路基路面知识小结笔记参考着有选择的看.docx
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路基路面知识小结笔记参考着有选择的看
第三章一般路基设计
§3-1路基设计的一般要求
路基是路面的基础,承受着本身土体的自重和路面结构的重量传递下来的行车荷载。
路基设计根据路线平、纵、横设计,精心布置,确定标高。
路基承受的行车荷载,主要作用在应力作用区范围之内。
路基的整体结构中包括各项附属设施。
一般路基:
指在良好地质与水文等条件下,填方高度和挖方深度不大的路基。
——选用典型断面图。
特殊路基:
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。
——进行个别设计和验算。
§3-2路基的类型与构造
路基横断面的典型形式——路堤、路堑和填挖结合等三种类型。
路堤:
指全部用岩土填筑而成的路基。
路堑:
指全部在天然地面开挖而成的路基。
半填半挖路基:
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。
一、路堤
按路堤的填土高度不同,划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。
矮路堤:
填土高度小于1.0-1.5m;
高路堤:
填土高度大于18m(土质)或20m(石质)的路堤;
一般路堤:
填土高度在1.5m-18m范围内的路堤。
矮路堤常在平坦地区取十困难时选用,满足最小填土高度的要求。
高路堤的填方数量大,占地多,需进行个别设计。
二、路堑
路堑横断面形式有全挖路基、台口式路基及半山洞路基。
路堑以下的天然地基,要人工压实至规定的密实程度。
三、半填半挖路基
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。
§3-3路基设计
一般路基设计包括以下内容:
(1)选择路基断面形式,确定路基宽度与路基高度;
(2)选择路堤填料与压实标准;
(3)确定边坡形状与坡度;
(4)路基排水系统布置和排水结构设计;
(5)坡面防护与加固设计;
(6) 附属设施设计。
一、路基宽度
路基宽度:
行车道与路肩之和。
具体宽度见《公路工程技术标准》2004。
二、路基高度
路基高度:
路堤的填筑高度和路堑的开挖深度,是路基设计标高与地面标高之差。
路基高度:
中心高度和边坡高度。
三、路基边坡坡度
路基边坡坡度:
边坡高度与边坡宽度之比值。
边坡坡度大小:
边坡土质、岩石性质、水文地质条件。
1.路堤边坡:
一般路堤:
按规范选用。
高路堤:
单独设计。
2.路堑边坡:
土质路堑边坡:
边坡高度、土的密实程度、地下水、地面水。
岩石路堑边坡:
岩石种类、风化程度、边坡高度——工程经验。
四、路基压实
1.压实土的特性:
在最佳含水量条件下,采用一定的压实功能可以达到最大的密实度。
路基土在最佳含水量状态下进行压实可以提高路基的抗变形能力和水稳定性。
2.压实标准:
压实度:
应达到的干密度绝对值与标准击实试验得到的最大干密度之比值的百分率。
§3-4路基附属设施
一、取土坑与弃土堆
合理选择地点:
1.土质、数量、用地、运输条件。
2.区域规划、因地制宜,综合考虑,维护自然平衡,借之有利、弃之无害。
二、护坡道与碎落台
1.护坡道:
作用:
保护路基边坡稳定性。
设置:
挖方坡脚、变坡处。
2.碎落台:
作用:
供零星土石碎块下落时临时堆积,保护边沟不致阻塞,也有护坡道作用。
设置:
挖方边坡坡脚。
三、堆料坪与错车道
1.堆料坪:
设置:
路肩外缘。
2.错车道:
设置:
单车道公路。
§4-1边坡稳定性分析原理与方法
一、边坡稳定原理
滑动面的形状与土质有关。
对于粘性土——圆柱形、碗形。
对于松散的砂性土及砂土——平面。
如果下滑面是单一平面——静力平衡问题。
如果下滑面具有二个破坏面——超静定问题。
求解这些静不定问题——作出某些假设:
1.在用力学边坡稳定性分析法进行边坡稳定性分析时,按平面问题来处理。
2.松散的砂性土和砾(石)土具有较大的内摩擦角和较小的粘聚力,边坡滑坍时,破裂面近似平面——直线破裂面法。
3.粘性土具有较大的粘聚力,而内摩擦角较小,破坏时滑动面有时象圆柱形有时象碗形,通常近似于圆曲面——圆弧破裂面法。
在进行边坡稳定性分析时的假设:
1.不考虑滑动土体本身内应力的分布。
2.认为平衡状态只在滑动面上达到,滑动土体成整体下滑。
3.极限滑动面位置要通过试算来确定。
二、边坡稳定性分析的计算参数
(一)土的计算参数
边坡稳定性分析所需土的试验资料:
1.对于路堑或天然边坡:
原状土的容重γ(KN/m3)、内摩擦角φ(°)和粘聚力c(kPa)。
2.对路堤边坡:
与现场压实度一致的压实土的试验数据。
数据包括压实后土的容重、内摩擦角,粘聚力。
边坡由多层土体所构成:
对于直线法和圆弧法可通过合理的分段,直接取用不同土层的参数值。
用综合土体边坡稳定性分析,可采用加权平均法。
(二)边坡的取值
对于折线形或阶梯形边坡,取平均值或坡脚与坡顶的连线。
(三)汽车荷栽当量换算
在边坡稳定性分析时,将车辆按最不利情况排列,将车辆的设计荷载换算成当量土柱高(即以相等压力的土层厚度来代替荷载),以h0表示。
当量土柱高度的计算式为
式中:
N--横向分布的车辆数,单车道N=1,双车道N=2;
Q——每一辆车的重力,kN;
γ--路基填料的容重,kN/m3;
L--汽车前后轴(或履带)的总距,m;
B--横向分布车辆轮胎最外缘之间总距。
三、边坡稳定性分析方法
路基边坡稳定性分析方法——力学分析法和工程地质法。
1.力学分析法
数解法:
假定滑动面,按力学平衡原理进行稳定性分析,找出极限滑动面。
图解或表解法:
在计算机和图解分析的基础上,制定成图或表,用查图法或查表法进行边坡稳定性分析。
2.工程地质法:
根据不同土类及其所处的状态,经过长期的生产实践和大量的资料调查,拟定边坡稳定值的参考数据,在设计时,将影响边坡稳定的因素作比拟,采用类似条件下的稳定边坡值。
(一)力学分析法
1.直线法
适用于砂土和砂性土。
计算公式:
先假定路堤边坡值,然后通过坡脚A点,假定3—4个可能的破裂面,求出相应的稳定系数Ki值,得出Ki与ωi的关系曲线。
在关系曲线上找到最小稳定系数值Kmin,及对应的极限破裂面倾斜角ω值。
砂性土:
c=0
K>1.25稳定。
2.圆弧法
适用于边坡有不同的土层、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。
1)圆弧法的基本原理与步骤
圆弧法:
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,然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。
假定:
土为均质和各向同性;滑动面通过坡脚;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,土条不受侧向力作用,或虽有侧向力,但与滑动圆弧的切线方向平行。
圆弧法的基本步骤如下:
(1)通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB,其半径为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垂直土条,其宽一般为2-4m,如图所示。
(2)计算每个土条的土体重G(包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内)。
G——法向分力Ni、切向分力Ti;
α为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角。
(3)计算每一小段滑动面上的反力(抵抗力)。
(4)计算滑动力矩和抗滑力矩。
滑动力矩
抗滑力矩
(5)求稳定系数值
2)假定几个可能的滑动面,按上述步骤计算对应的稳定系数。
在圆心辅助线MI上绘出,稳定系数对应于圆心的关系曲线,在该曲线最低点作圆心辅助线MI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,对应的滑动面为极限滑动面,相应的稳定系数为极限稳定系数,其值应在1.25-1.5之间。
3)确定圆心辅助线
(1)4.5H法
(2)36°线法
4)稳定系数K取值:
1.25-1.5。
3.表解法
均质、直线形边坡路堤,滑动面通过坡脚,坡顶为水平并伸至无限延远。
§4-2陡坡路堤稳定性
一、陡坡路堤
当路堤修筑在陡坡上,且地面横破大于1:
2.5或在不稳固的山坡上,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。
陡坡路堤边坡稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下滑,边坡稳定性分析方法可按滑动面形状的不同分为直线和折线两种方法。
二、陡坡路堤边坡稳定性分析方法
1.直线法
基底为单一坡面,土体沿直线滑动面整体下滑时,可用直线滑动面法。
公式:
K=(Q+P)cosαtgφ+cL/(Q+P)sinα
式中:
Q——对于以基底接触面为滑动面者,等于路堤自重;对于以基底以下软弱面为滑动面者,等于路堤连同其下不稳定土体的自重力,kN;
P——路堤顶面的换算土柱荷载,kN;
α——滑动面对水平面的倾斜角,
φ——滑动面上软弱土体的内摩擦角,
c——滑动面上软弱土体的单位粘聚力,kN;
L——滑动面的全长,m。
2.折线法
定义:
滑动面为多个坡度的折线倾斜面时,将滑动面上土体折线划分为若干条块,自上而下分别计算每个土体的剩余下滑力,根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整体稳定性。
剩余下滑力等于或小于零时,认为稳定;大于零时则不稳定,必须采取稳定措施。
§4-3浸水路堤稳定性
一、渗透动水压力的作用
浸水路堤:
受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等均称为浸水路堤。
河滩路堤:
承受普通路堤所承受的外力及自重力、浮力及渗透动水压力的作用。
特点:
1.水位上升时,土体除承受竖向的向上浮力外,还承受渗透动水压力的作用,其作用方向指向土体内部。
2.当水位骤然下降时,其渗透动水压力的方向指向土体外面,剧烈破坏路堤边坡的稳定性,产生边坡凸起和滑坡现象。
3.在高水位时,如路堤两侧边坡上的水位不一致,产生横穿路堤的渗透。
4.凡是用粘性土填筑的浸水路堤(不包括渗透性极小的纯粘土),都必须进行渗透动水压力的计算。
二、渗透动水压力的计算
渗透动水压力计算公式:
D=ΙΩBγ0
式中:
D——作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力;
Ι——渗流水力坡降(取用浸润曲线的平均坡降);
ΩB——浸润曲线与滑动弧之间的面积;
γ0——水的容重。
三、浸水路堤边坡稳定性分析
浸水路堤的破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。
采用圆弧法进行浸水路堤边坡稳定性分析,其稳定系数K计算与一般路堤相同。
第五章路基防护与加固
5-1概述
1.由岩土所筑成的路基发生的变化:
浸水后湿度增大,土的强度降低;
岩性差的岩体,在水温变化条件下,加剧风化;
路基表面在温差作用下形成胀缩循环,在湿差作用下形成干湿循环,可导致强度衰减和剥蚀;
地表水流冲刷,地下水源浸入,使岩土表层失稳,易造成和加剧路基的水毁病害;
沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下,易遭破坏;
湿软地基承载力不足,易导致路基沉陷。
所有这些均取决于岩土的物理力学性质及自然因素,且与路基承受行车荷载的情况密切相关。
2.合理的路基设计:
应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑。
3.为确保路基的强度与稳定性,路基的防护与加固,是不可缺少的工程技术措施。
4.路基防护与加固设施:
边坡坡面防护
沿河路堤河岸冲刷防护与加固
湿软地基的加固处治
1)坡面防护:
作用:
保护路基边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差及湿度变化的影响,防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程,从而保护路基边坡的整体稳定性,在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。
特点:
不承受外力作用,要求坡面岩土整体稳定牢固。
分类:
植物防护(种草、铺草皮、植树等)——有“生命”(成活)防护——土质边坡
工程防护(抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等)——无机物防护——石质路堑边坡。
在一定程度上,有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面,优于无机物防护。
2)堤岸防护与加固:
作用:
对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤,亦包括桥头引道,以及路基边旁的防护堤岸等。
特点:
主要针对水流的破坏作用而设,起防水治害和加固堤岸双重功效。
分类:
直接和间接两类。
直接防护与加固设施——植物防护、石砌防护与加固两种——植树、铺石、抛石或石笼等。
间接防护——导治结构物,如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等,疏浚河床、改变河道。
3)湿软地基加固:
作用:
防止路基沉陷、滑移或产生其他病害。
特点:
湿软地基加固,规模大,造价高,应注意方案比较,研究技术和经济方面的可行性,力求从简,尽量就地取材。
加固方法:
换填土、辗压夯实、排水固结、振动挤密、土工格栅加筋和化学加固等五类。
§5-2坡面防护
一、植物防护
作用:
可美化路容,协调环境,调节边坡土的湿温,起到固结和稳定边坡的作用。
适用条件:
坡高不大,边坡比较平缓的土质坡面。
方法:
种草、铺草皮和植树。
1.种草:
适用边坡坡度不陡于1:
1,土质适宜种草,不浸水或短期浸水但地面径流速度≤0.6m/s的边坡。
2.铺草皮:
坡面冲刷比较严重,边坡较陡,径流速度>0.6m/s,容许最大速度为1.8m/s时,采用平铺(平行于坡面)水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半坡角的倾斜叠置草皮,还可采用片石铺砌成方格或拱式边框,方格或框内再铺草皮。
3.植树:
用在堤岸边的河滩上,用来降低流速,促使泥沙淤积,防水直接冲刷路堤。
4.拉伸网草皮:
在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设3-5cm的种植土层,经过撒种、养护后形成的人工草皮。
5.固定草种布(也可称植生带):
在土工织物纺织时将草种固定于土工织物中,然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土工合成材料草皮制品。
6.网格固定撒种:
先将土工网固定于需防护的边坡上,然后撤播草种形成草皮的一种边坡防护方法。
多排林堤岸与水流方向斜交,可挑水改变水流方向。
沙漠与雪害地区,防护林带可阻沙防雪。
二、工程防护
1.抹面防护:
适于:
石质挖方坡面,岩石表面易风化,但比较完整,尚未剥落,如页岩、泥砂岩、千枚岩的新坡面。
抹面材料:
石灰浆。
抹面厚度:
一般2-10cm。
2.喷浆:
适用于:
易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡,厚度一般为5-10cm。
经济的砂浆是用水泥、石灰、河砂及水,按重量比1:
1:
6:
3配合。
干砌片石护面:
单层或双层护面。
护面厚度一般不小于20cm,干砌要勾缝。
3.护面墙:
适用于:
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。
注意:
护面墙除自重外,不承受其他荷重,亦不承受墙背土压力。
设置:
护面墙高一般不超过10m,纵向每10m设一条伸缩缝,墙身应预留泄水孔。
§5-3冲刷防护
一、直接措施
直接措施:
植物防护、石砌防护或抛石与石笼防护及支挡(驳岸等)。
植物防护、石砌防护:
同坡面防护。
1.抛石防护:
类似在坡脚处设置护脚,亦称抛石垛。
适用:
抛石垛的边坡坡度,不应陡于抛石浸水后的天然休止角;石料粒径视水深与流速而定,一般为15~50cm。
2.石笼:
作用:
设在坡脚处,防止急流和大风浪破坏堤岸,加固河床,防止淘刷。
铺设:
用碎(砾)石垫层铺平,底层各角,可用铁棒固定于基底。
3.土工织物软体沉排
定义:
在土工织物上以块石或预制混凝土块体为压重的护坡结构。
适用:
水下工程及预计可能发生冲刷的河床和岸坡土面上。
主要种类:
单片垫、双片垫。
单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体;
双片垫是将两块单片垫重叠后按一定距离和型式将两片垫连接在一起而构成管状或格状空间,其中再填充透水性土石料(如砂卵石等),起到防冲与反滤的作用。
4.土工模袋:
定义:
是一种双层织物袋,袋中充填流动性混凝土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。
材料:
满足技术要求,袋内可充填混凝土或砂浆。
充填混凝土时,粗骨料最大粒径应符合要求。
适用:
坡度不得陡于1:
1。
水流速度不宜大于1.5m/s。
二、间接措施
1.设置导治结构物作用:
改变水流方向——消除和减缓水流对堤岸直接破坏——减轻堤岸近旁淤积——解除水流对局部堤岸的损害——安全保护作用。
2.导治结构按其与河道的相对位置,一般可分为丁坝、顺坝或格坝。
1)顺坝:
大致与堤岸平行,主要作用为导流、束水、调整流水曲度、改善流态。
顺坝——导流坝。
2)格坝:
作用:
在平面上成网格状。
设于顺坝与堤岸之间,防止高水位时水流溢入冲刷坝内岸坡和坡脚,并促进格间的淤积。
3)丁坝:
作用:
大致与堤岸垂直或斜交,将水流挑离堤岸,束河归槽,改善流态。
丁坝——挑水坝。
3.横断面:
顺坝与丁坝均用石块修建成梯形横断。
坝体分为:
坝头、坝身和坝根。
4.公路工程中的改河的主要目的:
将直接冲刷路基的水流引向旁处;
路基占用河槽后,需要拓宽河道;
挖滩改河,清除孤石,改移河道,以保护路基;
裁弯取直,有利布置路线或桥涵。
§5-4地基加固
一、换填土层法
换填土层法:
定义:
将基底下一定深度范围的湿软土层挖去,换以强度较大的砂、碎(砾)石、灰土或素土,以及其他性能稳定、无侵蚀性的土类,并予以压实。
按砂垫层的方法计算。
砂垫层:
作用:
可提高承载力,减少沉降量,加速软弱土层的排水固结,防止冻胀,消除膨胀土的胀缩作用,亦可处理暗穴。
厚度:
0.6-1.0m,以中粗砂为宜,级配良好。
二、夯实法
1.重锤夯实法:
以钢筋混凝土制成截头圆锥体(底部垫钢板),重量宜1.5t或稍重,锤底直径为1-1.5m,起重设备的能力为8-15t,落距高一般为2.5-4.5m。
非粘性土及松散杂填土——振动压实法效果良好。
重锤夯实法加固地基,可提高地基表层土的强度。
湿陷性黄土——降低地表的湿陷性。
杂填土——减少表层土的强度不均一性。
适用:
地下水位0.8m以下稍湿的一般粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土等。
2.强夯法:
定义:
亦称动力固结法,以8~12t(甚至20t)的重锤,8-20m落距(最高达40m),对土基进行强力夯击,利用冲击波和动应力,达到土基加固的目的。
原理:
可压缩的微气泡——产生几十厘米的沉降,——液化——结构破坏——强度下降至最小值——出现径向裂隙——加速孔隙水压力消散的主要通道——粘性土的触变性——士基的强度得到恢复和增强。
特点:
至今还没有一套成熟和完善的理论和设计方法,但实践证明,它具有施工简单、加固效果好、使用经济、运用面较广等优点。
三、排水固结法
加固目的:
饱和软土在荷载作用下,排水固结后,抗剪强度可得到提高,则达到加固的目的。
适用:
加固软弱地基,包括天然沉积层和人工冲填的土层,如沼泽、淤泥及淤泥质土,水力冲积土等。
排水固结法的实际效果,取决于土层固结特性、厚度、预压荷载和预压时间。
排水固结:
运用堆载预压,挤出土中的过多含水,达到挤紧土粒和提高强度的目的。
1.砂井堆载预压:
需进行地基固结计算,以确定加载以及砂井布置的有关数据。
砂井成孔,有沉管法和水冲法两类。
沉管法:
用锤击或振动方式将带靴的钢管沉人地基,管内灌砂,在振动作用下拔出钢管,最后在土中形成砂井。
水冲法是利用高压水冲孔,孔内灌砂,此法施工速度快,但难以保证孔径匀称,质量较差。
2.降水预压
3.真空预压技术。
四、挤密法
加固目的:
土基中成孔后,在孔中灌以砂、石、土、灰土或石灰等材料,捣实而成直径较大的桩体,利用横向挤紧作用,使地基土粒彼此靠紧,孔隙减少,而且孔被填满和压紧,形成桩体,桩体具有较高的承载能力,群桩的面积约占松散土加固面积的20%,以致桩和原土组成复合地基,达到加固的目的。
砂井的作用:
排水固结,井径较小而间距较大,砂井适用过湿软土层;
砂桩的作用:
将地基土挤紧,井径较大,而间距宜小。
砂桩适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通粘性土,亦可有效地防止砂土基底的振动液化。
石灰桩作用:
挤密,生石灰的吸水、膨胀、发热及离子交换作用、使桩体硬化,改善了原地基土的性质,此外还可减小因周围土的蠕变所引起的侧向位移。
砂桩和石灰桩的布置与尺寸:
计算而定;
桩径约20-30cm;
间距约为桩径的3.5倍;
在平面上按梅花形布置。
施工方法:
有冲击和振动力等法,在湿陷性黄土中还可用爆扩成孔法。
五、化学加固法
1.定义:
利用化学溶液或胶结剂,采用压力灌注或搅拌混合等措施,使土颗粒胶结起来,达到对土基加固的目的,称为化学加固法,又称胶结法。
2.化学溶液主要有:
(1)以水玻璃溶液为主的浆液,其配方
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