道路與橋梁工程概論6

道路與橋梁工程概論樊烽E-mail：fanfenjunzhi@Tel二節(jié)路基防護與加固設計一、防護與加固的意義邊坡常年經(jīng)受冰雪融化和雨水沖刷而風化剝落和變形破壞，因此需要防護和加固。

二、防護與加固工程的設施

1、植物防護

1）種草——適用于不陡于1:1的草類生長的土質(zhì)邊坡。

2）鋪草皮——適用于邊坡較陡,沖刷嚴重,徑流速度小于1.5m/s,附近草皮來源較易地區(qū)的路基。

3）種樹——主要作用是加固邊坡,防止和減緩水流沖刷，防風沙，美化路容，調(diào)節(jié)氣候。

2、礦料防護

1)抹面與勾縫

抹面適用于易風化軟質(zhì)巖石挖方邊坡。一般選用石灰爐渣灰漿,石灰漿。

勾縫適用于質(zhì)地堅硬,不易風化但節(jié)理裂縫多而細的巖石邊坡,以防水分滲入巖層內(nèi)造成病害。

2)砌石防護

為防止地面徑流或河水沖刷,公路填方邊坡、沿河路堤浸水部位坡面、土質(zhì)路塹邊坡下部的局部,以及橋涵附近坡面,可采用砌石防護。第三節(jié)擋土墻1.擋土墻的作用用于支撐路基填土或山坡土體側(cè)壓力防止邊坡或山坡變形失穩(wěn)的工程構(gòu)造物。廣泛用于支撐路基邊坡、橋臺、橋頭引道和隧道洞口等處。一、擋土墻的種類與構(gòu)造2、擋土墻的分類用于陡峭山坡的路塹底部，降低邊破高度、減少開挖或者邊坡防止地質(zhì)不良地段的滑坡按照擋土墻設置的位置2）路塹擋土墻1）路堤擋土墻用于地形受限，需要收縮坡腳；防止陡坡堤下滑。3）路肩擋土墻a）用于陡坡路堤，為保證路堤穩(wěn)定，收縮坡腳；b）為防止沿河路堤受水流沖刷和淘刷。用以支擋山坡上可能滑坍的覆蓋層土體或破碎巖層（需要時可分設數(shù)道）4）山坡?lián)跬翂?）重力式按照擋土墻結(jié)構(gòu)功能分2）半重力式3）衡重式按照擋土墻結(jié)構(gòu)形式分實心式垛式

錨桿式

加筋土擋土墻錨定板式

3、擋土墻的構(gòu)造組成1）墻背

4）衡重式墻適用于山區(qū)地形陡峻處的路肩墻和路堤墻，也可用于路塹墻。上墻俯斜墻背的坡度1：0.25～1：0.45，下墻仰斜墻背在1：0.25左右，上下墻的墻高比一般采用2：3

。3）凸形折線墻背多用于路塹墻，也可用于路肩墻。上下墻的墻高比一般采用2：3。第二節(jié)擋土墻的構(gòu)造與布置2）俯斜墻背適用于路堤墻、路肩墻。常用1：0.2～1：0.4，不超過4m的低墻可用垂直墻背。1）仰斜墻背適用于路塹墻及墻趾處地面平坦的路肩墻或路堤墻。仰斜墻背的坡度不宜緩于1：0.3，通常在1：0.15～1：0.25。墻頂最小寬度不小于0.4m。漿砌路肩墻墻頂一般宜采用粗石料或混凝土做成頂帽，厚40cm。如不做頂帽，對路堤墻和路塹墻，墻頂應以大塊石砌筑，并用砂漿勾縫，或用5號砂漿抹平頂面，砂漿厚2cm。干砌擋土墻墻頂50cm高度內(nèi)，應用25號砂漿砌筑，以增加墻身穩(wěn)定。干砌擋土墻的高度一般不宜大于6m。

2）墻頂3）基礎1）大多數(shù)擋土墻都直接修筑在天然地基上。a）墻趾或墻踵部分加寬；b）鋼筋混凝土底板；c）換填地基；d）臺階基礎；e）拱形基礎2）地基為軟弱土層時，可采用砂礫、碎石、礦渣或灰土等材料予以換填。

3）當擋土墻修筑在陡坡上，而地基又為完整、穩(wěn)固、對基礎不產(chǎn)生側(cè)壓力的堅硬岸石時，可設置臺階基礎，以減少基坑開挖和節(jié)省圬工。

4）基礎埋置深度

一般土類埋置深度為1m；當擋土墻位于地質(zhì)不良地段，地基土內(nèi)可能出現(xiàn)滑動面時，應進行地基抗滑穩(wěn)定性驗算，將基礎底面埋置在滑動面以下，或采用其它措施，以防止擋土墻滑動。應在墻前地面以上設一排泄水孔。墻高時，可在墻上部加設一排匯水孔?？籽坶g距一般為2～3m，孔眼上下錯開布置。下排排水孔的出口應高出墻前地面或墻前水位0.3m。為防止水分滲入地基，下排泄水孔進水口的底部應鋪設30cm厚的粘土隔水層。泄水孔的進水口部分應設置粗粒料反濾層，以免孔道阻塞。當墻背填土透水性不良或可能發(fā)生凍脹時，應在最低一排泄水孔至墻頂以下0.5m的范圍內(nèi)鋪設厚度不小于0.3m的砂卵石排水層。4）排水設施5）伸縮縫設計時，一般沿路線方向每隔10～15m設置一道，縫寬2～3cm，縫內(nèi)一般可用瀝青麻筋等具有彈性的材料，沿內(nèi)、外、頂三方填塞。沉降伸縮縫基地線泄水孔路線縱坡錐坡?lián)跬翂φ鎴D

土壓力當擋土墻靜止不動土體處于彈性平衡狀態(tài)時土對墻的壓力當擋土墻向離開土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在墻上的土壓力當擋土墻向土體方向偏移至土體達到極限平衡狀態(tài)時，作用在擋土墻上的土壓力二、擋土墻土壓力計算1、一般條件下庫倫主動土壓力計算（一）庫侖理論的假設1.假設墻背填料為均質(zhì)散粒體，僅有內(nèi)摩擦力，而無粘聚力。2.當墻背向外移動或饒墻趾外傾時，墻背填料會出現(xiàn)一通過墻踵的破裂面，設為平面。3.破裂面上的土楔為剛性體。（二）庫侖主動土壓力公式的推導（破裂面交于內(nèi)邊坡時）1.力的大小由正弦定理：2.最大主動土壓力——最危險破裂面的確定當參數(shù)ψ、j、δ、α、β固定時，Ea隨破裂面的位置而變化，即Ea是破裂角θ的函數(shù)。為求最大土壓力Ea

，可以用求駐點的辦法，得到如上圖邊界條件的最大土壓力公式和最危險破裂角如下：其中：假定地面水平：β=0；墻面垂直：α=0；墻背光滑沒有摩擦力：δ=0。因此：2、郎肯土壓力計算3、力的作用點位置：壓力圖形的重心所處高度。4、破裂面位于其他位置時由于靜力平衡條件不變，破裂面交于路基表面和外邊坡時，只需要改變土楔重力G的表達式，同時在土壓應力分布圖中疊加車輛荷載，就能得到類似的表達式。如下圖：破裂面交于外邊坡三、作用在擋土墻上的荷載1）荷載分類2）荷載計算換算土柱q1——車輛荷載附加荷載強度，墻高小于2m，取20kPa；墻高大于10m，取10kPa；墻高在2～10m之間時，附加荷載強度用直線內(nèi)插法計算。q2——作用于墻頂或墻后填土上的人群荷載強度規(guī)定為3kPa。q3——作用于擋墻欄桿頂?shù)乃酵屏Σ捎?.75kN/m，作用于欄桿扶手上的豎向力采用1kPa。是否考慮附加荷載由實際情況決定原則：根據(jù)擋土墻所處的具體工作條件、最不利組合一般地區(qū)僅考慮主要力系浸水地區(qū)考慮附加力地震區(qū)考慮地震力四、不同條件下荷載組合承載力極限狀態(tài)是當擋土墻出現(xiàn)以下任何一種狀態(tài)，即認為超過了承載力極限狀態(tài)：1）整個擋土墻或擋土墻的一部分作為剛體失去平衡；2）擋土墻構(gòu)件或連接部件因材料強度超過而破壞，或因過度塑性變形而不適于繼續(xù)承載；3）擋土墻結(jié)構(gòu)變?yōu)闄C動體系或局部失去平衡。結(jié)構(gòu)的承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)是擋土墻出現(xiàn)下列狀態(tài)之一時，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：1）影響正常使用或外觀變形；2）影響正常使用或耐久性的局部破壞（包括裂縫）；3）影響正常使用的其它特定狀態(tài)。——結(jié)構(gòu)重要性系數(shù);

S—作用（或荷載）效應的組合設計值；R—擋土墻結(jié)構(gòu)抗力；Rk—抗力材料的強度標準值；gf—結(jié)構(gòu)材料、巖土性能的分項系數(shù)；ad—結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的設計值，當無可靠數(shù)據(jù)時，可以用幾何參數(shù)標準值。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定公路擋土墻的構(gòu)件分析采用承載力極限狀態(tài)的分項安全系數(shù)法為主的設計法，表達式為：承載能力極限狀態(tài)作用（或荷載）分項系數(shù)穩(wěn)定性驗算，包括抗傾覆和抗滑移穩(wěn)定驗算；地基的承載力驗算；墻身強度驗算。五、擋土墻的計算1、傾覆穩(wěn)定性驗算抗傾覆安全系數(shù)2、滑動穩(wěn)定性驗算抗滑安全系數(shù)增加擋土墻穩(wěn)定性的措施

1.增加抗滑穩(wěn)定性的方法土質(zhì)地基，不陡1:5；巖石地基，不陡于1:3凸榫的高度按照抗滑穩(wěn)定性要求設計，高寬比滿足污工剛性角的要求傾斜基底凸榫基底2.增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法展寬墻趾改變墻面及墻背坡度改變墻身斷面類型第一節(jié)土基壓實土基壓實的目的提高路基強度與穩(wěn)定性的根本措施之一改善土工程性質(zhì)的一種經(jīng)濟合理措施第四章路基建筑一、影響壓實效果的因素1．含水量對壓實效果的影響對壓實效果較顯著最大干密度ρ0所對應的含水量——最佳含水量ω0

（擊實試驗）施工：過大，“彈簧”；過小，壓不實含水量干容重ω0ρ02．土質(zhì)對壓實效果的影響粉粒，粘粒越多，ω愈大，ρ愈小3．壓實功對壓實的影響ω隨壓實功增大而減小ρ隨壓實功增大而增大

控制ω比增大壓實功收效大2、土基壓實度壓實度：土壓實后的干密度與該土的標準最大干密度之比。k=ρd/ρO*100%壓實度的選擇關系到土基受力；公路等級；施工條件等二、路基的強度和壓實度

1、強度

路床土和路堤的強度用CBR表示。

CBR——加州承載比。用標準試件在貫入量為2.5mm時所施加的荷載與標準碎石在相同貫入量時所施加的荷載之比值。第二節(jié)路基填筑施工準備

基底處理

分層填筑攤鋪平整灑水晾曬碾壓夯實路基整修

檢驗簽證準備階段

施工階段

基路整修

一、路堤填筑施工的工藝流程圖地面橫坡較陡,挖臺階再填筑1．料場選擇強度高、水穩(wěn)定性好，便于施工壓實的土、石為宜2．基底處理原地面的處理措施：使填土與原來表土密切結(jié)合。1）密實穩(wěn)定的土質(zhì)基底較緩時，不作處理：直接在地面上修筑路堤i=1:10~1:5，除草皮，雜物（深度≮15cm）

i>1:5較陡時，除草皮，雜物后，挖臺階(寬≮1m)i>1:2.5，外坡角特殊處理（護腳）2）耕地或松土基底清除有機土，種植土——壓實——填筑深耕地（>30cm）：翻松，打碎——整平——壓實水田：排水，疏干——換填土（基底處理）清表3．填筑（1）水平分層填筑法：全寬水平分層（2）縱向分層填筑法：沿縱坡分層14235縱向分層水平分層適宜的鋪層厚度和所需的壓實遍數(shù)應通過現(xiàn)場壓實試驗確定。

壓實土層的最大厚度由機械所能壓實達到要求的有效深度來控制，它取決于壓實機械的類型和功能、土的性狀和壓實要求。（3）橫向填筑法沿路線中心方向逐步向前——深坡陡谷不易壓實，盡量采用混合填筑（4）混合填筑法上部經(jīng)分層填筑，獲得需要的壓實度橫向填筑混合填筑2）沿橫斷面一側(cè)填筑的方法加寬舊路堤時：（1）與舊路堤相同或相近的土；或透水性較佳的土（2）除草，挖臺階（3）分層夯實半填半挖陡坡路基：清基底表層松土，再挖1——2米臺階，坡腳附近宜寬一些12343）不同土質(zhì)路堤填筑（1）分層，不得混填;（2）穩(wěn)定性好的土填在上部;（3）透水性差的土在下面時，做成4%雙向橫坡;（4）透水性小的土不應覆蓋在透水性大的土的邊坡上。填石路堤：（1）易風化石塊：不宜作路堤填料，邊坡和形狀按土質(zhì)路堤處理（推土機推平——壓路機碾壓）。（2）不易風化石塊：高等級公路：必須分層填筑，分層壓實一般公路：路堤下部可采用傾填，邊坡采用硬質(zhì)石料碼砌1~2米厚；規(guī)定：高等級公路填石路堤路床頂面以下50cm范圍內(nèi)應填筑路床要求的土并分層壓實。其他公路為30cm。4.壓實機具的選擇目前，壓實機械的種類很多，按照壓實原理，基本上可分為靜碾、夯擊和震動三大類。靜力碾壓式：（光面碾，羊足碾，氣胎碾）粘性土夯擊式：粘性土振動式：砂性土為保證工程質(zhì)量和提高壓實效果，在組織壓實操作時，一般應遵循：1）壓實機械宜先輕后重；2）碾壓速度應先慢后快；3)壓實路線應由兩側(cè)向中間；4)相鄰行程：碾壓時，橫向輪跡一般重疊0.4~0.5m，對三輪壓路機則重疊后輪寬的一半；前后相鄰區(qū)段應重疊1.0~1.5m，以達到無漏壓、無死角，確保壓實均勻。羊足碾輪胎碾光面碾5、碾壓工序的控制1．施工現(xiàn)場取土做標準擊實試驗，得到最大干密度和最佳含水量2．確定工地要求的壓實度k3．攤鋪（厚度）4．碾壓預壓整平速度適中先慢后快，先輕后重先兩邊后中間5．檢測壓實度k6．下一層鋪筑第三節(jié)

石方爆破

在山區(qū)或某些丘陵地區(qū)修筑路基時，常需挖掘巖石。巖石的開挖，除了用機械或人工直接開挖的軟石和強風化巖石外，均應采用爆破方法，路基石方爆破作業(yè)包括以下步驟：1.對預定要開挖的路基斷面，提出爆破方案，確定爆破方法，選擇藥包位置，并清除覆蓋土及松散石層，對爆破器材進行檢查與試驗；2.鉆炮孔或挖導洞和藥室；3.在炮孔或藥室內(nèi)裝填炸藥和安置起爆材料，并加以堵塞，敷設起爆網(wǎng)路；

4.設置警戒，撤離人員，用點火或通電使炸藥爆炸（起爆）；

5.處理瞎炮，解除警戒，在用各種機具清除巖石碎塊（清方），測定爆破效果；

6.反復施行爆炸，直到形成整個路基。1、藥包的爆破作用：用圈反映，有壓縮圈、拋擲圈、松動圈和震動圈。

根據(jù)藥包埋置深度大于松動圈半徑時，則爆破后地表沒有破壞跡象，稱為內(nèi)部爆破，當藥包埋置深度小于松動圈半徑但大于拋擲圈半徑時，爆破后地表的巖石只破碎和松動，稱為松動爆破，當藥包埋置深度小于拋擲圈半徑時，爆破后部分碎塊會被拋出，稱為拋擲爆破。二、藥包計算原理：

一、爆炸材料：炸藥、起爆材料（導火索、雷管、導爆索或?qū)П埽?、藥包的計算方法：

Q=KVQ為藥包裝藥量（kg）；V為該藥包所需爆破的巖土體積（m3）K為比