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第4章路基设计.ppt

第4章路基设计.ppt

上传者: 艾尔小茜茜 2018-09-13 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第4章路基设计ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含第四章路基设计学习目标了解路基横断面的基本型式和基本构造路基用土和干湿类型掌握路基强度及稳定性的概念路基稳定性设计、路基排水、路基防护与加固工程设计符等。

第四章路基设计学习目标了解路基横断面的基本型式和基本构造路基用土和干湿类型掌握路基强度及稳定性的概念路基稳定性设计、路基排水、路基防护与加固工程设计的原则与方法。本章重点路基强度及稳定性的概念路基稳定性设计、路基排水、路基防护与加固工程设计。第一节概述第二节路基的强度与水稳定性第三节 路基的强度与水稳定性第四节 路基排水设计第五节 路基防护与加固第一节概述一、路基的作用路基是路面的基础它与路面共同承受车辆荷载的作用路基的强度和稳定性是保证路面强度和稳定性的先决条件。二、一般路基设计(一)路基横断面的基本类型路堤定义:高于原地面的填方路基。路堑定义:低于原地面的挖方路基。半填半挖路基定义:在一个断面内部分为路堤部分为路堑的路基。不填不挖路基、路堤a)矮路堤b)一般路堤c)沿河路堤d)护脚路堤e)挖渠填筑路堤、路堑、半填半挖路基a)一般半填挖路基b)矮挡墙路基c)护肩路基d)砌石路基e)护墙路基f)挡土墙路基g)半山桥、不填不挖路基原地面与路基标高相同构成不填不挖的路基断面型式如图。这种型式的路基虽然节省土石方但对排水非常不利容易发生水淹、雪埋等病害只适用于干旱的平原区、地下水位较低的丘陵区、山岭区的山脊线以及过城镇街道和受地形限制处。(二)路基的基本构造、路基宽度道路路基宽度为行车道和路肩宽度之和。、路基高度路基高度是路基设计标高和中桩地面标高的差值。路堤为填筑高度路堑为开挖深度。路基高度的确定应在路线纵断面设计时综合考虑路线纵坡要求路基稳定性和工程经济等因素后确定。从路基的强度和稳定性要求出发路基上部土层应处于干燥或中湿状态并满足最小填土高度的要求还应尽量满足“浅挖、低填、缓边坡”的要求。、路基边坡坡度路基边坡坡度是以边坡高度H与边坡宽度b之比来表示的。为了方便起见通常将边坡高度H定为b与H的比值是几这个坡度就是比几写成:m或:n。()路堤边坡坡度、路堑边坡坡度a)直线形b)上陡下缓折线形c)上缓下陡折线形d)台阶形(三)路基工程的附属设施取土坑:取土坑底纵坡不小于横坡度~并向外侧倾斜。取土坑边坡一般不宜陡于:靠路基一侧不宜陡于:。弃土堆:山坡弃土应注意避免破坏或掩埋下侧林木农田沿河弃土应防止河床堵塞或引起水流冲毁农田房屋等。护坡道与碎落台:护坡道的作用是保护路基边坡。护坡道一般设在路堤坡脚或挖方坡脚处。碎落台设置于挖方边坡坡脚处位于边沟外缘有时亦可设在挖方边坡的中间。其作用是给零星土石块下落时提供临时堆积以免堵塞边沟同时也起护坡道的作用此外在弯道上也起到增大视距的作用。第二节路基的强度与稳定性土基强度的评定路基用土路基干湿类型道路自然区划一、土基强度的评定路基受力状况路基受力工作区路基的强度(一)路基受力状况路基承受两种荷载一种是路面和路基的自重力另一种是车辆荷载。在两种荷载的共同作用下使路基土处于受力状态当车辆荷载作为圆形均布荷载时圆形均布荷载中心下土基的垂直压应力土基自重引起的压应力路基内任一点处所受的垂直应力应是由车辆荷载引起的垂直应力б和由土基自重引起的垂直应力б两者的叠加(二)路基受力工作区在路基的某一深度Za处车辆荷载的应力仅为路基自重应力的车辆荷载起作用的这一深度范围称为路基工作区或称应力作用区(三)路基的强度抗剪强度回弹模量、抗剪强度在路基边坡内其强度不足以抵抗剪应力的作用时则相邻两部分土体便将沿某一剪切面(滑动面)产生相对位移使边坡破坏稳定丧失。这种沿剪切面使土体破坏的现象称为剪切破坏。土的抗剪强度由下式表示:、回弹模量假定土基为均质的弹性体在圆形垂直均布荷载作用下应力与应变成直线关系时荷载与竖向变形间的关系可用下式表示:二、路基用土巨粒土巨粒土有很高的强度及稳定性是填筑路基的很好材料。粗粒土砾类土由于粒径较大内摩擦力亦大因而强度和稳定性均能满足要求。砂和含细粒土砂无塑性透水性强毛细上升高度很小具有较大的摩擦系数强度和水稳定性较好。细粒土粉质土为最差的筑路材料。粘质土透水性很差粘聚力大因而干时硬不易挖掘。特殊土特殊土不宜作路基填料。三、路基干湿类型路基干湿类型及湿度来源路基干湿类型划分方法(一)路基干湿类型及湿度来源土基干湿类型可分为干燥、中湿、潮湿和过湿四种路基湿度变化的水源:(二)路基干湿类型划分方法根据平均稠度划分根据临界高度划分、根据平均稠度划分路基土的稠度wc是指土的液限含水量的wL与土的含水量w之差和土的液限含水量wL与塑限含水量wp之差的比值。表达式:Wc=(WL-W)(WL-Wp)含义:Wc=半固体与硬塑状的分界Wc=流塑与流动状的分界>Wc>可塑状态应用:老路。路基的干湿类型可以实测不利季节路床表面以下cm深度内土的平均稠度 。、根据临界高度划分当路基处于某种干湿状态时路床表面距地下水位或地表积水水位的最小高度称为路基临界高度。分界标准:H相应于wc为干燥和中湿状态的分界标准H相应于wc为中湿和潮湿状态的分界标准H相应于wc为潮湿和过湿状态的分界标准应用:新建公路在设计新建道路时如能确定路基临界高度值则可以以此作为判别标准与路基设计高度作比较由此确定路基的干湿类型四、道路自然区划制定公路自然区划的原则全国的公路自然区的划分制定公路自然区划的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全国的公路自然区的划分一级区划二级区划三级区划、一级区划北部多年冻土区东部温润季冻区黄土高原干湿过渡区东南湿热区西南潮湿区西北干旱区青藏高寒区、二级区划在全国七个二级自然区内又分为个二级区和个副区(亚区)共有个二级自然区。、三级区划三级区划是二级区划的进一步划分三级区划的方法有如下两种:一种是按照地貌、水文和土质类型将二级自然区进一步划分为若干类型单元另一种是继续以水热、地理和地貌等标志将二级区划细分为若干区域第三节 路基的稳定性设计高路堤稳定性验算陡坡路堤稳定性验算深路堑边坡稳定性验算一、高路堤稳定性验算边坡稳定性分析的计算参数高路堤边坡稳定性验算方法(一)边坡稳定性分析的计算参数()土的计算参数()边坡稳定性分析边坡的取值()汽车荷载当量高度计算、土的计算参数当路堤各层填料性质不同进行边坡稳定性验算时所采用的验算数据可按加权平均值法求得如下式:、边坡稳定性分析边坡的取值边坡稳定性分析时对于折线形或阶梯形边坡,一般可取平均值、汽车荷载当量高度计算路基除承受自重作用外同时承受行车荷载的作用在边坡稳定性验算时需要将与设计标准相应的加重车按最不利情况排列并将车辆的设计荷载换算当量土柱高h(即以相等压力的土层厚度来代替荷载)当量高度的计算式为:(二)高路堤边坡稳定性验算方法直线滑动面法圆弧滑动面法、直线滑动面法由砂土和砂性土(两者合称砂类土)填筑的路堤边坡坍塌时破裂面近乎平面可按直线滑动面法验算边坡的稳定性如图所示,验算时先通过坡脚或变坡点假设一直线滑动面将路堤斜上方分割出下滑土楔体ABD沿假设的滑动面AD滑动其稳定系数K按下式计算(按边坡纵向单位长度计):F沿滑动面AB方向的抗滑阻力(kN)T沿滑动面AB方向的下滑力(kN)G滑动土楔体ABD自重及路基顶面换算土柱重力之和(kN)α滑动面AB对于水平面的夹角()j路堤填土的内摩擦角()c路堤填土的粘聚力(kPa)L滑动面AB的长度(m)。特殊情况:砂类土c=K=时tanj=tanα处于极限平衡状态路堤极限坡度=内摩擦角坡角α为自然休止角。K>时路堤边坡处于稳定状态且与边坡高度无关。K<时不论边坡高度多少都不能保持稳定。、圆弧滑动面法条分法先假定一圆弧滑动面将圆弧滑动面上的土体分成若干竖向土条依次计算每个土条滑动面圆心的抗滑力矩和下滑力矩然后分别叠加求出整个滑动土体的抗滑力矩和滑动力矩再求它们的比值可得稳定系数从而判断出路基边坡是否稳定。验算步骤与计算公式)通过坡脚任意选定可能的圆弧滑动面其半径为R。取单位长的路段将其划分为若干个垂直土条其宽一般取~m)计算每个土条的自重(包括其上部换算土柱的重力)并引至滑动圆弧上并分解到滑动面的法向和切线方向上)计算反力:法向分力:切向分力:)以点为转动圆心以R为转动力臂计算滑动面上各土条对点的转动力矩滑动力矩:抗滑力矩:)求稳定系数)按上述步骤再假定几个可能的滑动面如图所示计算对应的稳定系数K在圆心辅助线MI上绘出稳定系数K1K2…Kn对应于OO…On的关系曲线在该曲线最低点作圆心辅助线的平行线与曲线相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心对应的滑动面为最危险滑动面相应的稳定系数为最小稳定系数。其值如在~之间则路基是稳定的否则应采取相应的措施如放缓边坡更换填料等重新进行稳定性验算直至满足要求为止或选择适当的加固措施。确定圆心辅助线)H法:)法表解法如图所示将土体划分成各条块其宽为b高为a滑弧全长L将此三者均用边坡高度H来表达。二、陡坡路堤稳定性验算对填筑在原地面横坡陡于:(土质基底)或陡于:(不易风化的岩石基底)或不稳固山坡上的路堤除保证边坡稳定外还需验算路堤沿地面陡坡下滑的稳定性陡坡下滑前提条件陡坡下滑验算方法、前提条件基底为岩层或稳定山坡因地面横坡大路堤整体沿与基底的接触面产生滑动。路堤随同基底覆盖层沿倾斜基岩滑动。路堤连同下卧软弱土层沿某一圆弧滑动面滑动。路堤连同其下的岩层沿某一最弱的层面滑动 陡坡路堤产生下滑的主要原因是地面横坡较陡、基底土层软弱或强度不均匀、陡坡下滑验算方法()直线滑动面稳定性验算()折线滑动面稳定性验算三、深路堑边坡稳定性验算选择路堑横断面的边坡形式:()直线形:当工程地质条件和水文地质条件较好土质均匀且边坡高度不大时可采用一坡到顶的直线形。()折线形:当边坡较高或由多层土组成而上部岩(土)层的稳定性较下部好时可采用上陡下缓的折线形。若上部为覆盖层或稳定性较下部岩(土)层差时则宜采用上缓下陡的折线形边坡。()台阶形:当边坡由多层土组成且高度较大(超过~m)时可在边坡中部或岩(土)层变化分界处设置宽度不小于m的平台使边坡成为台阶形设置平台可以增加边坡的稳定性减少坡面冲刷,拦挡上边坡剥落下坠的小石(土)块。确定边坡坡度工程地质法确定:采用工程地质法对路堑边坡坡度进行比拟设计应根据岩石(土)性质、地质构造、岩石的风化破碎程度、边坡高度、地下水及地面水等因素综合分析确定。一般情况下边坡坡度可参照表确定。力学验算法对均质砂类土路堑边坡其稳定系数K按下式计算。第四节 路基排水设计地面排水设计地下排水设计排水系统设计一、地面排水设计路基地面排水可采用:边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、拦水带、蒸发池等设施。、边沟()边沟的横断面形式:()边沟边坡梯形边沟的内侧边坡一般为:~:矩形边沟的内侧边坡可以直立或稍有倾斜三角形边沟的内侧边坡宜采用:~:各种沟渠外侧边坡与挖方边坡坡度相同。()边沟深度和底宽梯形和矩形边沟的深度及底宽一般约~m()边沟的纵坡和长度边沟纵坡一般应与路线纵坡致并不宜小于%在特别情况下可容许采用%。除特殊情况外边沟长度不宜超过m多雨地区不宜超过m三角形边沟长度不宜超过m。、截水沟设置位置:在挖方路基边坡坡顶以外或山坡路堤坡脚上方的适当地点。设置作用:拦截并排除路基上方流向路基的地面水流保护挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。断面形式:梯形、排水沟设置作用:将路基范围内的水流引至桥涵或路基范围外的河流或洼地。断面形式:梯形、跌水与急流槽设置位置:陡坡地段或特殊陡坎地段跌水定义:在陡坡或深沟地段设置的沟底为阶梯形水流呈瀑布跌落式通过的沟槽。作用:能在较短的距离内降低水流速度减少水流能量。急流槽定义:在陡坡或深沟地段设置的坡度较陡水流不离开槽底的沟槽。作用:能连接水位差较大的水流。二、地下排水设计路基地下排水可采用暗沟(管)、渗沟、渗水井等设施、暗沟设置作用:设在地面以下引导水流的沟渠无渗水和汇水作用。适用范围:把路基范围内的泉水或渗沟所拦截、汇集的水流引到路基范围之外。断面形式:矩形、圆管、渗沟设置作用:采用渗透方式来汇集、拦截并排出流向路基的地下水。适用范围:用于地下水量大、分布广的路段。设置位置:设在边沟、路肩、路中线以下或路基上侧山坡适当的位置。结构形式:填石渗沟管式渗沟洞式渗沟a)填石渗沟b)管式渗沟c)洞式渗沟、渗井设置特点:竖直方向的地下排水适用范围:浅层地下水较难排除距地面不深处有良好渗水层且地下水流向背离路基或较深的路段。设置作用:排除地面水或降低上层的地下水位。三、排水系统设计排水系统设计的基本要求流向路基的地面水和地下水需在路基外适当位置没置截水沟或渗沟拦截并引离路基范围之外指定地点。对明显的天然沟槽一般宜“一沟一涵”不要勉强改、并对沟槽不明显的漫流应尽量汇成沟槽导流排除。地面沟渠应大体沿等高线布置并尽可能垂直于流水方向直线布置。各种排水结构物均应设置于稳固的地基上不得渗流、溢水或滞留冲刷严重时应予以加固。水流应循最短通路迅速排出路基范围之外。第五节 路基防护与加固路基防护与加固工程的分类坡面防护冲刷防护挡土墙设计土工织物路基防护与加固工程的分类坡面防护冲刷防护支挡建筑物湿软地基加固一、坡面防护(一)植物防护:适用范围:比较平缓的稳定土质边坡作用:美化路容、固结和稳定边坡种草适用范围:土质适宜种草种草边坡坡度不宜陡于:不浸水或短期浸水但地面径流速度不超过ms的路基边坡。铺草皮适用范围:需要快速绿化且坡率缓于:的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡。植树适用范围:坡率缓于:的边坡以外的河岸及漫滩处。(二)工程防护()抹面:适用于易风化而表面平整、尚未剥落的岩石边坡。()勾缝和灌浆:勾缝防护适用于较坚硬的、不易风化的、节理多而细的岩石挖方边坡。灌浆防护适用于较坚硬、裂缝较大且较深的岩石挖方边坡。()喷护和挂网喷护:适用于边坡坡率缓于:易风化但未遭强风化的岩石边坡。()护坡:适用于土质路堤边坡或有少量地下水渗出的局部堑坡或局部土质堑坡嵌补。()护面墙:是浆砌片石的坡面覆盖层用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。二、冲刷防护(一)直接防护抛石防护适用范围:盛产石料地区水流速度达~ms时经常浸水且水流方向平顺、河床承载力较好无严重冲刷的路基。、石笼防护适用范围:缺乏大石块或水流速度达到或超过ms的路基。(二)间接防护)丁坝)顺坝丁坝顺坝格坝导流坝拦水坝桥墩路中线三、挡土墙设计挡土墙的用途和分类重力式挡土墙的构造重力式挡土墙的布置挡土墙的设计步骤(一)挡土墙的用途和分类为防止路基填土或山坡土体坍塌而修筑的承受土体侧压力的墙式构造物称为挡土墙按照挡土墙的设置位置挡土墙可分为路堑墙、路堤墙和路肩墙等类型按照挡土墙的结构型式分为:重力式挡土墙锚定式挡土墙薄壁式挡土墙加筋土挡土墙按照挡土墙的墙体材料分为:石砌挡土墙混凝土挡土墙钢筋混凝土挡土墙钢板挡土墙挡土墙的作用路堤墙设置在高填土路堤或陡坡路堤的下方可以防止路堤边坡或基底滑动同时可以收缩路堤坡脚减少填方数量减少拆迁和占地面积。路堑墙设置在路堑坡底部主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡同时可减少挖方数量降低挖方边坡的高度。路肩墙设置在路肩部位用途与路堤相同还可以保护临近路线的已有的重要建筑物。山坡墙设置在路堑或路堤上方用于支撑山坡上可能坍滑的覆盖层破碎岩层或山体滑坡。二、重力式挡土墙的构造受力特点:依靠墙身自重支撑土压力维持其稳定。优点:形式简单施工方便就地取材适应性较强。缺点:圬工数量大对地基的承载能力要求较高。适用范围:一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程。、墙身墙身主要由墙背、墙面、墙顶与护柱等部分组成()墙背a)仰斜式b)垂直式c)俯斜式d)凸斜式e)衡重式()墙面:挡土墙的墙面一般为平面其坡度应与墙背坡度相协调并应结合墙趾处的地面横坡合理选择。地面横坡较陡时为了减小墙高墙面宜采用直立或仰斜坡比为:~:。地面横坡平缓时墙面坡度还可以放得更缓些但不宜缓于:以免过分增加墙高。()墙顶:墙顶的最小宽度浆砌挡土墙不小于cm干砌不小于cm。浆砌挡土墙墙顶应用砂浆抹平或用较大石块砌筑并勾缝。浆砌路肩墙墙顶宜采用粗料石或混凝土做成顶帽厚度取cm。干砌挡土墙的高度一般不宜大于m顶部cm高度内宜用砂浆砌筑以求墙身稳定。()护柱、护栏或护墙:为了保证交通安全在地形险峻地段或过高过长的路肩墙需在墙顶设置护柱、护栏或护墙。为保证路肩宽度护柱、护栏或护墙内侧边缘距路面边缘的距离应不小于路肩最小宽度。、基础()基础型式()基础埋置深度无冲刷时应在天然地面以下至少m有冲刷时应在冲刷线以下至少m受冻胀影响时应在冻结线以下不少于m、排水设施设置地面排水沟引排地面水。夯实回填土顶面和地面松土防止雨水及地面水下渗必要时可加设铺砌。对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固以防边沟水渗入基础。设置墙身泄水孔排除墙后水。、沉降缝与伸缩缝为何设沉降缝?为避免因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂需根据地质条件的变异和墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。为何设伸缩缝?为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝应设置伸缩缝。(三)重力式挡土墙的布置、横向布置挡土墙的位置选择确定断面形式绘制挡土墙横断面图、纵向布置确定挡土墙的起讫点和墙长选择挡土墙与路基或其它结构物的连接方式。按地基及地形情况进行分段布置沉降伸缩缝的位置。布置各段挡土墙的基础。布置泄水孔和护栏(护柱或护墙)的位置包括数量、尺寸和间距。标注各特征断面的桩号及墙顶、基础、基底、冲刷线、冰冻线和设计洪水位的标高等。、平面布置(四)挡土墙的设计步骤根据具体情况通过技术和经济比较确定墙趾位置测绘墙趾处的纵向地面线核对路基横断面图收集墙趾处的地质和水文等资料选择墙后填料确定填料的物理力学计算参数和地基计算参数进行挡土墙断面形式、构造和材料设计确定有关计算参数进行挡土墙的纵向布置用计算法或套用标准图确定挡土墙的断面尺寸绘制挡土墙立面、横断面和平面图。四、土工织物土工布的种类和特点按照不同的制造工艺可将土工布分为有纺、无纺、纺织和复合织物四种土工布在道路工程中的应用土工布具有防渗、反滤、排水、隔离、加固、防护、密封等多种功能

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