东南大学路基路面工程教科书第03章路基设计.doc资料

第三章路基设计学习目的：本章主要介绍路基的构成及横断面设计方法，在路基边坡高度较大或存在软弱岩层等情况下可能存在稳定性问题，因此要分析其稳定性，在软土地基上修筑的路基变形量较大，需进行变形分析和监测。

水对路基的耐久性影响非常显著，本章还介绍了路基排水设计的一般方法以及在特殊地区修筑路基的一般原则。

通过学习，可以掌握一般路基的设计方法。

教学要求：通过路基基本概念及主要病害的讲解，要求掌握路基的基本构造要求和路基产生病害的基本原因。

详细讲解路基设计三要素的基本内涵。

详细讲解路基稳定性分析的几种方法，直线滑动面、折线形滑动面的不平衡推力法和传递系数法、圆弧滑动面的瑞典法和简化的Bishop法。

了解熟悉软土地基稳定性分析、浸水路基稳定性分析及路基抗震稳定性分析的特点；明确路基排水设计方法、特殊路基设计、路基填料的选择与压实、路基变形分析等内容。

第一节路基概念及构造一、路基基本概念公路路基是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，是路面的基础，承受由路面传来的行车荷载并将其扩散至地基，是公路的承重主体。

高于原地面高程的填方路基称为路堤（Embankment），低于原地面的挖方路基称为路堑（Cutting）。

需要指出的是，原地面高程指的是清除天然地面表土、整平并碾压后的高程。

路基承受行车荷载作用，主要是在应力作用区，其深度一般在路基顶面以下0.8m范围以内，即路面结构的路床部分，其强度与稳定性要求，应根据路基路面综合设计的原则确定。

坚固的路基，不仅是路面强度与稳定性的重要保证，而且能为延长路面使用寿命创造有利条件，所以路基路面的综合设计至为重要。

为了确保路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下，不致产生过量的变形，在路基的整体结构中还必须包括各项附属设施，其中有路基排水，路基防护与加固，以及与路基工程直接相关的设施，如弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。

由于路基高程与原地面高程有差异，且各路段岩土性质的变化，各处附属设施的布置不尽相同，因此各路段的路基横断面形状差别很大。

路基横断面形式的选定和各项附属设施的设计，同是路基设计的基本内容。

一般路基通常指在良好的地质与水文等条件下，填方高度和挖方深度不大的路基。

特殊路基则指位于特殊土（岩）地段、不良地质地段或受水、气候等自然因素影响强烈的路基。

通常认为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。

对于超过规范规定的高填、深挖路基，以及地质和水文等条件特殊的路基，为确保路基具有足够的强度与稳定性，需要进行个别设计和验算。

二、路基的类型与构造通常根据公路路线设计确定的路基高程与天然地面高程是不同的，路基设计高程低于天然地面高程时，需进行挖掘；路基设计高程高于天然地面高程时，需进行填筑。

由于填挖情况的不同。

路基横断面的典型形式，可归纳为路堤、路堑和填挖结合三种类型。

路堤全部用岩土填筑而成，路堑全部在天然地面开挖而成，此两者是路基的基本类型。

当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为填挖结合路基，也称为半填半挖路基，在丘陵或山区公路上，填挖结合是路基横断面的主要形式。

1 路堤图3-2所示为路堤的几种常见横断面形式。

按路堤的填土高度不同，一般路堤中有可以划分出矮路堤和高路堤。

填土高度小于1.5m者，属于矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路堤属于高路堤。

随路堤所处的条件和加固类型的不同，还有浸水路堤、护脚路堤及挖沟填筑路堤等形式，非以上特殊情况的路段是普通路堤。

图3-2 路堤的几种常用横断面形式a)矮路堤；b)普通路堤；c)浸水路堤；d)护脚路堤；e)挖沟填筑路堤矮路堤常在平坦地区取土困难时选用。

平坦地区地势低，水文条件较差，易受地面水和地下水的影响，设计时应注意满足最小填土高度的要求。

力求不低于规定的临界高度，使路基处于干燥或中湿状态。

路基两侧均应设边沟。

矮路堤的高度通常接近或小于路基工作区的深度，除填方路堤本身要求满足规定的施工要求外，天然地面也应按规定进行压实，达到规定的压实度，必要时进行换土或加固处理，以保证路基路面的强度和稳定性。

填方高度不大，h=2~3m时，填方数量较少，全部或部分填方可以在路基两侧设置取土坑，使之与排水沟渠结合。

为保护填方坡脚不受流水侵害，保证边坡稳定性，可在坡脚与沟渠之间预留1~2m甚至大于4m宽度的护坡道。

地面横坡较陡时，为防止填方路堤沿山坡向下滑动，应将天然地面挖成台阶，或设置石砌护脚。

高路堤的填方数量大，占地多，为使路基稳定和横断面经济合理，需针对其稳定性进行个别设计。

高路堤和浸水路堤的边坡可采用上陡下缓的折线形式或台阶形式，如在边坡中部设置护坡道。

为防止水流侵蚀和冲刷坡面、高路堤和浸水路堤的边坡，须采取适当的坡面防护和加固措施，如铺草皮、砌石等。

2路堑图3-3所示是路堑的几种常见横断面形式，有全挖路基、台口式路基及半山洞路基。

挖方边坡可视高度和岩土层情况设置成直线或折线。

挖方边坡的坡脚处设置边沟，以汇集和排除路基范围内的地表径流。

路堑的上方应设置截水沟，以拦截和排除流向路基的地表径流。

挖方弃土可堆放在路堑的下方。

边坡坡面易风化时，在坡脚处设置0.5~1.0m的碎落台，坡面可采用防护措施。

陡峻山坡上的半路堑，路中线宜向内侧移动，尽量采用台口式路基[图3-3b)]，避免路基外侧的少量填方。

遇有整体性的坚硬岩层，为节省石方工程，可采用半山洞路基[图3-3c)]。

图3-3 路堑的几种常用横断面形式a)全挖路基；b)台口式路基；c)半山洞路基挖方路基处土层地下水文状况不良时，可能导致路面的破坏，所以对路堑以下的天然地基要压实至规定的压实程度，必要时还应超挖，重新分层填筑、换土或进行加固处理，采取加铺隔离层，设置必要的排水设施。

3 半填半挖路基图3-4所示是半填半挖路基的几种常见横断面形式。

位于山坡上的路基，通常取路中心的高程接近原地面高程，以便减少土石方数量，保持土石方数量横向平衡，形成半填半挖路基。

若处理得当，路基稳定可靠，减少了土方调运量，是比较经济的断面形式。

a)一般填挖路基;b)矮挡土墙路基;c)护肩路基;d)砌石护坡路基;e)砌石护墙路基;f)挡土墙支撑路基;g)半山桥路基半填半挖路基兼有路堤和路堑两者的特点，上述对路堤和路堑的要求均应满足。

填方部分的局部路段，如遇原地面的短缺口，可采用砌石护肩。

如果填方量较大，也可就近利用废石方，砌筑护坡或护墙，石砌护坡和护墙相当于简易式挡土墙，承受一定的侧向压力。

有时填方部分需要设置路肩（或路堤）式挡土墙，确保路基稳定，进一步压缩用地宽度。

石砌护肩、护坡与护墙以及挡土墙等路基，参阅图3-4中c)~f)。

如果填方部分悬空，而纵向又有适当的基岩时，则可以沿路基纵向建成半山桥路基，如图3-4g)所示。

上述三类典型路基横断面形式各具特点，分别在一定条件下使用。

由于地形、地质、水文等自然条件差异性很大，且路基位置、横断面尺寸及要求等，亦应服从于路线、路面及沿线结构物的要求，所以路基横断面类型的选择，必须因地制宜，综合设计。

图3-4 半填半挖路基的几种常用横断面形式三、路基附属设施为了确保路基的强度、稳定性和行车安全，与一般路基工程有关的附属设施有取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。

这些设施是路基设计的组成部分，正确合理地设置是十分重要的。

1、取土坑与弃土堆路基土石方的挖填平衡，是公路路线设计的基本原则，但往往难以做到完全平衡。

土石方数量经过合理调配后，仍然会有部分借方和弃方（又称废方），路基土石方的借弃，首先要合理选择地点，即确定取土坑或弃土堆的位置。

选点时要兼顾土质、数量、用地及运输条件等因素，还必须结合沿线区域规划、因地制宜，综合考虑，维护自然平衡，防止水土流失，做到借之有利、弃之无害。

借弃所形成的坑或堆，要求尽量结合当地地形，充分加以利用，并注意外形规整，弃堆稳固。

对高等级公路或位于城郊附近的干线公路，尤应注意。

平坦地区，如果用土量较少，可以沿路两侧设置取土坑，与路基排水和农田灌溉相结合。

路旁取土坑，大致如图3-5所示，深度为1.0m或稍大一些，宽度依用土数量和用地允许而定。

为防止坑内积水危害路基，当堤顶与坑底高差不足2.0m时，在路基坡脚与坑之间需设宽度≮1.0m的护坡平台，坑底设纵横排水坡及相应设施。

河水淹没地段的桥头引道近旁，一般不设取土坑，如设取土坑要距河流中水位边界10m以外，并与导治结构物位置相适应。

此类取土坑要求水流畅通，不得长期积水危及路基或构造物的稳定。

路基开挖的废方，应尽量加以利用，如用以加宽路基或加固路堤，填补坑洞或路旁洼地，亦可兼顾农田水利或基建等所需，做到变废为用，弃而不乱。

废方一般选择路旁低洼地，就近弃堆。

原地面倾斜坡度小于1:5时，路旁两侧均可设弃土堆，地面较陡时，宜设在路基下方。

沿河路基爆破后的废石方，往往难以远运，条件许可时可以部分占用河道，但要注意河道压缩后，不致壅水危及上游路基及附近农田等。

图3-6所示为路旁弃土堆一例，要求堆弃整平，顶面具有适当横坡，并设平台、三角土块及排水沟，宽度d与地面土质有关，最小3.0m，最大可按路堑深度加5.0m，即d≥H+5.0m。

积砂或积雪地段的弃土堆，宜有利于防砂防雪，可设在迎面一侧，并具有足够距离。

2、护坡道与碎落台护坡道是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，减少边坡平均坡度。

护坡愈宽，愈有利于边坡稳定，但最少为1.0m。

宽度大，则工程数量亦随之增加，要兼顾边坡稳定性与经济合理性。

通常护坡道宽度d，视边坡高度h而定，h≥3.0m，d=1.0m；h=3~6m时，d=2m；h=6~12m时，d=2~4m。

护坡道一般设在路基坡脚处，边坡较高时亦可设在边坡上方及挖方边坡的变坡处。

浸水路基的护坡道，可设在浸水线以上的边坡上。

碎落台设于土质或石质土的挖方边坡坡脚处，主要供零星土石碎块下落时临时堆积，以保护边沟不致阻塞，亦有护坡道的作用。

碎落台宽度一般为1.0~1.5m，如兼有护坡作用，可适当放宽。

碎落台上的堆积物应定期清理。

3、堆料坪与错车道路面养护用矿质材料，可就近选择路旁合适地点堆置备用。

亦可在路肩外缘设堆料坪，其面积可结合地形与材料数量而定，例如每隔50~100m设一个堆料坪，长约5~8m，宽2m。

高级路面或采用机械化养路的路段，可以不设，或另设集中备用料场，以维护公路外形的视觉平顺和景观优美。

单车道公路，由于双向行车会车和相互避让的需要，通常应每隔200~500m设置错车道一处。

按规定错车道的长度不得短于30m，两端各有长度为10m的出入过渡段，中间10m供停车用。

单车道的路基宽度为4.5m，而错车道地段的路基宽度为6.5m。

错车道是单车道路基的一个组成部分，应与路基同时设计施工。