路基路面设计课程【-PPT】市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考!,路基路面设计课程,1/97,第一章 绪论,第一节 公路组成及路基设计基本内容,一、公路组成部分,公路是一个线形工程结构物。公路主要承受是汽车荷载重复作用和经受各种自然原因长久影响。公路组成部分包含：路基、路面、桥涵、隧道、防护工程、排水设备、山区特殊结构物。,公路路基是路面基础，它与路面共同负担车辆荷载，是公路主要组成部分。确保公路沿线都含有坚实而稳定路基，是路基设计中心任务。伴随道路等级提升,在设计中采取一定办法来提升路基强度和稳定性，用以提升路面整体强度问题就很突出。,2/97,路基横断面如图。地形改变，普通使路基分为路堤和路堑两种，高于天然地面填方路基称为路堤；低于天然地面挖方路基称为路堑；介于这二者之间称为半填半挖路基。在挖方路段，路基通常是地面下天然地层；在填方地段，则是填筑起来压实土层。,路面是直接承受汽车碾压行车地带，它是用各种坚硬材料铺筑在路基上面单层或多层结构。路面类型常见有沥青路面、水泥混凝土路面、碎（砾）石类路面等。,路肩是指路面两侧路基边缘以内地带，它是用来支持路面、暂时停靠车辆和供行人行走。,修建适当排水系统是路基稳定一个确保。排除地面水，如雨、雪而形成水等，可兴建地面排水结构物；地下水严重时需排除时，可采取盲沟；假如公路要跨越较大水流，就要建造桥梁和涵洞。,3/97,二、路基设计内容,任务：使路基在行车荷载和各种自然原因作用下，能含有足够强度和稳定性，确保交通运输通畅和安全。依据公路性质、等级和技术标准以及当地自然条件，确定正确路基设计方案，作为施工依据。详细为：,1.进行野外勘察，搜集必要资料；,2.依据沿线设计资料进行路基工程设计，确定边坡坡度及横断面形式；,3.依据沿线地面水流以及地下水埋藏情况，进行路基排水总体布置及排水结构物设计；,4.路基防护与加固设计，包含坡面防护、冲刷防护与挡土墙布设；,5.路基工程其它设施。,4/97,第二节 路基常见病害及对路基要求,一、路基作用,路基是路面基础，且和路面共同承受荷载，贯通公路全线。,二、路基常见病害,路基在自然原因及荷载作用下，产生不停累计变形，最终造成破坏，这就是路基病害现象。路基病害形状各种多样，原因错综复杂，自然原因有：1.地理 如沿线地形、地貌、海拔高度、植被等；,2.地质 如沿线土种类、成因、含水量、有机质及可溶性盐含量等；,3.气候 该地域气温、降雨量、雨型、降雪、温度、冰冻深度等；,4.水文 河道洪水位、常水位、河岸冲刷和淤积情况、沿线地表水排泄条 件，有没有积水；,5.文地质 地下水位、地下水移动规律、有没有泉水、层间水，以及各种水流量,。,5/97,路基常见路基病害现象以下：,1路堤沉陷,塌方路基下沉造成断面尺寸改变病害现象称为路堤沉陷。沉陷是不均匀，严重时会破坏局部路段造成交通中止。它有路堤本身下陷和地基沉陷两种。,2路基边坡塌方,边坡塌方是常见病害，也是水毁普遍现象，尤其在山区新建公路上，几乎是普遍病害现象。塌方详细表现形式有剥落、碎落、滑塌和崩塌。,3路基沿山坡滑动,在较陡山坡上填筑路基，假如原地面较光滑，未经处理，坡脚处又没进行必要支撑，尤其在受到水浸润后，填方路基与原地面之间摩阻力减小，在荷载、自重作用下，有可能使路基整体或局部沿地面移动，使路基失去整体稳定性。,4不良地质水文条件造成路基破坏,如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都能够造成路基大规模毁坏。在公路勘测中，要求尽可能避开这些地域或采取对应技术办法，确保公路正常使用。,6/97,三、病害原因综合分析,由以上内容能够知道，路基病害原因是多方面，各种病害现有各自特点，又往往含有共同原因，能够把它归纳为以下几个方面：,1.不良工程地质与水文地质条件,2.不利水文与气候原因,3.设计不合理,4.施工不符号要求,四、对路基要求,1.含有足够整体稳定性,2.含有足够强度,3.含有足够水温稳定性,7/97,第二章 路基强度与干湿类型,第一节 路基强度与稳定性,1公路路基土分类,书本上表给出了公路土粒经划分和路基土划分。土名称以及分类符号。我们在土质学中已学过，详细还能够参阅公路土工试验规程。,2各类土物理力学性质,漂石（块石）、卵石属于巨粒，强度和稳定性很高，是填路基好材料，注意边坡值选取。,砂土 无塑性，透水性强，毛细上升高度很小，含有较大内摩擦系数，强度和稳定性都比很好。但不轻易压实。,砂性土 既含有一定粗颗粒，也含有一定细颗粒，使路基土既含有足够强度和水稳定性，又有一定粘结性，所以砂性土是修筑路基理想材料。,粉性土 粉土颗粒含量较多，易吸水，毛细作用强烈，上升速度快，轻易引发冻胀、翻浆。在修路材料中它是最差一个，普通属于有害路基用土。,8/97,粘性土 它细颗粒比重大，内摩擦角小，但粘接力大，透水性小。这种土经充分压实和采取很好排水办法，筑成路基也能稳定。,重粘土 它工程性质与粘性土相同，但其所含黏土矿物成份不一样而不一样。,9/97,第二节 路基强度,一、路基受力情况,普通情况下，路基承受两种荷载：一是路面和路基自重引发静力荷；另一个是车轮引发动力荷载。在它们共同作用下，路基处于受力状态。,路基在车轮荷重作用下所引发垂直应力随深度而减弱；路基土因自重引发垂直应力与深度成正百分比。圆形均布荷载中心下土基垂直压应力，可用下面公式计算：,=P/(1+2.5(Z/D),路基土因自重所引发垂直应力，在一定深度下，路面质量远小于路基自重，所以土基自重引发垂直应力与深度成正比，既=Z,10/97,2、路基工作区,当荷载引发应力仅为自重应力20%-10%时，荷载应力影响深度作为工作区深度。该深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面强度和厚度增加而减小。,路基工作区深度有两种情况：Za大于路基填土高度；Za 小于路基填土高,度。,11/97,三、路基强度和强度指标,路基强度，用抵抗相对滑动位移变形和竖直位移变形能力，作为详细指标来表征。,1.抗剪强度,在路基边坡内，当路基强度不够，不能抵抗剪应力作用。便会沿某一剪切面产生相对移动于是边坡破坏，稳定丧失。土体必须含有抵抗此变形能力，用抗剪强度表示，公式2-1。,土体抗剪强度取决于土粘结力C和内摩擦角。土颗粒越细，粘聚力越大。沙土粘聚力很小或没有，因为粘聚力不如内摩擦力影响大，所以土颗粒越大，抗剪强度就越高。,12/97,2.回弹模量,经过路面传到土基垂直压力，使土基产生一定程度竖向位移变形，假设土基是均质弹性体，在圆形垂直均布荷载作用下，当应力与应变成直线关系时，可用弹性理论来解荷载与变形之间关系，用下式表示：,从上述公式能够看出，土基回弹模量，表示土基在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形能力.,四、路基强度与稳定性确保,路基强度与稳定性，受水、温度、土质影响，在一年内出现显著季节性改变.为确保路基强度和稳定性，必须深入进行了解，细致分析各种自然原因与路基关系，以采取有效办法,.,13/97,第三节 路基干湿类型和临界高度,一.路基湿度起源,1、路基干湿类型及湿潮起源,路基干湿类型能够分成,干燥、中湿、潮湿和过湿,四类，这四种类型表示路基工作时，路基土所处状态.,路基潮湿起源，可归纳为以下几项：,a 降水 从路面、路肩和边坡渗透；,b地面水 沿边沟流动，或因派水困难而积聚于路基两侧水分，渗透路基；,c地下水 因地下水流动而渗透路基下部；,d毛细水 借土毛细作用由地下水 位上升；,e 气态水 在土空隙中移动水汽，遇冷凝结为水.,上述各种路基潮湿起源，都会对路基强度和稳定性有 不一样程度影响.设计时应依据当地自然条件和特点，采取对应工程技术办法，确保路基强度和稳定性.,14/97,2、路基干湿类型划分方法,a以分界相对含水量划分 对原有公路，在最不利季节路槽下80cm内，每隔10cm深度取一土样测定其天然含水量和液限含水量，计算相对含水量.有了这几个数据，依据道路自然区划，路基土类别，查表，找到分界相对含水量W，将计算出值与之相比，能够确定路基干湿类型.,b 以临界高度判断路基干湿类型 对新建公路，因路基还未建成，路槽下80cm内相对含水量无法测定.要采取地下水或地表长久积水水位到路槽底高度与临界高度相比，判断路基干湿类型?,临界高度概念，当路基处于干燥、中湿、潮湿状态下路槽底部距地下水位或地表长久积水最小高度.,15/97,二.公路自然区划,依据公路工程地理、气候差异特点，自然区划分，按其主要性和规模大小分为三个等级.一级区划是按自然气候、全国轮廓性地理、地貌划分，全国共划分七个一级区；,二级区划是在一级区划内，考虑水温情况不一样，以潮湿系数为主导标志，按公路工程相同性及地表气候差异，深入划分二级区以及与二级区划相当副区，全国共分为33个二级区和19个副区.,三级区划是二级区深入划分.因为当前各地域特点和掌握调查研究资料不充分，还不具备划分条件，再则，三级区不一定要列入全国性范围，由个省、自治区自行划分，方便更切合当地实际情况.,16/97,第三章 普通路基设计,普通路基是指普通地域低于规范要求高度路基.它能够结合当地地形、地质情况，直接应用依据长久生产实践和科学研究总结经典横断面图或设计要求，无须进行,个别设计和论证.,一.形车道及路基宽度,（一）行车道数及其宽度,为满足汽车、行人以及其它车辆在公路上正常通行要求，路基须有一定宽度.依据交通量大小、车流组成，按公路等级，行车道可分为单车道、双车道、四车道和多车道.,当前我国公路普遍是双车道二级公路.在平原区，假如慢车极少，车道宽度是7米，有一定混合交通量时，车道宽度是9米，混合交通量大，分慢行道有困难时，车道加宽到12米，并划线行使.,路基宽度为路面与路肩宽度之和，高速公路和一机公路还包含中间带宽度.,17/97,二.路基横断面基本形式,1.,路堤,高于原地面，由填方组成 路基为路堤.填高为1米，属于矮路堤；120米之间为普通路堤超出20米为高路堤.,2.,路堑,低于原地面，由挖方组成路基为路堑.设计时对边坡稳定性给予充分注意.,3.,半填半挖路基,这重路基是路堑与路堤综合形式，主要设置在比较陡山坡上.将挖出土石方，作为填筑土石方，能够节约土石方，比较经济，给施工带来方便.,第三节,路基工程其它设施,18/97,第四章.路基稳定性设计,第一节 稳定性验算概述,普通路基是套用经典横断面图进行设计，无须进行论证和验算，但对高路堤、浸水路堤等，则需进行特殊设计.,一.边坡滑动面形状,大量实践证实，边坡破坏时，要形成一滑动面.该面形状和路基填土性质相关.由渗水材料填筑路堤，边坡破裂形状近乎平面，可按直线滑动面法验算边坡稳定性.,以带有粘性土填筑路堤，破坏时形状为一曲面，为简化计算，通常近似假设为一圆弧状滑动面.车荷,19/97,二.边坡稳定性设计方法,1.力学验算法,(1)数解法,(2)图解法,2.工程地质法,在地质复杂地域修建路基，正确合理地确定路堑横断面形状和边坡坡度是很主要.当前是依据对自然山坡和已经有人工边坡进行稳定性分析，经过工程地质条件对比，按条件相类似稳定边坡值，作为路堑边坡设计依据，这就是工程地质法.,轴载换算,在最不利情况排列，对最不利位置进行验算，将车重换算相当于土层厚度，连同滑动土体一并进行力计算，h换算公式为：,h=NQBL,20/97,第二节 边坡稳定性力学验算法,一.直线滑动面法,由渗水材料填筑路堤，边坡坍塌时破裂形状近乎平面，可按之下滑动面法验算.,验算时，先经过坡脚或变坡点，假设一直线滑动面，计算土体沿此滑动面下滑稳定系数K.如图.,然后再假设几个滑动面，计算对应稳定系数，求 Kmin1.25,当Kmin0.，此路堤就是稳定，不然，重新假定边坡.,21/97,二.圆弧滑动面法,带有粘性土填筑路堤，滑塌时破裂面形状是一曲面.为了是计算简化，通常假设为一圆弧状滑动面，这么与实际情况基本相符.方法有数解和表解法，其中数解法最惯用，它也称条分法.,1.条分法,把滑动面上土体分成24m宽土条，依次检验每一个土条沿滑动圆弧下滑稳定性，然后叠加出整个土体稳定性.详细步骤：,(1)经过坡脚任意选定一个可能圆弧滑,(2)动面，取路线纵向为单位长度1m，将滑动土体分成若干宽度相等土条；,(3)计算每个土条土体重量，并将它引到圆弧线上，进行分解；,(4)求稳定系数 K=Mr/Ms,（5）求kmin1.25,22/97,2.圆心辅助线,为降低工作量，较棵快找到最危险滑动面，依据经验，它在一条线上，这条线就是圆心辅助。用4.5 H法。,4.5H法详细步骤：,自坡脚向下作垂线，量取路堤高度，得一点F，,从 F点作水平线向右量取4.5H得另一点，该点就是圆心辅助线上一点；,作路基边坡平均坡度线，查表得角度；,依据两角度值分别作两角，分别延长这两条边得一交点；,联结这两点即得圆心辅助线。,三.表解法,按条分法进行边坡稳定性验算，工作量大，对于滑动面经过坡脚均质、直线形路堤边坡，可按表解法计算。,23/97,第三节.浸水路堤边坡稳定性设计,一.浸水路堤特点,受到季节性或长久浸水沿诃路堤、河滩路堤及桥头引道等，这些都是浸水路堤。水位上涨时，水从边坡一侧或两侧渗透路基；水位降落时，水又从堤内渗出来，伴随路基外水位涨落，内部所形成水位也要升降，但速度较慢。,浸水路基除受自重及行车荷载作用外，还要受到水浮力和渗透动水压力作用。在水位骤然降落时，使路基受到渗透动水压力作用，从而降低了路基边坡稳定性。,24/97,二.动水压力计算,当水位急降时，土体内水向外流出需要较长时间，这么就造成堤内外水位发生很大水位差，产生动水压力，平行水力坡降I，动水压力会猛烈破坏路堤边坡稳定性，其大小按下式计算：,D=I,三.浸水路堤边坡稳定性验算,该路堤稳定性，应按路堤处于最不利情况下进行，边坡破坏时普通发生在最高洪水位骤然降落时候，计算通常采取条分法，计算时，将土体分成若干条块。有些条块全部在浸润线以上，有些则全在水下，还有些则一部分在水以上，一部分在水以下。计算中要注意未浸水土条和浸水土条单位体积质量不一样，要分别计算。,算例：略-,25/97,四、路堤整体稳定性验算,在山区公路中，当地面横坡度比较陡时，需要对路基整体稳定性进行验算。地面横破陡于1：5时，对山坡要进行清理，铲除表层覆盖层，将原地面挖成台阶，用来增加路基与天然地面摩阻力。地面横破陡于1：2.5时，对路基状态稳定性要进行验算。方法有直线滑动面法和折线滑动面法。,陡坡路堤滑动有以下几个可能：路堤整体沿基底接触面产生滑动；连同基底覆盖层沿倾斜基岩滑动；路堤连同下面软土一起滑动。产生下滑原因除地面横坡较陡或基底软外，主要是因为地下水和地面水影响，使路堤下滑力增大造成。,26/97,1.直线滑动面验算,基底为单一坡面时，沿直线滑动面下滑，用公式计算：,E=T-1/K(Ntg+cL)若计算结果为负或零，则路堤稳定。,2.折线滑动面稳定验算,等路堤建在多坡地面上时，滑动面为折线，验算其稳定性时，可按地面波折情况，将土体分成若干小块，自上而下分别计算各土体下滑力，依据最终一块土体下滑力正负值判断其整体稳定性。,算例：（略）,稳定办法：当最终一块土体 E大于零时，应采取以下办法：,1.改进基底情况，增加摩阻力，降低下滑力；,2.改进填料性质，改变断面形式,3.在坡脚处设置支挡结构物。,27/97,第五章.路基排水设计,第一节.路基排水目标及设计普通标准,公路是一个露天构筑物，路基经常受到各种水分作用，公路病害普通与排水不良直接相关。重视排水，现有利于公路运输，更有利于公路构筑物安全。,依据起源不一样，水流可分为地面水和地下水。地面水主要是经由降水形成地面径流。地下水分为：,上层滞水,从地面入还未深达下层土中水；,潜水,在地面以下第一个隔水层以上含水层中水，距地面较近；,层间水,在地面以下任何两个隔水层之间含水层之间地下水。,路基排水目标是把路基工作区内土基含水量降低到一定范围，土基含水量过大，会引发土质松软，强度降低，边坡塌方，基身沉陷或滑动，影响交通。,28/97,四.,路基排水设计标准,为好路基排水设计，应遵照以下几个标准：,1.设计前必须进行深入调查研究；,2.路基排水沟渠设置和联结尽可能不占或少占农田；,3.设计要因地制宜、就地取材、经济适用；,4.排水沟渠出水口应尽可能引接至天然河沟，以降低桥涵工程；,5.排水设计应讲求经济效益。,29/97,第二节.地面排水设计,一.边沟设计,1.边沟设置在路堑路肩外侧或路堤坡脚外侧，主要用于聚集和排除路基范围内以及流向路基小量地面水，当流量不大时，可采取标准横断面。,边沟横断面形式,边沟横断面形式常为梯形或三角形，也有流线型几矩形。底宽与深度普通大于0。4 m。边沟边坡普通为1：1-1：1。5，岩石边坡为1：0-1：0.5。,沟底纵坡普通与路线纵坡一致，并不得小于0。5%，若大于3%时，需采取加固办法。,2.为预防边沟水流漫溢或冲刷，要求单向排水长度每300500米设出水口，把水引到低洼处。,3.在变坡点、桥涵进出水口、回头曲线等地段，要采取一些办法。,30/97,二、,截水沟设计,截水沟设在离路堑边缘一定距离和山坡路堤上方适当位置，用来拦截山坡流向路基水流。其纵坡大于0.5%，以免水流停滞。,截水沟断面形式普通为梯形，底宽、深度大于0.5米，边坡坡度依据土质而定。,截水沟位置应慎重考虑，最好能与绝大部分地面水流方向垂直，转折处最好用曲线连接，在路基边坡到分水岭距离长而降雨量又大低段，可设置一道或几道差不多平行截水沟，分段拦截地面径流。,31/97,三.,排水沟设计,设置排水沟目标，就是为了将水从路基导入低洼地或其它排水结构物中去。,排水沟断面普通采取梯形，大小应经过计算确定，但水量较小时，能够不用计算而直接采取底宽0.5米最小断面，沟深也大于0.5米。排水沟长度依据实际需要来定，通常在500米左右。,四、跌水与急流槽,山岭重丘区，排水沟渠枞坡较陡，水流急冲刷力强。为减小流速，降低水流能量，预防对路基危害，大多设跌水和急流槽。,跌水和急流槽结构分为三部分：进水口、台阶、出水口。台阶部分作用在于消能。,32/97,五、排水沟渠计算,计算分为两部分内容：水力计算与水文计算，分别确定设计流量、沟渠断面尺寸、纵坡及加固形式。,一、设计流量,确定设计流量计算为水文计算。当前，公路上采取是小流域暴雨径流流量简化公式：,Q=(h-z)F,公式中相关符号能够从“公路设计手册”中查出。,33/97,二、水力计算公式,经过水力计算确定沟渠断面，普通沟渠水力计算，按水力学明渠均匀流公式进行。对梯形断面沟渠经过流量，按下式计算：,1.经过流量 Q=w*v,2.过水断面面积 W=bh+mh,3.湿周 X=b+kh,4.水力半径 R=w/x,5.流速 V=CRi,6。最正确水力断面,水力性能最好尺寸断面称为水力最正确断面。在设计沟渠断面时，能够选择一个削能最好尺寸断面。,符合水力最正确断面条件时宽深比，能够查表。,34/97,三、沟渠加固,为了预防水流对排水沟渠冲刷与渗漏，要对沟底和沟壁加固。办法应结合当地地形、地质、纵坡和流速条件，因地制宜，就地取材，简易便行，经济实用。,计算示例：（略）,35/97,第三节 地下排水设计,地下排水结构物是含有拦截、聚集和排除或降低地下水位功效结构物。与地面排水设施不一样，是使路基免受地下水作用，确保路基强度和稳定性。,地下排水设计考虑要在地下水位较高，而且路基标高受限制时；或路基水温条件较差、路面等级较高路段。地下排水设备，按使用条件和作用不一样，主要可分为三种：,一、,暗沟,暗沟是指地面以下引导水流沟渠，本身不起渗水和汇水作用。当路线经过地域路基范围内出现了个别泉眼，泉水上冒，路线不能绕避时，在其与边沟之间开挖沟槽，修建暗沟，把泉水排除。,暗沟断面尺寸无须经过水力计算来确定。沟宽普通是2030cm，沟底纵坡大于1%，出口处沟底应高出边沟最高水位20cm以上，不允许出现倒灌现象。,36/97,二、,渗沟,（一）渗沟使用几个情况,当路线经过山坡上有流向路基含水层时，应修筑渗沟拦截水流；以免造成边坡或路堤滑塌。,当路基从路堑过渡到路堤，路堑下含水层有向外渗透水流时，应修筑渗沟拦截，把水引出路基范围以外。,（二）渗沟分类与结构,渗沟结构普通分为三形式，即盲沟、管式渗沟和洞式渗沟，它们结构基本相同，断面通常为矩形，顶部为覆盖层或叫做封闭层，侧面为反滤层，底部为排水通道。,渗沟布置尽可能与地下水流相互垂直，使之能拦截更多地下水。,利用片石空隙作为排水通道称为盲沟；底部设渗水管作为排水通道，称为有管渗沟；底部用渗水石板涵作排水通道称为洞市式渗沟。,37/97,三、,渗水井,它作用是将地面水经过渗井深入地下，将其排除。,它修建条件是：路线经过地域，地形平坦，地面水无法排除，而离地面不深地方有渗透性土层，而且地下水背离路基，能够建竖井或吸水井一样竖井。用这个设施把边沟中水引导到原离路基以外，并聚集于路基范围以外离地面1。5米以下土层中去，以确保路基稳定。,38/97,第六章 路基防护与加固,第一节 防护与加固工程要求与分类,一、防护与加固目标,路基在水、风、冰冻等自然原因长久作用下，经常发生变形和改变。如边坡表面土层剥落，形成冲沟及滑坍等。这些不及时防治，就旧会引发严重病害。要想使路基稳定性得到确保，除了要作好路基排水，还必须采取有效防护加固办法。进行这项工程重点，是路基边坡，尤其是特殊地段路基。,防护与加固施工，应分别情况，按需进行。要求路基边坡本身要稳定，不然无法进行，因除了专门用来支挡路基结构物，普通防护工程承受外力能力都很小，有则完全不能承受外力。,39/97,二、防护加固工程分类,路基防护与加固工程，按其作用不一样，能够分成冲刷防护、坡面防护和支档建筑物三大类。,1、冲刷防护,它作用是防护水流对路基冲刷和淘刷。按方法不一样，又能够分为直接防护和间接防护。,2、坡面防护,用来防护轻易受到自然原因影响而破坏土质与岩质边坡。,3、支档建筑物,是预防路基变形或支档路基本身以确保其稳定性。,为了使概念明确，普通把预防冲刷和风化，主要起隔离作用办法称为防护工程，而把预防路基或山体因重力作用而滑塌，主要起支撑作用支档结构物称加固工程。,40/97,第二节 坡面防护,一、植物防护,主要是利用植物覆盖层对土质坡面进行防护，工序简单，它能够减缓地面水流速度，调整水、土情况，增加路基稳定性。办法：,1、种草 适合用于边坡稳定、坡面冲刷轻微，宜于草类生长土质路堤与路堑边坡。用于预防表面水土流失，固结表土，增加路基稳定性。,2、铺草皮 路基破面上铺草皮，作用与种草防护相同，它更适合用于当地有足够挖取使用草皮地段路基防护。,3、植树 在路基边坡上和在浸水河滩上合理植树，对于加固路基与防护河岸都能够收到良好效果。它能够增加路基稳定性，降低流速，减弱波浪冲击，预防和降低水流对路基或河岸冲刷，还能够防风、防沙、防雪、美化路容，调整气候。,41/97,二、坡面处治,对岩石边坡无法用植物防护时，可选取坡面处治，如抹面、喷浆、勾缝、灌浆、锚固等方法防护。,抹面使用于易风化而表面较完整，还未剥落岩石边坡；,喷浆用于易风化和坡面不平岩石边坡，厚度普通为2cm；,勾缝用于较坚硬且裂缝多而细岩石边坡以防水侵人岩层内造成破坏；,灌浆用于较坚硬但裂缝深和宽岩石边坡师坡面表层成为防水整体。,42/97,三、护面墙,为了覆盖各种软质岩层和较破碎岩石挖方边坡，免受大气原因影响而修建 墙，称为护面墙。,第三节 冲刷防护,沿河路基预防水流冲刷办法，一个是加固岸坡直接防护，另一个是改变水流性质间接防护。,直接防护，除坡面防护和石砌护坡外，还有抛石、石茏、柔性混凝土块及浸水挡土墙等防护方法。间接防护，包含各种导流与调治构筑物，如丁坝、顺水坝及拦河坝等。,冲刷防护与水流性质有亲密关系，其中包含水流大小、水位高低及作用强弱等。必须采取设备简单、操作轻易防护结构，如石笼、抛石等。,丁坝和顺水坝作用相同，都是把水挑离河岸，通常设在被冲刷凹岸一面，使泥沙在坝后沉积，形成新水流边线，改变水流方向，对临河 路基进行防护。,43/97,第三节 挡土墙,一、挡土墙用途和分类,它是用来支撑路基边坡或山坡土体，以防填土或土体变形失稳构筑物。,按其所在位置可分为路肩墙、路堤路堑、山坡墙等。,二、挡土墙结构,普通由墙身、基础、排水设施和伸缩缝几部分组成。,1.墙身结构,可作成仰斜、附斜、直立、衡重式。仰斜挡墙墙背所受土压力小，墙背比较经济。但基础外移，地面横坡比较陡时，增加墙高，断面增大；俯斜式所受土压力较大，通常在地面坡度较陡时采取，借助于陡直墙面，减小高度；衡重式在上下墙之间设一衡重台，采取陡直墙面，适宜于陡峻地形。墙背坡度普通在1：.0251：0.4，仰斜式坡度在1：0.25左右。,2.基础,基础埋深应按地基性质、承载力要求、冻胀影响、水文地质条件来定。普通情况下，地表下大于1米。,44/97,3.排水设施,在墙身适当高度处设一排泄水孔，间距2-3米，出水口高出地面0.3米。,4.沉降缝,为防止地基不均匀沉陷引发墙身开裂，按高度和地基性质，设置沉降缝。普通每隔1015米设一道。宽2-3厘米。,45/97,四、挡土墙土压力计算,一）土压力分类,土压力是指挡土墙背后土体或土体表面上荷载对墙背产生侧压力。主要有三种：,1.主动土压力,挡墙外移时，土体给背土压力，此值最小；,2.被动土压力,墙挤压土体，土压力增大，到达极限平衡状态时，土体对墙抗力，称为被动土压力。,3.静止土压力,处于原来位置不动，土压力介于上二者之间，为静止土压力。,二）土压力计算,土压力计算要按库仑理论计算。公式见P81。,三）车辆荷载换算,作用在填料上荷载，可近似按均布荷载考虑。计算时，把荷载换算成容重与填料相同均布土层。然后按规范要求计算。公式见 P85.,四,46/97,五、档土墙稳定性验算,档墙本身必须有足够整体稳定性和强度，以抵抗墙后土体。所以，设计时必须满足以下几个要求：,1.不产生沿基底滑动,2.不产生墙身绕墙趾转动,3.地基不出现过大下沉,4.不出现因基底过分不均匀沉陷而引发墙身倾斜。,验算内容包含：,抗滑稳定性、抗倾覆稳定性、基底应力及偏心距验算等。,47/97,一、滑动稳定性验算,在主动土压力水平分力作用下，挡墙会向下移动，而阻止其下滑是基础底面与地基之间摩擦力，挡墙抗滑力与滑动力比值，称为滑动稳定性系数。计算以下：,Kc=(w+Ey)f/Ex1.3,二、倾覆稳定性验算,当挡墙产生绕墙趾转动力矩超出阻止其转动抗倾覆力矩时，它就会倾覆。挡墙绕墙趾倾覆稳定系数：,Ko=W*Zw+Ey*Zy/ExZx1.5,48/97,三、基底应力几偏心距验算,作用在基底垂直力总重为W+Ey，这个基底协力偏心距为e，按力矩平衡原理计算协力力臂。作用在基底协力偏心距为：,e=B/2-(WZw+EyZy-ExZx)/W+Ey,当 eB/6时，墙趾处最大应力:为,=W+Ey/B(1+6e/B),例题：（略）,49/97,第二篇 路面工程,第一章 总论,第一节 我国公路路面发展概况及对路面要求,一、对路面要求,路面是直接为汽车行驶服务，路面情况对公路运输关系极大，所以路面工程是公路工程主要内容。从经济上说，路面造价在整个高造价中占很大比重，在有些高等级公路预算中，路面造价可占整个公路造价80%以上。,路面是一个层状结构物，依据不一样路基情况和交通量，经常将路面分成棉层、基层或更多层次。,路面必须满足以下基本要求：,1.含有足够强度,2.含有足够稳定性,3.含有足够平整度,4.含有足够抗滑性,5.含有足够耐久性,50/97,第二节 路面结构及层次划分,一、断面形式,路面形式有下述两种：,1.槽式,普通公路都采取这种形式，所谓槽式，是在整个行车道宽度内叫路基挖成同深槽型，然后铺筑路面结构层。,2.全铺式,在整个路基宽度内都铺路面，中部厚度最大，逐步向两侧减薄。在石料丰富地域或等级低公路上采取这种路面。,51/97,二、路拱形式,普通路面为了排水，都作成拱式。即中间高，两边低拱型，称为路拱。惯用形式有：,1.二次抛物线形,这种路拱横坡在中部平缓，边缘较陡，对中、低级路面，路面不宽，车辆大多居中行驶，所以普通采取这种形式。,2.直线形,这种形式在两根倾斜直线连成，行车平稳。但不利于排水。为改进路面中央部分行车情况，可在中间插入一段圆曲线，长度小于3米。这种形式路拱，在横坡度较小和等级较高路面上采取较多。,路拱横坡度可按规范要求进行选择。,52/97,三、路面结构层划分,因为行荷载和自然原因对路面作用伴随深度而逐步减弱，路基水文地质情况直接影响到路面工作状态，所以从技术、经济角度考虑，普通将路面分成若干层次来铺筑，形成了所谓层状结构物。,53/97,1.,面层,路面结构最上面一层，直接承受行车荷载与自然原因作用。所以面层应具备较高力学强度和稳定性，同时还应具备耐磨性和不透水性、抗滑性和平整度。,2.,基层,位于面层下面，它主要承受由面层传来车轮垂直压力，并扩散到下面层次中去。对基层材料要求是，含有足够抗压强度和扩散能力、足够水稳定性。,3.,垫层,在排水不良路段或可能发生冻胀土基，基层之下有时加设垫层，作用是调整和改进水温情况，确保路面强度和稳定和抗冻胀能力。,在实际工程中，路面结构层次并不完全是这么完备，有时会比这些层次要多。,54/97,第三节 路面等级与路面类型,一、路面等级,分为四个等级：,1.高级路面,包含沥青混凝土、水泥混凝土、厂拌沥青碎石所组成路面。特点是强度和刚度高。稳定性好，使用寿命长，能适应重型交通量，养护费用少、运输成本低。,2.次高级路面 沥青贯入式、路拌沥青碎石、沥青表面处治等。普通适宜于交通量较大、行车速度较快道路，比高级路面性能差。,3.中级路面 各种碎石路面。适宜于中等交通量道路，他强度低、平整度差、行车速度慢，需要经常养护，运输成本高。,4.低级路面 适宜于交通量很小道路。,55/97,二、路面分类,1.柔性路面 刚度较小，抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度支撑荷载，产生弯沉变形较大。,2.刚性路面 主要指水泥混凝土路面结构，板体刚度较大、弯拉强度高，在荷载作用下变形很小。,第四节 我国路面发展概况 （略）,56/97,第四章 柔性路面设计,第一节 概述,路面设计是公路路线设计中一个非常主要组成部分。路面设计任务是：确定路面等级；选择路面类型；进行路面结构组合设计；计算路面各结构层厚度及结构层材料组成设计。,首先依据道路性质、等级及交通量确定路面等级，然后依据近期及远景交通量及车型组成和材料供给、施工条件选定面和基层类型。外业调查资料：,1、工程地质和水文地质条件；,2、天然土湿度和水位；,3、气象资料调查；,4、路面材料生产和供给情况；,5、交通量和车型组成。,路面设计要遵照标准：,路基路线路面作总体设计；就地取材、因地制宜；考虑分期修建。,57/97,第二节 行车荷载与交通分析,汽车在路面上状态有停驻、行驶、加速、制动、转向、颠簸等，行荷载对路面施加作用力大小和性质，也随汽车运动状态而改变。主要有：,车轮对路面垂直作用力、车轮转动对路面产生纵向水平切向力，转向时又增加了横向水平力；路面不平，汽车颠簸，产生了冲击力和振动力。从这些能够知道，汽车在任何一个状态下垂直力都是最基本作用力。,58/97,1、车辆荷载作用于路面垂直力,车辆对路面垂直压力经过车轮传给路面，车轮与路面接触面积称为轮印面积，形状近似椭圆，在路面设计中，用等面积圆形代替，称为轮印当量圆。车轮传递给路面垂直压强在接触面上分布并不均匀，其平均值与轮胎气压也不完全相等。车轮传到路面垂直力是依据车辆总重和车辆轮轴所分担重量来确定。普通来说，重量大多在后轴,已知一侧车轮荷载P，车轮对路面垂直压强p，则车轮与路面接触面积为 A=P/p,单位压强p大致与轮胎内压相等，普通为0.40.7MPa。,以上所讲为汽车静荷载，但汽车在行驶时因为路面不平整产生颠簸引发震动力和冲击力与因为汽车荷载作用瞬时性，在实际中认为这两种影响相互抵消，所以在柔性路面设计中只考虑垂直静压力，而把冲击力和瞬时性影响忽略不计。,59/97,汽车轮印当量圆直径计算公式见教材188-189页,2.车轮作用于路面水平力,依据汽车行使条件可知，水平力最大值不能超出垂直力与路面车轮间摩擦系数乘积。该值在汽车紧急制动和开启时为最大，可到达竖直力7580%。水平力作用沿深度消失很快，普通破坏现象都发生在路面表层，所以提升路面材料抗剪强度才能消除它对路面表层破坏作用。,60/97,标准轴载与轴次换算,我国当前道路上行驶车型多，不能固定标准车型，考虑与国际一致，将过去标准车型改为标准轴载。规范要求，路面设计以100KN 双轮组单轴为标准轴载，以BZZ100表示。相关计算参数见表2-4-1。,轴次换算，不一样轴载汽车对路面影响也不一样，为了方便计算轴载对路面作用，将道路上行驶混合交通换算为标准轴载当量轴次数。,61/97,轴次换算是以等效标准为基础进行。含义是，不一样车型之间交通量相交换算时对路面作用必须是等效。即A车作用次数与B车作用次数不相同，但对路面破坏效果是一样，则A车N1次作用和B车N2次作用是等效。,设计路面时，把各种车辆轴载作用次数换算成标准轴载当量作用次数。换算公式见书。,62/97,4.累计当量轴次,在进行路面设计中，轴次换算之后，还要进行远景交通量推算，以确切知道公路路面在设计使用年限内，共累计负担多少次标准轴载重复作用。设计年限内一个车道上累计当量轴次计算公式见P192公式2-4-9或2-4-10。,63/97,第三节 柔性路面应力和弯沉,路面设计与其它结构物设计一样，是需要有设计指标来控制，只有满足这些指标设计才是合理适用。,一、静荷载作用下路面变形,在路面设计中，通常把土基看成是弹性半空间体，当土基表面有单个圆形均布荷载时，土基表面产生竖直位移，通常称为弯沉。计算公式见2-4-11和2-4-12。,路面承受了一定荷载后，会发生变形，当卸掉荷载，变形中一部分回恢复，另一部分则不可恢复。前者为弹性变形，后者为残余变形。,64/97,路面弹性模量是表征路面弹性性质力学指标，有叫回弹模量。用E表示。路基E是土基抵抗竖直变形能力，用下面公式表示：,E=(1-Uo)PD/L,路面荷载-变形并不完全是直线关系，对应于不一样变形数值E在数值上是完全不一样。变形大，模量值小。在设计中，要依据实际工作情况要求变形确定土基和路面材料E。,规范推荐采取静载加荷变形试验测出每级荷载下对应变形，用这种方法能够得到荷载变形曲线。规范要求用曲线上l1mm时荷载强度p和L实测值用数学伎俩计算回弹模量。,65/97,二、路面允许弯沉值,行车荷载作用在路面上时，各路面结构层内产生荷载应力，并引发一定变形，当荷载应力超出材料抵抗力时，路面就会产生某种破坏在车辆荷载垂直压力作用下，路表面会出现一定竖向位移，与此同时，在车轮下面结构层底部产生拉力，顶部产生压力，而离开车轮一定距离地方就与之相反。假如路面整体强度不足，变形过大，就会产生沉陷、车辙和拥包等破坏；路面拉力不足，就会拉裂，产生裂缝。,反应路面整体强度高低和使用情况好坏最简捷、最直观指标是在一定荷载下，路表面产生垂直变形。这个变形我们称之为弯沉。,路面整体结构产生总变形为总弯沉，荷载离开后能逐步恢复变形部分为回弹弯沉值。上面两个数值之差，即不能恢复变形部分，为残余弯沉。,66/97,在同一车轮作用下，不一样路面弯沉值表明不一样路面抵抗变形能力。普通来说，路面弯沉值小，路面强度较高，弯沉值是路面整体结构垂直变形，所以它也反应路面各结构层及土基力学性质及路面整体强度。,路面设计中，以标准轴载下后轮轮隙回弹弯沉作为路面整体强度标准，要求设计时，计算最大值，要小于或等于允许回弹弯沉值。,路面允许弯沉值是指路面在要求设计年限末期，在标准轴载累计轴次重复作用，,路面允许出现最大回弹弯沉。,计算公式：LR=1.1A1*A/Nt,67/97,三、允许拉应力,沥青混凝土、热拌沥青碎石路面及其它整体性基层主要破坏是疲劳开裂，所以在路面厚度设计时，只用一个路面垂直变形作为控