于隨著深度增加的基座自重應(yīng)力，在自重應(yīng)力的1/51/10以下時(shí)，行駛負(fù)荷對(duì)深度的影響與基座自重的影響相比可以忽略，該深度支撐路面，受到行駛負(fù)荷的作用很大的影響因此，必須保證該部分的土基具有足夠的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，將該深度范圍稱為路基作業(yè)場。 向基座上表面?zhèn)鬟f的垂直壓力使基座產(chǎn)生一些垂直變形，基座的這部分變形必然反映在上部路面上，路面也產(chǎn)生垂直變形的曲線。 因此，土基對(duì)外載荷的抵抗力分析應(yīng)著重于垂直壓力作用下的垂直變形程度。 通常，將土基看作均質(zhì)的半空間彈性體，利用彈性體理論求出負(fù)荷與變形的關(guān)系。 傳遞到基座上面的垂直壓力可以近似

14、于圓形均布的局部負(fù)荷。此時(shí)，關(guān)于載荷p和距基座上表面的載荷中心軸的半徑距離r處的曲線(垂直位移)的關(guān)系，傳遞到基座上表面的垂直壓力使基座產(chǎn)生一些垂直變形，基座的該部分的變形必然反映到上部的路面，路面也產(chǎn)生垂直變形曲線。 因此，土基對(duì)外載荷的抵抗力分析應(yīng)著重于垂直壓力作用下的垂直變形程度。 式中： p均布負(fù)荷的大小(MPa )； 0土泊松比(0.35) E0土的彈性模量(MPa )根據(jù)圓形平均布載荷的作用面積的半徑(m )半徑距離而變化的曲線系數(shù)。 r距負(fù)荷中心軸的半徑距離。 (二)土基剛度的測定確定土基剛度(回彈模量)的方法有2種： 1承載板現(xiàn)場實(shí)測法，對(duì)于現(xiàn)有的道路路基，可以采用壓入承載板法

15、進(jìn)行現(xiàn)場實(shí)測。 在剛體承載板中，通過采用階段性的負(fù)荷-卸載法測量各段的負(fù)荷產(chǎn)生的回彈曲線值，可以點(diǎn)畫出土基礎(chǔ)的負(fù)荷-回彈曲線(如圖所示)。 用線性歸納法求出土基的回彈模量。 (1)根據(jù)道路沿線的水文地質(zhì)狀況及路基斷面形式，將整條道路劃分為多條路段。 (2)在每個(gè)分段路基中，從道床頂面的地下水位(或者地面的長期積水水位)開始的最小高度h、地域的自然區(qū)劃和土質(zhì)，通過調(diào)查表223和表222來確定地基的干濕類型。 (3)利用土基的干濕類型、道床頂面距地下水位(或地表長期積水水位)的最小高度以及路基臨界高度(H1、H2、H3)，對(duì)表2-2-1(P306 )進(jìn)行調(diào)查，確定路基土的平均稠度。 (4)根據(jù)路基

16、土的平均稠度和土質(zhì)，調(diào)查表2-2-5(P313 )，確定了土基的回彈模量E0。 2查表法進(jìn)行新路修訂時(shí)，由于路基未完成，無法在現(xiàn)場測量土基的回彈模量。 某公路路基建設(shè)后，需要通過估計(jì)可能出現(xiàn)的路基土的干濕類型和平均稠度，辯證地確定土基的回彈模量，用查表法獲得土基的回彈模量。 例2-2-2 :在中國的西寧，有一段砂性土路基，如果已知的話=1.08，試著確定這段路基的回彈率E0。 調(diào)查表2-2-5，得到(1. 08-1.05 ) (1. 10-1.08 )=(e0- 44.0 ) (45.5-e0)，得到解。 土基的濕度有明顯的季節(jié)性和地域差異，受其影響，土基的剛性也隨季節(jié)性變化，有地域性的差異。

17、 因此，在確定土基剛度時(shí)，應(yīng)該選擇在不利的季節(jié)進(jìn)行測量。 改善土基水溫狀況的措施主要有： 1路基和路面排水準(zhǔn)確布局路基路面排水系統(tǒng)，迅速排除地面水和地下水，保護(hù)路基不被水淋濕。 2壓實(shí)土基對(duì)路基土進(jìn)行了充分的壓實(shí)，使其具有一定的防水潤濕能力，即保證了充分的剛性和水穩(wěn)定性。3保證填土高度路基有一定的填土高度，進(jìn)行路面排水，可保護(hù)其不受地面滯水和地下水浸潤作用的影響。 保證路基上部土體處于干燥或中濕狀態(tài)。 4改土利用強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好、可壓縮性小的鋪路材料填埋不良土壤，用正確的方法填埋。 5 .設(shè)置隔離層(擋水)采用透水性好的土壤或者不透水材料，在路基內(nèi)建造隔離層以遮擋地下毛細(xì)水的上升。 6設(shè)置排水層和其他排水構(gòu)造物，用大空隙的材料制作排水層，使集中在路基上層的過剩水分疏干。 7石灰穩(wěn)定土基對(duì)過濕土基，可摻少量石灰，利用石灰的吸濕作用疏松干燥土基，提高路基的水穩(wěn)定性。 設(shè)置8隔溫層，將熱傳導(dǎo)性低的材料作為隔溫層，減小凍結(jié)深度，減輕負(fù)溫度差引起的“濕度積蓄”。、2-4土基填料的選擇和壓實(shí)一、填料的選擇1砂土無塑性，具有良好的透水性，毛細(xì)管水的上升高度小，具有較大的內(nèi)摩擦系數(shù)。 但砂土粘性差，容易松弛，水流沖刷和抗風(fēng)蝕能力弱，而且壓實(shí)困難。 用沙土掩埋的堤壩經(jīng)過充分的壓