路基路面工程知识点总结

前言路线：空间线平面、纵面,决定行车的安全、舒适、经济、快捷；路基：按照路线位置和技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物；承受荷载路面：用硬质材料铺筑于路基顶面的层状结构；承受荷载三者的关系：路线的确定应考虑路基的稳定性；路面位于路基之上,强度和稳定性相互影响和维护;第一章总论1路基路面工程特点①土石方工程量大,耗费大量材料,造价较高②施工工艺较简单,但季节性强,讲究工序③涉及面广：受自然因素和人为因素影响,变异性和不确定性大水文地质情况复杂,气候多变2工程上对路基路面的要求1对路基的要求：整体稳定；足够的强度,允许小变形；水温稳定性2对路面的要求：强度与刚度——承载能力；稳定性；耐久性；表面平整度；表面抗滑行性能；沙尘,噪音低综上：路基路面工程的基本性能：承载能力、稳定性、耐久性、表面平整度、表面抗滑性3影响路基路面稳定的因素自然因素：地理条件：平原保证排水设计和最小填土高度山岭地质条件：岩石种类、层理、倾向、夹层、断层气候条件：温度、湿度日照、风力材料老化和地下水位水文和水文地质条件：地表、地下材料类别：砂类土、粘性土、粉性土人为因素：设计合理与否；施工方法和养护与管理措施4路基土的分类及工程性质巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土巨粒土：高的强度和稳定性填筑路基和砌筑边坡砾石混合料级配良好：强度、稳定性、密实度高；填筑路基、铺筑中级路面、高级或次高级的基层或底基层砂土：无塑性,透水、粘性小,易松散,但压实后稳定性好强度大、水稳定性好；压实困难振动法、掺入少量粘土砂性土：粗细搭配,级配好,强度和稳定性高,理想的路基填筑材料粉性土：水稳定性差,毛细现象、易冻胀翻浆,不可用,需处理粘性土：粘性大,颗粒细,毛细现象,透水性差,可塑性强,干燥强度大,遇水承载力降低充分压实和良好的排水设计,可保证路基稳定重粘土：不透水,粘聚力强,施工干燥时,难以破碎；不可用5冻胀：积聚于面层下的水结冰后体积增大,使路基隆起而造成的路面开裂等破坏现象;翻浆：冻涨土在温度升高后融解,无法迅速排除,在行车荷载作用下,路基路面结构产生较大变形,湿度很大的路基土会以泥浆的形式从冻涨后开裂的路面层裂隙中冒出或挤出;6公路自然区划区划定制原因和原则：原因：1自然条件影响道路建设；2自然条件大致相同的划分为一区,在同一区内从事公路规划、设计、施工、管理时,可相互参照原则：道路工程特征相似；地表气候区划差异性；自然气候因素既有综合又有主导作用8对新建公路：路基临界高度：指保证路槽底80cm上部土层处于某种干湿状态,在最不利季节路槽地面距地下水位或地面积水位的最小高度;9路面分层及层面功能面层：特性：直接承载→满足强度、稳定性要求：结构强度、变形能力、稳定性、耐磨、抗滑、平整材料：水泥混凝土；沥青混凝土；沥青混合料；碎石掺土或不掺土混合料基层：特性：承载、传递、扩散;材料：粒料类：碎砾石材料,片石,圆石、工业废渣和土、砂；无机结合料类：水泥稳定类,石灰稳定类,工业废渣稳定类沥青稳定类：热拌沥青碎石,沥青灌入碎石,乳化沥青碎石混合料分层：当基层较厚时,分两层施工：上基层,下基层材料不同时称底基层,设在基层之下,分担基层承重作用垫层：土基与基层之间作用：改善土基的温湿状况；扩散和传递由基层传递的荷载应力；防路基土挤入基层要求：水稳定性、隔温性能;材料：透水性松散类：砂,砾石,炉渣；稳定性稳定类：水泥或石灰稳定土注意 1 路面并不一定具有图示结构层次,可增可减;缓冲层：防止基层开裂反射面层；连结层：防止沥青面层沿基层滑移2.路面结构层次的划分并非一成不变旧路改造补强3.为保护沥青路面边缘,一般基层应较面层每边宽约0.25m ,垫层较基层每边宽0.25m;10路面分类：按力学特性及设计方法柔性路面：总体刚度小,弯沉变形大,抗弯拉强度低如：粒料基层+ 沥青面层、碎砾石面层、块石面层刚性路面：抗弯拉强度高,整体刚度大,处于板体工作状态,竖向弯沉小如：水泥混凝土路面半刚性路面：前期具有柔性路面力学性质,后期强度与刚度均大幅增长,但仍远小于水泥混凝土半刚性基层;如：用无机结合料和水硬性结合料修筑的基层第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质1行车荷载：我国规范规定：标准轴载BZZ-100的P=100/4kN,p =700KPad=0.213m,D=0.302m2路基工作区：在路基某一深度Za处,当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小,仅为1/10~1/5时,该深度Za范围内的路基称为路基工作区3土基的承载能力参数指标：回弹模量、地基反应模量、加州承载比土基回弹模量：反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形能力,可应用弹性理论地基反应模量K定义：根据温克勒地基假定,土基顶面任一点的弯沉l仅与作用于该点的垂直压力p成正比,而同相邻点处压力无关,则压力p与弯沉l之比称为地基反应模量K,即：K = p / l加州承载比定义：承载力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并采用高标准碎石为标准,以它们的相对比值表示4路基的变形、破坏1. 路基沉陷路基沉陷：路基表面在垂直方向产生较大的沉落;路基沉缩：路基填料不当,填筑方法不合理,在路基内部形成过湿的夹层等因素,在荷载和水温综合作用下,引起路基沉缩;地基沉陷：原天然地面承载力极低,路基修筑前未处理,在路基自重作用下,地基下沉或向两侧挤出2. 边坡滑塌溜方：由于少量土体延土质边坡向下移动所形成;滑坡：一部分土体在自重作用下沿某一滑动面滑动;滑坡原因：边坡坡度过陡；边坡坡脚被冲刷淘空；填土层次安排不当路堑滑坡原因：边坡高度和坡度与天然岩土层次性质不适应；粘性土层和蓄水的砂石层交替蕴藏；有倾向于路堑方向的斜坡层理存在3. 碎落和崩塌：路堑边坡风化岩层表面,在大气温度、湿度以及冲刷、动力作用下,表面岩石从坡面剥落下来,向下滚落;4. 路基沿山坡滑动：在较陡的山坡填筑路基,路基底部被水浸湿,坡角又未进行必要的支撑,在荷载作用下,整个路基沿倾斜的原地面向下滑动,路基整体失稳;5. 不良地质和水文条件造成的路基破坏：公路通过不良地质条件如泥石流、溶洞等和较大的自然灾害如大暴雨地区,均可能导致路基大规模破坏;5路基病害的防治①正确设计路基横断面②选择良好的路基用土③采取正确的填筑方式,充分压实路基④适当填高路基⑤正确进行排水设计⑥必要时设计隔离层、隔温层及砂垫层⑦采取边坡加固、修筑挡土结构物等防护技术措施6路面材料的力学强度特性抗剪强度、抗拉强度、抗弯拉强度、应力应变特性7累积变形：路面材料处于弹塑性工作状态,重复荷载作用引起塑性变形积累,累积变形超出一定限度时,出现破坏极限状态8关于疲劳的几个概念：疲劳特性：路面材料处于弹性工作状态,重复荷载作用下虽不产生塑性变形,但结构内部产生微量损伤,微量损伤达到一定限度时,路面结构发生疲劳断裂疲劳：对弹性状态的路面材料承受重复应力作用时,可能在低于静载一次作用的极限应力时出现破坏,这种材料强度的降低现象称为疲劳;疲劳破坏：由于材料微结构局部不均匀,诱发应力集中而出现微损伤,在应力重复作用下微损伤逐步累积扩大,导致结构破坏;疲劳强度：出现疲劳破坏的重复应力值; 疲劳极限：材料在应力重复一定次数后,疲劳强度不再下降,趋于稳定值,此温度值为疲劳极限;第三章一般路基设计1一般路基：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;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;2路基类型与构造类型：路堤、路堑和半填半挖路基1路堤构造要求：①矮路堤常在平坦地区取土困难时用,设计时应注意满足最小填土高度要求及压实度compactness要求;路基两侧设边沟;②填高不大时,h=2~3m,可在路基两侧设置取土坑,使之与排水沟渠结合;为保证边坡稳定,可在坡角与沟渠间预留1～2m的护坡道③天然地面横坡度较大时;可将其挖成台阶或设置石砌护脚④高路堤填方数量大,占地多,需个别设计;⑤高路堤或浸水路堤边坡可采用上陡下缓或台阶形式,护坡道及边坡防护及加固;2路堑全挖路基、台口式路基、半山洞路基①边坡根据高度可设置为直线或折线②坡脚处设边沟；上方设截水沟③边坡易风化时,坡脚处设碎落台；坡面进行防护④路堑以下天然地基保证压实度3半填半挖路基3路基设计方法：⑴路基宽度行车道路面及其两侧路肩宽度之和根据通行能力、交通量大小、道路等级、设计速度而定⑵路基高度设计要求：①路基上部土层应处于干燥或中湿状态;②尽量避免使用高路堤与深路堑;③尽量满足路基临界高度的要求;④沿河浸水路堤高度应高出设计水位＋壅水高度＋波浪侵袭高度＋⑶路基边坡坡度影响因素：边坡土质、岩石性质、水文地质条件等自然因素和边坡高度⑷路基压实第四章路基边坡稳定性设计1假设：空间问题——平面问题⑴通常按平面问题来处理⑵松散的砂性土和砾石土在边坡稳定分析时可采用直线破裂法;⑶粘性土在边坡稳定分析时可采用圆弧破裂面法;2边坡稳定分析时假设：⑴不考虑滑动土体本身内应力的分布;⑵认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动土体整体下滑;⑶极限滑动面位置需要通过试算来确定;3边坡稳定性分析的计算参数1土的计算参数2边坡稳定性分析边坡的取值3汽车荷载当量换算边坡稳定分析时,需要将车辆按最不利情况排列,并将车辆的设计荷载换算成当量土柱高,以h;表示：4边坡稳定性力学分析法：一、直线法适用性：适用于砂土和砂性土,土抗力以内摩擦力为主,粘聚力很小;路堤、路堑、成层砂类土边坡二、圆弧法⑴适用性：边坡有不同的土层、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的粘性土的路堤与路堑;⑵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,然后叠加计算整个滑动土体的稳定性;⑶基本假定：①一般假定土为均质和各项同性；②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;③滑动面通过坡角；4基本步骤①确定圆心辅助线具体方法见课本P77②通过坡角任意选定可能发生的圆弧滑动面AB,半径为R,沿路线纵向取单位长度1m;将滑动土体分成若干个一定宽度的土条一般取2~4m;③计算每个土条的土重Gi, Gi可分解为垂直于小段滑动面的法向分力Ni＝Gicosαi和平行于该面的切向分力Ti＝Gisinαi,αi＝sin-1xi/R④计算每一小段滑动面上的反力,即内摩擦力Niff＝tgφi和粘聚力cLi⑤以圆心o为转动圆心,半径R为力臂,计算滑动面上各力对o点的滑动力矩和抗滑力矩滑动力矩：抗滑动力矩：⑥求稳定系数K值ααα⑦再假定几个可能的滑动面,按上述步骤计算相应的稳定系数K,取Kmin其对应的滑动面为极限滑动面;K值应在～之间;5陡坡路堤滑动的几种可能：当路堤修筑在陡坡上,且地面横坡度大于1：或在不稳固的山坡上时,路基不仅要分析路堤边坡稳定性,还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性;第五章路基防护与加固1路基防护与加固的作用坡面防护slope protection：保护路基边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差及湿差变化影响,防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变,从而保护边坡整体稳定性;常用坡面防护设施有植物防护和工程防护;堤岸防护与加固：主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤,针对水流的破坏工作而设,起防水治害和加固堤岸双重功效;堤岸防护与加固设施有直接和间接两类;湿软地基加固：提高湿软地基承载力,以防路基沉陷、滑移或其他病害;加固关键在与治水和固结;2坡面防护一. 植物防护一适用性：坡高不大,边坡比较稳定的土质坡面;二主要方法：1. 种草①适用性：边坡坡度不陡于1：1,土质适于种草,不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过s边坡;2. 铺草皮①适用性：坡面冲刷较严重,边坡较陡,径流速度大于0.6m/s,容许最大速度为1.8m/s;3. 植树适用性：①适用于各种土质边坡和极严重风化的岩石边坡,边坡坡度为1：或更缓；在堤岸边的河滩上,二. 工程防护——采用砂石、水泥、石灰等进行防护1. 抹面防护①适用性：石质挖方坡面,岩石表面易风化,但较完整,尚未剥落的新坡面,边坡应较干燥;②常用材料：石灰浆、石灰与炉渣混合灰浆、石灰炉渣三合土、四合土等,可加纸筋或竹筋,提高强度,或加适量制盐副产品卤水,可加速硬化和预防开裂;③抹面厚度：一般2～10cm;④施工工序及施工要求：清理、填坑、洒水、抹面、拍浆、抹平、养生;坡面岩层有大的裂缝、深坑时,应进行灌浆、勾缝或嵌补；大面积抹面时,每隔5～10m设伸缩缝一道；防止水分从抹面周边渗入;2. 喷浆①适用性：易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡②常用材料：水泥砂浆、水泥石灰砂浆等,加筋材料可用铁丝网或土工隔栅; ③喷浆厚度：不宜小于5cm,喷射混凝土厚度以8cm为宜,分2～3次喷射;④比较坚硬的岩石坡面,为防水渗入缝隙成害,分别予以灌浆、勾缝或嵌补等;3. 干砌片石护坡①适用性：浸水路堤、重要路段或暴雨集中地区的土质高边坡及桥涵附近坡面与岩坡、地面排水沟渠等②作用：防止地面水流或河水冲刷;③结构及材料要求：砌片石厚度不小于20cm,一般为30cm,其下设不小于10cm厚的砂砾垫层;护面顶部封闭,以防渗水;基础选用较大石块砌筑,与侧沟相联时,采用50号浆砌片石砌筑;④施工方法：先垫砂层,然后自下而上平整地铺砌片石,片石应逐块嵌紧且错缝,护面厚度一般不小于20cm,干砌要勾缝,必要时浆砌,护面顶部要封闭;4. 护面墙浆砌片石的坡面覆盖层;①适用性及作用：用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡三．冲刷防护直接防护、间接防护3软土地基加固①砂垫层法②换填土层法③反压护道法④重锤夯实法⑤排水固结法竖向排水法⑥挤密法⑦化学加固法第六章挡土墙设计1挡土墙定义: 支撑天然边坡或人工填土边坡,保持土体稳定并承受侧向土压力的墙式建筑物;2挡土墙的作用①收缩填土坡脚,减少填方数量,减少拆迁和占地面积,保护临近线路的既有重要建筑物②防止水流对路基的冲刷和浸蚀,减少压缩河床或少占库容③减少挖方数量,防止路基边坡或基底滑动,确保路基稳定；④降低边坡高度;⑤支挡山坡上可能坍滑的覆盖层;3挡土墙按结构形式的分类1.重力式挡土墙特点：依靠墙体自重抵抗土压力,圬工量较大,形式简单,施工方便,就地取材,适应性较强,广泛采用;墙背型式：直线形、衡重台、折线形设计步骤：①假定挡土墙的截面型式及尺寸,确定技术形式②计算汽车荷载的换算③土压力的计算④挡土墙的验算,验算不合格需改变墙身的截面形式,返回第一步;⑤绘制横纵断面图2.锚定式挡土墙锚杆式、锚定板式3．薄壁式挡土墙悬臂式、扶壁式4.加筋土挡土墙4一般条件下库伦主动土压力的计算步骤1、计算汽车荷载2、假定破裂面通过荷载中心,计算破裂棱体面积S重量G3、按假定图式的土压力Ea表达式,算出θ角；4、判断该θ角对应的破裂面的位置是否通过荷载中心,如与假定不相符,则按计算的θ角所对应的位置,重新计算,重新判断；5、重复以上计算,直至相符为止；6、根据最后的破裂面位置对应的计算式计算土压力;5第二破裂面法的计算步骤：1．拟定两组破裂面,按相应公式计算出θi ,以确定第一破裂面的位置,如与假定相符,再按与此边界条件相对应的公式计算αi ；否则按计算所得的边界条件,重新计算,直至相符为止;2.判断：若αi 〉α′,不出现…,按一般库仑公式计算土压力,否则,出现…,按出现…的库仑公式计算;6挡土墙设计原则1. 挡土墙位置的选定路堑挡土墙大多数设在边沟旁山坡挡土墙设在山坡的基础可靠处,墙高应保证墙后墙顶边坡稳定路肩墙与路堤墙墙高或截面圬工数量相近、基础情况相似时,优先选用路肩墙沿河路堤挡土墙应结合河流情况布置,注意保持水流通畅2. 挡土墙纵向布置确定挡土墙的起迄点,选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接方式确定伸缩缝与沉降缝的位置布置各段挡土墙的基础布置泄水孔的位置,包括数量、间隔和尺寸等3. 挡土墙横向布置横向布置选择在墙高最大处、墙身断面或基础形式有变异处,以及其他必须桩号处的横断面上进行,确定墙身断面、基础形式和埋置深度、排水设施等;4. 挡土墙平面布置对个别复杂的挡土墙,在绘制平面图时,应表明挡土墙与路线的平面位置及附加地貌与地物等情况,沿河挡土墙还应绘出河道及水流情况,防护与加固工程等;7挡土墙的构造一墙身构造墙背、墙面、墙顶、护栏二基础三排水设施四沉降缝与伸缩缝第七章路基路面排水设计1路基路面排水设计的一般原则1. 排水设施要因地制宜、全面规划,并充分利用有效地形和自然水系;2路基排水沟渠的设置应与农田水利相配合;3设计前应进行调查研究,做到综合设计和分期修建;4注意防止附近山坡的水土流失,尽量不破坏自然水系;5 路基排水应结合当地具体情况,就地取材,以防为主;6应尽量阻止水进入路面结构,并提供良好的排水设备;2路基排水设备的构造与布置地面排水：地表径流、大气降水边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽地下排水：上层滞水、潜水、层间水盲沟、渗沟、渗井3边沟:设置位置：挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧,多与路中线平行;设置作用：汇集和排除路基范围内的地面水;结构：浆砌片石、栽砌卵石、水泥混凝土预制块横断面形式：梯形：土质;三角形：机械化施工、矮路堤;流线形：积雪、积沙路段;矩形：石质设计要点:①纵坡：一般与路线纵坡一致;平坡路段,边沟纵坡宜不小于％;②无需水力计算,紧靠路基设计,不允许其他沟渠的水引入,不允许与其它沟渠合用;③不宜过长,不超过200~300m利用自然沟渠、排水井、涵洞等排出④出口处妥善处理：防冲刷涵洞、急流槽、跌水P184 图7-34截水沟设置位置：挖方路基边坡坡顶以外,或山坡路堤上方的适当地点,尽量与大多数水流方向垂直;设置作用：拦截并排除路基上方流向路基的地面径流,保证挖方边坡和填方坡角不受流水冲刷;挖方路段截水沟截面形式：挖方路段；山坡填方路段设计要点：①截水沟的横断面形式：梯形、与地面水流方向垂直②纵坡及长度：纵坡宜不小于％；长度以200～500m为宜;③1：m=1：1~,b>,h>按设计流量计算④沟壁底：密实、不滞留、不渗水,需加固、铺砌5排水沟设置作用：引水,排除来自边沟、截水沟、或路基范围内其他水源的水流,引至桥涵或路基范围以外指定地点;设置位置：离路基尽可能远些,距路基坡角不宜小于2m;横断面：一般采用梯形,底宽与深度不宜小于,土沟的边坡坡度约为1：1～1：;纵坡：可取％～％,不小于％,不大于3％;设计要点：①平面上力求短捷平顺,以直线为宜,或采用大半径曲线R=10~20m转向；连续长度宜短,不超过500m②纵坡宜不小于％,不大于3%；若大于需加固处理,大于7%需改为跌水或急流槽;③出水口：使原水道不产生冲刷或淤积；锐角或圆弧相交6跌水适用情况：用于陡坡地段,沟底纵坡可达45度跌水的构造：有单级和多级之分；沟底有等宽和变宽之别基本构造：进水口、消力池、出水口注意：①一般,跌水台阶高P最大不超过②常用简易多级跌水,台高约～,护墙用石砌或混凝土结构,墙基埋深为水深a的～倍,并不小于,墙厚～;③消力池其消能作用,底部具有1％～2％纵坡,底厚～,末端设有消力槛,槛高一般15～20cm;7急流槽适用情况：坡度更陡,是山区公路回头曲线,沟通上下线路基排水及其他沟渠进水口的一种常见排水设施;构造：进口、主槽和出口;结构：砌石和水泥混凝土结构,亦可用岩石坡面挖槽8暗沟盲沟：构造原理：沟内分层填以大小不同的颗粒材料,利用渗水材料透水性将地下水汇集于沟内,并沿沟排泄至指定地点;盲沟设置及作用：①一侧边沟下设盲沟,用以拦截流向路基的层间水,防止路基边坡滑坍和毛细水上升危及路基;②两侧边沟下设盲沟,用以降低地下水位,防止毛细水上升至路基工作区,造成冻胀或翻浆;③设在路基挖方与填方交界处的横向盲沟,用于拦截和排除路堑下面层间水或小股泉水,保持路堤填土不受水害;基本构造：①横断面成矩形,亦可做成上宽下窄的梯形;②盲沟底部中间填以粒径较大的碎石,空隙较大；粗里碎石两侧和上部,按一定比例分层填以较细粒径的粒料；底部和顶部一般设有30cm以上的不透水层;③沟底具有1％～2％的纵坡,出水口底面标高应高出沟外最高水位20cm;9渗沟作用特点：采用渗透方式将地下水汇集沟内,并通过沟底通道将水排至指定地点;其作用是降低地下水位或拦截地下水;结构形式：盲沟式、洞式渗沟、管式渗沟10渗井设置条件：当地下存在多层含水层,其中影响路基的上部含水层较薄,排水量不大,且平式渗沟难以布置时,采用渗井;作用特点：渗井穿越不透水层,将路基范围内的上层地下水,引入更深的含水层中去,以降低上层的地下水位或全部予以排除;基本构造:①渗井的平面布置,孔径及渗水量,按水力计算而定,一般为直径～的圆柱形；②井内由中心向四周按层次,分别填入由粗而细的砂石材料,粗粒渗水,细料反滤;11路面表面排水设计原则①降落在路面的雨水,应通过路面横向坡度向两侧排走；②路线纵坡平缓、汇水量不大,路堤较低且边坡坡面不会受冲刷时,应采用横向漫坡的方式排水；③不符合以上情况时,应沿路肩外侧边缘设置拦水带,汇集路面表面水,然后通过泄水口和急流槽排离；④设置拦水带时,拦水带过水断面内的水,在高速公路和一级公路上不得漫过右侧车道外边缘,其他公路上不得漫过右侧车道中心线;12中央分隔带排水①宽度小于3m且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水;②宽度大于3m且表面未采。