路基工程教案7和8章

《路基工程》講義宋高嵩哈爾濱理工大學第七章擋土墻設計本章的主要內容：1、擋土墻設計一般介紹;2、各種邊界條件下的土壓力計算;3、重力式擋土墻設計與穩(wěn)定性驗算;4、特殊條件下擋土墻設計;5、輕型擋土墻設計特點;6、加筋擋土墻設計。本章重點：重力式擋土墻設計與穩(wěn)定性驗算;7－１概述一、擋土墻的用途：1、擋土墻是用來支撐天然邊坡或從工填土邊坡以保持土體穩(wěn)定的建筑物（使邊坡穩(wěn)定、減少占地和土方量），廣泛應用于公路、鐵路、水利及其土建工程。在公路工程中，擋土墻廣泛應用于支撐路堤或路塹邊坡，隧道洞口，橋梁兩端及河流岸等。2、公路工程遇到下列情況時可考慮修建擋墻：1）

基位于陡坡地段或巖石風化的路塹邊緣地段；2）

避免大量挖空方及降低邊坡高度的路塹地段；3）

可能產生塌方滑坡的不良地質路段；4）

水流沖刷嚴重或長期受水浸泡的沿河路基地段；5）

為節(jié)約用地減少拆遷或少占農田的地段；6）為保護重要建筑物生態(tài)環(huán)境或其它特殊需要的地段

二、擋土墻的類型：１、按所在位置分：Ｐ１０６路塹擋墻——設在路塹底部，支撐不穩(wěn)定的路塹邊坡；路堤擋墻——防止基邊坡功基底滑動，確保路基穩(wěn)定；路肩擋墻——收縮填土坡腳，減少填方數量和占地；山坡擋墻——防止山坡土質對路基產生破壞２、按材料分——石砌、磚砌、砼、鋼筋砼、加筋土。３、按結構分：重力式——垛式，衡重式——自重支撐土壓力；半重力式；懸壁式圖６－５；扶壁式圖６－６；垛式；柱式；錨桿式和錨定板式（圖６－４）（圖６－３）；加筋土擋土墻——由填土、拉筋、面板三部分組成。三、加筋土擋墻簡介：1、原理——是填土與拉筋之間的摩擦力作用；2、發(fā)展情況——1963年法國學者亨利維達爾發(fā)明，1965年世建修建第和座加筋土地墻，高達43m；3、特點：A）屬柔性結構物，搞裂性強，節(jié)約用地，造型美觀；B）

面板拉筋預先制作，施工快速；C）造價低，可節(jié)省造價30—70%，經濟效益大。漿砌石擋墻施工水泥砂漿拌和7－２重力式擋墻的構造與布置一、墻身斷面形式及其特點：１1、仰斜式；２、直立式；３、俯斜式；４、衡重式５、凸型折線式二、斷面尺寸——Ｐ１２６一般用數據三、基礎——修在天然地基上的淺基礎１、在不平坦地形，基礎修成臺階形：l

橫向——寬：高＝１：２；l

縱向——寬：高＝２：１。２、基礎的埋置深度l

對于土質地基：Ａ）無沖刷時，應在天然地面以下至少１m；Ｂ）有沖刷時，應在沖刷線以下至少１m；Ｃ）受凍凍脹影響時，應在凍結線以下不少于0.25m，當凍深超過１m時，采用1.25m但基底應夯填一定厚度的砂石或碎石墊層位于凍結線以下到少0.25;l

對于碎石、礫石和砂類地基：Ａ）不考慮凍脹影響——基礎埋深≮１m；Ｂ）保證足夠的安全襟邊Ｌ＝２h.

四、排水設施：1．

地面排水；2．

墻身排水五、沉降縫與伸縮縫：１、為避免因地基不均勻沉陷而引起墻身開裂而設置沉降縫；２、為了防止圬工砌體因收縮硬化各溫度變化而產生裂縫，應設置伸縮縫；一般將沉降縫與伸縮縫合并設置，每隔10-15m設一道，縫寬2-3cm；縫內填以瀝青麻筋或瀝青木板等

六、擋土墻的布置：１、擋墻位置的選定：路塹擋土墻——大多數設在邊溝外側；路肩擋墻——應保證路基寬度布設，減少占地和填方；路堤擋墻——與路肩墻經濟比較后，確定墻的位置；浸水擋墻——保證過水斷面，不致辭擠壓河道，引起局部沖刷。２、擋墻的平面布置——標出擋墻與路線的平面位置，地貌，地物等情況。３、擋墻的縱向布置——繪制起訖點，標高最大處，基礎變異處，墻長，分段長，沉降伸縮縫位置，泄水孔布置等。4、擋墻的橫向布置——選擇在墻高最處，墻身斷面或工礎形式有變異處以及其它必須樁號處的橫斷面上進行。

7－３擋土墻的土壓力計算一、作用在擋土墻上的力系：主要力系（主要土壓力）、附加力系、特殊力主要力系—1、墻體的自重G。2、主動土壓力Ea——墻后3、被動土壓力Ep——墻前4、基底的法向力N與摩擦力T附加力系——季節(jié)性作用于擋墻的各種力。如洪水時的靜水壓力、浮力、動水壓力、波浪沖擊力、凍脹壓力以及冰壓力等；特殊力系——偶然出現的力。如地震力、施工荷載、水流的撞擊力等二、庫侖理論假定：1、土體是均勻松散顆粒的，顆粒僅有磨阻力而無粘力；2、破裂面為平面；3、土的體視為剛體

三、各種邊界條件下主動土壓力計算１、按破裂面交于路基路面的位置不同分為５種圖示——破裂面交于內邊坡、荷載內側、中部、和外側、交于外邊坡2、土壓力計算——破裂面交于內邊坡土壓力的水平和垂直力分別為：3、其它邊界條件土壓力計算——略Ｐ１１２－１１４4、衡重式擋墻——出現第二破裂面的條件Ｐ１１６l

墻背或假想墻背的傾角

必須大于第二破裂面的傾角

——即墻背或假想墻背不妨礙第二破裂面出現；l

在墻背或假想墻面上產生的抗滑力必須大于其下滑力即

使破裂

體不會沿墻背或假想墻背下滑。

三、關于粘性土的土壓力計算：１、等值內摩擦角法：按換算前后土的抗剪強度相等的原則或土壓力相等的原則來計算D值。通常把粘性土的內摩擦角值增大5°～10°，或采用等效內摩擦角D為30°～35°。２、考慮粘結力影響，土壓力關少，擋墻高度變?yōu)榇鎿鯄Ω撸海?-33）式中:c——填料的單位粘聚力，千帕或千牛/平方米。在垂直裂縫區(qū)范圍內，豎直面上的側壓力等于零，因此在此范圍內不計土壓力。四、被動土壓力計算

根據庫倫理論，按照推導主動土壓力公式的原理，由圖7-26可得當地面為一平面時的被動土壓力公式為：

五、車輛荷載的換算

作用于墻后破裂棱體上的車輛荷載，使土體中出現附加的豎直應力，從而產生附加的側向壓力?？紤]到這種影響，可將車輛荷載近似地按均布荷載考慮，換算成容重與墻后填料相同的均布土層。車輛活載引起的附加側壓力按等代均布土層厚度計算：(7-42)式中：

h0——換算土層厚度(米)；q——車輛荷載附加荷載強度，墻高小于2米，取20千牛/米；墻高大于10米，取10千牛/平方米；墻高在2~10米之間時，附加荷載強度用直線內插法計算；作用于墻頂或墻后填土上的人群荷載強度規(guī)定為3千牛/平方米；作用于擋墻欄桿頂的水平推力采用0.75千牛平方米，作用于欄桿扶手上的豎向力采用1千牛/平方米；γ——墻背填土的重度(千牛/立方米)。7－４擋土墻設計一、擋墻的設計原則：容許應力法——舊規(guī)范；分項安全系數極限狀態(tài)法——新規(guī)范。１、擋墻承載能力極限狀態(tài)——出現以下任何一種情況，即認為超過了承載能力極限狀態(tài)。l

整個擋墻或擋墻的一部分作為剛體失去平衡；l

擋墻構件或聯結部件因材料臺度被超過而破壞，或因過渡塑性變形而不適于繼續(xù)承載；擋墻結構變?yōu)闄C動體系或局部喪失穩(wěn)定。擋土墻構件承載能力極限狀態(tài)設計采用的一般表達式

2、正常使用極限狀態(tài)——出現下列狀態(tài)之一，即認為超過了正常使用極限狀態(tài)：l

影響正常使用或外觀變形；l

影響下常使用或耐久性的局部破壞（包括裂縫）；l

影響下常使用的其它狀態(tài)。

二、作用于擋墻的力１、擋墻自重Ｇ及位于墻上的衡載；２、墻后土體的主動土壓力

；３、基底的法向分子（反力Ｎ）和摩擦力Ｆ；４、墻前土體的被動土壓力

；５、對于浸水擋土墻——尚應包括常水位時的靜水壓力和浮力：l

附加力——季節(jié)性作用于擋墻的各種力。如洪水時的靜水壓力、浮力、動水壓力、波浪沖擊力、凍脹壓力以及冰壓力等；l特殊力——偶然出現的力。如地震力、施工荷載、水流的撞擊力等。三、作用于擋墻的荷載及荷載組合：１、作用于擋墻的荷載——Ｐ１３０表６－３l

恒載——擋墻自重（包括基礎以上土自重），填土側壓力（土壓力），墻頂上荷載，有效荷載預加力；l

可變荷載——汽車引起的土側壓力，浮力、靜水壓力、動水壓力、波浪壓力、凍脹力、冰壓力；l

溫度或施工荷載——溫度變化的影響及施工臨時荷載。2、常用荷載組合——Ｐ１３０表６－４

四、擋墻的設計驗算項目：1.抗滑穩(wěn)定性驗算為保證擋土墻抗滑穩(wěn)定性，應驗算在土壓力及其它外力作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力。如圖7-29所示，擋土墻的滑動穩(wěn)定方程與抗滑穩(wěn)定系數按下列公式計算：（1)滑動穩(wěn)定方程：[1.1G+γQ1(Ey+Extanα0)－γQ2Eptanα0]μ+(1.1G+γQ1Ey)tanα0－γQ1Ex＋γQ1Ep>0(2)抗滑動穩(wěn)定系數Kc按下式計算(3)增加抗滑穩(wěn)定性的方法①設置傾斜基底

②采用凸榫基礎（圖7-28）2.抗傾覆穩(wěn)定性驗算為保證擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性，須驗算它抵抗墻身繞墻趾向外轉動傾覆的能力（1)傾覆穩(wěn)定方程：0.8GZG+γQ1(EyZx－ExZy)+γQ2EPZP>0（2)抗傾覆穩(wěn)定系數K0按下式計算：

(3)增加抗傾覆穩(wěn)定性的方法

①展寬墻趾在墻趾處展寬基礎以增加穩(wěn)定力臂，是增加抗傾覆穩(wěn)定性的常用方法。但在地面橫坡較陡處，會由此引起墻高增加。②改變墻面及墻背坡度改緩墻面坡度可增加穩(wěn)定力臂，如圖7-31（a），改陡俯斜墻背或改緩仰斜墻背可減少土壓力，如圖7-31（b），（c）。在地面縱坡較陡處，均須注意對墻高的影響。③改變墻身斷面類型當地面橫坡較陡時，應使墻胸盡量陡立。這時可改變墻身斷面類型，如改用衡重式墻或者墻后加設卸荷平臺、卸荷板（圖7-32），以減少土壓力并增加穩(wěn)定力矩。

3.基底應力及合力偏心距驗算

為了保證擋土墻基底應力不超過地基承載力，應進行基底應力驗算，同時，為了避免擋土墻不均勻沉陷，控制作用于擋土墻基底的合力偏心距。（1）基礎地面的壓應力①軸心荷載作用時②偏心荷載作用時作用于基底的合力偏心距e為

（2)地基承載力抗力值地基應力的設計值應滿足地基承載力的抗力值，應滿足以下格式。①當軸向荷載作用時（7-58）式中:σ—基礎地面的壓應力KN；f——地基承載力抗力值，kPa。②)當偏心荷載作用時：(7-59)③地基承載力抗力值的規(guī)定

當擋土墻的基礎寬度大于3米或埋置深度大于0.5米時，除巖石地基外，地基承載應力抗力值按下式計算：

4.墻身截面強度驗算為了保證墻身具有足夠的強度，應根據經驗選擇1～2個控制斷面進行驗算，如墻身底部、1/2墻高處、上下墻（凸形及衡重式墻）交界處（圖7-34）。重力式擋土墻按承載能力極限狀態(tài)設計時，在某一類作用(或荷載)效應組合下，作用(或荷載)效應的組合設計值可按公式(7-61)計算。S=ΨZL(γGΣSGik+ΣγQiSQik)擋土墻構件軸心或偏心受壓時，正截面強度和穩(wěn)定按下列公式計算。計算強度時：(7-62)計算穩(wěn)定時：

第七章思考題1.什么是擋土墻？分析各類擋土墻的結構特點和使用條件？2.重力式擋土墻的基礎類型是什么？對基礎的埋置深度是如何要求的？3.重力式擋土墻的墻頂寬度和排水設施是如何規(guī)定要求的？4.重力式擋土墻為什么要設置沉降伸縮縫？如何要求？5.簡述擋土墻土壓力的計算原理和注意事項？6.重力式擋土墻的設計驗算項目有哪些？若不符合要求，應采取哪些措施？7.某二級公路路堤擋土墻，墻身采用漿砌片石重力式擋土墻，墻高H=7.8米，墻頂以上填土高h=2.0米，填土邊坡坡度為1:1.5，墻背傾斜角α=14002`，墻背坡度1:0.25，墻身分段長度13米，墻背填土為碎石土，取Φ=450，γ=19千牛/立方米，墻背與填土的摩擦角δ=Φ/2，基底摩擦系數μ=0.45，地基承載能力f=205千帕，墻身砌體密度γa=24.5千牛/立方米，墻身材料的抗壓極限強度Ra=399千帕。試按俯斜式擋土墻和仰斜式擋土墻分別進行設計驗算。8.簡述浸水擋土墻的設計方法？9.簡述輕型擋土墻有哪些？設計方法有何不同？第八章土質路基施工本章主要內容：1、路基施工前的準備工作與施工的組織和管理;2、路基施工方法、方案選擇與機械施工要點;3、路基壓實、質量檢查與驗收。本章重點:1、路基施工方法、方案選擇;2、路基壓實與施工質量檢查與控制。8－１概述一、

路基施工的重要性：1、設計面廣、因素多、設計階段難以盡善，只有在施工中進一步完善2、路基的施工質量直接影響路面質量——路基是路面的基礎3、路基土石方量數量大：占總工程量的６０－７０％。二、路基施工的基本方法Ｐ２０６１、人工施工——使用手工具，它效率低，勞動強度大，進度緩慢；２、簡易機械化施工——使用簡易機械，以人力為主的一種特色方法；３、水力機械化施工——水泵，水槍等水力機械；４、爆破法施工——山區(qū)石質路基施工采用；５、機械化施工——使用配套機械，勞動臺度低，施工進度快，質量高。l

施工方法的選擇——應根據工程性質，工程數量，施工期限，以及可能獲得的人力和機械設備等條件綜合考慮。

三、路基施工的一般程序與內容（一）、路基施工前的準備工作：１、組織準備：l

建立和健全施工任務和管理機構——項目經理部；l

制定施工管理制度，明確分工，落實責任；l

與有關單位及個人簽定協議，在動工前將各種拆遷和征地處理完畢；２、物資準備：l

材料，機具設備的購量，調配，運輸和儲存；l

臨時道路及工程房屋的修建；l

供水，供電，通訊及必須的生活福利設施的安裝建設等。施工概況圖項目經理部-方針目標l

施工材料的儲存振動式壓路機臨時駐地

３、技術準備：l

審核，熟悉設計文件，現場調查；l

編制施工組織計劃：Ａ）施工進度計劃；Ｂ）勞動安排計劃；Ｃ）材料，機具供應計劃；l施工測量——中線測量一律采用坐標法，測量儀器——全站儀不得采用鋼尺放樣。l

清理施工現場——砍樹，挖根（二）路基施工的基本工作：路基與小型人工構造物的施工、路基工程的檢查與驗收

1、路基施工——開挖路塹，沿路線縱向與橫向運土；填筑路堤，壓實土基；整平路基表面，整修邊坡土方（ⅠⅡⅢ），石方（ⅣⅤⅥ）工程；路基排水；防護設施２、

人工構造物——小橋，涵洞，擋墻及地下排水設施；３、

路基工程的檢查與驗收——工程的位置，標高，斷面尺寸，壓實度及砌筑質量。中線的復測和固定土方路基施工路基頂面施工培路肩施工邊坡砌石防護8－２

土質路基施工一、

路堤的填筑1、基本要求：Ａ）注意施工環(huán)境工作——不允許任意擴在取土場面積，變更取土場；Ｂ）充分利用表土資源——施工時，應將表土剝離到路基基底兩側，用于坡面防護或造田。2、路基填筑應注意的問題：（1）基底處理：Ａ）原則上，橫坡小于1：10，填土高度大于0.5米，基底不處理；Ｂ）主線路基范圍攻內的草皮，樹根應全部清除干凈，原地面坑槽或挖空心思樹根后坑槽應用原土填平，樹根棄至路線看不見位置。Ｃ）施工前，對土質基底必須進行填前碾壓，壓實度≮８５％；Ｄ）搞好路基排水——有排水設計應按設計開挖土質邊溝，無排水溝設計，應在路基兩側挖0.6m，上口寬1.2m三角形或梯形邊溝；Ｅ）基底原狀土的強度不符合時，應換填≮３０cm分層壓實；Ｆ）應及時清除地表雜草，積水，淤泥，雜物；Ｇ）橫坡

較大時，采取開挖大臺階方案，或設護腳，擋墻。(2)、填料選擇——就地取材，應滿足ＣＢＲ值要求。（3）、填土壓實——保證質量的關鍵

表8-1路基填方材料最小強度和最大粒徑表項目分類（路面底面以下深度）填料最小強度（CBR）（%）粒料最大粒徑（厘米）高速公路及一級公路二級公路三、四級公路填方路基上路床（0～30厘米）86510下路床（30～80厘米）54310上路堤（80～150厘米）43315下路堤（>150厘米）32215零填及挖方路基0～30厘米8651030-～80厘米54310土方路基施工

3、填筑的基本方案：Ａ）分層填筑法Ｂ）豎向填筑法Ｃ）混合法

二、

路塹的開挖１、

路塹開挖就注意的問題：Ａ）保證順利排水：設計和施工應考慮排除地下毛細水上升和地表水下滲時路槽下砂墊層的位置；遇到地下水時沒暗溝或滲溝；就意水土保持措施方案執(zhí)行。Ｂ）廢方的處理——盡可能地還田，美化環(huán)境。Ｃ）注意邊坡的穩(wěn)定——邊坡坡率按規(guī)范規(guī)定選取，但要結合路線附近已建工程的人工邊坡及自然山坡穩(wěn)定狀況進行核對調整，且坡率的確定要與工程防護相結合。Ｄ）盡可能擴大工作面——保證施工安全。2、路塹開挖基本方案：Ａ）橫向全寬挖掘法——Ｂ）縱向開挖法：分段縱挖法——

分層縱挖法——

通道縱挖法——Ｃ）混合法——橫向全寬挖寬挖掘法和通道縱挖法混合（a）單層（b）雙層：1-橫剖面2-縱剖面3-平面（a）雙層橫向（b）雙層混合1-橫剖面2-平面圖8-3縱向掘進示意圖圖8-4橫向和混合掘進示意圖

三、機械化施工：１、機械的選擇及其選擇Ｐ２１０l(fā)

常用土方機械——松土機，推土機，鏟運機，平地機，挖掘機及壓路機；l

常用土方機械的適用范圍——Ｐ２１１表８－２。例：推土機——Ｈ≦３m，填挖土方工程運距１０－１００m以內的土方挖空心思運及鋪填壓實，傍山坡的半填半挖土方。l

按施工條件選擇土方機械Ｐ２１２表８－３２、機械化施工應注意的問題：l

建立健全管理體制和組織機構，對施工和機械等進行紡一計劃，統(tǒng)一管理，統(tǒng)一調度，保證施工的連續(xù)性；l

制訂完的施工技術與機械技術管理制度，實行科學管理；l

深入調查研究，認真編制機械施工組織計劃；l

選擇合理的施工機械及技術操作方案；l

貫徹抓重點，兼顧一秀原則；l

加強技術培訓，落實經濟責任制。挖掘機推土機8－３路基壓實一、土基壓實的意義：填挖施工使土的結構破壞，壓實使土體達到要求的結構強度，壓實提高土的密實度，使土基變形減小——強度提高；使土基穩(wěn)定性改善——滲透毛細作用改善。二、影響土基壓實效果的主要因素：內因——土的性質（土質）和土的濕度（土的含水量）；外因——壓實功能，壓實方法和壓實機具。

三、土基壓實標準——用壓實度Ｋ來表示

壓實度即工地上實際達到的干密度與該土的最大干密度之比(土基的最佳含水量和最大干密度的確定—標準擊實試驗):項次檢查項目規(guī)定值或允許偏差檢查方法和頻率權值高速、、一級公路