公路路基路面工程教程

《路基路面工程》讲义

湖南城市学院土木工程学院道路教研室

目 录

第一章 总论

§1.1 道路工程发展概况

§1.2 路基路面工程的特点

§1.3 影响路基路面稳定的因素

§1.4 路基土的分类

§1.5 公路自然区划

§1.6 路基水温状况及干湿类型

§1.7 路面结构及层位功能

§1.8 路面的等级与分类第二章 行车荷载 环境因素 材料的力学性质

第二章 行车荷载 环境因素 材料的力学性质 §2.1 行车荷载

§2.2 环境因素影响

§2.3 土基的力学强度特性

§2.4 土基的承载能力

§2.5 路基的变形、破坏及防治(自学)

§2.6 路面材料的力学强度特性

§ 2-7 路面材料的累积变形与疲劳特性第三章 一般路基设计

第三章 一般路基设计

§3.1 路基的类型与构造

§3.2 路堤设计

§3.3 路堑设计

§3-4 填挖结合路基设计

第四章 路基边稳定性分析性设计

§4.1 边坡稳定性分析原理与方法

§ 4.2 陡坡路堤稳定性

§4.3 浸水路堤稳定性

第五章 路基的防护与加固

第一章 总论

§1.1 道路工程发展概况

早在4000多年前,中国已有了车和行车的路。商代开始有驿道传送,西周开创了以都市为中心的道路体系,还建立了比较完善的道路管理制度,以后的西汉、唐代、宋、元、明、清各代,道路交通又有发展。

清末,在原有驿道上修建了一些很简陋的公路,中华民国初期,公路有了初步发展。建国以来,我国公路交通事业得到了迅速发展。自80年代中期开始,中国大陆开始兴建高速公路。高速公路的建设和使用,为汽车快速、高效、安全舒适地运行提供了良好的条件,标志着我国的公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。

路基路面直接承受行驶车辆的作用,是道路工程的重要组成部分。它主要研究公路,城市道路和机场跑道路基路面的合理结构、设计原理、设计方法、材料性能要求以及施工养护、维修和管理技术等。

半个世纪以来,我国广大道路工程科技工作者,从我国实际和建设需要出发,引进外国先进技术、刻苦钻研、反复实践在路基路面工程建设和科学研究中,取得了许多突破性的系列成果,如公路自然区划、土的工程分类、沥青路面结构、水泥砼路面结构、柔性路面设计理论与方法等。

§1.2 路基路面工程的特点

路基路面是道路的重要工程结构物

1、路基:路基是在天然地表面按照道路的设计线形(位置)和设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。

路基是路面结构的基础,路基质量的好坏,必将反映到路面结构上来,路面的损坏往往与路基排水不畅、压实度不够,强度低等有直接关系。路基设计不好,将影响道路的使用质量,修复难度大、费用高。

2、路面:路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构。 现代化公路运输不仅要求道路能全天候通行车辆,而且要求车辆能以一定的速度、安全、舒适而经济地在道路上运行。这就要求路面具有良好的使用性能,提供良好的行驶条件和服务水平。

3、路基和路面相辅相成,实际上是不可分离的整体,应综合考虑它们的工程特点,综合解决两者的强度、稳定性等工程技术问题。

对路基路面的基本性能要求:

一、承载能力

行驶在路面上的车辆、通过车轮把荷载传给路面,由路面传给路基、在路基路面结构内部产生不同量的应力,应变和位移。如果路基路面结构整体或某一组成部分的强度或抗变形能力不足以抵抗这些应力,应变及位移,则路面会发生断裂、路基路面结构会出现沉陷,路面表面会出现波浪或车辙,使路况恶化、服务水平下降,因此要求路基路面结构整体及其各组成部分都具有与行车荷载相适应的承载能力。

结构承载能力包括强度和刚度二方面:

强度:反映结构物抵抗外力的能力。

刚度:反映结构物抵抗外力作用下变形的能力。

解决途径:通过设计各结构层的厚度、材料的选择及施工质量来保证。

二、稳定性(水稳定性和温度稳定性)

在天然地表面建造的道路结构物改变了自然的平衡,在达到新的平衡状态之前,道路结构物处于一种暂时的不稳定状态。新建的路基路面结构坦露在大气之中,经常受到大气温度、降水与湿度变化的影响,结构物的物理、力学性质随之发生变化,处于另外一种不稳定状态。

解决途径:选线、勘测、设计、施工中应密切注意,并采取必要的工程措施,以确保路基有足够的稳定性。路面类型选择和路面结构组合设计来保证,如半刚性基层易产生干缩裂缝,因而在高等级公路中,不能在半刚性基层上直接铺筑薄面层,而采用过渡层+薄面层。

三、耐久性

耐久性:路基路面材料在长期的荷载作用下能保持其材料性质等的性质。耐久性不好,路面在行车荷载和冷热、干湿等气候因素的长期重复作用下,产生疲劳破坏及塑性变形积累、老化,最后导致材料破坏。提高路基路面的耐久性,保持其强度、刚度,几何形态经久不衰,除了精心设计、精心施工、精心选材之外,还应把长期的养护、维修、恢复路用性能的工作放在重要的位置。

四、表面平整度

路面表面平整度:反映路面偏离表面的纵向起伏,它是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能指标:

不平整的路表面会增大行车阻力,并使车辆产生附加的振动作用,而且,不平整的路面会积滞雨水,加速路面的破坏。

解决途径:优良的路面平整度,要依靠优良的施工装备,精细的施工工艺,严格的施工质量控制以及经常和及时的养护来保证。砼路面的平整度以3m直尺量测为准,3m直尺与路面表面之间的最大间隙,高速公路和一级公路不应大于

3mm;其他各级公路不应大于5mm。

五、表面抗滑性能

通常用摩擦系数表征抗滑性能。摩擦系数小,则抗滑能力低,容易引起滑溜交通事故。

解决途径:通过采用坚硬、耐磨、表面粗糙的粒料组成路面表层材料来实现,或采用一些工艺措施来实现如砼路面的刷毛或刻槽等。

§1.3 影响路基路面稳定的因素

路基路面裸露在大气中,其稳定性在很大程度上由当地自然条件所决定。因此,应深入调查公路沿线的自然条件,因地制宜地采取有效的工程措施,以确保路基路面具有足够的强度和稳定性。

影响路基路面稳定性的因素有:

1、地理条件

平原、丘陵、山岭各区地势不同,路基的水温状况也不同。平原地区地势平坦,排水困难,地表易积水,地下水位相应较高,因而路基需要保持一定的最小填土高度,路面结构层应选择水温稳定性良好的材料,并采用一定的结构排水设施;丘陵区和山岭区、地势起伏较大,路基路面排水设计至关重要,否则会导致稳定性下降,出现破坏现象,影响路基路面的稳定性。

2、地质条件

沿线的地质条件如岩石的种类、成因、节理,风化程度和裂隙情况,岩石走向、倾向、倾角、层理等有无夹层或遇水软化的夹层,以及有无断层或其他不良地质现象都对路基路面的稳定性有一定的影响。

3、气候条件

气温、降水、温度、冰冻深度,日照等都会影响公路沿线地面水和地下水的状况,并且影响到路基路面的水温情况,气候还受地形的影响。

4、水文和水文地质条件

水文条件如公路沿线地表水的排泄,河流洪水位、常水位、有无地表水和积水时期的长短、河岸的淤积情况等。水文地质条件如地下水位、地下水移动规律、有无层间水、裂隙水、泉水等,这些地面水,地下水都会影响路基路面的稳定性,如果处理不当,常会引起各种病害。

5、土的类别

土是建筑路基和路面的基本材料,不同的土类具有不同的工程性质。如较强的砂,在渗流情况下,容易形成流砂粘粒成份多的土,强度形成以粘聚力为主,其强度随密实程度的不同,变化较大并随温度的增大而降低。

§1.4 路基土的分类

我国公路用土依据土的颗粒组成特征,土的塑性指标和土中有机质存在的情况,分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类,并进一步细分为11种土 fg1—1 (P8)

1、巨粒组:(大于60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土

包括漂(卵)石,漂(卵)石夹土,漂(卵)石质土

2、粗粒土:包括砾类土和砂类土两种

(粒径在0.074~60mm)质量多于总质量50%的土

砾类土:(2~60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土

砂类土:(2~0.074mm的颗粒)质量大于或等于总质量50%的土

3、细粒土:(小于0.074mm颗粒)质量多于总质量50%的土

含有机质的细粒土称为有机土

4、特殊土:黄土、膨胀土、红粘土和盐渍土

一、各类公路用土的工程性质不同

1、巨粒土:有很高的强度和稳定性,用以填筑路基是良好的材料,亦可用于砌筑边坡。

2、级配良好的砾石混合材料:密实程度好,强度和稳定性均能满足要求。除填筑路基外,可以铺筑中级路面,经适当处理后,可以铺筑高级路面的基层、底基层。

3、砂土:无塑性、透水性强、毛细上升高度小,具有较大的摩擦系数。采用砂土修筑路基,强度高,水稳性好,但其粘结力小,易于松散,车辆通过时易产生较深的车辙。为克服此缺点,可以采用振动法压实,并可掺入少量粘土,以改善级配组成。

4、砂性土:为修筑路基的良好材料,含一定数量的粗颗粒,使路基有足够的内摩擦力,又含有一定数量的细颗粒,使之具有一定的粘聚力,不致过分松散,一般遇水干得快,不膨胀,干时有足够的粘结性,扬f尘少,因此雨天不泥泞、晴天不扬尘,在行车作用下易被压实,便于施工。

5、粉性土:不良的公路用土,含有较多的粉土粒,干时稍具粘结性,但易被压碎,扬尘大,浸水时易成流体状态。粉性土的毛细上升高度大,在季节性冰冻地区容易造成冰胀,翻浆等病害,如遇粉性土,必需改良土质且(采取)加强排水,隔水措施。

6、粘性土:透水性小,粘聚力大,干时坚硬,不易挖掘,毛细现象显著,有较大的可塑性,用来筑路比粉性土好,但不如砂性土,如在适当含水量时加以

充分压实和良好的排水设施,筑成的路基也能获得稳定。

7、重粘土:塑性指数与液限都很高,其工程性质与粘土相似,但受粘土矿物成份影响较大(含高岭土为最好,伊里土次之,蒙脱土最差),重粘土不透水,粘聚力特强,干时很坚硬,很难挖掘,膨胀性和塑性都很大。

总之,土作为路基建筑材料,砂性土最优,粘性土次之,粉性土属不良材料,垂粘土,特别是蒙脱土也是不良的路基土,而一些特殊土类、用以填筑路基时必须采取相应技术措施。

二、路基土的工程分级

在施工中路基土石按其开挖难易程度,又可分为六级:松土、普通土、硬土、软土、次竖石、竖石。

§1.5 公路自然区划

一、公路自然区划划分目的:

1、道路工程特征相似的原则:在同一区划内,在同样的自然因素下筑路具有相似性(如北方:春融翻浆;南方:雨季冲刷、水毁等)。

2、地表气候区划差异性的原则:包括地带性差异和非地带性差异,地带性差异即纬度不同,地表气候不同(如北半球北方寒冷,南方温暖)。

非地带性差异:如青藏高原,由于海拔高,与纬度相同的其它地区相比,气候更加寒冷。

3、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则:

自然气候的变化是各种综合作用的结果,但其中又有某种因素起着主导作用。

三、划分情况:

“公路自然区划”分三级进行区划,首先将全国划分为多年冻土,季节冻土和全年水冻土三大地带,然后根据水热平衡和地理位置,划分为冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒7个大区(一级区划)在一级区划内再以潮湿系数为依据,分为6个等级,另外还结合各个大区的地理,气候特征,地貌类型,自然病害等因素,将全国分为33个二级区和18个二级副区。

Ⅰ区:北部多年冻土区

冻胀、雪害、延流水等病害严重,对冰、水含量较大的冻土路基设计,应采用保护多年冻土的原则,宁填铁挖,路面结构应采取保温措施,以防路基热隔沉陷,对非多年冻土还要注意翻浆问题。

Ⅱ区:黄土高原干湿过渡区

该区路面结构突出的问题是防止翻浆和冻胀,夏季水毁及地震也有一定影

响。为防止冻胀和翻浆,路基路面结构应注意采取隔温、排水和截断毛细水上升等措施。

Ⅲ区:黄土高原干湿过渡区

该区特点是黄土对水分的敏感性,路基应注意排水,路面结构必须选择不透水的面层或封闭层,以防雨水下渗。

Ⅳ区:东南湿热区

该区因春、夏东南季风造成的霉雨和夏雨,形成明显的不利季节。东南沿海台风暴雨多,水毁、冲毁、滑坡是道路的主要病害,应加强排水。该区水稻田多,对软土和潮湿路段的路基应认真处理。又因气温高、热季长,沥青路面应注意热稳定性,抗滑性和水透水性。

Ⅴ区:西南潮暖区

该区山多,筑路材料丰富,应充分利用当地筑路材料,对于水文不良地段,必须采取措施,稳定路基。

Ⅵ区:西北干旱区

该区气候干旱,除灌区和绿洲外,一般道路冻害较轻;砂石路面经常出现搓板,松散和扬尘。改铺沥青路面为有效的解决办法,高山区有风雪流危害,沙漠地区应注意风蚀和沙埋等的防治。

Ⅶ区:青藏高寒区

该区地处高原,气候寒冷,分布有高原多年时土和现代冰川,东南部由于新构造运动活跃,地形破碎和地震强烈、雪害、滑坡、崩塌、泥石流等自然病害均较严重,应采取措施保证路基的整体稳定。另外,昼夜温差大,日照时间长,沥青老化很快。柴达木盆地气候较干旱,氯化盐可作筑路材料。

§1.6 路基水温状况及干湿类型

一、路基湿度的来源:

路基在使用过程中,受到各种外界因素的影响,使湿度发生变化

1、大气降水:大气降水通过路面(透水的路面、不透水路面的边缘、接缝或裂隙),路肩边坡和水沟渗入路基;

2、地面水:边沟的流水、地表径流水因排水不良形成积水,渗入路基;

3、地下水:路堑边坡较高处土层内滞水的下渗,地下水的毛细上升作用,上升到路基;

4、毛细水:

5、水蒸汽凝结水:在土的空隙中流动的水蒸汽,遇冷凝结成水。6、薄膜移动水:在土的结构中水以薄膜的形式从含水量较高处向较低处流动,或由温度较高处向冻结中心周围流动。

二、大气温度及其对路基水温状况的影响

路基湿度除了水的来源之外,另一个重要因素是受当地大气温度的影响。由于温度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。

我国北方季节性冰冻地区,路基在冬季冻结过程中,由于负温度坡差的影响,土中未冻结的水分会向冻结线(冰冻线)附近积聚,形成冰晶体积和冰夹层,积聚后的冰冻结后体积增大,使路基隆起而造成面层开裂,即冻胀现象。春暖化冻时,路面和路基结构由上而下逐渐解冻,而积聚在路基上层的水分先融解,水分难以迅速排除,造成路基上层的湿度增加,路面结构的承载力使大大降低,在重车的反复作用下,路基路面结构会产生较大的变形,严重时,路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出,形成翻浆,等路基浆土全部融化后,水分便渗入路基深层,翻浆状况可逐步消失。

引起路基冻胀的因素有:

1、土质:不同土类的毛细特性和渗透性均不同,如粉性土毛细上升能力强,且有较高的渗透性,易发生冻胀现象(冻胀土);砂性土有较高的渗透性,缺乏吸收水分的能力;粘性土有一定的毛细吸收能力,但渗透性差,水分移动慢,此两类土均不会出现严重的水分积聚现象。

2、水文条件:在地面排水困难或地下水位较高地段,潮湿路基易出现冻胀和翻浆现象。

3、气候条件:冻前的雨季可使路基湿度增大;正、负湿度的反复交替的冬季,路基冻结缓慢,冻结线长时间徘徊在路基某深度处,使水分有充足的时间向该处积聚,并形成冰晶体。

三、路基干湿类型

1、划分情况:路基按其干湿状态不同,分为四类:干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性, 一般要求路基处于干燥或中湿状态,过湿的路基必须经处理后方可铺筑路面。

2、划分标准

(1)按路基平均稠度Wc与分界相对稠度Wci的(关系)大小来确定。

wc=(wl-w)/(wl-wp)

wc——土的稠度; wl——土的液限

w——土的含水量; wp——土的塑限

土的稠度较准确地表示了土的各种形态与湿度的关系,稠度指标综合了土的塑性特性,包含了液限塑限,全面直观地反映了土的硬软程度,物理概念明确。

①wc=1.0 即w=wp为半固体与硬塑状的分界值;

②wc=0 即w=wl为流塑与流动状的分界值;

③1.0>wc>0 即wl>w>wp,土处于可塑状态。

以稠度作为路基干湿类型的划分标准是合理的,但是不同的自然区划,不同的土组的分界稠度是不同的,fg1-7 (p17)

对于原有公路,按不利季节路床表面以下80cm内的土的平均稠度确定。 wci=(wli-wi)/(wci-wpi)

wc=∑wi=18ci

8

(2)对于新建道路、路基尚未完成,则根据路床距地下水位或地表(面)水的高H与路基的临界高度Hi的大小关系来判断。路床:是路面的基础,是指路面底面以下80cm范围内的路基部分,承受由路面传来的荷载(0~30cm为上路床;30~80cm为下路床)临界高度;在最不利季节,路基处于不同干湿类型所需的路床底面距地下水或地面水的最小高度;或与分界稠度相对应的路基离地下水或地表积水水位的高度。 ①干燥类:wc>wc1或H>H1

H1=Hl+Hd

Hl——毛细上升的润湿区高度;

Hd——路床底到地下水位应保证的距离。

这类路基的湿度主要受气候因素的影响。 ②中湿类:wc2≤wc

这类路基的湿度既受气候因素也受地下水的影响。 ③潮湿类:wc3≤wc

这类路基的湿度主要受地下水的控制。 ④过湿类:wc

路基极不稳定,冰冻区春融翻浆,非比冻区弹簧,路基经处理后方可铺筑路面。

为了保证路基的强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响,在设计路基时,要求路基保持干燥或中湿状态,路床顶距地下水或地表水的距离要求大于或等于干燥,中湿状态所对应的临界高度。

⑤上海郊区,粉质亚粘土路基,最高地下水位离地面90cm,低矮填土,路床底顶面距地面30cm,请预估路基平均稠度。

解:由图1—5(p13),上海属于Ⅳ1区,查表1—9(p19)得Ⅳ1区粉性土的临界高度H2=1.3 1.4m,H3=0.9 1.0m,而路床顶面距最高地下水位的距离为H=0.9+0.3=1.2m,则H3

wc3≤wc

§1.7 路面结构及层位功能

一、路面横断面

1、槽式横断面

2、全铺式横断面

二、路拱横坡

为了保证路面上雨水及时排出,减少雨水对路面的浸润和减弱路面结构强度、路表面应做成直线形或抛物线形路拱,路拱横坡度应满足行车和横向排水两方面的要求。

1、干旱和有积雪,浮冰地区,应采用底值,多雨地区采用高值;

2、道路纵坡较大或路面较宽,或行车速度较高时,或交通量和辆载较大时,或常有拖、挂汽车行驶时,采用平均坡度的低值;

3、对高速、一级公路、中央分隔带未设排水设施,则两侧路面做成单向横坡,向路肩方向排水;若中央分隔带设置排水设施,则两侧路面做成双向横坡,向中间排水设施和路肩二个方向排水。

4、路肩横坡一般较路面横坡大1%,但高速、一级公路的硬路肩采用与路面行车道相同的结构时,应采用与路面行车道相同的横坡。

三、路面结构妥层及层位功能

行车荷载和自然因素对路面的影响,随深度的增加而逐渐减弱,因此,对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也逐渐降低。为适应这一特点,路面结构通常是分层铺筑的。

1、面层:直接同行车和大气相接触,承受行车荷载的作用以及受雨水和气温变化的影响最大。

要求:坚实、耐磨、平整、粗糙,对于沥青类路面还应抗滑、防渗、耐疲劳以及抗高温变形,低温开裂的湿度稳定性,且满足最小厚度的要求:如沥青贯入式hnim=4cm,砼面板hnim=18cm砂石路面上所铺的2~30cm厚的磨耗层厚度不超过1cm的简易沥青表面处治,不能作为一个独立的层次,应看作是面层的一部分。

组成面层的材料有:水泥硅

沥青混合料:沥青硅、沥青碎石

沥青贯入碎石、沥青表面处治(次高级路面)

碎(砾)石混合料:泥结碎石和级配砾石等(中级、低级路面)

水泥硅嵌锁式块料:整齐中半整齐块石:承载力强、平整度差

2、基层

(1)沥青类路面(基层又称为承重层)

应有足够强度、稳定性和较好的平整度,还应有一定的抗冻性和抗低温开裂性。

(2)水泥硅路面(其板块之间有拉杆、传力杆),其基层的受力比沥青类路面小。 作用:保证整体强度,防止板块断裂,即泥和错台等病害的产生。

(3)对基层的要求

①应具有足够的强度和稳定性,较好的平整度,在寒冷地区还应具有一定的抗冻性和抗低温开裂性。

②无机结合料稳定类材料的配合比设计应满足规定的强度(根据公路等级查《规范》)。

③一般公路的基层宽度比面层每侧至少宽出25cm(给面层的施工提供工作面,保护面层)。

(4)基层材料

①各种结合料(石灰、水泥、沥青等)稳定土或碎(砾)石混合料。

②各种工业废渣混合料:煤渣(粉煤灰)+石灰(二渣),外掺碎石(三渣)粉煤灰+石灰+土(二灰土)

③贫水泥砼:界于普通水泥硅和水泥稳定粒料之间,水泥用量较少的一种水泥硅,通常还掺配一定数量的粉煤灰,与水泥一起构成结合料。

高级路面

④各种碎(砾)石混合料或天然砂砾。

⑤片石、块石或圆石。

在交通繁重的道路上,应选用贫硅或水泥(沥青)稳定粒料作为基层,我国目前采用较多的是稳定类基层,基层厚度太厚时,为保证工程质量可分为两层或三层铺筑。

3、垫层:介于基层与土基之间的层次

(1)作用:

①调节土基的湿度和湿度状况,改善基层和面层的工作条件,以保证面层和基层的稳定性,抗冻胀能力。

②扩散由基层传递下来的荷载应力,以减小土基所产生的变形。

(2)设置条件:

①地下水位高,排水不良,路基经常处于潮湿状态的路段;

②季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段;

③排水不良的土质路堑,有裂隙水、泉眼等水文不良的岩质挖方路段; ④基层可能受污染的路段。

(3)垫层材料:

强度要求不高,但水稳性、隔热性能要良好,尽量选用地方材料,可选松散的颗粒材料如砂、砾石、炉渣等,也可选无机结合料稳定土如水泥或石灰稳定土等。

§1.8 路面的等级与分类

一、路面等级划分

按路面层的使用品质、材料组成类型以及结构强度和稳定性,将路面分为高级、次高级、中级和低级四个等级。(P25)

二、路面分类

1、按面层所用材料区分:水泥硅路面、沥青路面、砂石路面等。

2、按路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发:

①柔性路面:各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层,碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。

总体结构刚度小,在荷载作用下产生较大的弯沉变形,结构本身的抗弯拉强度较低。

②刚性路面:水泥硅作面层或基层的路面结构。

③半刚性路面:用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层,在前期具有柔性路面的力学性质,后期的强度和刚度均有较大幅度的增长,但是最终的强度和刚度仍远小于水泥硅,则把这种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面,这种基层称为半刚性基层。

第二章 行车荷载 环境因素 材料的力学性质

§2.1 行车荷载

车是道路的服务对象,也是使道路曹受损坏的主要原因,因此必须分析汽车的特性及其人对路面的作用,路面没计要考虑的车辆因素:

1、车辆作用于路面的法向力,切向力的大小和特性;

2、不同类型和轴载大小的车辆在路面使用年限内的变化情况和数量。 采用一定标准轴载13-100(后轴又重100kn.单轴双轮组)

一、车辆的种类

1、按其使用功能分:

客车(小容车、中客车、大客车)

货车(仓车。牵扯引式挂车和牵引式半挂车)

2、按轴型分:

牵引车类:货与汽车发动机为一整体;

牵引式半拖车类:通过铰接装置,在牵扯引车后附加拖车

拖车类:在仓车或牵扯引式半拖车类后附加拖车。

二、汽车的轴型

前 单轴双轮组(多数) 后 单轴

轴 双轴单轮组(极少数) 轴 双轴

(双轮) 三轴

多数

三、汽车对道路的静态压力

1、接触面积:

车辆在路面上行驶,轮载由轮胎传给路面。通常把轮胎在路

上的投影面作为接触面,其形状近 为椭圆形。椭圆形的长轴和短轴和大致相等,在路面设计中,可用圆形接触面来代替椭圆形,比圆称为当量圆。

2、接触压力

轮胎与路面须上的平均竖向压力,称为接触压力,假设为均布的,它受以下几个因素的影响:

1、充气轮胎的内压力Pi

一般情况下,接触压力P=(0.8~0.9)Pi(P Pi)

P停=(0.8~0.9)Pi; P动=(0.9 1.1)Pi

2、轮胎的类型(花纹为斜线或子午线)和性质(新、旧)

3、轴载的大小(同轮胎的标准轴载而言)

若轮胎软而旧或轮胎内的实际内压力比标准内压力低得多。或轮胎超过标准负载情况时,P Pi (P=(1.1~1.3)Pi)

在路面设计时,直接采用内压力作为接触压力,而轮胎的压力一般为0.4~0.7MPa(轮胎的标准负载内压力=0.64MPa)

3、作用图式

1)标准轴载计算参数

BZZ-100 后轴重100KV 轮胎看地压强P=0.7MPa

单轮传压面当量圆 d=21.30cm

两轮中心距1.5d

2、轴型:单轴双纶组

单圆图式(则土基或基层材料参数时) 双圆图式(厚度设计

)

P⋅π

4

2D=P2πd24⋅2⇒D=

π⋅S⋅P=Ps⇒S=d=2S=

100KN=25KN 4

四、运动车辆对道路的动态影响。 P为轮载=

1、水平力

汽车道路上等速行驶,车轮受到地面给它的滚动摩力,路面也相应地受到一向后的水平力。 S0=U⋅P

u:滚动摩阻系数同轮胎类型,路面状况及车速有关,车辆在制动或驱动过程中。 Sb=fb⋅P

f:车轮与路面间的附着率,最大值不起过路肌与轮胎之间的附着第数中,则有: Qmax≤ϕ⋅P

qmax≤ϕ⋅p

2-2ϕ 与路面类型,湿度以及行车速度有关(P)。路面必须保持足够的附32.fg

着系数,这是保证已常行车的重要条件。

2、轮载的动态变动

以一定车速行驶在路面的车辆,由于自身的振动和路面的不

态,其车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动着,作用在路面上的轮载时而大于静轮载,时而小于静载,轮载的这种动态变动,可以似看作为是已态分布。

1)变异系数=标准偏差/静轮载

Cv随以下三个因素而变化

a、行车速率v↑ Cv↑

b、路面的平态度越差 Cv↑

c、车辆的振动特性:轮胎越软,减震装置的效果越好 Cv↓

2)冲击系数=动轮载/静轮载<1.30路面设计时,有时以静轮载乘以冲击系数作为设计轮载。

3)设计中如何考虑动力作用的影响?

a、柔性路面设计中不考虑动力作用的影响;

b、刚性路面设计中考虑超载和动载等因素泽路面疲劳损坏的综合影响系数Kc

4)汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态影响。

5)轮载作用的瞬时性

作用时间(0.1~0.015):动载作用时间越短,路面变形越小。动载作用时间短,路面变形来不及像静载作用时那样充分,故变形较静载作用时小,此时相当于加大了路面的强度(fg2-5.P33)

五、交通分析

1、交通量:指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断的

数量。

对于路面结构设计,不仅要搜集交通总量,还必须区分不同的车型,其初始年平日交通量N1=∑Ni=1365i

365 (Ni为每日实际交通量)设计年限内累计交通量Ne=365Nt365N1t[(1+r)t-1]或Ne=[(1+r)] t-1r2r(1+r)

Nt—设计的末年平均日交通量;

r—设计年限内交通量年平均增长率

t—设计年限

2、轴载组成与等效换算

1)轴载组成(轴载谱):各级轴占比例

2)等效换算原则:同一种路面结构在水同轴载作用达到相同的疲劳损坏时,相应的作用次数被认为是等效的。

yi=NsP=∂(i)n (2-8) P35 NiPs

yi—轴载换算系数;

∂—反映轴型和轮组影响的系数

n—同路面结构特性相关的系数

沥青路面,水泥砖路面和半刚性路面的结构特性不同,损伤的标准也不同,因而系数∂和n的取值各不相同。

3、轮迹横向分布

由于车轮的轮迹宽度远小于道的宽度,因而总的轴载通行次数即不会集中在横断面某一固定位置,中能平均分配到每一点上,而是按一定协作者规律分布在车道横断面上,称向分布迹的横向分布。

在路面设计中,用轮迹横向分布系数y来反映轮迹横向分布频率的影响,通常取轮迹覆盖宽度(约50cm)即二个条带频率之和称为轮迹横向分布系数。

§2.2 环境因素影响

路基土和路面材料的强度现刚度随路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。(fg2-9.2-10.P37)

大气的温度在年内和同内发生着周期性变化,同大气直接接触的路面温度也相应地在年内和日内发生着周期性变化。路表温度的起伏,同气温的变化几乎完全同步,由于太阳辐射热被路面吸收,路表面的温度较气温高。沥青面层最高温度高出气温23C ;水泥砖面层的最高温度高出气温14C 。

1、沥青路面:

热稳定性:气温升高,沥青路面的刚度,强度降低,并易产生车辙、推挤、拥包、波浪等破坏现象。

低温抗裂性:温度降低时,沥青路面易发生断裂、网裂等破坏。

2、水泥硅路面

硅路面受温差的影响,体积会发生变化。

当硅面极受约束时,产生翘曲变形。

§2.3 土基的力学强度特性

一、路基受力状况:

路基承受着路基自重和汽车轮垂这两种荷载,因此在一定深度范围内,路基土处于受力状态。

设车轮荷载为一圆形均布垂直荷载,路基为一弹性均度半空间体,则:

σB:由路基自重引起的应力

σZ:由轮重P引起的应力

σz+σB:应力之和

σZ=P (2-10) 2⎛Z⎫1+2.5 ⎪ D⎭⎝

σB=γ⋅Z (2-11)

路基工作区任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的σz和由土基自重引

起的σB两者的共同作用。

二、路基工作区(应力工作区) 从路基顶面到111σZ1,该范围内的路基=时的深度Za(很小,仅为 )n105σBn

称为路基工作区。

Za= (2-12) Za随P的增加而加大。

当Za>路基填土高度时,天然地基的土层和路基应同时满足路基工作区的

设计要求,并充分压实。

三、路基土的应力—应变特性

路基土在荷载作用下,产生的变形包括了弹性变形和塑性变形两部分,即卸荷后其变形不能完全恢复到加荷前的状况。

1、以压入承载板试验来研究土基的应力—应变特性

以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面,逐级加荷卸荷,记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起的沉降变形。由试验得知,土基的垂直变形 随压力P的增加而增长,其关系如下:

Ⅰ阶段:弹性阶段,土基受弹性压缩,变形发展缓慢,p1- 1近似呈直线变化。

Ⅱ阶段:弹塑性变形阶段。外力作用下的变形增长较快,土基已产生塑性变形。

Ⅲ阶段:出现弹塑性变形后,如果压力继续增加,最后使土基失去抵抗变形的能力,此时即使荷载不再增加,变形亦不能稳定下来,随作用时间的增加而达到破坏。

从p- 曲线中可知路基土受荷产生的变形中包含着弹塑性变形的非线性性质,但在确定土基的设计参数时,采用局部线性化的方法,即土基受外荷作用下的变形值控制在某一范围内(规范取 ≤1mm),并在这微小变形范围内的p- 曲线视为线性关系。

2、用以下几个模量值来表示土的特性。

1)初始切线模量Eit:应力为零时的应力—应变曲线的正切,代表加荷时的

应力—应变状态;

2)切线模量Et:某一应力级处应力—应变曲线的斜率。反映该级应力—应变

变化的精确关系;

3)割线模量Es:以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线斜率。

反映土基在某一应力工作范围内应力—应变的平均状况。

4)回弹模量E。应力卸除阶段,应力—应变曲线的割线模量,反映土的弹性性质的特殊的割线模量,可作为路面设计中常用的参数。

前三种应变均包括了弹性应变和塑性应变,第四种应变只包括了弹性应变。

3、土的流变性(蠕变性)

路基土在荷载作用下的变形,不仅与荷载大小有关,而且与荷载作用的持续时间有关。

4、承受重复荷载作用下的特性:

(1)重复荷载的作用规律:塑性变形随荷载作用次数增加不断产生塑性变形积累;使总变形增为大,但每一次产生的塑性变形却逐渐减小。

(2)土基在荷载的重复作用下,产生的变形积累,可能导致两种不同的结果: ①土颗粒之间进一步靠拢,土体逐渐密实,这对提高土的强度和刚度有利。 ②当荷载重复次数过多或荷载过大时,会形成引起土体整体破坏的剪切面,造成土体破坏。

出现何种结果,取决于以下三种因素:

a、土的类别和所处的状态;

b、应力水平(相对荷载):重复荷载应力同一次静载时的应力极限强度之比值:

重复荷载应力 应力水平= 一次静载时的应力极限强度 =p' p

当p'

C、作用荷载的性质和加荷速度。即每次荷载作用的持续时间和间歇时间。

§2.4 土基的承载能力

表征土基承载能力的参数指标有回弹模量,地基反映模量和加州承载比(CBR)等。

一、土基回弹模量

反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。

1、柔性承载板测定E0;土基与压板之间的接触压力为常量

P(r)=p πa2

r=0

承载板的挠度 (r)为:2pa(1-μ2)=E0

4pa(1-μ)

πE02 r=a=

实际测定中,刚性承载板用得较多,因为其挠度易测量,压力容易控制。 试验时宜采用逐级加载卸载法,每级增加0.04MPa,待卸载稳定1min时,则停止加载。

E0=πa∑Pi

2∑ i2(1-μ0)

(μ0为土基泊松比)

二、地基反应模量K

1、Winkler地基假设

土基顶面任一点的弯沉 ,仅同作用于该点的压力成正比,而同其相邻点处的压力尤关。即:

k=p

2、通常规定按弯沉量 =1.27mm(或压力p=70kpc),由上式确定k值,(刚

性承载板法)

承载板直径D=76cm或D=30cm

k76=0.4k30

若弯沉 只考虑回弹弯沉,则kR=1.77k

三、加州承载比(CBR)

一种评定材料承载能力的指标。

材料的CBR值是指试料贯入量达2.54mm时,与标准碎石压入相同贯入量

时标准压力的比值。

CBR=pps⨯100%=p⨯100%

注:①试件顶面压入变形速率1.27mm/min施加;

②当贯入度为0.254cm时的CBR值小于贯入度为0.508cm时的CBR值时,应采用后者为准;

③CBR值在一定程度上反映了某一变形级位时荷载同变形的关系,也是一项刚度指标,但CBR试验为室内小比例的模型试验, 刚度以相对值表示。

§2.5 路基的变形、破坏及防治(自学)

一、路基的主要病害

二、路基病害防治

§2.6 路面材料的力学强度特性

强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载(或应力)。路面材料可能出现的强度破坏通常为:(1)因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位;(2)因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。

一、抗剪强度:

路面结构层因抗剪强度不足产生破坏的情况有:(1)面层路面结构层较薄,总体刚度不足、土基剪应力过大,导致路基路面整体结构发生剪切破坏;(2)内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏;(3)面层材料抗剪强度较低,在受较大的水平推力时,面层产生纵向或横向推移的各种剪切破坏。

1、τ=c+σ=ξϕ

σ——法向正应力

c——材料的粘结力

对沥青混合料而言:

(1)粘度越高,c值越大;

(2)有一最佳沥青用量,使c达到最大;

(3)随温度的升高和剪切速率的下降,混合料的c下降;

(4)细料的含量增多,有棱角的集料增多,矿粉同沥青的吸附性好等因素,有助于提高c值。

2、直剪试验确定τ、ϕ

松散粒料:三轴压缩试验确定,试件直径>4dax(集料)

且D≥2,一般取D=10cm, h=20cm, dmax≤2.5cm

二、抗拉强度

直接拉伸试验或间接拉伸试验(劈裂试验测得)

1——压条 2——试件

通过压条沿直径方向按一定的速率施加荷载,直至试件开裂破坏。

2p πhD

p——试验最大荷载 σt=

水泥硅采用边长为150mm的立方体试块σt=2P πA

常温下,σt在一定范围内随沥青含量和施加载速率的增加而增加,随针入度和温度的增加而下降。在低温下,σt随针入度和温度的增加而下降。增加混合料拌和及压实温度,增加矿粉含量,有助于提高σt。

三、抗弯拉强度

通常简支小梁三分点加载试验评定。

试件尺寸:5cm×5cm×24cm

10cm×10cm×40cm

15cm×15cm×55cm

L为h的3倍。

水泥硅以15cm×15cm×55cm,dmax≤4cm为准

10cm×10cm×40cm,dmax≤3cm,尺寸换算系数为0.85

四、应力—应变特性

1、颗粒材料的应力—应变特性

对于用作基层和垫层材料的无机结合料碎(砾)石材料,由三轴试验所得的应力—应变曲线具有与粘性土相似的非线性特性。Er随偏应力(σ1-σ3)的增加而减小,随侧限应力σ3的增大而增大,但侧限应力的影响要比粘性土的情况大得多。此外,碎(砾)石材料的模量值同材料的级配、颗粒形状、密实度等因素有关、通常,密实度越高、模量值越大;颗粒梭角多者有效高的模量;当细料含量不多时,含水量的影响很小。

2、水泥稳定类材料的应力—应变特性

水泥稳定类材料包括水泥土和水泥稳定碎石或砾石粒料,常用作路面的基层和垫层。其应力—应变关系也呈现出非线性性质,表征其关系的模量值,也是应力的函数。但在应力级位较低时,应力—应变曲线可近似看作是线性的。材料的强度与模量随龄期而不断提高,板体性增强,刚度增大。而石灰稳定土和各种工业废渣混合料的应力—应变特性,同水泥稳定类材料相似。

3、沥青混合料受到外力作用时,可表现为三种状态:一是纯弹性体其变形的产生和恢复是瞬时的,不随时间而变化;二是粘弹体,其变形随时间发展而衰减,卸载之后变形随时间增长可全部恢复;三是弹粘塑性体,其变形随时间发展,具有衰减特征,但卸载后存在不可恢复的塑性变形。

当施加的应力相当小,且受荷时间短促时,混合料牌或基本处于弹状态或兼有粘弹性性质,当应力足够大,且受荷时间较长时,混合料处于弹性,弹—粘性,弹—粘—塑性等不同性状;在低温时,混合料基本上属弹性体,而在常温和高温时则可能相应变为弹—粘性或弹—粘—塑性体。

2)劲度模量(劲度):表示粘性和弹性两种联合效应的指标。

沥青混合料的劲度模量是在给定温度和加荷时间条件下的应力—应变关系σ参数。st,T=()t,T ε

§2-7 路面材料的累积变形与疲劳特性

路面结构在荷载应力重复作用下,可能出现的破坏状态有:1.路面材料处于弹塑性工作状态。重复荷载作用下产生塑性变形积累,当累积变形起出一定限度时,出现破坏极限状态;2.路面材料处天弹性工作状态,在重复荷载作用下虽然不产生塑性变形,但是结构内部将产生微量损伤,当微量损伤累积达到一定限度时,路面结构发生疲劳断裂,出现破坏极限状态。

一、累积变形

路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形积累而产生况陷或车辙,是路面结构的主要病害。

二、疲劳特性

1、疲劳:弹性状态的路面材料承受重复应力作用时,可能在低于静作用下的报限应力值时出现破坏时材料度的降低现象称为疲劳。

2、出现疲劳的原因:

由于材料内部存在不均质或局部缺陷,荷载作用下在该处发生应力集中而出现微裂隙,应力的反复作用使微裂隙逐步扩展肉而不断减少有效的承受应力的面

积,终于在反复作用一定次数后导致破坏。

3、疲劳强度:

出现疲劳破坏的重复应力值。它随作用次数的增加低。

4、疲劳极限:

材料应力反复作用一定次数后,疲劳强度不再下降,

于稳定值,此稳定值称为疲劳极限。

反复应力低于疲劳极限值时,材料可经受应力无限多次的作用尴不出现破坏。

5、水泥硅及无机结合料处治的混合料:

疲劳曲线 图2-35 P57

σNf 疲劳方程 r=α-βξ

f

6、沥青混合料: 控制应力:较厚的沥青面层

控制应变:较薄的沥青面层,随基层共同产生位移。

7

各级荷载作用下的材料所出现的疲劳损坏可以线性叠加。

第三章 一般路基设计

一般路基:是指在正常的地质与水文条件下,路基填控不超过设计规范或技术手册所充许的范围。或指在工程地质和水文条良好的地段修筑的填控不大的路基。

一般路基可以结合当地的地形,地质情况,直接选用典型断面图或设计规定,不必进行个别论证和验算。

《规范》:对填方边坡高度超过20m,挖方边坡超过30m的路基 (砾石土、砂不超过12m) (碎、砾石土)

均作为路基重点工程来设计。

§3.1 路基的类型与构造

一、基本的构成:

1、路基宽度=路面宽+分隔带+路肩+绿化带《公路工程技术标准》取决于公路等级。

2、路基高度:是指路坝的填筑厚度或堑的开控深度,是原地面标高与路基设计标准高标的相差数值。

取决于纵坡设计与地形。

路基设计标高:新建公路为路基边缘标高;在高超高、加宽地段则为设置超高,加宽前的路基边缘标高;没有中央分隔带的高速,一级公路,为中央分隔的外侧边缘标高。

要求:①保(水文条件不良时),使路基处于中湿以上状态;

②浸水路坝高度=设计洪水位+壅水高+波浪侵袭高+0.5m(安全高度)

3、边坡坡度:边坡高度H与边坡宽度b之比值。

取决于地质,水文条件,并由边坡稳定性和横断面经济性等因素比较选定。

二、路基的横断面

由于填挖情况不同,路基横断面典型式可归纳为:路堤,路堑和填挖结合(半填半挖)三种。

§3.2 路堤设计

路堤:全部用岩土填筑而成的路基。

一、地基

路基应坐落在具有足够承载力和低压缩性的地基上,以免基底出现剪切破坏而危及路堤的稳定,或者路堤出现过量沉降而影响路面的行驶质量。根据经验,基岩、砾石土或一般砂土和粘性土地基,基本上符合支承路堤的要求,而对于承

载能力不足的地基,好比较潮湿的粘性土地基,则必须对其进行稳定性和沉降分析,经过地基处理后方可使用。

地基为斜坡,其坡度陡于1:5时,原地面应开挖台阶,以防止路堤沿斜坡下滑。台阶高度宜为路堤分层填土原度的2倍(40~60cm),在横坡陡于1:2.5的斜坡上修筑的路,应进行滑动稳定性验算。

二、填料:

1、修筑路堤的理想填料为水稳性好,压缩性小,便于施。

2、压实以及运距短的土、石材料。在选择填料时,一方面要考虑料源和经济性;另一方面要顾及填料的性质是否适宜。

3、用不同(性质)的填料筑路基时,应遵守下列规则:

(1)不同性质的填料应分层铺筑,不得混杂乱填(但可掺配后使用),以免形成水囊或滑动面。每种填料层累计总厚不宜小于0.5m。

(2)不同填料的成位安排,应考虑路基工作条件,如路堤的浸水或受水位涨落影响的部分,宜尽可能选用透水性较好而不易被水冲蚀的材料,如砾(卵)石,砂砾等;

(3)透水性较小的土填筑路坝下层时,其顶面应做成4%的双向横坡,以保正上层透水性土有排水出路;

(4)为防雨水侵蚀冲刷,可采用透水性较小的土包边,但包边部分的土应与中间部分的一起压实,并没盲沟,以利排水;

(5)当路堤两部分填料的颗粒尺寸相差较大时,应在其间加设反滤层,防止两部分填料相互混入,而引起路堤下沉。反滤层可采用砂、砾及碎(砾)石等材料,并按两部分填料的粒径差别情况,分别做成一层或多层,每层厚度为0.10~0.15m。

三、矮路堤:(h

1、注意水文,地质条件的影响,设计时需满足最小填土高度。

干燥路基最小填土高度为:

砂性土:0.3~0.5m; 粘性土:0.4~0.7m; 粉性土:0.5~0.8m

2.保正路基下面应力工作区深度内地基的稳定性。

四、一般路堤:(h=1.5~12.0m)

套用标准图,注意取土坑的设置。

当填方高度不大,填方数量较少,全部填方或部分填方,可以在路基两侧设置取土坑,使之与排水沟渠相结合。

1、《规范》路线外集中取土范围和深度,使能兼顾农田、水利、渔池建设和环境保护等。平原地区的高速,一级公路不宜没路侧取土坑;桥头引道两侧不宜设置敢土坑,特殊情况可在下游一侧高置取土坑,但应留有不小于4m的护坡道。

2、护坡道:保护路基边坡稳定性的措施之一,设置的目的是加宽边坡横向距离,减少边坡平均度。填方路基设置路侧设置取土坑,路基边缘与取土坑底之高差大于2m时,对于一般公路应设置护坡道(宽1~2m),高速一级公路其护坡道宽度不小于3m.

3.边坡:

(1)直线:即坝顶到坡脚采用一种坡度。适应于矮路坝和中等高度路堤。但按堤身的受力条件,边坡应为上部陡下部缓。

(2)折线:符合堤身的受力状况,上部减小下滑力,下部增加抗滑力。但变坡不宜过多,多了不易施工,坡面也易受冲刷。

(3)台阶形:每隔一定高度设置宽度不小于1~2m的护坡道,护坡道具有3%外向横坡。设置护坡道可以减少缓流经较长坡面的地面水流速,防止坡面冲刷,适于高路堤。

4、边坡坡度:

参照表3-3 P65 选用

注:沿河浸水路坝,在设计水往下采用1:1.75~1:2.0,在常水位下采用1:2.0~1:3.0。并视水流情况采取边坡防护与加固。

五、高路堤:

填方总高度超过18m(土质),20m(石质),12m(砂砾)的路基,须特殊

设计边坡形式,且进行路基稳定性验算。

§3.3路堑设计

一、工程地质法:

路堑边坡与路堤边坡不同,影响其稳定性的因素较复杂,除了开控深度和坡体的岩性或土质(强度和密度)以外,还有地质构造特征,岩石的风化和破碎程度,土层的面因素类,地面水和地下水的作用,当地气候和破碎程度,当地气候条件,边坡的方位等,这些因素都会影响程到路堑边坡的稳定性,必须在设计边坡时综合考虑。 同时,由于每一段路堑所处的环境和具体条件不同,各个因素的影响程度便相差殊异,所以在路堑设计中维以用力学验算方法来解决问题,而通常采用经验法。

2、工程地质法:比照着当地具有相同工程地质条件而处于极限稳定状态的自然山坡和稳定的已成人工控坡,来确定路堑边坡的形状和坡度。

采用这一方法时,一方面要调查和分析自然山坡和人工挖坡的稳定状态。坡

度和极限高度另一方面则要分析已有边坡的工程地质条件。由于影响边坡稳定性的因素很多,两种边坡的工程地质条件不可能完全相同,因此,对比时只能在众多的因素中抓住主要的或关键的因素。

二、岩质路堑边坡

1、调查内容及稳定性分析:

2、岩体结构面对路基不利的情况:

结构面:是指岩体内形成的地质界面。

岩层的走向:岩层层面志水平面交线的方位角。它表示岩层在空间的延伸方向。

岩层的倾向:垂直走向顺倾斜面向下引出一条直线,此直线在水平面的投影的方位角。它表示在空间的倾斜方向。

AB—走向 CD—倾向 —倾角

a、结构面的走向与路基走向的夹角

b、倾向路线而倾角大于100时。

c、结构面中夹有软弱层或水浸水润层;

均属于结构面的不利情况,容易产生顺层滑塌,这种受结构面控制的岩质路堑边坡,应进行单独设计。

(2)岩体的完态程度(破碎程度)

a、岩体的发育程度:节理组数,间距。

b、裂缝之间的填充情况:

填充物质为硅质、钙质:能起胶结作用(有利)

填充物质为泥土、粘土:遇水膨胀(不利)

(3)岩石的风化程度 (表3-9 P67)

(4)岩石性质:

a.成因:强度而言 岩浆岩>沉积岩

沉积岩的变质岩>原沉积岩

岩浆岩的变质岩

b.成份:岩浆岩 石英、长石、云母 强度递减

沉积岩 硅质、钙质、泥质 强度递减

c.构造:岩石组织成的颗粒:细的优于粗的,均质的优于混杂的,致密的优于疏松的,块石优于片石,厚层优于薄层。

(5)施工方法:

若采用大爆破坏施工方法,将使坡体受到剧烈的震动作用,增加岩体的破碎程度和裂隙的张开程度,不利于坡体稳定,因此,路堑边坡度要缓于采用一般施工方法的。

2、边坡坡度: 参考表3-8 (P66) 3、边坡形状

a.直线型:适于单一岩层,风化和破碎程度相差不大的坡体。 b.折线型 坡高范围内上、下的破碎 c.台阶型 程度有显著差别

对于软硬岩层交互层的情况,若交互层次多且薄,或软层厚而硬层薄,则可按软层岩石的性质设计为直线形边坡;若软层薄而硬层厚则按硬 岩石的性质设计成直线形边坡,而对软岩层采取坡面防护,当交互层均很厚,采用台阶型,在不同岩层的分界面处设置平台。 三、土质挖方边坡

1、调查内容: 1)碎(砾)石类土的成因

冰川沉积层:碎石与块石之间联结程度好; 冲积层稳定性优于积层;

坡积层:由分化岩石组成,其上部较松散,下部常为中等密实,宜采用不同的坡度。

(2)土的组织结构,土的密实程度(表3-7 P66),土中所含杂物,水文条件等。 2、边坡坡度: 参照表3-6 (P66)选定。 3、边坡形状

1)直线型:地质均匀,地质水文条件较好。

2)折线型、阶型:边坡高,多层土组成,上部土层的稳定性较下部土层的稳定性好,可采用上陡下缓的折线或台阶型边坡。

§3-4 填挖结合路基设计

一、横断面型式:

填挖结合的路基横断面,兼有路堤和路堑的设计要求,以上路堤,路堑的设计要点,均应对照采用。 二、提高路基的稳定性的办法:

1、开挖台阶:地面自然横坡陡于1:5时,或分期修建或改建公路加宽时,新旧路基填方边坡的衔接处。

2、支持结构: A矮墙路基:

适于挖方边坡较陡,坡面岩性较差或其良地质现象,(软土地基或冰冻严重地段不宜设置矮墙路基)

作用:支撑边坡不滑动,减缓边坡坡度。

可用浆砌或干砌片石,高度不超过2m,顶宽0.5~0.8m。若坡面为风化的岩土,顶宽可适当放宽,兼起碎落台的作用,墙内坡直立,墙外坡为1:0.2~1:0.5

B、护肩路基

填方部分的局部路段,如遇原地面的短缺口或坚硬岩石地段陡坡的半挖路基,当填方不大,但边坡伸出较远不易填筑时,可修筑扩肩路基。

护肩应采用当地不易风化的片石砌筑,高度一般不超过2m,其内外坡均直闰,基底面以1:5向内倾斜,当护肩高度小于1m时,顶宽宜采用0.8m,当高度大于1m时,顶宽宜采用1m,护肩内侧应填石。 襟边宽度应满足:

C、砌石路基:

当填方较大,边坡伸出较远或边坡落实而不易填筑时,可采用砌石路基。 砌石应选用当地不易风化的开山片石砌筑,内侧填石。砌石顶宽采用0.8m,基底以1:5向内倾斜,砌石高度为2~15m,襟边宽度为0.2~15m,襟边宽度为0.2~2.0m。满足上表要求。砌石路基应每隔15~20m设伸缩一道。当基砌地质条件变化时,应分段砌筑,并没沉降,当地基态体岩石时,可将地基做成台阶型,但最低一级的宽度不应小于1.5m。

d、护脚路基:

当山坡上的填方路基有沿斜坡下的倾向,或为加固,收回填方坡脚时,可采用护脚路基。

护脚由于砌片石砌筑,断面为梯形,护脚断面面积与路坝断面面积之比应为1:6~1:7。护脚外侧的襟边宽度应符合《规范》要求。 f、挡墙路基

支撑填方路基,确保路基稳定,进一步压缩用地宽度。挡土路基设计应符合《公路挡土墙设计与施工技术规范》的规定。

第四章 路基边稳定性分析性设计

§4.1 边坡稳定性分析原理与方法

一、边坡稳定原理:

1、边坡堤塌的基本原因:抗滑小于滑动面; 2、主要因素:土质(c、ϕ)、水、边坡形状(过续)。

荷载、地震、大爆破等。

3、滑动面的形状:

边坡发生滑动坝(破坏)时形成的滑动面,有时像加圆柱形,有时像碗形,有时类似于平面。

直线破坏面

未知量:安全系数,法向力N的大小、方向。平衡方程3个(法向力之和为零,切向力之和为零,对任一点的弯矩之和为零)。为一静力平衡问题,可以求解。

折线破坏面 曲线破坏面

若下滑面为二个或多个破坏面,则属于超静定问题,通常需作某些假定,使之变为静定问题。

4、路基稳定性设计中的一些假设:

①不考虑滑动土体本身内的应力分布(即将下滑的土体近似视作本身无变形的刚体;

②平衡仅在破坏裂面上达到,滑动时成态体下滑;

③最危险的破裂面发生在稳定系数小的破裂面上(通过试算法确定) 二、边坡稳定性分析的计算参数,(一)土的计算参数

1、对于路堑或天然土坡:原状土的容重(γ).内摩擦角

。 (ϕ)、及粘聚力(c)

2、路堤:填土压实后的容重(γ)、内摩擦角(ϕ)、及粘聚力(c)。 3、多层土体的计算参数:(加权平均法)

ch∑ch∑=c=

Hh

hξϕ

ξϕ=h

iii

ii

∑ γ=

hiγi

hi

ii

i

直线法和圆弧法可通过合理的分段,直接使用不同土层的参数。

(二)边坡的取值:

对于折线形成台阶形边坡,一般可取平均值。 取坡脚点至坡顶点的连线。

(三)汽车荷载当量换算。

1、当量土柱高ho(以相等压力的土层厚度来代替荷载)

ho=

N⋅QL⋅B⋅γ

N为布置汽车车辆数(横断面方向) B为汽车横向分布宽度 N=2时 (10t. 15t. B=5.4m) B=Nb+(N-1)d

式中:b、为一辆车的横向宽;

d、为相邻两辆车胎(或履带)外缘之间的净距; Q为每辆车重; γ为填土容重;

L为车辆前后轮着地长度(与汽车荷载等级有关) 2、荷载按最不利位置布置。 a、公路有可能不利位置布置。

b、城市道路只允许车辆布置在行车道上。 三、边坡稳定性分析方法:

1、力学法:数解法(基础)。图解法和表解法。 思路:假定滑动面按力的平衡方程求解。 2、工程地质法:

一般路堤及均质土路, 以力学法为主,而及工程地质法复核;石质或碎(砾)石类土的路堑,一般以工程地质法为主;对于非均质类黄土类路基,以工程地质法为主,两种方法结合运用。

(一)力学分析法

根据滑动面形状分直线破坏面法圆弧破坏面法。

1、直线法:

适用于砂土和砂性土,土的抗力以内摩擦力为主,粘聚力甚小。

假定土榫体ABC沿假裂面AD滑动,其稳定系数K为

FNξϕ+CGGsw⋅ξϕ+CLK===

TGsinwGsinw

先假定路堤边坡值,然后通地坡脚A,假定3~4个可能的破坏面wi,按上式求关的稳定系数Ki,得ki与wi的关系曲线,在k=f(w)曲线上找到Kmin及时应的

极限破裂面倾斜面w值。 砂类土 c≈0 则 K=

Fξϕ

T=

ξw

K=1 ξϕ=ξw 抗滑力等于下滑有力(滑动面土体处于极限平衡

状态)

K>1 路堤边坡处于状态; K

K=

FGLWT=ξϕ+CLGSinW=ξϕ⋅cξw+c⋅AD

2

AB⋅AD⋅Sin(θ-W)⋅γ⋅SinWAB=h/Sinθ

则: K=ξϕ⋅CξW+

2cph⋅SinθSin⋅Sin(θ-W) 令 f=ξϕ a2co=

γh

∴K=f⋅cξw+ao⋅[cξw+cξ(θ-w)]=(f+aocξ(θ-w) dk/dw=o可求kmin对应的破裂面倾斜角wo为:

cξo=cξoθ

而Kmin=(2ao+f)cξθ+θ c.成层非均质砂类土路堑。 其破裂面上ci.ϕi为定值。

n

i

+CiLi)

K=

∑n

F

ni

Gi

Lwξϕ

i=1=1

n=

∑(ii=1

∑n

∑T

i

Gisinw

i=1

说明:①Kmin的确定方法同路坝边破稳定性分析方法相同。

②如果某一分块有换算土柱荷载,应包括在内。 ③Kmin≥1.25。

2、圆弧法:

适用于边坡有不同有土层,均质土边坡,部分被淹没,均质土坝,局部发生渗漏,边坡为折线或台阶形成的粘性土的路堤与路堑。(土的抗力以粘聚力为主,内摩擦力较小)。

(1)假定:

a、 土为均质和各向同性; b、滑动面通过坡脚;

c、 不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响。 (2)基本原理:

将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条,依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力,然后叠加计算出态个滑动土体的稳定性。

(3)基本步骤:

①通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB,将滑动土体划分为若干土条;

②计算每个土条的土体重Gi及GiLαi.Gi=sinαi (αi为该圆弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间夹角。sinαi=

xi

R

③计算每一小段滑动面上的抵抗力。(Niξϕi+CLi) ④计算滑动面上各力对o点的力矩。

x

滑动力矩为:Ms=Gisinαi⋅R=Gii⋅R=Gixi

R 抗滑力矩为:Mr=R(CiLi+fiNi)=R(CLi+ξϕ⋅GiLαi)

⑤求稳定系数K值。

MK=r=

Ms

R⋅(∑CLi+∑ξϕ⋅GiLαi)

i=1

i=1

n

n

R⋅∑Gisinαi

i=1

n

=

C⋅L+ξϕ⋅∑GiLαi

i=1

n

∑Gsinα

ii=1

n

说明:土条要oy轴右侧

i

时,xi>o,则sinαi

土条在oy轴左侧时,xi

这种方法完全不考虑土条间相互作用力的影响,所以得到的安全系数往往偏低(10%~20%)。但计算简单,故仍获广泛应用。

④试算的滑动面是任意的,通常取通过坡脚与距路基内侧1/4B处,距路

基内介边缘B/2处。经过路基外侧边缘的圆弧为可能出现的危险滑动面。

⑤确定圆心辅助线

a、4.5H法 (H=h+ho边坡高度h及荷载换算土柱高度ho) b、简单4.5H法(H=h)

c、360法 d、简单360法

一般采用360法(求解方便),分析重要建筑物的稳定性时,采用方法一(较精确),求出的稳定数K值最小。 eg4-7

3、表解法:

适当于均质,直线形边坡路堤,滑动面通过坡脚,顶面为水平并延伸至无限远。

原理:应用图角和分析计算的结果制成的一系列计算参数表的边坡稳定性分析方法。

k=fA+

C

⋅B γH

H—边坡高度(m) c—土的粘聚力(KPa) f—fgϕ(o)

A、B—取决于几何形状的系数 fg4-3 (P84) eg4-2 P86

§4-2 陡坡路堤稳定性

一、陡坡路堤: 验算前提:

1、路堤修筑在陡坡上(地面横坡大于1:2—不易风化岩石或1:2.5—其他情况)。

2、验算中应采用滑动面附近较为软弱的土的有关数据。 3、验算中,假定滑动面以上的土体是沿滑动面作态体滑动。 二、分析方法

1、当基底为单一坡面,土体沿直线滑动面态体下滑时,用直线法进行稳定性分析。

CL+(Q+P)lα⋅ξϕ

(Q+P)sinα

α为已知 K=

2、当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时,可将滑动面以上土体按折线段划

分不若干条块,自上而下分别计算各土体的剩余滑动力。

1

En=[Tn+En-1l(αn-1-αn]-{[Nn+En-1sin(αn-1-αn)]⋅ξϕ+CnLn}

K=(Q+Pαn n)sin Nn=(Q+P αsnn)co

①当最后的剩余滑动力等于或小于零时(En≤0),认为合乎稳定要求,大于零(En>0),则不稳定,(En≤0)必要时需采取加固措施;

②如中间某一条块的剩余滑动力为零或负值,则认为该条块及以上扣条块是指稳定的,可再以下一条块开始计算剩余滑动力En+1(En以零代入)。

③K为所容许的安全系数值。

§4.3 浸水路堤稳定性

一、渗透动水压力的作用。

1、浸水路堤:受到季节性或长期浸水的沿河路堤,河滩路堤,承受外力、自重、浮力和渗透动水压力的作用。

当河中水位上升时,渗透动水压力指向土体内部,增加路坝稳定性; 水位骤然下降时,土体内部的水流出边坡需要较长时间,由于不位的差异其渗透动水压力的方向,指向土 体外面,不利于路坝的稳定性(边坡凸起,滑坡或渗透水流带走路坝细小的土粒而引起路堤的变形)。

凡是用粘性土填筑的浸水路堤(纯粘土路坝除外)。都必须进行不渗透动水压力的计算。

二、渗透动水力的计算。

D=I⋅ΩB⋅γ0 (4-15) 三、浸水路堤边坡稳定性分

K=

M抵抗(foNc+fBNB+CcLc+CBLB)R

(4-16) =

M滑 (TC+TB)R+Dn⋅SfcNc+fB+CcLc+CBLB

K=

T+T

c

B

+D

(4-17)

说明:1、粘土填筑的路堤,透水性较强的材料,不透水材料填筑的路堤,不考虑D的影响;

2、普通土填筑的浸水路堤,先给出土体内的浸润线,然后由(4-17)式计算。 eg4-3 (P92)

第五章 路基的防护与加固

一、路基防护与加固的意义:

路基防护工程是防治路基病害,保证路稳定,改善环境景观,保护生态平衡的重要设施。

由岩土填筑的路基,大面积暴露在空,长期受自然因素的强烈作用。岩土在不利的水温条件下,物理、力学性质常发生变化。如:土的强度在浸水后降低,岩性差的岩体,在水温变化条件下,加剧风化;沿河路堤在水流的冲刷,浸蚀作用下,易遭破坏,湿软地基承载力不足导致路基沉陷等,为了确保路基的强度和稳定性,路基的防护与加固,是不可缺少的工程技术措施。 二、主要设施

选用的防护类型应根据公路等级,当地气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布情况而定,并与周围景观协调。主要设施有:坡面防护,冲刷防护。

1、坡面防护:

应在稳定的边坡上设置,在适当于植物生长的土质山坡上,应优先采用种草,铺草皮,植物等植物防护措施,即可阻止地表水对坡面的冲刷和风对坡面吹蚀,又可绿化路线增加美观。

1)植物防护

a、种草:适于边坡不陡于1:1的土质边坡。不浸水或短期浸水但地面气流速度不超边0.6m/s的边坡。草的品种宜采用易成活,生长快,根系发达,叶茎低矮或有葡萄茎的多年生草种。

b、铺草皮:

适于冲刷较严重的较(不陡于1:1)和较高的土质坡地面上,植物防护对岩质边坡一般不适用。在碎石类土边坡上,可在棒上先铺一层厚约10~20cm的粘性土,而后面再铺草皮。

2)砌石护坡

适于较陡的土质边坡(1:0.75~1:1)和易风化或破碎的岩石边坡。 a、干砌片石护坡:

适于边坡度较缓的或经常地下水渗出坡面的情况。片石厚度一般不少于0.2~0.3m,片石下厚度不少于0.1m,的垫层,护坡的基础应选用较大的石块砌筑,顶宽不少于0.5m,并深埋至边沟底部。

b、浆砌片石护坡:

片石厚度为0.3~0.4m,每隔10~20m的伸编缝,缝内填塞沥青麻筋或沥青木板。每隔2~3m交错设置孔径0.1m的泄水孔。对于土质边坡,护坡背后或仅在泄水扎后面0.5m×0.5m范围内设置及滤层,护坡施工前,应将边坡表面松散的土、石清除掉。

3)抹面:

适于易风化的软质岩石控方边坡。

材料:石灰炉渣灰浆 水泥-石灰-炉渣(石灰炉渣三合土)-水泥-砂-炉渣或水浆。表面可涂软化点稍高于发地气温的沥青保护层。厚度3~7m;抹面不宜在严寒季节或雨于施工。

4)护墙:

适于防护易风化或风化严重的软质的软质岩石或较破碎岩石的路堑边坡以及坡面易受浸蚀的土质边坡(较陡),用护墙防护的控方边坡不宜陡于1:0.5,并应符合极限稳定边坡的要求,《规范》。

材料:浆砌片石、块石、现浇砼或预制砼的结构。

单级护墙的高度不宜超过10m,墙厚视墙高而定,顶宜采用40~60cm。底宽为顶宽加0.1~0.2倍墙高,伸缩与泄水孔的布置与浆砌片石护坡相同。(P98、fg5-3)

2、冲刷防护

1)植物防护:铺草皮或种植树木。

适用于水流方向与路线平行,不受洪水主流冲刷的季节性水浸水的路坝边坡。植物防护的水冲刷(容许)流速为1.2~1.8m/s。

2)干砌片石护坡:

适用于水流方向较平顺的河岸滩地边缘或不受主流冲刷的路坝边坡。客许流速为2~4m/s。

单层干砌厚度为25~35cm,双层干砌上厚25~35cm。下层厚15~25cm。砌石下垫层。

3)浆砌片石护坡

适用于受主流冲刷和波浪作用较强烈的路堤边坡,可采用浆砌片厚30~60cm,容许流速可达4~8m/s。

4)抛石

适用于水流方向较平顺,无严重局部冲刷已被水浸的路坝边坡利河岸,所抛石块的尺寸一般为30~50cm,抛石的厚度一般不应小于石块尺寸的2倍,容许流速为3m/s。 (P99 图5-4)

5)石笼:

用铁丝纺织成框架,内填石料。设在坡脚处,以防急流和大风浪坡坏堤岸,也可用来加固河床;防止淘刷。

6)土工织物软体沉排

适用于水下工程及预计或能发生冲刷的河床和岸坡土面上,是在土工织物上以块石或预制砼块体为压重的护坡结构。

7)土工模袋(双层织物袋)

袋中充填流动性砼或水泥砂浆或稀石混凝土,凝固后形成高强度和高刚度的硬结板块。(P100、表5-2、5-3、fg5-7)。

三、湿软土地基上填筑路坝有可能出现失稳,或者沉降量和沉降速率不能满足使用要求时,需软土地基进行适当处理,以增加其稳定性,减少沉降量或加速沉降。

(一)较土地基处理方法的种类及选择。

按软土地基处理的目的可分为两大类:

1)沉降处理:

加速固结构沉降:加载预压,竖向排水(砂井或芯板排水)和挤密砂桩等方法。 减少部沉降量:挤密砂桩,石灰(或水泥)桩等措施增加抗滑阴力。

处理方法有时单独使用,而一般是风种方法组合使用,以发挥各种方法的特长,取得良好的处理效果。

路堤下采用竖向排水井法,边坡采用挤密砂桩法和 采用砂层法的组合处理方法。

(二)砂垫层法

在软土地基上铺设厚度为0.5~1.2m的砂层,称作砂垫层。砂垫层材料以透水性好的砂或砂砾为宜,以保证所需的排水能力。

作用:1、作为软土层固结所需的上部排水层;

2、作为路堤内的底部排水层;

3、改善路堤和地基处理工程施工时的机械作业条件;

4、软土层薄时,单独用作地基处理(固结排水)措施。

(三)换填法

用好土全部或部分替换软土的办法,以达到保证路坝稳定和降低沉量的目的,换填材料宜迁用排水性能好,处于地下水位仍能保持有足够承载力的砂,砂砾及其他粗料。

a、开挖:全部开挖换填是在路挖全宽范围内将需要算是的软土层控除,并置换以好土(适于软土层厚3m以内,路堤需在短期内填筑完成情况);部分开挖换填则是仅挖除表层最软弱部分的填土,换填以好土,使沉降量到可以接受的程度。

b、强制挤出:利用路堤填土重将软土纵路堤下向两侧或前方挤出;或者,

用炸药装入软土层中,通过爆破将软土从路堤下挤出(适有于对周围环境的影响无不利后果的情况)。

(四)反压护道法:

在路堤两侧填筑一定高度和宽度的护道,利用护道的填土重增加稳定力矩,以平衡主路堤的滑动力矩。(此法需要大量的用地和丰富的填料来源)。 2适用于路堤高度不大于(1 2)倍极限高度(所允许的安全高度)的情况。反3

压护道应与主路堤同时填筑,其填筑速度不得慢于主路坪堤。

(五)分阶段施工

路堤填筑到一定高度,其稳定性安全系数达到预定的下限值后,放置一段时间,使软土地基通过固结而增加其剪切强度,达到能支承下一层填土重量,而后,进行第二阶段的路堤填筑,在其安全系数下降到预定下限值后再放置一段时间,重复多次,填到设计高度为止(总工期很长,且有一最大限度的填土高度)。

(六)超载预压法

路堤填筑到超地设计标高的高度,使软土地基受到超载的作用而加速固结沉降,从而可较早地达到设计路堤荷载的沉降量,并减少路面铺筑后的剩余沉降量。

(超载的材料,应考虑到在卸载后能应用于邻近工程中)

在所需超载量大而稳定性有问题时,可结合竖向排水法一起应用。

(七)竖向排水井法

在地基内设置竖向排水井,缩短排水距离,加速固结排水。

材料:塑料预制芯板。

此法对于均匀的厚粘土地基效果最好,地基中夹有砂层或泥炭质地基的效果很差,经常与分阶段施工法或超载预压法并用。

布置在路堤边坡下地层基内的砂井,主要是改善效果稳定性;而布置在路基顶面范围下地基内的砂井,其主要改善效果是固结沉降。

(八)挤密桩法和石灰桩法

用冲击或振动方法,将砂或碎石等粒料挤入软土地基内,形成直径较大的桩体,并同原地基一起形成复合地基。

主要作用:

①使桩周围的土体变密实;

②支承路坝很大一部分重量;

③加速周围软土固结;

④防止液化(砂土地基时)

石灰桩是采用螺旋钻在软土层内开孔,或者用末端闭合式套重压入软土层内,而后将生石灰灌入孔内一孔,利用生石灰的吸收不消解和生成水化物等 ,

降低周围粘性土中的含水量,从而提高地基的强度和减少沉降量。

石灰桩的直径大多为:0.3~0.5m,桩的间距为0.75~1.50m,可施打的最大深度为30m左右。

(九)灌浆

利用机械压力将浆液通过注入管,均匀注入地层,浆液以填充和渗透方式,排挤土粒间或石隙间的水分和空气,占据其位置一定时间后,浆液凝固,可使原土层或缝隙固结成态体。

其用途:用于防坡面和堤岸外,亦可用于加固土基和态治滑坡等病害。

第六章 挡土墙设计

§6.1 概述

一、挡土墙的类型

1、挡土墙:是用来支持天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。

2、按照挡土墙的设置位置,挡土墙可分为路肩墙,路坝墙、路堑墙和山坡墙。

(1)使用场合:

1、陡山坡上,为保证路坝稳定,收缩坡脚;

2、为避免与其它建筑物干扰或防止多占农田;

3、为防止沿河路坝受水流冲刷和淘刷。

(2)使用场合:

1、受地形限制或因与其它建筑物相干扰,必须约束坡脚时;

2、防止陡坡路坝下滑。

(3)使用场合:

1、山坡陡峻,用以降低边坡高度,减少山坡开控,避免破坏山体平衡;

2、地质条件不良,用以支挡可能坍滑的山坡土体。

《路基路面工程》讲义

湖南城市学院土木工程学院道路教研室

目 录

第一章 总论

§1.1 道路工程发展概况

§1.2 路基路面工程的特点

§1.3 影响路基路面稳定的因素

§1.4 路基土的分类

§1.5 公路自然区划

§1.6 路基水温状况及干湿类型

§1.7 路面结构及层位功能

§1.8 路面的等级与分类第二章 行车荷载 环境因素 材料的力学性质

第二章 行车荷载 环境因素 材料的力学性质 §2.1 行车荷载

§2.2 环境因素影响

§2.3 土基的力学强度特性

§2.4 土基的承载能力

§2.5 路基的变形、破坏及防治(自学)

§2.6 路面材料的力学强度特性

§ 2-7 路面材料的累积变形与疲劳特性第三章 一般路基设计

第三章 一般路基设计

§3.1 路基的类型与构造

§3.2 路堤设计

§3.3 路堑设计

§3-4 填挖结合路基设计

第四章 路基边稳定性分析性设计

§4.1 边坡稳定性分析原理与方法

§ 4.2 陡坡路堤稳定性

§4.3 浸水路堤稳定性

第五章 路基的防护与加固

第一章 总论

§1.1 道路工程发展概况

早在4000多年前,中国已有了车和行车的路。商代开始有驿道传送,西周开创了以都市为中心的道路体系,还建立了比较完善的道路管理制度,以后的西汉、唐代、宋、元、明、清各代,道路交通又有发展。

清末,在原有驿道上修建了一些很简陋的公路,中华民国初期,公路有了初步发展。建国以来,我国公路交通事业得到了迅速发展。自80年代中期开始,中国大陆开始兴建高速公路。高速公路的建设和使用,为汽车快速、高效、安全舒适地运行提供了良好的条件,标志着我国的公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。

路基路面直接承受行驶车辆的作用,是道路工程的重要组成部分。它主要研究公路,城市道路和机场跑道路基路面的合理结构、设计原理、设计方法、材料性能要求以及施工养护、维修和管理技术等。

半个世纪以来,我国广大道路工程科技工作者,从我国实际和建设需要出发,引进外国先进技术、刻苦钻研、反复实践在路基路面工程建设和科学研究中,取得了许多突破性的系列成果,如公路自然区划、土的工程分类、沥青路面结构、水泥砼路面结构、柔性路面设计理论与方法等。

§1.2 路基路面工程的特点

路基路面是道路的重要工程结构物

1、路基:路基是在天然地表面按照道路的设计线形(位置)和设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。

路基是路面结构的基础,路基质量的好坏,必将反映到路面结构上来,路面的损坏往往与路基排水不畅、压实度不够,强度低等有直接关系。路基设计不好,将影响道路的使用质量,修复难度大、费用高。

2、路面:路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构。 现代化公路运输不仅要求道路能全天候通行车辆,而且要求车辆能以一定的速度、安全、舒适而经济地在道路上运行。这就要求路面具有良好的使用性能,提供良好的行驶条件和服务水平。

3、路基和路面相辅相成,实际上是不可分离的整体,应综合考虑它们的工程特点,综合解决两者的强度、稳定性等工程技术问题。

对路基路面的基本性能要求:

一、承载能力

行驶在路面上的车辆、通过车轮把荷载传给路面,由路面传给路基、在路基路面结构内部产生不同量的应力,应变和位移。如果路基路面结构整体或某一组成部分的强度或抗变形能力不足以抵抗这些应力,应变及位移,则路面会发生断裂、路基路面结构会出现沉陷,路面表面会出现波浪或车辙,使路况恶化、服务水平下降,因此要求路基路面结构整体及其各组成部分都具有与行车荷载相适应的承载能力。

结构承载能力包括强度和刚度二方面:

强度:反映结构物抵抗外力的能力。

刚度:反映结构物抵抗外力作用下变形的能力。

解决途径:通过设计各结构层的厚度、材料的选择及施工质量来保证。

二、稳定性(水稳定性和温度稳定性)

在天然地表面建造的道路结构物改变了自然的平衡,在达到新的平衡状态之前,道路结构物处于一种暂时的不稳定状态。新建的路基路面结构坦露在大气之中,经常受到大气温度、降水与湿度变化的影响,结构物的物理、力学性质随之发生变化,处于另外一种不稳定状态。

解决途径:选线、勘测、设计、施工中应密切注意,并采取必要的工程措施,以确保路基有足够的稳定性。路面类型选择和路面结构组合设计来保证,如半刚性基层易产生干缩裂缝,因而在高等级公路中,不能在半刚性基层上直接铺筑薄面层,而采用过渡层+薄面层。

三、耐久性

耐久性:路基路面材料在长期的荷载作用下能保持其材料性质等的性质。耐久性不好,路面在行车荷载和冷热、干湿等气候因素的长期重复作用下,产生疲劳破坏及塑性变形积累、老化,最后导致材料破坏。提高路基路面的耐久性,保持其强度、刚度,几何形态经久不衰,除了精心设计、精心施工、精心选材之外,还应把长期的养护、维修、恢复路用性能的工作放在重要的位置。

四、表面平整度

路面表面平整度:反映路面偏离表面的纵向起伏,它是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能指标:

不平整的路表面会增大行车阻力,并使车辆产生附加的振动作用,而且,不平整的路面会积滞雨水,加速路面的破坏。

解决途径:优良的路面平整度,要依靠优良的施工装备,精细的施工工艺,严格的施工质量控制以及经常和及时的养护来保证。砼路面的平整度以3m直尺量测为准,3m直尺与路面表面之间的最大间隙,高速公路和一级公路不应大于

3mm;其他各级公路不应大于5mm。

五、表面抗滑性能

通常用摩擦系数表征抗滑性能。摩擦系数小,则抗滑能力低,容易引起滑溜交通事故。

解决途径:通过采用坚硬、耐磨、表面粗糙的粒料组成路面表层材料来实现,或采用一些工艺措施来实现如砼路面的刷毛或刻槽等。

§1.3 影响路基路面稳定的因素

路基路面裸露在大气中,其稳定性在很大程度上由当地自然条件所决定。因此,应深入调查公路沿线的自然条件,因地制宜地采取有效的工程措施,以确保路基路面具有足够的强度和稳定性。

影响路基路面稳定性的因素有:

1、地理条件

平原、丘陵、山岭各区地势不同,路基的水温状况也不同。平原地区地势平坦,排水困难,地表易积水,地下水位相应较高,因而路基需要保持一定的最小填土高度,路面结构层应选择水温稳定性良好的材料,并采用一定的结构排水设施;丘陵区和山岭区、地势起伏较大,路基路面排水设计至关重要,否则会导致稳定性下降,出现破坏现象,影响路基路面的稳定性。

2、地质条件

沿线的地质条件如岩石的种类、成因、节理,风化程度和裂隙情况,岩石走向、倾向、倾角、层理等有无夹层或遇水软化的夹层,以及有无断层或其他不良地质现象都对路基路面的稳定性有一定的影响。

3、气候条件

气温、降水、温度、冰冻深度,日照等都会影响公路沿线地面水和地下水的状况,并且影响到路基路面的水温情况,气候还受地形的影响。

4、水文和水文地质条件

水文条件如公路沿线地表水的排泄,河流洪水位、常水位、有无地表水和积水时期的长短、河岸的淤积情况等。水文地质条件如地下水位、地下水移动规律、有无层间水、裂隙水、泉水等,这些地面水,地下水都会影响路基路面的稳定性,如果处理不当,常会引起各种病害。

5、土的类别

土是建筑路基和路面的基本材料,不同的土类具有不同的工程性质。如较强的砂,在渗流情况下,容易形成流砂粘粒成份多的土,强度形成以粘聚力为主,其强度随密实程度的不同,变化较大并随温度的增大而降低。

§1.4 路基土的分类

我国公路用土依据土的颗粒组成特征,土的塑性指标和土中有机质存在的情况,分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类,并进一步细分为11种土 fg1—1 (P8)

1、巨粒组:(大于60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土

包括漂(卵)石,漂(卵)石夹土,漂(卵)石质土

2、粗粒土:包括砾类土和砂类土两种

(粒径在0.074~60mm)质量多于总质量50%的土

砾类土:(2~60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土

砂类土:(2~0.074mm的颗粒)质量大于或等于总质量50%的土

3、细粒土:(小于0.074mm颗粒)质量多于总质量50%的土

含有机质的细粒土称为有机土

4、特殊土:黄土、膨胀土、红粘土和盐渍土

一、各类公路用土的工程性质不同

1、巨粒土:有很高的强度和稳定性,用以填筑路基是良好的材料,亦可用于砌筑边坡。

2、级配良好的砾石混合材料:密实程度好,强度和稳定性均能满足要求。除填筑路基外,可以铺筑中级路面,经适当处理后,可以铺筑高级路面的基层、底基层。

3、砂土:无塑性、透水性强、毛细上升高度小,具有较大的摩擦系数。采用砂土修筑路基,强度高,水稳性好,但其粘结力小,易于松散,车辆通过时易产生较深的车辙。为克服此缺点,可以采用振动法压实,并可掺入少量粘土,以改善级配组成。

4、砂性土:为修筑路基的良好材料,含一定数量的粗颗粒,使路基有足够的内摩擦力,又含有一定数量的细颗粒,使之具有一定的粘聚力,不致过分松散,一般遇水干得快,不膨胀,干时有足够的粘结性,扬f尘少,因此雨天不泥泞、晴天不扬尘,在行车作用下易被压实,便于施工。

5、粉性土:不良的公路用土,含有较多的粉土粒,干时稍具粘结性,但易被压碎,扬尘大,浸水时易成流体状态。粉性土的毛细上升高度大,在季节性冰冻地区容易造成冰胀,翻浆等病害,如遇粉性土,必需改良土质且(采取)加强排水,隔水措施。

6、粘性土:透水性小,粘聚力大,干时坚硬,不易挖掘,毛细现象显著,有较大的可塑性,用来筑路比粉性土好,但不如砂性土,如在适当含水量时加以

充分压实和良好的排水设施,筑成的路基也能获得稳定。

7、重粘土:塑性指数与液限都很高,其工程性质与粘土相似,但受粘土矿物成份影响较大(含高岭土为最好,伊里土次之,蒙脱土最差),重粘土不透水,粘聚力特强,干时很坚硬,很难挖掘,膨胀性和塑性都很大。

总之,土作为路基建筑材料,砂性土最优,粘性土次之,粉性土属不良材料,垂粘土,特别是蒙脱土也是不良的路基土,而一些特殊土类、用以填筑路基时必须采取相应技术措施。

二、路基土的工程分级

在施工中路基土石按其开挖难易程度,又可分为六级:松土、普通土、硬土、软土、次竖石、竖石。

§1.5 公路自然区划

一、公路自然区划划分目的:

1、道路工程特征相似的原则:在同一区划内,在同样的自然因素下筑路具有相似性(如北方:春融翻浆;南方:雨季冲刷、水毁等)。

2、地表气候区划差异性的原则:包括地带性差异和非地带性差异,地带性差异即纬度不同,地表气候不同(如北半球北方寒冷,南方温暖)。

非地带性差异:如青藏高原,由于海拔高,与纬度相同的其它地区相比,气候更加寒冷。

3、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则:

自然气候的变化是各种综合作用的结果,但其中又有某种因素起着主导作用。

三、划分情况:

“公路自然区划”分三级进行区划,首先将全国划分为多年冻土,季节冻土和全年水冻土三大地带,然后根据水热平衡和地理位置,划分为冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒7个大区(一级区划)在一级区划内再以潮湿系数为依据,分为6个等级,另外还结合各个大区的地理,气候特征,地貌类型,自然病害等因素,将全国分为33个二级区和18个二级副区。

Ⅰ区:北部多年冻土区

冻胀、雪害、延流水等病害严重,对冰、水含量较大的冻土路基设计,应采用保护多年冻土的原则,宁填铁挖,路面结构应采取保温措施,以防路基热隔沉陷,对非多年冻土还要注意翻浆问题。

Ⅱ区:黄土高原干湿过渡区

该区路面结构突出的问题是防止翻浆和冻胀,夏季水毁及地震也有一定影

响。为防止冻胀和翻浆,路基路面结构应注意采取隔温、排水和截断毛细水上升等措施。

Ⅲ区:黄土高原干湿过渡区

该区特点是黄土对水分的敏感性,路基应注意排水,路面结构必须选择不透水的面层或封闭层,以防雨水下渗。

Ⅳ区:东南湿热区

该区因春、夏东南季风造成的霉雨和夏雨,形成明显的不利季节。东南沿海台风暴雨多,水毁、冲毁、滑坡是道路的主要病害,应加强排水。该区水稻田多,对软土和潮湿路段的路基应认真处理。又因气温高、热季长,沥青路面应注意热稳定性,抗滑性和水透水性。

Ⅴ区:西南潮暖区

该区山多,筑路材料丰富,应充分利用当地筑路材料,对于水文不良地段,必须采取措施,稳定路基。

Ⅵ区:西北干旱区

该区气候干旱,除灌区和绿洲外,一般道路冻害较轻;砂石路面经常出现搓板,松散和扬尘。改铺沥青路面为有效的解决办法,高山区有风雪流危害,沙漠地区应注意风蚀和沙埋等的防治。

Ⅶ区:青藏高寒区

该区地处高原,气候寒冷,分布有高原多年时土和现代冰川,东南部由于新构造运动活跃,地形破碎和地震强烈、雪害、滑坡、崩塌、泥石流等自然病害均较严重,应采取措施保证路基的整体稳定。另外,昼夜温差大,日照时间长,沥青老化很快。柴达木盆地气候较干旱,氯化盐可作筑路材料。

§1.6 路基水温状况及干湿类型

一、路基湿度的来源:

路基在使用过程中,受到各种外界因素的影响,使湿度发生变化

1、大气降水:大气降水通过路面(透水的路面、不透水路面的边缘、接缝或裂隙),路肩边坡和水沟渗入路基;

2、地面水:边沟的流水、地表径流水因排水不良形成积水,渗入路基;

3、地下水:路堑边坡较高处土层内滞水的下渗,地下水的毛细上升作用,上升到路基;

4、毛细水:

5、水蒸汽凝结水:在土的空隙中流动的水蒸汽,遇冷凝结成水。6、薄膜移动水:在土的结构中水以薄膜的形式从含水量较高处向较低处流动,或由温度较高处向冻结中心周围流动。

二、大气温度及其对路基水温状况的影响

路基湿度除了水的来源之外,另一个重要因素是受当地大气温度的影响。由于温度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。

我国北方季节性冰冻地区,路基在冬季冻结过程中,由于负温度坡差的影响,土中未冻结的水分会向冻结线(冰冻线)附近积聚,形成冰晶体积和冰夹层,积聚后的冰冻结后体积增大,使路基隆起而造成面层开裂,即冻胀现象。春暖化冻时,路面和路基结构由上而下逐渐解冻,而积聚在路基上层的水分先融解,水分难以迅速排除,造成路基上层的湿度增加,路面结构的承载力使大大降低,在重车的反复作用下,路基路面结构会产生较大的变形,严重时,路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出,形成翻浆,等路基浆土全部融化后,水分便渗入路基深层,翻浆状况可逐步消失。

引起路基冻胀的因素有:

1、土质:不同土类的毛细特性和渗透性均不同,如粉性土毛细上升能力强,且有较高的渗透性,易发生冻胀现象(冻胀土);砂性土有较高的渗透性,缺乏吸收水分的能力;粘性土有一定的毛细吸收能力,但渗透性差,水分移动慢,此两类土均不会出现严重的水分积聚现象。

2、水文条件:在地面排水困难或地下水位较高地段,潮湿路基易出现冻胀和翻浆现象。

3、气候条件:冻前的雨季可使路基湿度增大;正、负湿度的反复交替的冬季,路基冻结缓慢,冻结线长时间徘徊在路基某深度处,使水分有充足的时间向该处积聚,并形成冰晶体。

三、路基干湿类型

1、划分情况:路基按其干湿状态不同,分为四类:干燥、中湿、潮湿和过湿。为了保证路基路面结构的稳定性, 一般要求路基处于干燥或中湿状态,过湿的路基必须经处理后方可铺筑路面。

2、划分标准

(1)按路基平均稠度Wc与分界相对稠度Wci的(关系)大小来确定。

wc=(wl-w)/(wl-wp)

wc——土的稠度; wl——土的液限

w——土的含水量; wp——土的塑限

土的稠度较准确地表示了土的各种形态与湿度的关系,稠度指标综合了土的塑性特性,包含了液限塑限,全面直观地反映了土的硬软程度,物理概念明确。

①wc=1.0 即w=wp为半固体与硬塑状的分界值;

②wc=0 即w=wl为流塑与流动状的分界值;

③1.0>wc>0 即wl>w>wp,土处于可塑状态。

以稠度作为路基干湿类型的划分标准是合理的,但是不同的自然区划,不同的土组的分界稠度是不同的,fg1-7 (p17)

对于原有公路,按不利季节路床表面以下80cm内的土的平均稠度确定。 wci=(wli-wi)/(wci-wpi)

wc=∑wi=18ci

8

(2)对于新建道路、路基尚未完成,则根据路床距地下水位或地表(面)水的高H与路基的临界高度Hi的大小关系来判断。路床:是路面的基础,是指路面底面以下80cm范围内的路基部分,承受由路面传来的荷载(0~30cm为上路床;30~80cm为下路床)临界高度;在最不利季节,路基处于不同干湿类型所需的路床底面距地下水或地面水的最小高度;或与分界稠度相对应的路基离地下水或地表积水水位的高度。 ①干燥类:wc>wc1或H>H1

H1=Hl+Hd

Hl——毛细上升的润湿区高度;

Hd——路床底到地下水位应保证的距离。

这类路基的湿度主要受气候因素的影响。 ②中湿类:wc2≤wc

这类路基的湿度既受气候因素也受地下水的影响。 ③潮湿类:wc3≤wc

这类路基的湿度主要受地下水的控制。 ④过湿类:wc

路基极不稳定,冰冻区春融翻浆,非比冻区弹簧,路基经处理后方可铺筑路面。

为了保证路基的强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响,在设计路基时,要求路基保持干燥或中湿状态,路床顶距地下水或地表水的距离要求大于或等于干燥,中湿状态所对应的临界高度。

⑤上海郊区,粉质亚粘土路基,最高地下水位离地面90cm,低矮填土,路床底顶面距地面30cm,请预估路基平均稠度。

解:由图1—5(p13),上海属于Ⅳ1区,查表1—9(p19)得Ⅳ1区粉性土的临界高度H2=1.3 1.4m,H3=0.9 1.0m,而路床顶面距最高地下水位的距离为H=0.9+0.3=1.2m,则H3

wc3≤wc

§1.7 路面结构及层位功能

一、路面横断面

1、槽式横断面

2、全铺式横断面

二、路拱横坡

为了保证路面上雨水及时排出,减少雨水对路面的浸润和减弱路面结构强度、路表面应做成直线形或抛物线形路拱,路拱横坡度应满足行车和横向排水两方面的要求。

1、干旱和有积雪,浮冰地区,应采用底值,多雨地区采用高值;

2、道路纵坡较大或路面较宽,或行车速度较高时,或交通量和辆载较大时,或常有拖、挂汽车行驶时,采用平均坡度的低值;

3、对高速、一级公路、中央分隔带未设排水设施,则两侧路面做成单向横坡,向路肩方向排水;若中央分隔带设置排水设施,则两侧路面做成双向横坡,向中间排水设施和路肩二个方向排水。

4、路肩横坡一般较路面横坡大1%,但高速、一级公路的硬路肩采用与路面行车道相同的结构时,应采用与路面行车道相同的横坡。

三、路面结构妥层及层位功能

行车荷载和自然因素对路面的影响,随深度的增加而逐渐减弱,因此,对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也逐渐降低。为适应这一特点,路面结构通常是分层铺筑的。

1、面层:直接同行车和大气相接触,承受行车荷载的作用以及受雨水和气温变化的影响最大。

要求:坚实、耐磨、平整、粗糙,对于沥青类路面还应抗滑、防渗、耐疲劳以及抗高温变形,低温开裂的湿度稳定性,且满足最小厚度的要求:如沥青贯入式hnim=4cm,砼面板hnim=18cm砂石路面上所铺的2~30cm厚的磨耗层厚度不超过1cm的简易沥青表面处治,不能作为一个独立的层次,应看作是面层的一部分。

组成面层的材料有:水泥硅

沥青混合料:沥青硅、沥青碎石

沥青贯入碎石、沥青表面处治(次高级路面)

碎(砾)石混合料:泥结碎石和级配砾石等(中级、低级路面)

水泥硅嵌锁式块料:整齐中半整齐块石:承载力强、平整度差

2、基层

(1)沥青类路面(基层又称为承重层)

应有足够强度、稳定性和较好的平整度,还应有一定的抗冻性和抗低温开裂性。

(2)水泥硅路面(其板块之间有拉杆、传力杆),其基层的受力比沥青类路面小。 作用:保证整体强度,防止板块断裂,即泥和错台等病害的产生。

(3)对基层的要求

①应具有足够的强度和稳定性,较好的平整度,在寒冷地区还应具有一定的抗冻性和抗低温开裂性。

②无机结合料稳定类材料的配合比设计应满足规定的强度(根据公路等级查《规范》)。

③一般公路的基层宽度比面层每侧至少宽出25cm(给面层的施工提供工作面,保护面层)。

(4)基层材料

①各种结合料(石灰、水泥、沥青等)稳定土或碎(砾)石混合料。

②各种工业废渣混合料:煤渣(粉煤灰)+石灰(二渣),外掺碎石(三渣)粉煤灰+石灰+土(二灰土)

③贫水泥砼:界于普通水泥硅和水泥稳定粒料之间,水泥用量较少的一种水泥硅,通常还掺配一定数量的粉煤灰,与水泥一起构成结合料。

高级路面

④各种碎(砾)石混合料或天然砂砾。

⑤片石、块石或圆石。

在交通繁重的道路上,应选用贫硅或水泥(沥青)稳定粒料作为基层,我国目前采用较多的是稳定类基层,基层厚度太厚时,为保证工程质量可分为两层或三层铺筑。

3、垫层:介于基层与土基之间的层次

(1)作用:

①调节土基的湿度和湿度状况,改善基层和面层的工作条件,以保证面层和基层的稳定性,抗冻胀能力。

②扩散由基层传递下来的荷载应力,以减小土基所产生的变形。

(2)设置条件:

①地下水位高,排水不良,路基经常处于潮湿状态的路段;

②季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段;

③排水不良的土质路堑,有裂隙水、泉眼等水文不良的岩质挖方路段; ④基层可能受污染的路段。

(3)垫层材料:

强度要求不高,但水稳性、隔热性能要良好,尽量选用地方材料,可选松散的颗粒材料如砂、砾石、炉渣等,也可选无机结合料稳定土如水泥或石灰稳定土等。

§1.8 路面的等级与分类

一、路面等级划分

按路面层的使用品质、材料组成类型以及结构强度和稳定性,将路面分为高级、次高级、中级和低级四个等级。(P25)

二、路面分类

1、按面层所用材料区分:水泥硅路面、沥青路面、砂石路面等。

2、按路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发:

①柔性路面:各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层,碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。

总体结构刚度小,在荷载作用下产生较大的弯沉变形,结构本身的抗弯拉强度较低。

②刚性路面:水泥硅作面层或基层的路面结构。

③半刚性路面:用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层,在前期具有柔性路面的力学性质,后期的强度和刚度均有较大幅度的增长,但是最终的强度和刚度仍远小于水泥硅,则把这种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面,这种基层称为半刚性基层。

第二章 行车荷载 环境因素 材料的力学性质

§2.1 行车荷载

车是道路的服务对象,也是使道路曹受损坏的主要原因,因此必须分析汽车的特性及其人对路面的作用,路面没计要考虑的车辆因素:

1、车辆作用于路面的法向力,切向力的大小和特性;

2、不同类型和轴载大小的车辆在路面使用年限内的变化情况和数量。 采用一定标准轴载13-100(后轴又重100kn.单轴双轮组)

一、车辆的种类

1、按其使用功能分:

客车(小容车、中客车、大客车)

货车(仓车。牵扯引式挂车和牵引式半挂车)

2、按轴型分:

牵引车类:货与汽车发动机为一整体;

牵引式半拖车类:通过铰接装置,在牵扯引车后附加拖车

拖车类:在仓车或牵扯引式半拖车类后附加拖车。

二、汽车的轴型

前 单轴双轮组(多数) 后 单轴

轴 双轴单轮组(极少数) 轴 双轴

(双轮) 三轴

多数

三、汽车对道路的静态压力

1、接触面积:

车辆在路面上行驶,轮载由轮胎传给路面。通常把轮胎在路

上的投影面作为接触面,其形状近 为椭圆形。椭圆形的长轴和短轴和大致相等,在路面设计中,可用圆形接触面来代替椭圆形,比圆称为当量圆。

2、接触压力

轮胎与路面须上的平均竖向压力,称为接触压力,假设为均布的,它受以下几个因素的影响:

1、充气轮胎的内压力Pi

一般情况下,接触压力P=(0.8~0.9)Pi(P Pi)

P停=(0.8~0.9)Pi; P动=(0.9 1.1)Pi

2、轮胎的类型(花纹为斜线或子午线)和性质(新、旧)

3、轴载的大小(同轮胎的标准轴载而言)

若轮胎软而旧或轮胎内的实际内压力比标准内压力低得多。或轮胎超过标准负载情况时,P Pi (P=(1.1~1.3)Pi)

在路面设计时,直接采用内压力作为接触压力,而轮胎的压力一般为0.4~0.7MPa(轮胎的标准负载内压力=0.64MPa)

3、作用图式

1)标准轴载计算参数

BZZ-100 后轴重100KV 轮胎看地压强P=0.7MPa

单轮传压面当量圆 d=21.30cm

两轮中心距1.5d

2、轴型:单轴双纶组

单圆图式(则土基或基层材料参数时) 双圆图式(厚度设计

)

P⋅π

4

2D=P2πd24⋅2⇒D=

π⋅S⋅P=Ps⇒S=d=2S=

100KN=25KN 4

四、运动车辆对道路的动态影响。 P为轮载=

1、水平力

汽车道路上等速行驶,车轮受到地面给它的滚动摩力,路面也相应地受到一向后的水平力。 S0=U⋅P

u:滚动摩阻系数同轮胎类型,路面状况及车速有关,车辆在制动或驱动过程中。 Sb=fb⋅P

f:车轮与路面间的附着率,最大值不起过路肌与轮胎之间的附着第数中,则有: Qmax≤ϕ⋅P

qmax≤ϕ⋅p

2-2ϕ 与路面类型,湿度以及行车速度有关(P)。路面必须保持足够的附32.fg

着系数,这是保证已常行车的重要条件。

2、轮载的动态变动

以一定车速行驶在路面的车辆,由于自身的振动和路面的不

态,其车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动着,作用在路面上的轮载时而大于静轮载,时而小于静载,轮载的这种动态变动,可以似看作为是已态分布。

1)变异系数=标准偏差/静轮载

Cv随以下三个因素而变化

a、行车速率v↑ Cv↑

b、路面的平态度越差 Cv↑

c、车辆的振动特性:轮胎越软,减震装置的效果越好 Cv↓

2)冲击系数=动轮载/静轮载<1.30路面设计时,有时以静轮载乘以冲击系数作为设计轮载。

3)设计中如何考虑动力作用的影响?

a、柔性路面设计中不考虑动力作用的影响;

b、刚性路面设计中考虑超载和动载等因素泽路面疲劳损坏的综合影响系数Kc

4)汽车荷载对路面的多次重复作用也是一项重要的动态影响。

5)轮载作用的瞬时性

作用时间(0.1~0.015):动载作用时间越短,路面变形越小。动载作用时间短,路面变形来不及像静载作用时那样充分,故变形较静载作用时小,此时相当于加大了路面的强度(fg2-5.P33)

五、交通分析

1、交通量:指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断的

数量。

对于路面结构设计,不仅要搜集交通总量,还必须区分不同的车型,其初始年平日交通量N1=∑Ni=1365i

365 (Ni为每日实际交通量)设计年限内累计交通量Ne=365Nt365N1t[(1+r)t-1]或Ne=[(1+r)] t-1r2r(1+r)

Nt—设计的末年平均日交通量;

r—设计年限内交通量年平均增长率

t—设计年限

2、轴载组成与等效换算

1)轴载组成(轴载谱):各级轴占比例

2)等效换算原则:同一种路面结构在水同轴载作用达到相同的疲劳损坏时,相应的作用次数被认为是等效的。

yi=NsP=∂(i)n (2-8) P35 NiPs

yi—轴载换算系数;

∂—反映轴型和轮组影响的系数

n—同路面结构特性相关的系数

沥青路面,水泥砖路面和半刚性路面的结构特性不同,损伤的标准也不同,因而系数∂和n的取值各不相同。

3、轮迹横向分布

由于车轮的轮迹宽度远小于道的宽度,因而总的轴载通行次数即不会集中在横断面某一固定位置,中能平均分配到每一点上,而是按一定协作者规律分布在车道横断面上,称向分布迹的横向分布。

在路面设计中,用轮迹横向分布系数y来反映轮迹横向分布频率的影响,通常取轮迹覆盖宽度(约50cm)即二个条带频率之和称为轮迹横向分布系数。

§2.2 环境因素影响

路基土和路面材料的强度现刚度随路面结构内部温度和湿度的变化有时会有大幅度的增减。(fg2-9.2-10.P37)

大气的温度在年内和同内发生着周期性变化,同大气直接接触的路面温度也相应地在年内和日内发生着周期性变化。路表温度的起伏,同气温的变化几乎完全同步,由于太阳辐射热被路面吸收,路表面的温度较气温高。沥青面层最高温度高出气温23C ;水泥砖面层的最高温度高出气温14C 。

1、沥青路面:

热稳定性:气温升高,沥青路面的刚度,强度降低,并易产生车辙、推挤、拥包、波浪等破坏现象。

低温抗裂性:温度降低时,沥青路面易发生断裂、网裂等破坏。

2、水泥硅路面

硅路面受温差的影响,体积会发生变化。

当硅面极受约束时,产生翘曲变形。

§2.3 土基的力学强度特性

一、路基受力状况:

路基承受着路基自重和汽车轮垂这两种荷载,因此在一定深度范围内,路基土处于受力状态。

设车轮荷载为一圆形均布垂直荷载,路基为一弹性均度半空间体,则:

σB:由路基自重引起的应力

σZ:由轮重P引起的应力

σz+σB:应力之和

σZ=P (2-10) 2⎛Z⎫1+2.5 ⎪ D⎭⎝

σB=γ⋅Z (2-11)

路基工作区任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的σz和由土基自重引

起的σB两者的共同作用。

二、路基工作区(应力工作区) 从路基顶面到111σZ1,该范围内的路基=时的深度Za(很小,仅为 )n105σBn

称为路基工作区。

Za= (2-12) Za随P的增加而加大。

当Za>路基填土高度时,天然地基的土层和路基应同时满足路基工作区的

设计要求,并充分压实。

三、路基土的应力—应变特性

路基土在荷载作用下,产生的变形包括了弹性变形和塑性变形两部分,即卸荷后其变形不能完全恢复到加荷前的状况。

1、以压入承载板试验来研究土基的应力—应变特性

以一定尺寸的刚性承载板置于土基顶面,逐级加荷卸荷,记录施加于承载板上的荷载及由该荷载所引起的沉降变形。由试验得知,土基的垂直变形 随压力P的增加而增长,其关系如下:

Ⅰ阶段:弹性阶段,土基受弹性压缩,变形发展缓慢,p1- 1近似呈直线变化。

Ⅱ阶段:弹塑性变形阶段。外力作用下的变形增长较快,土基已产生塑性变形。

Ⅲ阶段:出现弹塑性变形后,如果压力继续增加,最后使土基失去抵抗变形的能力,此时即使荷载不再增加,变形亦不能稳定下来,随作用时间的增加而达到破坏。

从p- 曲线中可知路基土受荷产生的变形中包含着弹塑性变形的非线性性质,但在确定土基的设计参数时,采用局部线性化的方法,即土基受外荷作用下的变形值控制在某一范围内(规范取 ≤1mm),并在这微小变形范围内的p- 曲线视为线性关系。

2、用以下几个模量值来表示土的特性。

1)初始切线模量Eit:应力为零时的应力—应变曲线的正切,代表加荷时的

应力—应变状态;

2)切线模量Et:某一应力级处应力—应变曲线的斜率。反映该级应力—应变

变化的精确关系;

3)割线模量Es:以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线斜率。

反映土基在某一应力工作范围内应力—应变的平均状况。

4)回弹模量E。应力卸除阶段,应力—应变曲线的割线模量,反映土的弹性性质的特殊的割线模量,可作为路面设计中常用的参数。

前三种应变均包括了弹性应变和塑性应变,第四种应变只包括了弹性应变。

3、土的流变性(蠕变性)

路基土在荷载作用下的变形,不仅与荷载大小有关,而且与荷载作用的持续时间有关。

4、承受重复荷载作用下的特性:

(1)重复荷载的作用规律:塑性变形随荷载作用次数增加不断产生塑性变形积累;使总变形增为大,但每一次产生的塑性变形却逐渐减小。

(2)土基在荷载的重复作用下,产生的变形积累,可能导致两种不同的结果: ①土颗粒之间进一步靠拢,土体逐渐密实,这对提高土的强度和刚度有利。 ②当荷载重复次数过多或荷载过大时,会形成引起土体整体破坏的剪切面,造成土体破坏。

出现何种结果,取决于以下三种因素:

a、土的类别和所处的状态;

b、应力水平(相对荷载):重复荷载应力同一次静载时的应力极限强度之比值:

重复荷载应力 应力水平= 一次静载时的应力极限强度 =p' p

当p'

C、作用荷载的性质和加荷速度。即每次荷载作用的持续时间和间歇时间。

§2.4 土基的承载能力

表征土基承载能力的参数指标有回弹模量,地基反映模量和加州承载比(CBR)等。

一、土基回弹模量

反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。

1、柔性承载板测定E0;土基与压板之间的接触压力为常量

P(r)=p πa2

r=0

承载板的挠度 (r)为:2pa(1-μ2)=E0

4pa(1-μ)

πE02 r=a=

实际测定中,刚性承载板用得较多,因为其挠度易测量,压力容易控制。 试验时宜采用逐级加载卸载法,每级增加0.04MPa,待卸载稳定1min时,则停止加载。

E0=πa∑Pi

2∑ i2(1-μ0)

(μ0为土基泊松比)

二、地基反应模量K

1、Winkler地基假设

土基顶面任一点的弯沉 ,仅同作用于该点的压力成正比,而同其相邻点处的压力尤关。即:

k=p

2、通常规定按弯沉量 =1.27mm(或压力p=70kpc),由上式确定k值,(刚

性承载板法)

承载板直径D=76cm或D=30cm

k76=0.4k30

若弯沉 只考虑回弹弯沉,则kR=1.77k

三、加州承载比(CBR)

一种评定材料承载能力的指标。

材料的CBR值是指试料贯入量达2.54mm时,与标准碎石压入相同贯入量

时标准压力的比值。

CBR=pps⨯100%=p⨯100%

注:①试件顶面压入变形速率1.27mm/min施加;

②当贯入度为0.254cm时的CBR值小于贯入度为0.508cm时的CBR值时,应采用后者为准;

③CBR值在一定程度上反映了某一变形级位时荷载同变形的关系,也是一项刚度指标,但CBR试验为室内小比例的模型试验, 刚度以相对值表示。

§2.5 路基的变形、破坏及防治(自学)

一、路基的主要病害

二、路基病害防治

§2.6 路面材料的力学强度特性

强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载(或应力)。路面材料可能出现的强度破坏通常为:(1)因剪切应力过大而在材料层内部出现沿某一滑动面的滑移或相对变位;(2)因拉应力或弯拉应力过大而引起的断裂。

一、抗剪强度:

路面结构层因抗剪强度不足产生破坏的情况有:(1)面层路面结构层较薄,总体刚度不足、土基剪应力过大,导致路基路面整体结构发生剪切破坏;(2)内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏;(3)面层材料抗剪强度较低,在受较大的水平推力时,面层产生纵向或横向推移的各种剪切破坏。

1、τ=c+σ=ξϕ

σ——法向正应力

c——材料的粘结力

对沥青混合料而言:

(1)粘度越高,c值越大;

(2)有一最佳沥青用量,使c达到最大;

(3)随温度的升高和剪切速率的下降,混合料的c下降;

(4)细料的含量增多,有棱角的集料增多,矿粉同沥青的吸附性好等因素,有助于提高c值。

2、直剪试验确定τ、ϕ

松散粒料:三轴压缩试验确定,试件直径>4dax(集料)

且D≥2,一般取D=10cm, h=20cm, dmax≤2.5cm

二、抗拉强度

直接拉伸试验或间接拉伸试验(劈裂试验测得)

1——压条 2——试件

通过压条沿直径方向按一定的速率施加荷载,直至试件开裂破坏。

2p πhD

p——试验最大荷载 σt=

水泥硅采用边长为150mm的立方体试块σt=2P πA

常温下,σt在一定范围内随沥青含量和施加载速率的增加而增加,随针入度和温度的增加而下降。在低温下,σt随针入度和温度的增加而下降。增加混合料拌和及压实温度,增加矿粉含量,有助于提高σt。

三、抗弯拉强度

通常简支小梁三分点加载试验评定。

试件尺寸:5cm×5cm×24cm

10cm×10cm×40cm

15cm×15cm×55cm

L为h的3倍。

水泥硅以15cm×15cm×55cm,dmax≤4cm为准

10cm×10cm×40cm,dmax≤3cm,尺寸换算系数为0.85

四、应力—应变特性

1、颗粒材料的应力—应变特性

对于用作基层和垫层材料的无机结合料碎(砾)石材料,由三轴试验所得的应力—应变曲线具有与粘性土相似的非线性特性。Er随偏应力(σ1-σ3)的增加而减小,随侧限应力σ3的增大而增大,但侧限应力的影响要比粘性土的情况大得多。此外,碎(砾)石材料的模量值同材料的级配、颗粒形状、密实度等因素有关、通常,密实度越高、模量值越大;颗粒梭角多者有效高的模量;当细料含量不多时,含水量的影响很小。

2、水泥稳定类材料的应力—应变特性

水泥稳定类材料包括水泥土和水泥稳定碎石或砾石粒料,常用作路面的基层和垫层。其应力—应变关系也呈现出非线性性质,表征其关系的模量值,也是应力的函数。但在应力级位较低时,应力—应变曲线可近似看作是线性的。材料的强度与模量随龄期而不断提高,板体性增强,刚度增大。而石灰稳定土和各种工业废渣混合料的应力—应变特性,同水泥稳定类材料相似。

3、沥青混合料受到外力作用时,可表现为三种状态:一是纯弹性体其变形的产生和恢复是瞬时的,不随时间而变化;二是粘弹体,其变形随时间发展而衰减,卸载之后变形随时间增长可全部恢复;三是弹粘塑性体,其变形随时间发展,具有衰减特征,但卸载后存在不可恢复的塑性变形。

当施加的应力相当小,且受荷时间短促时,混合料牌或基本处于弹状态或兼有粘弹性性质,当应力足够大,且受荷时间较长时,混合料处于弹性,弹—粘性,弹—粘—塑性等不同性状;在低温时,混合料基本上属弹性体,而在常温和高温时则可能相应变为弹—粘性或弹—粘—塑性体。

2)劲度模量(劲度):表示粘性和弹性两种联合效应的指标。

沥青混合料的劲度模量是在给定温度和加荷时间条件下的应力—应变关系σ参数。st,T=()t,T ε

§2-7 路面材料的累积变形与疲劳特性

路面结构在荷载应力重复作用下,可能出现的破坏状态有:1.路面材料处于弹塑性工作状态。重复荷载作用下产生塑性变形积累,当累积变形起出一定限度时,出现破坏极限状态;2.路面材料处天弹性工作状态,在重复荷载作用下虽然不产生塑性变形,但是结构内部将产生微量损伤,当微量损伤累积达到一定限度时,路面结构发生疲劳断裂,出现破坏极限状态。

一、累积变形

路面结构在车轮荷载重复作用下因塑性变形积累而产生况陷或车辙,是路面结构的主要病害。

二、疲劳特性

1、疲劳:弹性状态的路面材料承受重复应力作用时,可能在低于静作用下的报限应力值时出现破坏时材料度的降低现象称为疲劳。

2、出现疲劳的原因:

由于材料内部存在不均质或局部缺陷,荷载作用下在该处发生应力集中而出现微裂隙,应力的反复作用使微裂隙逐步扩展肉而不断减少有效的承受应力的面

积,终于在反复作用一定次数后导致破坏。

3、疲劳强度:

出现疲劳破坏的重复应力值。它随作用次数的增加低。

4、疲劳极限:

材料应力反复作用一定次数后,疲劳强度不再下降,

于稳定值,此稳定值称为疲劳极限。

反复应力低于疲劳极限值时,材料可经受应力无限多次的作用尴不出现破坏。

5、水泥硅及无机结合料处治的混合料:

疲劳曲线 图2-35 P57

σNf 疲劳方程 r=α-βξ

f

6、沥青混合料: 控制应力:较厚的沥青面层

控制应变:较薄的沥青面层,随基层共同产生位移。

7

各级荷载作用下的材料所出现的疲劳损坏可以线性叠加。

第三章 一般路基设计

一般路基:是指在正常的地质与水文条件下,路基填控不超过设计规范或技术手册所充许的范围。或指在工程地质和水文条良好的地段修筑的填控不大的路基。

一般路基可以结合当地的地形,地质情况,直接选用典型断面图或设计规定,不必进行个别论证和验算。

《规范》:对填方边坡高度超过20m,挖方边坡超过30m的路基 (砾石土、砂不超过12m) (碎、砾石土)

均作为路基重点工程来设计。

§3.1 路基的类型与构造

一、基本的构成:

1、路基宽度=路面宽+分隔带+路肩+绿化带《公路工程技术标准》取决于公路等级。

2、路基高度:是指路坝的填筑厚度或堑的开控深度,是原地面标高与路基设计标准高标的相差数值。

取决于纵坡设计与地形。

路基设计标高:新建公路为路基边缘标高;在高超高、加宽地段则为设置超高,加宽前的路基边缘标高;没有中央分隔带的高速,一级公路,为中央分隔的外侧边缘标高。

要求:①保(水文条件不良时),使路基处于中湿以上状态;

②浸水路坝高度=设计洪水位+壅水高+波浪侵袭高+0.5m(安全高度)

3、边坡坡度:边坡高度H与边坡宽度b之比值。

取决于地质,水文条件,并由边坡稳定性和横断面经济性等因素比较选定。

二、路基的横断面

由于填挖情况不同,路基横断面典型式可归纳为:路堤,路堑和填挖结合(半填半挖)三种。

§3.2 路堤设计

路堤:全部用岩土填筑而成的路基。

一、地基

路基应坐落在具有足够承载力和低压缩性的地基上,以免基底出现剪切破坏而危及路堤的稳定,或者路堤出现过量沉降而影响路面的行驶质量。根据经验,基岩、砾石土或一般砂土和粘性土地基,基本上符合支承路堤的要求,而对于承

载能力不足的地基,好比较潮湿的粘性土地基,则必须对其进行稳定性和沉降分析,经过地基处理后方可使用。

地基为斜坡,其坡度陡于1:5时,原地面应开挖台阶,以防止路堤沿斜坡下滑。台阶高度宜为路堤分层填土原度的2倍(40~60cm),在横坡陡于1:2.5的斜坡上修筑的路,应进行滑动稳定性验算。

二、填料:

1、修筑路堤的理想填料为水稳性好,压缩性小,便于施。

2、压实以及运距短的土、石材料。在选择填料时,一方面要考虑料源和经济性;另一方面要顾及填料的性质是否适宜。

3、用不同(性质)的填料筑路基时,应遵守下列规则:

(1)不同性质的填料应分层铺筑,不得混杂乱填(但可掺配后使用),以免形成水囊或滑动面。每种填料层累计总厚不宜小于0.5m。

(2)不同填料的成位安排,应考虑路基工作条件,如路堤的浸水或受水位涨落影响的部分,宜尽可能选用透水性较好而不易被水冲蚀的材料,如砾(卵)石,砂砾等;

(3)透水性较小的土填筑路坝下层时,其顶面应做成4%的双向横坡,以保正上层透水性土有排水出路;

(4)为防雨水侵蚀冲刷,可采用透水性较小的土包边,但包边部分的土应与中间部分的一起压实,并没盲沟,以利排水;

(5)当路堤两部分填料的颗粒尺寸相差较大时,应在其间加设反滤层,防止两部分填料相互混入,而引起路堤下沉。反滤层可采用砂、砾及碎(砾)石等材料,并按两部分填料的粒径差别情况,分别做成一层或多层,每层厚度为0.10~0.15m。

三、矮路堤:(h

1、注意水文,地质条件的影响,设计时需满足最小填土高度。

干燥路基最小填土高度为:

砂性土:0.3~0.5m; 粘性土:0.4~0.7m; 粉性土:0.5~0.8m

2.保正路基下面应力工作区深度内地基的稳定性。

四、一般路堤:(h=1.5~12.0m)

套用标准图,注意取土坑的设置。

当填方高度不大,填方数量较少,全部填方或部分填方,可以在路基两侧设置取土坑,使之与排水沟渠相结合。

1、《规范》路线外集中取土范围和深度,使能兼顾农田、水利、渔池建设和环境保护等。平原地区的高速,一级公路不宜没路侧取土坑;桥头引道两侧不宜设置敢土坑,特殊情况可在下游一侧高置取土坑,但应留有不小于4m的护坡道。

2、护坡道:保护路基边坡稳定性的措施之一,设置的目的是加宽边坡横向距离,减少边坡平均度。填方路基设置路侧设置取土坑,路基边缘与取土坑底之高差大于2m时,对于一般公路应设置护坡道(宽1~2m),高速一级公路其护坡道宽度不小于3m.

3.边坡:

(1)直线:即坝顶到坡脚采用一种坡度。适应于矮路坝和中等高度路堤。但按堤身的受力条件,边坡应为上部陡下部缓。

(2)折线:符合堤身的受力状况,上部减小下滑力,下部增加抗滑力。但变坡不宜过多,多了不易施工,坡面也易受冲刷。

(3)台阶形:每隔一定高度设置宽度不小于1~2m的护坡道,护坡道具有3%外向横坡。设置护坡道可以减少缓流经较长坡面的地面水流速,防止坡面冲刷,适于高路堤。

4、边坡坡度:

参照表3-3 P65 选用

注:沿河浸水路坝,在设计水往下采用1:1.75~1:2.0,在常水位下采用1:2.0~1:3.0。并视水流情况采取边坡防护与加固。

五、高路堤:

填方总高度超过18m(土质),20m(石质),12m(砂砾)的路基,须特殊

设计边坡形式,且进行路基稳定性验算。

§3.3路堑设计

一、工程地质法:

路堑边坡与路堤边坡不同,影响其稳定性的因素较复杂,除了开控深度和坡体的岩性或土质(强度和密度)以外,还有地质构造特征,岩石的风化和破碎程度,土层的面因素类,地面水和地下水的作用,当地气候和破碎程度,当地气候条件,边坡的方位等,这些因素都会影响程到路堑边坡的稳定性,必须在设计边坡时综合考虑。 同时,由于每一段路堑所处的环境和具体条件不同,各个因素的影响程度便相差殊异,所以在路堑设计中维以用力学验算方法来解决问题,而通常采用经验法。

2、工程地质法:比照着当地具有相同工程地质条件而处于极限稳定状态的自然山坡和稳定的已成人工控坡,来确定路堑边坡的形状和坡度。

采用这一方法时,一方面要调查和分析自然山坡和人工挖坡的稳定状态。坡

度和极限高度另一方面则要分析已有边坡的工程地质条件。由于影响边坡稳定性的因素很多,两种边坡的工程地质条件不可能完全相同,因此,对比时只能在众多的因素中抓住主要的或关键的因素。

二、岩质路堑边坡

1、调查内容及稳定性分析:

2、岩体结构面对路基不利的情况:

结构面:是指岩体内形成的地质界面。

岩层的走向:岩层层面志水平面交线的方位角。它表示岩层在空间的延伸方向。

岩层的倾向:垂直走向顺倾斜面向下引出一条直线,此直线在水平面的投影的方位角。它表示在空间的倾斜方向。

AB—走向 CD—倾向 —倾角

a、结构面的走向与路基走向的夹角

b、倾向路线而倾角大于100时。

c、结构面中夹有软弱层或水浸水润层;

均属于结构面的不利情况,容易产生顺层滑塌,这种受结构面控制的岩质路堑边坡,应进行单独设计。

(2)岩体的完态程度(破碎程度)

a、岩体的发育程度:节理组数,间距。

b、裂缝之间的填充情况:

填充物质为硅质、钙质:能起胶结作用(有利)

填充物质为泥土、粘土:遇水膨胀(不利)

(3)岩石的风化程度 (表3-9 P67)

(4)岩石性质:

a.成因:强度而言 岩浆岩>沉积岩

沉积岩的变质岩>原沉积岩

岩浆岩的变质岩

b.成份:岩浆岩 石英、长石、云母 强度递减

沉积岩 硅质、钙质、泥质 强度递减

c.构造:岩石组织成的颗粒:细的优于粗的,均质的优于混杂的,致密的优于疏松的,块石优于片石,厚层优于薄层。

(5)施工方法:

若采用大爆破坏施工方法,将使坡体受到剧烈的震动作用,增加岩体的破碎程度和裂隙的张开程度,不利于坡体稳定,因此,路堑边坡度要缓于采用一般施工方法的。

2、边坡坡度: 参考表3-8 (P66) 3、边坡形状

a.直线型:适于单一岩层,风化和破碎程度相差不大的坡体。 b.折线型 坡高范围内上、下的破碎 c.台阶型 程度有显著差别

对于软硬岩层交互层的情况,若交互层次多且薄,或软层厚而硬层薄,则可按软层岩石的性质设计为直线形边坡;若软层薄而硬层厚则按硬 岩石的性质设计成直线形边坡,而对软岩层采取坡面防护,当交互层均很厚,采用台阶型,在不同岩层的分界面处设置平台。 三、土质挖方边坡

1、调查内容: 1)碎(砾)石类土的成因

冰川沉积层:碎石与块石之间联结程度好; 冲积层稳定性优于积层;

坡积层:由分化岩石组成,其上部较松散,下部常为中等密实,宜采用不同的坡度。

(2)土的组织结构,土的密实程度(表3-7 P66),土中所含杂物,水文条件等。 2、边坡坡度: 参照表3-6 (P66)选定。 3、边坡形状

1)直线型:地质均匀,地质水文条件较好。

2)折线型、阶型:边坡高,多层土组成,上部土层的稳定性较下部土层的稳定性好,可采用上陡下缓的折线或台阶型边坡。

§3-4 填挖结合路基设计

一、横断面型式:

填挖结合的路基横断面,兼有路堤和路堑的设计要求,以上路堤,路堑的设计要点,均应对照采用。 二、提高路基的稳定性的办法:

1、开挖台阶:地面自然横坡陡于1:5时,或分期修建或改建公路加宽时,新旧路基填方边坡的衔接处。

2、支持结构: A矮墙路基:

适于挖方边坡较陡,坡面岩性较差或其良地质现象,(软土地基或冰冻严重地段不宜设置矮墙路基)

作用:支撑边坡不滑动,减缓边坡坡度。

可用浆砌或干砌片石,高度不超过2m,顶宽0.5~0.8m。若坡面为风化的岩土,顶宽可适当放宽,兼起碎落台的作用,墙内坡直立,墙外坡为1:0.2~1:0.5

B、护肩路基

填方部分的局部路段,如遇原地面的短缺口或坚硬岩石地段陡坡的半挖路基,当填方不大,但边坡伸出较远不易填筑时,可修筑扩肩路基。

护肩应采用当地不易风化的片石砌筑,高度一般不超过2m,其内外坡均直闰,基底面以1:5向内倾斜,当护肩高度小于1m时,顶宽宜采用0.8m,当高度大于1m时,顶宽宜采用1m,护肩内侧应填石。 襟边宽度应满足:

C、砌石路基:

当填方较大,边坡伸出较远或边坡落实而不易填筑时,可采用砌石路基。 砌石应选用当地不易风化的开山片石砌筑,内侧填石。砌石顶宽采用0.8m,基底以1:5向内倾斜,砌石高度为2~15m,襟边宽度为0.2~15m,襟边宽度为0.2~2.0m。满足上表要求。砌石路基应每隔15~20m设伸缩一道。当基砌地质条件变化时,应分段砌筑,并没沉降,当地基态体岩石时,可将地基做成台阶型,但最低一级的宽度不应小于1.5m。

d、护脚路基:

当山坡上的填方路基有沿斜坡下的倾向,或为加固,收回填方坡脚时,可采用护脚路基。

护脚由于砌片石砌筑,断面为梯形,护脚断面面积与路坝断面面积之比应为1:6~1:7。护脚外侧的襟边宽度应符合《规范》要求。 f、挡墙路基

支撑填方路基,确保路基稳定,进一步压缩用地宽度。挡土路基设计应符合《公路挡土墙设计与施工技术规范》的规定。

第四章 路基边稳定性分析性设计

§4.1 边坡稳定性分析原理与方法

一、边坡稳定原理:

1、边坡堤塌的基本原因:抗滑小于滑动面; 2、主要因素:土质(c、ϕ)、水、边坡形状(过续)。

荷载、地震、大爆破等。

3、滑动面的形状:

边坡发生滑动坝(破坏)时形成的滑动面,有时像加圆柱形,有时像碗形,有时类似于平面。

直线破坏面

未知量:安全系数,法向力N的大小、方向。平衡方程3个(法向力之和为零,切向力之和为零,对任一点的弯矩之和为零)。为一静力平衡问题,可以求解。

折线破坏面 曲线破坏面

若下滑面为二个或多个破坏面,则属于超静定问题,通常需作某些假定,使之变为静定问题。

4、路基稳定性设计中的一些假设:

①不考虑滑动土体本身内的应力分布(即将下滑的土体近似视作本身无变形的刚体;

②平衡仅在破坏裂面上达到,滑动时成态体下滑;

③最危险的破裂面发生在稳定系数小的破裂面上(通过试算法确定) 二、边坡稳定性分析的计算参数,(一)土的计算参数

1、对于路堑或天然土坡:原状土的容重(γ).内摩擦角

。 (ϕ)、及粘聚力(c)

2、路堤:填土压实后的容重(γ)、内摩擦角(ϕ)、及粘聚力(c)。 3、多层土体的计算参数:(加权平均法)

ch∑ch∑=c=

Hh

hξϕ

ξϕ=h

iii

ii

∑ γ=

hiγi

hi

ii

i

直线法和圆弧法可通过合理的分段,直接使用不同土层的参数。

(二)边坡的取值:

对于折线形成台阶形边坡,一般可取平均值。 取坡脚点至坡顶点的连线。

(三)汽车荷载当量换算。

1、当量土柱高ho(以相等压力的土层厚度来代替荷载)

ho=

N⋅QL⋅B⋅γ

N为布置汽车车辆数(横断面方向) B为汽车横向分布宽度 N=2时 (10t. 15t. B=5.4m) B=Nb+(N-1)d

式中:b、为一辆车的横向宽;

d、为相邻两辆车胎(或履带)外缘之间的净距; Q为每辆车重; γ为填土容重;

L为车辆前后轮着地长度(与汽车荷载等级有关) 2、荷载按最不利位置布置。 a、公路有可能不利位置布置。

b、城市道路只允许车辆布置在行车道上。 三、边坡稳定性分析方法:

1、力学法:数解法(基础)。图解法和表解法。 思路:假定滑动面按力的平衡方程求解。 2、工程地质法:

一般路堤及均质土路, 以力学法为主,而及工程地质法复核;石质或碎(砾)石类土的路堑,一般以工程地质法为主;对于非均质类黄土类路基,以工程地质法为主,两种方法结合运用。

(一)力学分析法

根据滑动面形状分直线破坏面法圆弧破坏面法。

1、直线法:

适用于砂土和砂性土,土的抗力以内摩擦力为主,粘聚力甚小。

假定土榫体ABC沿假裂面AD滑动,其稳定系数K为

FNξϕ+CGGsw⋅ξϕ+CLK===

TGsinwGsinw

先假定路堤边坡值,然后通地坡脚A,假定3~4个可能的破坏面wi,按上式求关的稳定系数Ki,得ki与wi的关系曲线,在k=f(w)曲线上找到Kmin及时应的

极限破裂面倾斜面w值。 砂类土 c≈0 则 K=

Fξϕ

T=

ξw

K=1 ξϕ=ξw 抗滑力等于下滑有力(滑动面土体处于极限平衡

状态)

K>1 路堤边坡处于状态; K

K=

FGLWT=ξϕ+CLGSinW=ξϕ⋅cξw+c⋅AD

2

AB⋅AD⋅Sin(θ-W)⋅γ⋅SinWAB=h/Sinθ

则: K=ξϕ⋅CξW+

2cph⋅SinθSin⋅Sin(θ-W) 令 f=ξϕ a2co=

γh

∴K=f⋅cξw+ao⋅[cξw+cξ(θ-w)]=(f+aocξ(θ-w) dk/dw=o可求kmin对应的破裂面倾斜角wo为:

cξo=cξoθ

而Kmin=(2ao+f)cξθ+θ c.成层非均质砂类土路堑。 其破裂面上ci.ϕi为定值。

n

i

+CiLi)

K=

∑n

F

ni

Gi

Lwξϕ

i=1=1

n=

∑(ii=1

∑n

∑T

i

Gisinw

i=1

说明:①Kmin的确定方法同路坝边破稳定性分析方法相同。

②如果某一分块有换算土柱荷载,应包括在内。 ③Kmin≥1.25。

2、圆弧法:

适用于边坡有不同有土层,均质土边坡,部分被淹没,均质土坝,局部发生渗漏,边坡为折线或台阶形成的粘性土的路堤与路堑。(土的抗力以粘聚力为主,内摩擦力较小)。

(1)假定:

a、 土为均质和各向同性; b、滑动面通过坡脚;

c、 不考虑土体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响。 (2)基本原理:

将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条,依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力,然后叠加计算出态个滑动土体的稳定性。

(3)基本步骤:

①通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB,将滑动土体划分为若干土条;

②计算每个土条的土体重Gi及GiLαi.Gi=sinαi (αi为该圆弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间夹角。sinαi=

xi

R

③计算每一小段滑动面上的抵抗力。(Niξϕi+CLi) ④计算滑动面上各力对o点的力矩。

x

滑动力矩为:Ms=Gisinαi⋅R=Gii⋅R=Gixi

R 抗滑力矩为:Mr=R(CiLi+fiNi)=R(CLi+ξϕ⋅GiLαi)

⑤求稳定系数K值。

MK=r=

Ms

R⋅(∑CLi+∑ξϕ⋅GiLαi)

i=1

i=1

n

n

R⋅∑Gisinαi

i=1

n

=

C⋅L+ξϕ⋅∑GiLαi

i=1

n

∑Gsinα

ii=1

n

说明:土条要oy轴右侧

i

时,xi>o,则sinαi

土条在oy轴左侧时,xi

这种方法完全不考虑土条间相互作用力的影响,所以得到的安全系数往往偏低(10%~20%)。但计算简单,故仍获广泛应用。

④试算的滑动面是任意的,通常取通过坡脚与距路基内侧1/4B处,距路

基内介边缘B/2处。经过路基外侧边缘的圆弧为可能出现的危险滑动面。

⑤确定圆心辅助线

a、4.5H法 (H=h+ho边坡高度h及荷载换算土柱高度ho) b、简单4.5H法(H=h)

c、360法 d、简单360法

一般采用360法(求解方便),分析重要建筑物的稳定性时,采用方法一(较精确),求出的稳定数K值最小。 eg4-7

3、表解法:

适当于均质,直线形边坡路堤,滑动面通过坡脚,顶面为水平并延伸至无限远。

原理:应用图角和分析计算的结果制成的一系列计算参数表的边坡稳定性分析方法。

k=fA+

C

⋅B γH

H—边坡高度(m) c—土的粘聚力(KPa) f—fgϕ(o)

A、B—取决于几何形状的系数 fg4-3 (P84) eg4-2 P86

§4-2 陡坡路堤稳定性

一、陡坡路堤: 验算前提:

1、路堤修筑在陡坡上(地面横坡大于1:2—不易风化岩石或1:2.5—其他情况)。

2、验算中应采用滑动面附近较为软弱的土的有关数据。 3、验算中,假定滑动面以上的土体是沿滑动面作态体滑动。 二、分析方法

1、当基底为单一坡面,土体沿直线滑动面态体下滑时,用直线法进行稳定性分析。

CL+(Q+P)lα⋅ξϕ

(Q+P)sinα

α为已知 K=

2、当滑动面为多个坡度的折线倾斜面时,可将滑动面以上土体按折线段划

分不若干条块,自上而下分别计算各土体的剩余滑动力。

1

En=[Tn+En-1l(αn-1-αn]-{[Nn+En-1sin(αn-1-αn)]⋅ξϕ+CnLn}

K=(Q+Pαn n)sin Nn=(Q+P αsnn)co

①当最后的剩余滑动力等于或小于零时(En≤0),认为合乎稳定要求,大于零(En>0),则不稳定,(En≤0)必要时需采取加固措施;

②如中间某一条块的剩余滑动力为零或负值,则认为该条块及以上扣条块是指稳定的,可再以下一条块开始计算剩余滑动力En+1(En以零代入)。

③K为所容许的安全系数值。

§4.3 浸水路堤稳定性

一、渗透动水压力的作用。

1、浸水路堤:受到季节性或长期浸水的沿河路堤,河滩路堤,承受外力、自重、浮力和渗透动水压力的作用。

当河中水位上升时,渗透动水压力指向土体内部,增加路坝稳定性; 水位骤然下降时,土体内部的水流出边坡需要较长时间,由于不位的差异其渗透动水压力的方向,指向土 体外面,不利于路坝的稳定性(边坡凸起,滑坡或渗透水流带走路坝细小的土粒而引起路堤的变形)。

凡是用粘性土填筑的浸水路堤(纯粘土路坝除外)。都必须进行不渗透动水压力的计算。

二、渗透动水力的计算。

D=I⋅ΩB⋅γ0 (4-15) 三、浸水路堤边坡稳定性分

K=

M抵抗(foNc+fBNB+CcLc+CBLB)R

(4-16) =

M滑 (TC+TB)R+Dn⋅SfcNc+fB+CcLc+CBLB

K=

T+T

c

B

+D

(4-17)

说明:1、粘土填筑的路堤,透水性较强的材料,不透水材料填筑的路堤,不考虑D的影响;

2、普通土填筑的浸水路堤,先给出土体内的浸润线,然后由(4-17)式计算。 eg4-3 (P92)

第五章 路基的防护与加固

一、路基防护与加固的意义:

路基防护工程是防治路基病害,保证路稳定,改善环境景观,保护生态平衡的重要设施。

由岩土填筑的路基,大面积暴露在空,长期受自然因素的强烈作用。岩土在不利的水温条件下,物理、力学性质常发生变化。如:土的强度在浸水后降低,岩性差的岩体,在水温变化条件下,加剧风化;沿河路堤在水流的冲刷,浸蚀作用下,易遭破坏,湿软地基承载力不足导致路基沉陷等,为了确保路基的强度和稳定性,路基的防护与加固,是不可缺少的工程技术措施。 二、主要设施

选用的防护类型应根据公路等级,当地气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布情况而定,并与周围景观协调。主要设施有:坡面防护,冲刷防护。

1、坡面防护:

应在稳定的边坡上设置,在适当于植物生长的土质山坡上,应优先采用种草,铺草皮,植物等植物防护措施,即可阻止地表水对坡面的冲刷和风对坡面吹蚀,又可绿化路线增加美观。

1)植物防护

a、种草:适于边坡不陡于1:1的土质边坡。不浸水或短期浸水但地面气流速度不超边0.6m/s的边坡。草的品种宜采用易成活,生长快,根系发达,叶茎低矮或有葡萄茎的多年生草种。

b、铺草皮:

适于冲刷较严重的较(不陡于1:1)和较高的土质坡地面上,植物防护对岩质边坡一般不适用。在碎石类土边坡上,可在棒上先铺一层厚约10~20cm的粘性土,而后面再铺草皮。

2)砌石护坡

适于较陡的土质边坡(1:0.75~1:1)和易风化或破碎的岩石边坡。 a、干砌片石护坡:

适于边坡度较缓的或经常地下水渗出坡面的情况。片石厚度一般不少于0.2~0.3m,片石下厚度不少于0.1m,的垫层,护坡的基础应选用较大的石块砌筑,顶宽不少于0.5m,并深埋至边沟底部。

b、浆砌片石护坡:

片石厚度为0.3~0.4m,每隔10~20m的伸编缝,缝内填塞沥青麻筋或沥青木板。每隔2~3m交错设置孔径0.1m的泄水孔。对于土质边坡,护坡背后或仅在泄水扎后面0.5m×0.5m范围内设置及滤层,护坡施工前,应将边坡表面松散的土、石清除掉。

3)抹面:

适于易风化的软质岩石控方边坡。

材料:石灰炉渣灰浆 水泥-石灰-炉渣(石灰炉渣三合土)-水泥-砂-炉渣或水浆。表面可涂软化点稍高于发地气温的沥青保护层。厚度3~7m;抹面不宜在严寒季节或雨于施工。

4)护墙:

适于防护易风化或风化严重的软质的软质岩石或较破碎岩石的路堑边坡以及坡面易受浸蚀的土质边坡(较陡),用护墙防护的控方边坡不宜陡于1:0.5,并应符合极限稳定边坡的要求,《规范》。

材料:浆砌片石、块石、现浇砼或预制砼的结构。

单级护墙的高度不宜超过10m,墙厚视墙高而定,顶宜采用40~60cm。底宽为顶宽加0.1~0.2倍墙高,伸缩与泄水孔的布置与浆砌片石护坡相同。(P98、fg5-3)

2、冲刷防护

1)植物防护:铺草皮或种植树木。

适用于水流方向与路线平行,不受洪水主流冲刷的季节性水浸水的路坝边坡。植物防护的水冲刷(容许)流速为1.2~1.8m/s。

2)干砌片石护坡:

适用于水流方向较平顺的河岸滩地边缘或不受主流冲刷的路坝边坡。客许流速为2~4m/s。

单层干砌厚度为25~35cm,双层干砌上厚25~35cm。下层厚15~25cm。砌石下垫层。

3)浆砌片石护坡

适用于受主流冲刷和波浪作用较强烈的路堤边坡,可采用浆砌片厚30~60cm,容许流速可达4~8m/s。

4)抛石

适用于水流方向较平顺,无严重局部冲刷已被水浸的路坝边坡利河岸,所抛石块的尺寸一般为30~50cm,抛石的厚度一般不应小于石块尺寸的2倍,容许流速为3m/s。 (P99 图5-4)

5)石笼:

用铁丝纺织成框架,内填石料。设在坡脚处,以防急流和大风浪坡坏堤岸,也可用来加固河床;防止淘刷。

6)土工织物软体沉排

适用于水下工程及预计或能发生冲刷的河床和岸坡土面上,是在土工织物上以块石或预制砼块体为压重的护坡结构。

7)土工模袋(双层织物袋)

袋中充填流动性砼或水泥砂浆或稀石混凝土,凝固后形成高强度和高刚度的硬结板块。(P100、表5-2、5-3、fg5-7)。

三、湿软土地基上填筑路坝有可能出现失稳,或者沉降量和沉降速率不能满足使用要求时,需软土地基进行适当处理,以增加其稳定性,减少沉降量或加速沉降。

(一)较土地基处理方法的种类及选择。

按软土地基处理的目的可分为两大类:

1)沉降处理:

加速固结构沉降:加载预压,竖向排水(砂井或芯板排水)和挤密砂桩等方法。 减少部沉降量:挤密砂桩,石灰(或水泥)桩等措施增加抗滑阴力。

处理方法有时单独使用,而一般是风种方法组合使用,以发挥各种方法的特长,取得良好的处理效果。

路堤下采用竖向排水井法,边坡采用挤密砂桩法和 采用砂层法的组合处理方法。

(二)砂垫层法

在软土地基上铺设厚度为0.5~1.2m的砂层,称作砂垫层。砂垫层材料以透水性好的砂或砂砾为宜,以保证所需的排水能力。

作用:1、作为软土层固结所需的上部排水层;

2、作为路堤内的底部排水层;

3、改善路堤和地基处理工程施工时的机械作业条件;

4、软土层薄时,单独用作地基处理(固结排水)措施。

(三)换填法

用好土全部或部分替换软土的办法,以达到保证路坝稳定和降低沉量的目的,换填材料宜迁用排水性能好,处于地下水位仍能保持有足够承载力的砂,砂砾及其他粗料。

a、开挖:全部开挖换填是在路挖全宽范围内将需要算是的软土层控除,并置换以好土(适于软土层厚3m以内,路堤需在短期内填筑完成情况);部分开挖换填则是仅挖除表层最软弱部分的填土,换填以好土,使沉降量到可以接受的程度。

b、强制挤出:利用路堤填土重将软土纵路堤下向两侧或前方挤出;或者,

用炸药装入软土层中,通过爆破将软土从路堤下挤出(适有于对周围环境的影响无不利后果的情况)。

(四)反压护道法:

在路堤两侧填筑一定高度和宽度的护道,利用护道的填土重增加稳定力矩,以平衡主路堤的滑动力矩。(此法需要大量的用地和丰富的填料来源)。 2适用于路堤高度不大于(1 2)倍极限高度(所允许的安全高度)的情况。反3

压护道应与主路堤同时填筑,其填筑速度不得慢于主路坪堤。

(五)分阶段施工

路堤填筑到一定高度,其稳定性安全系数达到预定的下限值后,放置一段时间,使软土地基通过固结而增加其剪切强度,达到能支承下一层填土重量,而后,进行第二阶段的路堤填筑,在其安全系数下降到预定下限值后再放置一段时间,重复多次,填到设计高度为止(总工期很长,且有一最大限度的填土高度)。

(六)超载预压法

路堤填筑到超地设计标高的高度,使软土地基受到超载的作用而加速固结沉降,从而可较早地达到设计路堤荷载的沉降量,并减少路面铺筑后的剩余沉降量。

(超载的材料,应考虑到在卸载后能应用于邻近工程中)

在所需超载量大而稳定性有问题时,可结合竖向排水法一起应用。

(七)竖向排水井法

在地基内设置竖向排水井,缩短排水距离,加速固结排水。

材料:塑料预制芯板。

此法对于均匀的厚粘土地基效果最好,地基中夹有砂层或泥炭质地基的效果很差,经常与分阶段施工法或超载预压法并用。

布置在路堤边坡下地层基内的砂井,主要是改善效果稳定性;而布置在路基顶面范围下地基内的砂井,其主要改善效果是固结沉降。

(八)挤密桩法和石灰桩法

用冲击或振动方法,将砂或碎石等粒料挤入软土地基内,形成直径较大的桩体,并同原地基一起形成复合地基。

主要作用:

①使桩周围的土体变密实;

②支承路坝很大一部分重量;

③加速周围软土固结;

④防止液化(砂土地基时)

石灰桩是采用螺旋钻在软土层内开孔,或者用末端闭合式套重压入软土层内,而后将生石灰灌入孔内一孔,利用生石灰的吸收不消解和生成水化物等 ,

降低周围粘性土中的含水量,从而提高地基的强度和减少沉降量。

石灰桩的直径大多为:0.3~0.5m,桩的间距为0.75~1.50m,可施打的最大深度为30m左右。

(九)灌浆

利用机械压力将浆液通过注入管,均匀注入地层,浆液以填充和渗透方式,排挤土粒间或石隙间的水分和空气,占据其位置一定时间后,浆液凝固,可使原土层或缝隙固结成态体。

其用途:用于防坡面和堤岸外,亦可用于加固土基和态治滑坡等病害。

第六章 挡土墙设计

§6.1 概述

一、挡土墙的类型

1、挡土墙:是用来支持天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。

2、按照挡土墙的设置位置,挡土墙可分为路肩墙,路坝墙、路堑墙和山坡墙。

(1)使用场合:

1、陡山坡上,为保证路坝稳定,收缩坡脚;

2、为避免与其它建筑物干扰或防止多占农田;

3、为防止沿河路坝受水流冲刷和淘刷。

(2)使用场合:

1、受地形限制或因与其它建筑物相干扰,必须约束坡脚时;

2、防止陡坡路坝下滑。

(3)使用场合:

1、山坡陡峻,用以降低边坡高度,减少山坡开控,避免破坏山体平衡;

2、地质条件不良,用以支挡可能坍滑的山坡土体。


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