第二篇 第2章 路基工程.ppt

1、公路工程、徐家鈺程家駒、同濟大學出版社通過本次課程的學習，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：路基干濕類型的區(qū)分，土基回彈彈性模量的決定。 難點：土基回彈模量的確定。 目的要求、重點和難點、第二編公路路基路面結構第二章公路路基(12節(jié))、2-1路基破壞現(xiàn)象和原因公路路基在地面建設，暴露于大氣中，地形、地質、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)設定修訂內(nèi)容和設定修訂要求，路基設定修訂分為一般路基設定修訂和特殊路基設定修訂。 第二篇公路路基路面結構第二章公路路基(12節(jié))，一般路基設置修訂：在正常地質

2、和水文條件下，路基填筑高度不超過設置修訂規(guī)范或技術手冊的允許范圍。 它可結合當?shù)氐匦巍⒌刭|狀況，直接參照規(guī)范規(guī)定或標準圖設修訂，無需進行個別的詳細論證和管理。 特殊路基修訂：工程地質、水文條件復雜，對路基填筑高度超過規(guī)范規(guī)定、陡坡建設堤壩等各種特殊條件下的路基，應當進行特殊修訂。 主要包括路基穩(wěn)定性的分析和管理、防護加固設施的修訂等。 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誤、填埋方法不合理、壓實不足等原因，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，在填埋前不進行填埋或壓實處理而產(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，單個或多個巖塊落下的現(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，沿著一定的折動面整體向下折動。 (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面，在傾斜地線以下的地基上沒有移動現(xiàn)象。坍塌的各部分的相對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，土體將沿著松弛面坍塌。 其特點是變形速度慢，翻滾少。 3路基凍脹和傾復(1)路基凍脹處于季節(jié)性凍結地區(qū)，而水溫條件不利的土質路基，受負溫度坡差的影響，出現(xiàn)了“濕度蓄積”現(xiàn)象。 即冬初，土基自上而下逐漸凍結，在負溫度梯度的作用下，水分以薄膜水和毛細作用的移動方式，不斷向上蓄積，加厚水層，水凍

5、結后的體積增大，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，此時路基的路面結構從上到下逐漸解凍，聚集在基礎上層的冰體先解凍，但不能向下滲透，滯留在基礎上部。 因此，會導致土基濕度的增大、強度的降低，行駛負荷會使路基路面結構產(chǎn)生較大的變形。濕度大的路基土凍結后從裂縫路面的裂縫以泥漿的形式出來，形成傾復。 4路基沿坡面滑行，在陡坡上填筑道路基礎時，由于原地面橫坡陡峭，施工中未進行相應的技術處理(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，此時填土由于自重和負荷，整個路基或局部就地可能喪失整個路基的穩(wěn)定性，5路基在特殊地質水文條件下的破壞道路可能通過不良地質

6、和水文地帶，或遇到大的自然災害，引起路基結構的大量破壞。 例如泥石流、雪崩、地震、巖溶等自然災害中的破壞。 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，大致可總結如下： 1不良的工程地質和水文地質條件：地質構造復雜，巖層走向和傾斜角不利，巖石風化嚴重，巖性柔軟，土質差，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、積雪或溫差過大等。 3設置修訂不合理：填埋材料選擇不當，截面形式和尺寸不符合要求，或者排水、防護和加固等設施不能按照實際需要設置等。 4、不按操作規(guī)程和設定修訂要求施工。 例如填埋順序不當、土基壓實不足、盲目采用大爆

7、破等。 結論沿線地質條件是影響路基工程質量和病害發(fā)生的基本前提，水多為病害直接原因。 因此，在修訂前詳細調(diào)查路基填料、地質及水文，在此基礎上合理選擇路基截面形式的同時，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度、剛度和穩(wěn)定性有著非常密切的關系。 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、路肩和側溝滲透到路基，蒸發(fā)，釋放水分，促進土基的干燥。 2地面的水沿著邊溝流動或從地表流出的水流因排水不良而滯留在路基的兩側，逐漸滲透到路基內(nèi)。 3地下水通過地下水的流動和上升，同

8、時在土的毛細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，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。 對于建設的道路：判斷某道

9、路段的路基干濕類型可以根據(jù)實測不利季節(jié)道床頂面以下80cm深度內(nèi)土的平均含水量計算出相應的平均稠度。 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)，當處于一種濕度狀

10、態(tài)(干燥、中濕、濕潤)時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、氣候等因素，結合當?shù)氐慕?jīng)驗來確定。 實際資料不足時，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。 決定這個臺階路基的干濕類型，試著預測路基的稠度。 由于對(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)路基稠度預測查找表2-2-1 :粉質土為中濕時：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 )通過這次課程的學習了解土基填料的選擇和壓實熟悉的邊坡坡度的選擇及其保護。 本次課程的重點：土基抗變形能力評定、土基水溫狀況改善措施、施工壓實度概念。 難點：土基防變形能力的評價方法、土基填充劑的選擇。 目的要求、重點和難點、第二篇道路路基路面結構第二章道路路基(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荷的作用。 如果其密度不足，會引起路面的不均勻下沉。 如果路面發(fā)生不均勻的下沉，會影響行駛速度，增加燃料費和零件的損傷，也會導致路面的早期破壞。 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定(一)土基剛性指標通過路面?zhèn)鬟f到土基上面的行駛負荷，理論上是反復作用的瞬時動負荷，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，在傳遞到基座上時也變小。 因此，通常將行駛負荷對土基的影響看作幾乎瞬間、反復作用的垂

13、直力。 該垂直力沿著基座深度的增加也減少，達到某深度時，負荷應力遠小于隨著深度增加的基座自重應力，在自重應力的1/51/10以下時，行駛負荷對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，土基對外載荷的抵抗力分析應著重于垂直壓力作用下的垂直變形程度。 通常，將土基看作均質的半空間彈性體，利用彈性體理論求出負荷與變形的關系。 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荷。此時，關于載荷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，土基對外載荷的抵抗力分析應著重于垂直壓力作用下的垂直變形程度。 式中： p均布負荷的大小(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)場實測法，對于現(xiàn)有的道路路基，可以采用壓入承載板法

15、進行現(xiàn)場實測。 在剛體承載板中，通過采用階段性的負荷-卸載法測量各段的負荷產(chǎn)生的回彈曲線值，可以點畫出土基礎的負荷-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，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)，對表2-2-1(P306 )進行調(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，調(diào)查表2-2-5(P313 )，確定了土基的回彈模量E0。 2查表法進行新路修訂時，由于路基未完成，無法在現(xiàn)場測量土基的回彈模量。 某公路路基建設后，需要通過估計可能出現(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，應該選擇在不利的季節(jié)進行測量。 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，保護路基不被水淋濕。 2壓實土基對路基土進行了充分的壓實，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，進行路面排水，可保護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水的上升。 6設置排水層和其他排水構造物，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。 設置8隔溫層，將熱傳導性低的材料作為隔溫層，減小凍結深度，減輕負溫度差引起的“濕度積蓄”。、2-4土基填料的選擇和壓實一、填料的選擇1砂土無塑性，具有良好的透水性，毛細管水的上升高度小，具有較大的內(nèi)摩擦系數(shù)。 但砂土粘性差，容易松弛，水流沖刷和抗風蝕能力弱，而且壓實困難。 用沙土掩埋的堤壩經(jīng)過充分的壓