路基路面工程重點難點分析

1、§ 1-1道路工程發(fā)展概況、古代道路發(fā)展概況1 .道路：4000多年前：車和行車的路商代：驛道傳送西周：以都市為中心秦代：大修馳道、直道西漢：驛亭3萬處唐代：以長安為中心的驛道網清末：修建了簡陋的公路1912-1949: 13 萬 km,通車 8 萬 km2 .路面結構：我國古代：條石、塊石和石板歐洲：石料20世紀：形成新的學科分支、我國路基路面工程的成果1 .公路自然區(qū)劃：7大區(qū)2 .土的工程分類：巨粒土、粗粒土、細粒土和特殊土3 .路基強度與穩(wěn)定性：以回彈模量作為評價路基強度與穩(wěn)定性的力學指標。4 .高路堤修筑技術與支擋結構：5 .軟土地基穩(wěn)定技術：6 .巖石路基爆破技術：7 .

2、瀝青路面結構：60年代初，揭開了用國產瀝青筑路的序幕。早期的瀝青路面薄層表面處治層。70年代末，逐步形成了以貫入式路面為主的瀝青路面承重結構80年代末采用總厚度超過70cm的重型瀝青路面結構。形成了瀝青路面整套技術。8 .水泥混凝土路面結構：9 0年代中期，采用水泥混凝土路面結構。在我國形成丁關于水泥混凝土路面結構的整套技術。10 柔性路面設計理論與方法:在力學理論基礎方面，建立了彈性力學多層結構承受多個圓形荷載的分析系統(tǒng)。11 . 剛性路面設計理論與方法:在力學基礎理論方面，運用解析法及有限元法建立彈性力學層狀結構，彈性地基板體結構模型。12 .半剛性路面結構:一種主要的結構型式。13 .

3、路面使用性能與表面特性:路面的平整度、破損程度、承載能力及抗滑性能。14 . 路面養(yǎng)護管理：路面管理網絡系統(tǒng)、項目和路網級優(yōu)化管理決策三、引起重視的學科1 材料科學：材料微觀結構研究，復合材料研究。2 巖土工程學：土力學、巖石力學、地質學、土質學、水文地質學等。3 結構分析理論：設計由經驗為主演變成以結構分析理論為主。4 機電工程：施工裝備的性能與施工工藝。5 自動控制與量測技術：在施工過程中嚴格控制各項指標。6 .現代管理科學：大型的管理系統(tǒng)，對區(qū)域范圍內路基路面工程各個階段的信息進行跟蹤、采集、存儲、處理、定期作評估和預測。§ 1-2路基路面工程的特點1 . 路基定義：在天然地表

4、面按道路的設計線形（ 位置 ） 和設計橫斷面（ 幾何尺寸 ） 的要求開挖或堆填而成的巖土結構物。2 .路面定義：在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結構物。3 .特點：路基是路面結構的基礎，路面結構層的存在又保護了路基。路基和路面相輔相成。路基與路面工程工程數量十分可觀。路面結構在道路造價中所占比重很大，達到30左右。路基路面是一項線形工程，決定了路基與路面工程復雜多變的特點。一、承載能力要求路基路面結構整體及其各組成部分具有與行車荷載相適應的承載能力。結構承載能力包括強度與剛度兩方面。強度抵抗車輪荷載引起的各個部位的各種應力。剛度在車輪荷載作用下不發(fā)生過量的變形。二、穩(wěn)定性1. 在

5、地表上開挖或填筑，改變原地層結構。2. 大氣降水使得路基路面結構內部的濕度狀態(tài)發(fā)生變 化。3. 大氣溫度周期性的變化對路面結構的穩(wěn)定性有重要影響如凍脹、翻漿。三、耐久性路基路面工程從規(guī)劃、設計、 施工至建成通車需要較長的時間，因此路基路面工程應具有耐久的性能。四、路面表面平整度影響行車安全，行車舒適性以及運輸效益的重要使用性能。五、抗滑性能：摩擦系數。§ 1-3 影響路基路面穩(wěn)定的因素1 地理條件：公路沿線的地形、地貌和海拔高度平原區(qū)地勢平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。2 地質條件：3 氣候條件：氣溫、降水、濕度4 水文和水文地質條件：河流洪水位，常水位5 .土的類別：不同的土

6、類具有不同的工程性質。§ 1-4路基土的分類1 . 土的分類2 .公路用土的工程性質巨粒土：高強度、穩(wěn)定性。礫石混合料：強度、穩(wěn)定性滿足要求。砂土：無塑性，壓實困難。砂性土：粗、細顆粒適宜，理想材料。粉性土：粉土顆粒，毛細作用強烈。需改良使用。粘性土：細顆粒含量多重粘土：§ 1-5公路自然區(qū)劃、公路自然區(qū)劃的制定原則1 . 道路工程特征相似性原則2 .地表氣候區(qū)域差異性原則3 .自然氣候因素既有綜合又有主導作用的原則、公路自然區(qū)劃的劃分 我國公路自然區(qū)劃分為三個等級。1 . 一級區(qū)劃：七個一級區(qū)I北部多年凍土區(qū)； n東部溫潤季凍區(qū)； m黃土高原干濕過渡區(qū) IV東南濕熱區(qū)；

7、v西南潮暖區(qū)；VI西北干旱區(qū)；W青藏高寒區(qū)。2 .二級區(qū)劃:依據潮濕系數K,將全國分為33個二級區(qū)和18個二級副區(qū)。3 .三級區(qū)劃：1)以水熱、地理和地貌為依據，分為若干個具有相似性的區(qū)域單元；2)以地表的地貌、水文和土質為依據分為若干個類型單元。§ 1-6路基水溫狀況及干濕類型一、路基濕度來源(1) 大氣降水；(2) 地面水；(3) 地下水；(4) 毛細水；(5) 水蒸汽凝結水；(6) 薄膜移動水。二、大氣溫度對路基水溫狀況的影響凍脹 : 沿路基深度出現較大的溫度梯度時，水分在溫差的影響下以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處移使路動， 并積聚在該處。這種現象特別是在季節(jié)性冰凍地區(qū)尤為嚴重。積聚

8、的水凍結后體積增大，基隆起而造成面層開裂，即凍脹現象。翻漿 : 春暖化凍時，路面和路基結構由上而下逐漸解凍，而積聚在路基上層的水分先融解，水分難以迅速排除，造成路基上層的濕度增加，路面結構的承載能力便大大降低。經重車反復作用，路基路面結構會產生較大的變形，路基土以泥漿的形式從脹裂的路面縫隙中冒出，形成了翻漿。三、路基干濕類型1 . 干濕狀態(tài)干燥、中濕、潮濕和過濕。要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)。2 .分界標準干濕類型以分界稠度Wcl、Wc2和Wc3來劃分稠度Wc定義：土的含水量W與土的液限W1之差與土的塑限WP與液限之差WL的比值。即wc=(wL-w)/(wL-wp) ()3 .公路干濕類型確定:

9、1)對于原有公路，按不利季節(jié)路槽底面以下 80cm深度范圍內路基土的平均稠度確定2）對于新建道路，可用路基臨界高度為標準來確定。路基臨界高度：與分界稠度相對應的路基離地下水位或地表積水水位的高度稱為路基臨界高度H§ 1-7路面結構及層位功能一、路面橫斷面1 .槽式橫斷面2 .全鋪式橫斷面二、路拱橫坡度路拱：橫坡度：行車、排水三、路面結構分層及層位功能1 .面層特點：直接同行車和大氣接觸，承受較大的行車荷載的垂直力、水平力和沖擊力的作用，受到降水的浸蝕和氣溫變化的影響。要求：具備較高的結構強度，抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，耐磨，不透水；其 表面還應有良好的抗滑性和平整度。材

10、料：水泥混凝土、瀝青餛凝土、瀝青碎（礫）石混合料、砂礫或碎石摻土或不摻土的混合料以 及塊料等。分層：分兩層或三層鋪筑。水泥混凝土路面也有分上下兩層鋪筑。2 .基層特點：承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并擴散到下面的墊層和土基中去。要求：是路面結構中的承重層，具有足夠的強度和剛度，并具有良好的擴散應力的能力，具有足夠 的水穩(wěn)定性。材料：主要有各種結合料（如石灰、水泥或瀝青等）穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎（礫）石、貧水泥混凝土、天然砂 礫、各種碎石或礫石、片石、塊石或圓石，各種工業(yè)廢渣（如煤渣、粉煤灰、礦渣、石灰渣等）和土、 砂、石所組成的混合料等。分層：分兩層或三層。3 .墊層特點：改善土基的濕度和溫度狀況

11、；擴散基層傳下的荷載應力。要求：要求：水穩(wěn)性、隔溫性。材料：松散粒料，砂、礫石；穩(wěn)定類墊層，水泥、石灰穩(wěn)定。§ 1-8路面的等級與分類一、路面類型面層類型適用范圍瀝青混凝土高速公路、一級公路、二級公路、三級公路水泥混凝土高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四 級公路瀝青貫入、瀝青碎石 瀝青表面處治三級公路、四級公路砂石路面四級公路二、路面分類1 .柔性路面總體結構剛度較小，產生較大的彎沉變形，抗彎拉強度較低，土基承受較大的單位壓力。主要靠抗壓強度和抗剪強度承受車輛荷載的作用。包括各種未經處理的粒料基層和各類瀝青面層、碎 （礫）石面層或塊石面層組成的路面結構。2 .剛性路面主要指用

12、水泥混凝土作面層或基層的路面結構?？箯澙瓘姸雀?，較高的彈性模量，較大的剛性。豎向彎沉較小，路面結構主要靠水泥混凝土板的抗彎拉強度承受車輛荷載，通過板體的擴散分布作用，傳遞給基礎上的單位壓力較柔性路面小得多。3 .半剛性路面用水泥、石灰等無機結合料處治的土或碎（礫）石及含有水硬性結合料的工業(yè)廢渣修筑的基層。前期具有柔性路面的力學性質，后期的強度和剛度均有較大幅度的增長，但是最終的強度和剛 度仍遠小于水泥混凝土。第二章行車荷載、環(huán)境因素、材料的力學性質§ 2-1行車荷載一、車輛的種類分為客車與貨車兩大類?？蛙嚕盒】蛙?、中客車與大客車。貨車：整車、牽引式掛車和牽引式半掛車。路面結構設計一一

13、軸重作為荷載標準。二、車輛的軸型我國公路與城市道路路面設計規(guī)范中以 100kN作為設計標準軸重。三、汽車對道路的靜態(tài)壓力1 .汽車處于停駐狀態(tài)下一一靜態(tài)壓力。垂直壓力P：與汽車輪胎的內壓力Pi、輪胎的剛度和輪胎與路面接觸的形狀、 輪載的大小等有輪胎與路面接觸面上的壓力p內壓力Pi ,約為Pi。2 .接觸壓力直接取內壓力作為接觸壓力，并假定在接觸面上壓力是均勻分布的。3 .輪胎與路面的接觸面形狀近似于橢圓形，在工程設計中采用圓形接觸面積。4 .當量的圓將車輪荷載簡化成當量的圓形均布荷載，并采用輪胎內壓力作為接觸壓力p,輪胎與路面接觸圓的半徑可以按式確定。單圓荷載：對于雙輪組車軸，每一側的雙輪用一

14、個圓表示；雙圓荷載：每一側的雙輪用兩個圓表示。5 .標準軸載我國現行路面設計規(guī)范中規(guī)定的標準軸載BZJ100的P=100/4kN, p=700kPadioo=0.213m, Doo=0.302m四、運動車輛對道路的動態(tài)影響運動狀態(tài)的汽車：垂直靜壓力、水平力、振動力。動力影響還有瞬時性的特征。6 .水平力以及路面與車輪之間的附著系數(I)有變異系數越小。車輪施加于路面的各種水平力 Q值與車輪的垂直壓力P, 關，其最大值Qma/會超過P與小的乘積，即：QmaX P(|)7 .動載特性其變異系數：(1)行車速度：車速越高，變異系數越大；(2)路面的平整度：平整度越差，變異系數越大；(3)車輛的振動特

15、性：輪胎的剛度低，減振裝置的效果越好, 沖擊系數：振動輪載的最大峰值與靜載之比。8 .瞬時性左右。五、交通分析1 .交通量交通量是指一定時間問隔內通過道路某一斷面的車輛總數2 .交通量預測目. 里N1,設計年限內累計交通量 Ne可在路面結構設計中，通過調查分析確定初始年平均日交通 以按式()預估：3 .標準軸載等效換算汽車的軸載與通行次數可以按照等效原則換算成標準軸載的作用次數。我國瀝青路面和水泥混凝土路面規(guī)范均以單軸 100kN作為標準軸載，以BZZ-100表示。各級軸載等效換算為標準軸載所依據的原則：同一種路面結構在不同軸載作用下，要達到相同的疲勞損壞程度。4 .軸跡橫向分布輪跡橫向分布的

16、圖形和峰值：交通的渠化程度，它隨許多因素變化，諸如：交通組織類型(不分車道混合交通，劃標線分道行駛或設分隔帶分道行駛 )、車道寬、交通密度、交通組成、車速以 及司機的駕駛習慣和經驗等。§ 2-2環(huán)境因素影響1 .溫度變化對路面的影響2 .溫度變化預測3 .大氣濕度§ 2-3 土基的力學強度特性一、路基受力狀況路基：自重、輪重。設計：路基受力在路基彈性限度范圍內。PZ21 2.5 -輪載引起的垂直應力：D自重垂直應力： 路基任意點： 二、路基工作區(qū)概念： 在路基某一深度處，當車輪荷載引起的垂直應力與路基土自重引起的垂直應力相比所占比例很小(1/10-1/5 )，該深度范圍內的

17、路基稱為應力工作區(qū)。工作區(qū)內：強度、穩(wěn)定性重要，壓實度提高。三、路基土的應力應變特性路基土變形：彈性、塑性試驗：壓入承載板試驗和三軸壓縮試驗：繪應力與回彈變形的關系非線性。應力應變特性：非線性、彈塑性模量：初始切線模量、切線模量、割線模量、回彈模量四、重復荷載對路基土的影響塑性變形積累：土的性質、相對荷載、荷載作用的性質。§ 2-4 土基的承載能力土基承載能力：路基頂面在一定應力級位下抵抗變形的能力。一、土基回彈模量反映土基在瞬時荷載作用下的可恢復變形性質。測定：圓形承載板柔性壓板：土基與壓板之間的接觸壓力為常量。剛性壓板：壓板下土基頂面的撓度為等值。承載板直徑：車輪的輪印當量圓直徑

18、。二、地基反應模量文科勒地基：土基頂面任一點的彎沉僅同該點的垂直壓力成正比，而與其他相鄰點處的壓力無關。K=p/l承載板試驗測定(一次加載到位)。KR=三、加州承載比以材料抵抗局部荷載壓入變形的能力表征，并采用高質量標準碎石為標準，以它們的相對比值表示CBFRgo19.2cm 壓頭0.127cm/min 單位0.254cm1.27cmp對應于某一貫入度的土基單位壓力；Ps 相應貫入度的標準壓力。CBR式驗：室內和室外試驗§ 2-5 路基的變形、破壞及防治一、路基的主要病害1 路基沉陷路基沉陷是指路基表面在垂直方向產生較大的沉落。路基的沉陷：一是路基本身的壓縮沉降；二是由于路基下部天然

19、地面承載能力不足，在路基自用下引起沉陷或向兩側擠出而造成的。2 邊坡滑塌路基邊坡滑塌分為溜方與滑坡兩種情況。1) 溜方：由于少量土體沿土質邊坡向下移動所形成。主要是由于流動水沖刷邊坡或施工不當而引起的。2) 滑坡：一部分土體在重力作用下沿某一滑動面滑動?；轮饕怯捎谕馏w的穩(wěn)定性不足所引起的。3) 碎落和崩塌：路塹邊坡風化巖層表面從坡面上剝落。4) 路基沿山坡滑動：整個路基沿傾斜的原地面向下滑動。5) 不良地質和水文條件造成的路基破壞二、路基病害防治1 正確設計路基橫斷面。2選擇良好的路基用土填筑路基。3采取正確的填筑方法，保證達到規(guī)定的壓實度。4適當提高路基，防止水分從側面滲入或從地下水位上

20、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上升，設置隔溫層減少路基冰凍深度和水分累積，砂墊層以疏干土基。7采取邊坡加固、修筑擋土結構物、上體加筋等防護技術措施，以提高其整體穩(wěn)定性。§ 2-6 路面材料的力學強度特性路面所用的材料，按其不同的形態(tài)及成型性質大致可分為三類：(1)(1) 松散顆粒型材料及塊料；(2)(2) 瀝青結合料類；(3)(3) 無機結合料類。一、抗剪強度材料的抗剪強度由摩擦阻力和粘結力兩部分組成，摩擦阻力與作用在剪切面上的法向正應力成正比。瀝青混合料：礦質顆粒之間的摩擦阻力，粒料與瀝青的粘結力以及瀝青膜之間的粘滯阻力共同形成抗剪強度。瀝青

21、混合料的抗剪強度與瀝青的粘度、用量、試驗溫度、加荷速率等因素有關?；旌狭现械牡V質粒料因有瀝青涂敷，其摩阻力比純粒料有所下降。瀝青含量越多，小值下降越 多，而集料級配良好，富有棱角時，有助于提高摩阻角。二、抗拉強度瀝青路面、水泥混凝上路面及各種半剛性基層在氣溫急驟下降時產生收縮，這些收縮變形受到約束阻力時，將在結構層內產生拉力，當材料的抗拉強度不足以抵抗上述拉應力時，路面結構會產生拉伸斷裂。路面材料的抗拉強度：混合料中結合料的粘結力所提供，采用直接拉伸或間接拉伸試驗，測繪應力一應變曲線，取曲線的最大應力值為抗拉強度。直接拉伸試驗：混合料制成圓柱形試件。間接拉伸試驗：劈裂試驗。瀝青混合料在常溫條件

22、下，試驗溫度增加，抗拉強度減?。辉谪摐貤l件下，溫度降低，抗拉強度增大。三、抗彎拉強度用水泥混凝土，瀝青混合料以及半剛性路面材料修筑的結構層，在車輪荷載作用下，處于受彎曲工作狀態(tài)。由車輪荷載引起的彎拉應力超過材料的抗彎拉強度時，路面會產生彎曲斷裂。路面材料的抗彎拉強度，通過簡支小梁試驗評定。四、應力應變特性1. 碎、礫石材料1) 由三軸壓縮試驗所得到的應力應變關系曲線應力應變特性具有明顯的非線性特征。碎、礫石材料的回彈模量值同材料的級配、顆粒形狀、密實度等因素有關。密實度越高，模量值越大；顆粒棱角多，模量高。2. 水泥混凝土和無機結合料混合料采用單軸、三軸壓縮小梁試驗方法。3. 混合料中的瀝青具

23、有依賴于溫度和加荷時間的粘一彈性性狀瀝青混合料在荷載作用之下的應變具有隨溫度和荷載作用時間而變化的特性。當瀝青混合料受力較小，且力的作用時間十分短暫時，處于彈性狀態(tài)并兼有彈粘性性質。當瀝青混合料受力較大，且力的作用時間較長時，應力應變關系呈現出彈性， 彈粘性和彈粘塑性等不同性狀。應力應變特性關系：勁度模量St,T 表征。瀝青混合料的勁度模量實質上就是在特定溫度與特定加荷時間條件下的常量參數。瀝青混合料的勁度模量可以根據當地的自然和交通條件，選擇恰當的試驗溫度和加荷時間，用單軸壓縮，三軸壓縮或小梁試驗方法進行測定。§ 2-7 路面材料的累積變形與疲勞特性路面結構在荷載應力重復作用下，可

24、能出現的破壞圾限狀態(tài)有二類：1. 彈塑性工作狀態(tài)，塑性變形的累積，破壞極限狀態(tài)；2. 彈性工作狀態(tài)，結構內部將產生微量損傷疲勞斷裂破壞極限狀態(tài)。水泥混凝土路面彈性工作狀態(tài)出現疲勞破壞；瀝青路面在低溫環(huán)境中彈性工作狀態(tài)出現疲勞破壞，在高溫環(huán)境中彈塑性工作狀態(tài)出現累積變形。在季節(jié)性溫差很大的地區(qū)，瀝青路面兼有疲勞破壞和累積變形兩種極限狀態(tài)。無機結合料處治的半剛性路面材料彈性狀態(tài)疲勞破壞；粘土為結合料的碎、礫石路面彈塑性狀態(tài)塑性變形的累積。一、累積變形1 . 碎、礫石混合料碎、礫石混合料在重復應力作用下的塑性變形累積規(guī)律同細粒土相似。級配不良、顆粒尺寸單一的混合料，在應力重復作用很多次以后，塑性變形

25、仍有增大趨勢。含有細粒過多的混合料，由于混合料密實度降低，變形累積過大，因此均不宜用于修筑路面。2 .瀝青混合料重復應力作用下變形累積：單軸壓縮試驗或重復作用三軸壓縮試驗來進行。影響累積變形的因素，除了溫度、應力大小以及加荷時間之外，同集料的狀況也有關系。二、疲勞特性疲勞破壞：路面材料在低于極限抗拉強度下經受重復拉應力或拉應變而最終導致破壞。疲勞壽命：導致材料最終破壞的荷載作用次數。路面材料的疲勞特性：與荷載應力（應變）、荷載作用次數有很大關系。1 水泥混凝土及無機結合料處治的混合料小梁試件施加重復應力。重復彎拉應力與極限彎拉應力值之比稱為應力比。無機結合料處治的混合料其疲勞特性同水泥混凝土相

26、類似，但疲勞極限明顯比水泥混凝土低。2 .瀝青混合料瀝青混合料疲勞特性的室內試驗：小梁試件，進行反復彎曲疲勞試驗，圓柱形試件進行間接拉伸疲勞試驗。兩種試驗方法：控制應力和控制應變試驗?？刂茟兯玫降牟牧掀趬勖瓤刂茟λ玫降慕Y果的大得多。定律各級荷載作用下材料的疲勞損壞疊加。疲勞破壞是路面結構損傷的主要現象，路面材料的抗疲勞性能直接關系到路面的使用壽命。提高路面的抗疲勞性能：合理的材料設計和結構設計。影響瀝青混合料疲勞特性的因素：瀝青混合料的密實度、勁度、瀝青含量、集料特性、溫度及加載速度等。第三章一般路基設計§ 3-1 路基設計的一般要求路基是路面的基礎，承受著本身土體的自重

27、和路面結構的重量傳遞下來的行車荷載。路基設計根據路線平、縱、橫設計，精心布置，確定標高。路基承受的行車荷載，主要作用在應力作用區(qū)范圍之內。路基的整體結構中包括各項附屬設施。一般路基：指在良好地質與水文等條件下，填方高度和挖方深度不大的路基。選用典型斷面圖。特殊路基：對于超過規(guī)范規(guī)定的高填、深挖路基，以及地質和水文等條件特殊的路基。進行個別設計和驗算。§ 3-2 路基的類型與構造路基橫斷面的典型形式路堤、路塹和填挖結合等三種類型。路堤：指全部用巖土填筑而成的路基。路塹：指全部在天然地面開挖而成的路基。半填半挖路基：當天然地面橫坡大，且路基較寬，需要一側開挖而另一側填筑時，為填挖結合路基

28、。一、路堤按路堤的填土高度不同，劃分為矮路堤、高路堤和一般路堤。矮路堤：填土高度小于-1.5m；高路堤：填土高度大于18m(土質)或20m陰質)的路堤；一般路堤：填土高度在1.5m-18m范圍內的路堤。矮路堤常在平坦地區(qū)取十困難時選用，滿足最小填土高度的要求。高路堤的填方數量大，占地多，需進行個別設計。二、路塹路塹橫斷面形式有全挖路基、臺口式路基及半山洞路基。路塹以下的天然地基，要人工壓實至規(guī)定的密實程度。三、半填半挖路基半填半挖路基兼有路堤和路塹兩者的特點，上述對路堤和路塹的要求均應滿足。§ 3-3 路基設計一般路基設計包括以下內容：(1)(1) 選擇路基斷面形式，確定路基寬度與路

29、基高度；(2)(2) 選擇路堤填料與壓實標準；(3)(3) 確定邊坡形狀與坡度；(4)(4) 路基排水系統(tǒng)布置和排水結構設計；(5) (5) 坡面防護與加固設計；(6) (6) 附屬設施設計。一、路基寬度路基寬度：行車道與路肩之和。具體寬度見公路工程技術標準2004。二、路基高度路基高度：路堤的填筑高度和路塹的開挖深度，是路基設計標高與地面標高之差。路基高度：中心高度和邊坡高度。三、路基邊坡坡度路基邊坡坡度：邊坡高度與邊坡寬度之比值。邊坡坡度大小：邊坡土質、巖石性質、水文地質條件。1 . 路堤邊坡：一般路堤：按規(guī)范選用。高路堤：單獨設計。2 .路塹邊坡：土質路塹邊坡：邊坡高度、土的密實程度、地

30、下水、地面水。巖石路塹邊坡：巖石種類、風化程度、邊坡高度工程經驗。四、路基壓實1 . 壓實土的特性：在最佳含水量條件下，采用一定的壓實功能可以達到最大的密實度。路基土在最佳含水量狀態(tài)下進行壓實可以提高路基的抗變形能力和水穩(wěn)定性。2 .壓實標準：壓實度：應達到的干密度絕對值與標準擊實試驗得到的最大干密度之比值的百分率。§ 3-4 路基附屬設施一、取土坑與棄土堆合理選擇地點：1. 土質、數量、用地、運輸條件。2. 區(qū)域規(guī)劃、因地制宜，綜合考慮，維護自然平衡，借之有利、棄之無害。二、護坡道與碎落臺1 . 護坡道：作用：保護路基邊坡穩(wěn)定性。設置：挖方坡腳、變坡處。2 .碎落臺：作用：供零星土

31、石碎塊下落是臨時堆積，保護邊溝不致阻塞，也有護坡道作用。設置：挖方邊坡坡腳。三、堆料坪與錯車道1 . 堆料坪：設置：路肩外緣。2 .錯車道：設置：單車道公路。第四章路基邊坡穩(wěn)定性設計§ 4-1 邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法一、邊坡穩(wěn)定原理滑動面的形狀與土質有關。對于粘性土圓柱形、碗形。對于松散的砂性土及砂土平面。如果下滑面是單一平面靜力平衡問題。如果下滑面具有二個破壞面超靜定問題。求解這些靜不定問題作出某些假設：1 . 在用力學邊坡穩(wěn)定性分析法進行邊坡穩(wěn)定性分析時，按平面問題來處理。2 . 松散的砂性土和礫（ 石 ） 土具有較大的內摩擦角和較小的粘聚力，邊坡滑坍時，破裂面近似平面直線破裂

32、面法。3粘性土具有較大的粘聚力，而內摩擦角較小，破壞時滑動面有時象圓柱形象碗形，通常近似于圓曲面圓弧破裂面法。在進行邊坡穩(wěn)定性分析時的假設：3 不考慮滑動土體本身內應力的分布。4 .認為平衡狀態(tài)只在滑動面上達到，滑動土體成整體下滑。5 .極限滑動面位置要通過試算來確定。二、邊坡穩(wěn)定性分析的計算參數（一）士的計算參數邊坡穩(wěn)定性分析所需土的試驗資料：6 .對于路塹或天然邊坡：原狀土的容重丫（KN/ m3）、內摩擦角?。?#176; ）和粘聚力c（kPa）。7 .對路堤邊坡：與現場壓實度一致的壓實土的試驗數據。 數據包括壓實后土的容重、內摩擦角， 粘聚力。邊坡由多層土體所構成：對于直線法和圓弧法可通

33、過合理的分段，直接取用不同土層的參數值。用綜合土體邊坡穩(wěn)定性分析，可采用加權平均法。（二）邊坡的取值對于折線形或階梯形邊坡，取平均值或坡腳與坡頂的連線。（三）汽車荷栽當量換算在邊坡穩(wěn)定性分析時，將車輛按最不利情況排列，將車輛的設計荷載換算成當量土柱高（即以相等壓力的土層厚度來代替荷載），以h0表示。當量土柱高度的計算式為式中：N-橫向分布的車輛數，單車道 N=1,雙車道N=2;Q-每一輛車的重力，kN；Y -路基填料的容重，kN/m3；L-汽車前后軸（或履帶）的總距，mB-橫向分布車輛輪胎最外緣之間總距。三、邊坡穩(wěn)定性分析方法路基邊坡穩(wěn)定性分析方法一一力學分析法和工程地質法。1 .力學分析法數

34、解法：假定滑動面，按力學平衡原理進行穩(wěn)定性分析，找出極限滑動面。圖解或表解法：在計算機和圖解分析的基礎上，制定成圖或表，用查圖法或查表法進行邊坡穩(wěn) 定性分析。2 .工程地質法：根據不同土類及其所處的狀態(tài)，經過長期的生產實踐和大量的資料調查， 擬定邊坡穩(wěn)定值的參 考數據，在設計時，將影響邊坡穩(wěn)定的因素 作比擬，采用類似條件下的穩(wěn)定邊坡值。（一）力學分析法1 .直線法適用于砂土和砂性土。計算公式：先假定路堤邊坡值，然后通過坡腳 A點，假定 34個可能的破裂面，求出相應的穩(wěn)定系數 Ki值， 得出Ki與i的關系曲線。在關系曲線上找到最小穩(wěn)定系數值Kmin,及對應的極限破裂面傾斜角值。砂性土：C=0K急

35、定。2 .圓弧法適用于邊坡有不同的土層、均質土邊坡，部分被淹沒、均質土壩，局部發(fā)生滲漏、邊坡為折線或臺階形的粘性土的路堤與路塹。1) 圓弧法的基本原理與步驟圓弧法： 將圓弧滑動面上的土體劃分為若干豎向土條，依次計算每一土條沿滑動面的下滑力和抗滑力，然后疊加計算出整個滑動土體的穩(wěn)定性。假定： 土為均質和各向同性；滑動面通過坡腳；不考體的內應力分布及各土條之間相互作用力的影響，土條不受側向力作用，或雖有側向力，但與滑動圓弧的切線方向平行。圓弧法的基本步驟如下：(1)通過坡腳任意選定可能發(fā)生的圓弧滑動面AR其半徑為R,沿路線縱向取單位長度1m將滑動土體分成若干個一定寬度的垂直土條，具寬一般為2-4m

36、,如圖所示。(2)計算每個土條的土體重G(包括小段土重和其上部換算為土柱的荷載在內)。G-一法向分力Ni、切向分力Ti ;a為該弧中心點的半徑線與通過圓心的豎線之間的夾角。(3) 計算每一小段滑動面上的反力( 抵抗力 ) 。(4) 計算滑動力矩和抗滑力矩。nmMs R Ti Ti滑動力矩i 1 i 1nnMr R Nif cLi抗滑力矩i 1 i 1(5) 求穩(wěn)定系數值2) 假定幾個可能的滑動面，按上述步驟計算對應的穩(wěn)定系數。在圓心輔助線MI 上繪出，穩(wěn)定系數對應于圓心的關系曲線，在該曲線最低點作圓心輔助線MI的平行線，與曲線相切的切點對應的圓心為極限滑動面圓心，對應的滑動面為極限滑動面，相應

37、的穩(wěn)定系數為極限穩(wěn)定系數，其值應在之間。3) 確定圓心輔助線(1)4 . 5H法(2)36 °線法4) 穩(wěn)定系數K 取值：表解法均質、直線形邊坡路堤，滑動面通過坡腳，坡頂為水平并伸至無限延遠。§ 4-2 陡坡路堤穩(wěn)定性一、陡坡路堤當陸地修筑在陡坡上，且地面橫破大于1：或在不穩(wěn)固的山坡上，路基不僅要分析路堤邊坡穩(wěn)定性，還要分析路堤沿陡坡或不穩(wěn)定山坡下滑的穩(wěn)定性。陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析假定路堤整體沿滑動面下滑，邊坡穩(wěn)定性分析方法可按滑動面形狀的不同分為直線和折線兩種方法。二、陡坡路堤邊坡穩(wěn)定性分析方法1. 直線法基底為單一坡面，土體沿直線滑動面整體下滑時，可用直線滑動面法。公式

38、：K = ( Q + P )cos a tg d +cL/( Q + P )sin aQ-對于以基底接觸面為滑動面者，等于路堤 自重；對于以基底以下軟弱面為滑動面者，等于路堤 連同其下不穩(wěn)定土體的自重力，kN；P-一路堤頂面的換算土柱荷載，kN；滑動面對水平面的傾斜角，滑動面上軟弱土體的內摩擦角，c滑動面上軟弱土體的單位粘聚力，kN；L滑動面的全長，mi2.折線法定義：滑動面為多個坡度的折線傾斜面時， 將滑動面上土體折線劃分為若干條塊，自上而下分別計算每個土體的剩余下滑力， 根據最后一塊的剩余 下滑力的正負值確定其整體穩(wěn)定性。剩余下滑力等于或小于零時，認為穩(wěn)定；大于零時則不穩(wěn)定，必須采取穩(wěn)定措

39、施。§ 4-3浸水路堤穩(wěn)定性、滲透動水壓力的作用浸水路堤：受到季節(jié)性或長期浸水的沿河路堤、河灘路堤等均稱為浸水路堤。河灘路堤：承受普通路堤所承受的外力及自重力、浮力及滲透動水壓力的作用 特點：1 .水位上升時，土體除承受豎向的向上浮力外，還承受滲透動水壓力的作用，其作用方向指向 土體內部。2 .當水位驟然下降時，其滲透動水壓力的方向指向土體外面，劇烈破壞路堤邊坡的穩(wěn)定性，產 生邊坡凸起和滑坡現象。3 .在高水位時，如路堤兩側邊坡上的水位不一致，產生橫穿路堤的滲透。4 .凡是用粘性土填筑的浸水路堤（不包括滲透性極小的純粘土），都必須進行滲透動水壓力的計 算。二、滲透動水壓力的計算滲透動

40、水壓力計算公式：D= I Q b 丫 0式中：D作用于浸潤線以下土體重心的滲透動水壓力；滲流水力坡降（取用浸潤曲線的平均坡降）；Qb浸潤曲線與滑動弧之間的面積；Y 0水的容重。三、浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析浸水路堤的破壞一般發(fā)生在最高洪水位驟然降落的時候。采用圓弧法進行浸水路堤邊坡穩(wěn)定性分析，其穩(wěn)定系數K計算與一般路堤相同。第五章路基防護與加固§ 5-1概述1 .由巖土所筑成的路基發(fā)生的變化：浸水后濕度增大，土的強度降低；巖性差的巖體，在水溫變化條件下，加劇風化；路基表面在溫差作用下形成脹縮循環(huán)，在濕差作用下形成千濕循環(huán)，可導致強度衰減和剝蝕；地表水流沖刷，地下水源浸入，使巖土表層失穩(wěn)，

41、易造成和加劇路基的水毀病害；沿河路堤在水流沖擊、淘刷和浸蝕作用下，易遭破壞；濕軟地基承載力不足，易導致路基沉陷。所有這些均取決于巖土的物理力學性質及自然因素，且與路基承受行車荷載的情況密切相關。2 .合理的路基設計：應在路基位置、橫斷面尺寸、巖土組成等方面綜合考慮。3 .為確保路基的強度與穩(wěn)定性，路基的防護與加固，是不可缺少的工程技術措施。4 .路基防護與加固設施：邊坡坡面防護沿河路堤河岸沖刷防護與加固濕軟地基的加固處治。1）坡面防護：作用：保護路基邊坡表面免受雨水沖刷，減緩溫差及濕度變化的影響，防止和延緩軟弱巖土表面的風化、碎裂、剝蝕演變進程，從而保護路基邊坡的整體穩(wěn)定性，在一定程度上還可兼

42、顧路基美化和協(xié)調自然環(huán)境。特點：不承受外力作用，要求坡面巖土整體穩(wěn)定牢固。分類：植物防護 （種草、鋪草皮、植樹等）有“生命”（成活）防護土質邊坡工程防護 （抹面、噴漿、勾縫、石砌護面等）無機物防護石質路塹邊坡。在一定程度上，有“生命”防護在邊坡穩(wěn)定和改善路容方面，優(yōu)于無機物防護。2）堤岸防護與加固：作用：對沿河濱海路堤、河灘路堤及水澤區(qū)路堤，亦包括橋頭引道，以及路基邊旁的防護堤岸等。特點：主要針對水流的破壞作用而設，起防水治害和加固堤岸雙重功效。分類：直接和間接兩類。直接防護與加固設施植物防護、石砌防護與加固兩種植樹、鋪石、拋石或石籠等。間接防護導治結構物，如丁壩、順壩、防洪堤、攔水壩等，疏浚

43、河床、改變河道。3）濕軟地基加固：作用：防止路基沉陷、滑移或產生其他病害。特點：濕軟地基加固，規(guī)模大，造價高，應注意方案比較，研究技術和經濟方面的可行性，力求從簡，盡量就地取材。加固方法：換填土、輾壓夯實、排水固結、振動擠密、土工格柵加筋和化學加固等五類。§5-2 坡面防護一、植物防護作用：可美化路容，協(xié)調環(huán)境，調節(jié)邊坡土的濕溫，起到固結和穩(wěn)定邊坡的作用。適用條件：坡高不大，邊坡比較平緩的土質坡面。方法：種草、鋪草皮和植樹。1.種草：適用邊坡坡度不陡于1： 1，土質適宜種草，不浸水或短期浸水但地面徑流速度0 0.6m/s的邊坡。2 .鋪草皮：坡面沖刷比較嚴重，邊坡較陡，徑流速度0.6

44、m/s,容許最大速度為1.8m/s時，采用平鋪（平行于坡面）水平疊置、垂直坡面或與坡面成一半坡角的傾斜疊置草皮，還可采用片石鋪砌成方格或拱式邊框，方格或框內再鋪草皮。3 .植樹：用在堤岸邊的河灘上，用來降低流速，促使泥沙淤積，防水直接沖刷路堤。4 .拉伸網草皮：在土工網或土工墊等土工合成材料上鋪設3-5cm 的種植土層，經過撒種、養(yǎng)護后形成的人工草皮。5 .固定草種布（也可稱植生帶）：在土工織物紡織時將草種固定于土工織物中，然后到現場鋪筑以促使草皮生長的一種土工合成材料草皮制品。6 .網格固定撒種：先將土工網固定于需防護的邊坡上，然后撤播草種形成草皮的一種邊坡防護方法。多排林堤岸與水流方向斜交

45、，可挑水改變水流方向。沙漠與雪害地區(qū)，防護林帶可阻沙防雪。二、工程防護1 . 抹面防護：適于：石質挖方坡面，巖石表面易風化，但比較完整，尚未剝落，如頁巖、泥砂巖、千枚巖的新坡面。抹面材料：石灰漿。抹面厚度：一般2-10cm 。2 .噴漿：適用于：易風化而坡面不平整的巖石挖方邊坡，厚度一般為5-10cm 。經濟的砂漿是用水泥、石灰、河砂及水，按重量比1 ： 1 ： 6： 3 配合。干砌片石護面：單層或雙層護面。護面厚度一般不小于20cm ，干砌要勾縫。3 .護面墻：適用于：漿砌片石的坡面覆蓋層，用于封閉各種軟質巖層和較破碎的挖方邊坡。注意：護面墻除自重外，不承受其他荷重，亦不承受墻背土壓力。設置

46、：護面墻高一般不超過10m,縱向每10m設一條伸縮縫，墻身應預留泄水孔。§ 5 3 沖刷防護一、直接措施直接措施：植物防護、石砌防護或拋石與石籠防護及支擋（駁岸等）。植物防護、石砌防護：同坡面防護。1. 拋石防護：類似在坡腳處設置護腳，亦稱拋石垛。適用：拋石垛的邊坡坡度，不應陡于拋石浸水后的天然休止角；石料粒徑視水深與流速而定，一般為1550cm。2. 石籠：作用：設在坡腳處，防止急流和大風浪破壞堤岸，加固河床，防止淘刷。鋪設：用碎（礫 ）石墊層鋪平，底層各角，可用鐵棒固定于基底。3. 土工織物軟體沉排定義：在土工織物上以塊石或預制混凝土塊體為壓重的護坡結構。適用：水下工程及預計可能

47、發(fā)生沖刷的河床和岸坡土面上。主要種類：單片墊、雙片墊。單片墊是利用土工織物拼接成大面積的排體；雙片墊是將兩塊單片墊重疊后按一定距離和型式將兩片墊連接在一起而構成管狀或格狀空間，其中再填充透水性土石料（ 如砂卵石等） ，起到防沖與反濾的作用。4. 土工模袋：定義： 是一種雙層織物袋，袋中充填流動性混凝土或水泥砂漿或稀石混凝土，凝固后形成高強度和高剛度的硬結板塊。材料：滿足技術要求，袋內可充填混凝土或砂漿。充填混凝土時，粗骨料最大粒徑應符合要求。適用：坡度不得陡于1： 1。水流速度不宜大于 1.5m/s 。二、間接措施1. 設置導治結構物作用：改變水流方向消除和減緩水流對堤岸直接破壞減輕堤岸近旁淤

48、積解除水流對局部堤岸的損害安全保護作用。2. 導治結構按其與河道的相對位置，一般可分為丁壩、順壩或格壩。1） 順壩：大致與堤岸平行，主要作用為導流、束水、調整流水曲度、改善流態(tài)。順壩導流壩。2） 格壩：作用： 在平面上成網格狀。設于順壩與堤岸之間，防止高水位時水流溢入沖刷壩內岸坡和坡腳，并促進格間的淤積。3） 丁壩：作用：大致與堤岸垂直或斜交，將水流挑離堤岸，束河歸槽，改善流態(tài)。丁壩挑水壩。3. 橫斷面：順壩與丁壩均用石塊修建成梯形橫斷。壩體分為：壩頭、壩身和壩根。4. 公路工程中的改河的主要目的：將直接沖刷路基的水流引向旁處；路基占用河槽后，需要拓寬河道；挖灘改河，清除孤石，改移河道，以保護

49、路基；裁彎取直，有利布置路線或橋涵。§ 5 4 地基加固一、換填土層法換填土層法：定義：將基底下一定深度范圍的濕軟土層挖去，換以強度較大的砂、碎（ 礫 ） 石、灰土或素土，以及其他性能穩(wěn)定、無侵蝕性的土類，并予以壓實。按砂墊層的方法計算。砂墊層：作用：可提高承載力，減少沉降量，加速軟弱土層的排水固結，防止凍脹，消除膨脹土的脹縮作用，亦可處理暗穴。厚度：-1.0m,以中粗砂為宜，級配良好。二、重錘夯實法1. 重錘夯實法：以鋼筋混凝土制成截頭圓錐體（底部墊鋼板），重量宜或稍重，錘底直徑為1-1.5m,起重設備的能力為8-15t ,落距高一般為-4.5m。非粘性土及松散雜填土振動壓實法效果

50、良好。重錘夯實法加固地基，可提高地基表層土的強度。濕陷性黃土降低地表的濕陷性；雜填土減少表層土的強度不均一性。適用：地下水位0.8m以下稍濕的一般粘性土、砂土、濕陷性黃土、雜填土等。2. 強夯法：定義：亦稱動力固結法，以812t（甚至20t）的重錘，8-20m落距（最高達40m）,對土基進行 強力夯擊，利用沖擊波和動應力，達到土基加固的目的。原理： 可壓縮的微氣泡產生幾十厘米的沉降， 液化結構破壞強度下降至最小值出現徑向裂隙加速孔隙水壓力消散的主要通道粘性土的觸變性士基的強度得到恢復和增強。特點：至今還沒有一套成熟和完善的理論和設計方法，但實踐證明，它具有施工簡單、加固效果好、使用經濟、運用面

51、較廣等優(yōu)點。三、排水固結法加固目的：飽和軟土在荷載作用下，排水固結后，抗剪強度可得到提高，則達到加固的目的。適用：加固軟弱地基，包括天然沉積層和人工沖填的土層，如沼澤、淤泥及淤泥質土，水力沖積土等。排水固結法的實際效果，取決于土層固結特性、厚度、預壓荷載和預壓時間。排水固結：運用堆載預壓，擠出土中的過多含水，達到擠緊土粒和提高強度的目的。1. 砂井堆載預壓：需進行地基固結計算，以確定加載以及砂井布置的有關數據。砂井成孔，有沉管法和水沖法兩類。沉管法：用錘擊或振動方式將帶靴的鋼管沉人地基，管內灌砂，在振動作用下拔出鋼管，最后在土中形成砂井。水沖法是利用高壓水沖孔，孔內灌砂，此法施工速度快，但難以

52、保證孔徑勻稱，質量較差。3. 降水預壓4. 真空預壓技術。四、擠密法加固目的：土基中成孔后，在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料，搗實而成直徑較大的樁體，利用橫向擠緊作用，使地基土粒彼此靠緊，孔隙減少，而且孔被填滿和壓緊，形成樁體，樁體具有較高的承載能力，群樁的面積約占松散土加固面積的20，以致樁和原土組成復合地基，達到加固的目的。砂井的作用：排水固結，井徑較小而間距較大，砂井適用過濕軟土層；砂樁的作用：將地基土擠緊，井徑較大，而間距宜小。砂樁適用于處理松砂、雜填土和粘粒含量不大的普通粘性土，亦可有效地防止砂土基底的振動液化。石灰樁作用：擠密，生石灰的吸水、膨脹、發(fā)熱及離子交換作用、使樁體硬

53、化，改善了原地基土的性質，此外還可減小因周圍土的蠕變所引起的側向位移。砂樁和石灰樁的布置與尺寸：計算而定，樁徑約20-30cm，間距約為樁徑的倍，在平面上按梅花形布置，施工方法：有沖擊和振動力等法，在濕陷性黃土中還可用爆擴成孔法，五、化學加固法1. 定義：利用化學溶液或膠結劑，采用壓力灌注或攪拌混合等措施，使土顆粒膠結起來，達到對土基加固的目的，稱為化學加固法，又稱膠結法。2. 化學溶液主要有：(1) 以水玻璃溶液為主的漿液，其配方較多，常用的是水玻璃漿液和氯化鈣漿液配合使用，價格昂貴，使用受到限制。(2) 以丙烯酸氨為主的漿液，我國研制的丙強是其中一種。加固效果較好，因價高亦難以廣泛采用。(

54、3) 以水泥漿為主的漿液，是由高標號的硅酸鹽水泥，配以速凝劑而組成的漿液。(4) 以紙漿溶液為主的漿液，如重鉻酸鹽木質索和木銨，加固效果好，但有毒性，且易污染地 下水。3. 化學加固的施工工藝有：注漿法、旋噴法和深層攪拌法。1)注漿法( 灌漿 ) ：定義：利用機械壓力將漿液通過注入管，均勻注入地層，漿液以填充和滲透方式，排擠土粒間或石隙中的水分和空氣，占據其位置，一定時間后，漿液凝固，可使原土層或縫隙固結成整體。特點：用途甚廣，除用于防護坡面和堤岸外，亦可用于加固土基和整治滑坡等病害，用于加固流砂或流石地基可以提高強度和不透水性，改善地下工程的開挖條件等。漿液：無機和有機。以水泥為主的漿液為無機類：其料源多、價格較低但不易灌入孔隙細微的土內，一般常用于砂卵石及巖石較大裂隙的地質條件中。為了改善漿液性能，可加摻外加劑。如速