路基路面工程讲义.ppt

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1、第一章 总论,第一节 道路工程发展概况我国4000多年前，就有了车和路；商代开始有驿道；西周开创了以都市为中心的道路体系和建立比较完善的道路管理制度；秦代建立规模宏大的道路交通网，总里程约1.2万多公里；西汉时期开通了丝绸之路；唐代建立了2.2万多公里的驿道网；宋、元、明、清各代，道路交通有所发展；,第一章 总论,19121949年建国前，全国先后共修建了13万公里公路；到1949年能维持通车的公路仅有8万公里；到2007年底，全国公路通车里程达到358.37万公里；20世纪80年代中期开始，兴建高速公路；到2007年底，高速公路总里程达到5.39万公里。,第一章 总论,公路自然区划将自然条件

2、大致相近者划分为区，同一区划内，公路规划、设计、施工、管理有共性可参照。我国现行公路自然区划标准分三级区划，一级区划根据地理、地貌、气候、土质等因素划分为7大区，二级区划以气候和地形为主导因素，三级区划以行政区域为界限。土的工程分类我国依据土颗粒组成特性、塑性指标等划分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土共四大类，并细分为11种土。路基强度与稳定性我国较早就确定以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标，并形成了室内外试验方法和仪器，并研究了各种加固路基的措施。,第一章 总论,高路堤修筑技术与支挡结构采用轻质材料修筑路基（如采用粉煤灰），修筑轻型路基支挡结构（如加筋土挡土墙）。软土地基稳定技术改

3、变软土性质（如排水固结）；建立预测分析模型，预估与控制软土地基加固后的工后沉降。岩石路基爆破技术创造了系统的大爆破技术。沥青路面结构形成了一整套适合我国实际的沥青路面技术。水泥混凝土路面结构形成了一整套的设计与施工技术。,第一章 总论,柔性路面设计理论与方法在路面功能设计、可靠度设计等方面取得了明显的进展。刚性路面设计理论与方法研究并建立了一整套设计参数的取值与测试方法，并对新型路面结构展开研究。半刚性路面结构对它的长期使用性能和变形规律等正在作深入研究和观察。路面使用性能与表面特性对行车的影响、量测手段与量测方法、评价指标等都在作广泛研究。路面养护管理路面性能的非破损快速跟踪检测、预估模型建

4、立、路面管理网络系统的建立等方面取得了系列研究成果。,第一章 总论,与路基路面工程相关的其它学科材料科学、岩土工程学、结构分析理论、机电工程、自动控制与量测技术、现代管理科学,第一章 总论,第二节 路基路面工程的特点路基和路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表面按照道路的设计线形和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。对路基路面的基本性能要求：1、承载能力结构承载能力包括强度与刚度两方面；2、稳定性路基路面结构能否经受不稳定状态，而保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质，称为路基路面结构的稳定性。防水排水是确保稳定的重

5、要方面。,第一章 总论,3、耐久性一般的道路工程使用年限至少数十年，路面部分要求使用年限20年以上。4、表面平整度是影响行车安全、行车舒适以及运输效益的重要使用性能。5、表面抗滑性能可以通过采用坚硬、耐磨、表面粗糙的粒料修筑路面表层来实现，或采用施工措施来实现。,第一章 总论,第三节 影响路基路面稳定的因素1、地理条件；2、地质条件；3、气候条件；4、水文和水文地质条件；5、土的类别；,第一章 总论,第四节 路基土的分类1、路基土的分类我国公路用土分为四类11种：巨粒土含漂石土、卵石土；粗粒土含砾类土、砂类土；细粒土含粉质土、粘质土、有机质土；特殊土含黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土；2、路基土的

6、工程性质砂土没有塑性，具有良好的透水性，毛细水上升高度小。采用砂土修筑路基，强度高，水稳定性好，但粘结性小，易松散，压实困难，车辆通过时易产生较深车辙；,第一章 总论,砂性土修筑路基的良好材料，具有足够的强度和水稳定性，具有一定的粘结性，不致过分松散，遇水干得快，不膨胀，易被压实；粉性土是最差的筑路材料。毛细水上升高度大，一般称翻浆土；粘性土透水性差，粘结力大，干时坚硬，不易挖掘具有较大的可塑性、粘结性和膨胀性，毛细现象显著，用来筑路比粉性土好比砂性土差；重粘土一般情况下工程性质与粘性土相似，重粘土不透水，粘结力特强，干时很坚硬，很难挖掘，膨胀性和塑性都很大。,第一章 总论,第五节 公路自然区

7、划1、公路自然区划根据影响公路工程的地理、地貌及气候的差异特点，公路自然区划按以下三项原则划分：1、道路工程特征相似性原则；2、地表气侯区域差异性原则；3、自然气候因素既综合又有主导作用的原则；我国公路自然区划分为三个等级。首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带，然后根据水热平衡和地理位置，划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒7大区；二级区划是在每个一级区内，再,第一章 总论,以潮湿系数为依据，分为6个等级；三级区划是二级区划的具体化，划分的方法有两种：一种以水热、地理和地貌为依据，另一种以地表的地貌、水文和土质为依据，由各省、自治区自行划定。,第一章 总论,第六节 路

8、基水温状况及干湿类型一、路基湿度的来源a、大气降水；b、地面水；c、地下水；d、水蒸汽凝结水；e、毛细水；f、薄膜移动水；二、大气温度及其对路基水温状况的影响由于湿度与大气温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。,第一章 总论,三、路基干湿类型用土的稠度来作为划分土基干湿类型的指标，分为四类：干燥、中湿、潮湿、过湿。稠度定义为土的含水率与土的液限之差与土的塑限和液限之差的比值。,第一章 总论,第七节 路面结构及层位功能一、路面横断面由行车道、硬路肩或土路肩组成。通常将路面横断面分为槽式和全铺式两种。槽式横断面按路面行车道及硬路肩设计宽度范围，开挖与路面同厚度的浅槽；全铺式横断面在路基全

9、部宽度内都铺筑路面。二、路拱横坡度两边低中间高的路拱，保证路表水及时排出。高等级路面采用直线形路拱和较小的路拱横坡，低等级路面采用抛物线形路拱和较大的路拱横坡路肩横坡度一般较路面横坡度大1%。,第一章 总论,三、路面结构分层及层位功能通常将路面结构划分为面层、基层和垫层三个层次。（1）面层铺筑面层的材料主要有：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎（砾）石混合料、碎（砾）石掺土或不掺土混合料及块石等。面层有时分两层或三层铺筑。（2）基层基层是路面结构中的主要承重层。修筑基层的材料有各种结合料稳定土或碎（砾）石或各种工业废渣组成的混合料，素水泥混凝土，各种碎（砾）石混合料，天然砂砾及片石、块石或圆石等。

10、基层一般可分为两层或三层铺筑，位于下层的称为底基层。,第一章 总论,（3）垫层位于土基和基层之间。材料强度不一定要求高，但水稳定性和隔温性要好。常用的垫层材料有两类：松散粒料组成的透水性垫层；石灰、水泥和炉渣稳定土组成的稳定性垫层。公路的基层宽度比面层宽度每边至少宽出25厘米，垫层宽度应比基层每边至少宽出25厘米，或与路基同宽以利于排水。,第一章 总论,第八节 路面的等级与分类一、路面等级划分按面层的使用品质、材料组成类型及结构强度和稳定性，将路面分为四个等级。（1）高级路面适用于交通量大、行车速度高的道路，强度和刚度高，使用寿命长。（2）次高级路面适用于交通量大，行车速度较高的道路。（3）中

11、级路面仅能适用较小的交通量，行车速度低。强度刚度低，稳定性差。（4）低级路面交通量小，强度刚度低，水稳定性差,第一章 总论,二、路面分类按力学特性分三类：柔性路面、刚性路面、半刚性路面（1）柔性路面结构整体刚度较小。柔性路面主要为各种未经处治的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组成的路面结构。（2）刚性路面指水泥混凝土做成面层或基层的路面结构。具有抗压、抗弯拉强度高、弹性模量高的特点。（3）半刚性路面用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或碎（砾）,第一章 总论,石而修筑的基层，称为半刚性基层。由半刚性基层和铺筑在它上面的沥青面层所组成的路面结构称为半刚性路面。初期具有柔性路面的

12、特点，后期具有刚性路面的特点。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第一节 行车荷载一、车辆的种类1、道路上行驶的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。客车分为小、中、大三类；货车分为整车、牵引式挂车、牵引式半挂车。2、汽车的总荷载通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构设计主要以轴载作为荷载标准。3、在道路行驶的多种车辆的组合中，重型货车与大客车起决定作用，轻型货车与中、小客车影响可忽略，但考虑路面表面特性要求时，以小汽车为主要对象。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,二、汽车的轴型1、轴载的大小直接关系到路面结构设计；2、为统一设计标准和便于交通管理，我国公路与城市道路路面设计

13、规范中均以100KN作为设计标准轴重，即通常认为我国的道路车辆轴限为100KN；3、目前，在我国公路上行驶的货车的后轴轴载，一般在60130KN范围内，大部分在100KN以下；4、由于汽车向大型重型发展，出现了多轴货车，以减轻对道路压力，我国常见汽车路面设计参数见表2-1。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,三、汽车对道路的静态压力1、汽车对路面的静态压力主要由轮胎传给路面的垂直压力，大小受下列因素影响：A、汽车轮胎的内压力；B、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形态；C、轮载的大小。2、轮胎与地面的接触形状近似于椭圆形，工程设计中以圆形接触面积来表示。将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，

14、并采用轮胎内压力作为轮胎接触压力。3、当量圆的半径计算公式见（2-1）（2-3）。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,四、运动车辆对道路的动态影响（1）水平力车辆在行驶过程中产生的水平力（尤其是制动时较大），水平应力的作用范围同垂直应力一样，也认为是均匀分布在当量圆内。（2）动载特性主要随三个因素变化：行车速度、路面的平整度、车辆振动特性。设计时，以静轮载乘以冲击系数作为设计荷载。（3）瞬时性动荷载下路面变形量的减少意味着路面结构强度的提高，或者说路面体系的强度相对增大了。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,五、交通分析1、交通量交通量是指一定时间间隔内通过道路某一断面的车

15、辆总数，设计路面时，通常以平均日交通量来表征道路的交通状况，即每昼夜通过道路某一断面的车辆总数。交通量的观测方法有两种：直接记录不同类型车辆的通行次数；用自动记录仪器记录通行车辆的轴数与轴载大小，然后按轴载大小进行分类统计。2、轴载组成与等效换算汽车的轴载与通行次数可以按照等效原则换算成标准轴载的作用次数。标准轴载的规定：我国沥青路面和水泥混凝土路面规范均以双轮组单轴100KN作为标准轴载，以BZZ-100表示。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,各级轴载等效换算为标准轴载的原则：同一种路面结构在不同轴载作用下，要达到相同的疲劳损坏程度。将交通量中各级轴载换算为BZZ-100后得到的

16、轴载作用次数称为当量轴次（次/日），由此可得到设计年限内一个车道上的累计当量轴次。3、轮迹横向分布距路面外侧缘0.9米和3米附近的轮迹分布达到峰值，车道边缘路面受到的轴载作用次数少。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第二节 环境因素影响温度和湿度对路基路面结构有重要影响。其变化会使路基路面产生温度应力和湿度应力。1、路基温度对路面的影响影响因素主要有：大气降水和蒸发；地面水的渗透；地下水的影响；温差引起的湿度变化沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动并积聚在该处。2、水泥混凝土面层湿度状况及其影响面层湿度状况的变化也会引起混凝土出现体积变化。

17、（1）塑性收缩；（2）干燥收缩；,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,3、冰冻与融冻对路面的影响（1）冰冻水结冰体积增大，使路基隆起而造成路面开裂；（2）融冻冰冻路基融化后使路基失去承载力，导致路面损坏。4、温度变化预测影响路面结构温度状况的因素分为内部和外部两大类。外部因素中气温和太阳辐射是决定路面温度状况的两项最重要因素；内部因素为路面结构层的热特性。路面结构内的温度状况，可通过同当地的气象资料及路面结构的热特性参数之间建立联系的方法来预估，预估方法分统计法和理论法。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,5、温度对路面的影响温度沿深度呈曲线分布，经历由负到正再到负的循环；水

18、泥混凝土路面要锯缝；沥青路面可能会高温低温裂缝,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第三节 土基的力学强度特性一、路基受力状况1、路基的受力受自重（随深度增加应力增加）与车辆荷载作用（随深度增加应力减小）；2、车轮荷载作用下的应力计算公式（2-10），自重应力计算公式（2-11）。二、路基工作区1、路基工作区在路基某一深度处，车辆荷载在土基中引起的应力可以忽略不计（约为土基自重应力的1/101/5），这一深度范围以内称为路基工作区（深度用Za表示）；2、工作区内路基土的强度和稳定性极为重要。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,三、路基土的应力应变特性1、应力与应变关系与理想线

19、弹性材料有很大区别，分三个阶段：阶段1弹性变形阶段，应力应变关系曲线呈近似直线；阶段2塑性变形阶段，部分变形能恢复，部分变形不能恢复，应力应变关系曲线呈曲线；阶段3破坏阶段，应力继续增大，变形急剧增大，土体破坏。2、按照应力应变曲线上应力取值方法的不同，模量有以下几种：A、初始切线模量：应力值为零时的应力应变曲线的斜率；,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,B、切线模量：某一应力级位的应力应变曲线的斜率，反映该级应力处应力应变变化的精确关系；C、割线模量：以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，反映土基在工作应力范围内的应力应变的平均状态；D、回弹模量：应力卸除阶段，应力

20、应变曲线的割线模量。前三种模量中的应变值包含残余应变和回弹应变，而回弹模量则仅包含回弹应变，它部分地反映了土的弹性性质。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,四、重复荷载对路基土的影响1、重复荷载作用对土基的影响：A、土体逐渐压密，土体颗粒之间进一步靠拢，每一次加载产生的塑性变形量越来越小，直至稳定，这种情况不致形成土基的整体性剪切破坏；B、每一次加载在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成引起整体破坏的剪裂面，最后达到破坏阶段。2、最终产生何种影响，主要取决于：A、土的性质（类型）和状态（含水率、密实度）；B、相对荷载（重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示）；C

21、、荷载作用的性质（即施加的速度、每次持续时间等）,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第四节 土基的承载能力用于表征土基承载力的参数指标有：回弹模量、地基反应模量、加州承载比等一、土基回弹模量弹性模量E0把土基简化为一弹性半空间体，以圆形承载板压入土基的方法测定；二、地基反应模量地基反应模量KR力学模型假设地基上任一点的反力与该点挠度成正比，与其它点无关，土基相当于由互不联系的弹簧组成；三、加州承载比（CBR）加州承载比（CBR值）承载能力以材料抵抗局,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，它们的相对比值即为CBR值；,第二章

22、 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第五节 路基的变形、破坏及防治一、路基的主要病害1、路基沉陷；2、边坡滑塌；3、碎落和崩塌；4、路基沿山坡滑动；5、不良地质和水文条件造成的路基破坏；二、路基病害防治防治措施主要有：1、正确设计路基横断面；2、选择良好的路基土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理；,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,3、采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度；4、适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围；5、正确进行排水设计；6、必要时设置隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，设置砂垫层以疏干土基

23、；7、采取边坡加固、修筑挡土墙、土体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第六节 路面材料的力学强度特性路面所用材料，按形态及成型性质大致可分为三类：1、松散颗粒型材料及块料；2、沥青结合料类；3、无机结合料类。一、抗剪强度按摩尔强度理论，材料的抗剪强度包括摩阻力和粘结力两部分，即公式（2-28）；粘结力和内摩擦角可以通过直接剪切试验，按上式计算；对松散粒料无法进行直剪试验时，可以由三轴压缩试验，绘制摩尔圆和相应的包络线，按上式近似求出；沥青混合料的抗剪强度与沥青的粘度、用量、试验温度,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,、加荷速率等因素

24、有关。二、抗拉强度路面材料的抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力所提供，可以采用直接拉伸或间接拉伸试验，测绘应力应变曲线，取曲线的最大应力值为抗拉强度。三、抗弯拉强度路面在车辆荷载作用下处于受弯拉状态，路面材料的抗弯拉强度，大多通过简支小梁试验进行评定。计算公式见（2-31）四、应力应变特性1、无机结合料可用三轴压缩试验所得到的应力应变关系曲线求得回弹模量值，具有明显的非线性特征，计算,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,公式见（2-32）；2、水泥混凝土的弹性模量可由规则试件进行测定，常用的试验方法有单轴试验、三轴试验、小梁试验；3、沥青混合料在荷载作用下的应力应变具有随温度和荷载作

25、用时间而变化的特性，因此不能用一个常量弹性模量来表征沥青混合料的应力应变关系，采用劲度模量来表示（就是在给定温度和加荷时间条件下的应力应变参数）；,第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质,第七节 路面材料的累积变形与疲劳特性路面结构在荷载的重复作用下，可能出现的破坏极限状态有两种：1、塑性变形累积达到一定程度，超出允许范围而破坏；2、在弹性工作状态下，结构内部出现微量损伤，当累积达到一定限度时，路面结构发生疲劳断裂。一、累积变形1、碎、砾石混合料级配不良、颗粒尺寸单一的混合料，在应力重复作用很多次以后，塑性变形仍增大；2、沥青混合料温度越高，塑性应变累积量越大；,第二章 行车荷载、环境因素

26、、材料的力学性质,二、疲劳特性1、对于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下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳，在应力重复作用下微量损伤逐步累积扩大，终于导致结构破坏，称为疲劳破坏。2、疲劳破坏是路面结构损伤的主要现象。提高路面的抗疲劳性能应注意从两方面加强配合：一是合理的材料设计，使混合料达到最佳配合比和最大密度，使混合料具有较高的强度；二是合理的结构设计，使得各结构层的层位与厚度达到理想的程度，在车辆荷载作用下，确保结构层的最大应力和应力比在控制范围内。,第三章 一般路基设计,第一节 路基设计的一般要求1、路基承受行车荷载作用，主要是在应力作用区

27、，其深度一般在路基顶面以下0.8米范围以内，此部分路基可视为路面结构的路床；2、为确保路基的强度和稳定性，必须做好路基排水、防护与加固、以及护坡道、碎落台等的设计；3、一般路基通常是指在良好的地质与水文条件下，填方高度和挖方深度不大的路基。,第三章 一般路基设计,第二节 路基的类型与构造路基的典型横断面形式有三种：路堤、路堑、填挖结合。一、路堤a、定义：全部用岩土填筑而成的路基；b、分类：矮路堤（填土高度小于11.5米者）；高路堤（填土高度大于18米土质或20米石质者）；一般路堤（填土高度在1.518米之间）；c、施工注意事项：压实、排水、坡面防护、折线边坡二、路堑a、定义：全部在原地面开挖而

28、成的路基；,第三章 一般路基设计,b、分类：全挖式、台口式（多用于陡峻山坡上，避免路基外侧的少量填方）、半山洞路基（遇有整体性的坚硬岩层，节省石方工程）；c、施工注意事项：路堑开挖破坏了天然土层的平衡状态，需根据地质水文条件和边坡高度，设置成直线或折线形边坡，挖方边坡的坡脚外侧必须设置边沟，避免冲刷还必须设置截水沟。三、半填半挖路基兼有上述两者的特点，应满足上述两者的要求。,第三章 一般路基设计,第三节 路基设计一般路基设计的内容：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

29、属设施设计。一、路基宽度路面及两侧路肩宽度之和。一般一个车道宽度为3.503.75米，路肩宽度最小为0.5米。必要时还包括分隔带、路缘带、变速车道、爬坡车道、慢行车道、或路用设施（如护栏、照明、绿化）。,第三章 一般路基设计,二、路基高度路基高度是指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计高程和地面高程之差。路基高度指路基中心线处设计高程与原地面高程之差，而路基两侧边坡的高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差，所以路基高度有中心高度与边坡高度之分。路基高度由路线纵坡设计确定。三、路基边坡坡度用高度与宽度之比值来表示，并取高度为1，通常用1：m或1：n表示其比率。A、路堤边坡与路堤填料

30、和边坡高度有关。,第三章 一般路基设计,土质路堤边坡：根据填料物理性质、边坡高度和工程地质条件来确定；石质路堤边坡：由不易风化的较大石块砌筑，边坡坡度一般用1：1；B、路堑边坡与边坡高度、坡体土石性质、地质构造特征、岩石的风化和破碎程度、地面水和地下水等有关土质路堑边坡：一般情况下，具有一定粘性土质的挖方边坡坡度，取值为1：0.751：1.5；岩石路堑边坡：一般根据地质构造与岩石特性，对照相似工程的成功经验选定边坡坡率。土质边坡挖方边坡高度超过20米，岩质边坡高度超过30米时，应通过地质勘察和稳定性分析确定边坡形式和坡率,第三章 一般路基设计,四、路基压实1、路基的压实是提高路基强度与稳定性的

31、根本技术措施之一。2、压实路基就是利用机械的方法，来改变土的结构，以达到提高土的强度和稳定性的目的。3、影响压实的因素：包括内因含水量和土的性质；外因压实功能与压实工具和方法等。（1）含水量对压实的影响A、含水量是影响压实效果的决定性因素；B、在最佳含水量时，即土处于硬塑状态时，容易获得最佳压实效果；C、压实到最佳密实度的土体，水稳定性最好。,第三章 一般路基设计,（2）土质对压实的影响亚砂土和亚粘土的压实性能好，而粘性土的压实性能较差。（3）压实功能的影响压实功能是指压实工具的重力、碾压次数或锤落高度、作用时间等。在相同条件下，压实功能越大，则土的密实度越大。（4）压实机具和方法对压实的影响

32、A、压实机具不同，压力传布的有效深度也不同；B、压实机具质量较小时，荷载作用时间越长，土的密实度越高，压实机具较重时，土的密实度随施加荷载时间的增加而迅速增大，但超过某一时间限度后，土的变形,第三章 一般路基设计,急剧增加而产生破坏；机具过重超过土的极限时，立即引起土体破坏；C、碾压速度越高，压实效果越差。4、压实标准(1)压实度是指工地上压实达到的干重度与用室内标准击实试验所得的该路基土的最大干重度之比,用K表示。（2）压实度确定压实度的确定，要考虑土基的受力状态，路基路面设计要求，施工条件，公路所在地区的气候等因素。（3）压实度检测可采用灌砂法、环刀法、灌水法或核子密度湿度仪法。,第三章

33、一般路基设计,第四节 路基附属设施主要有：取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。一、取土坑与弃土堆选点时要兼顾土质、数量、用地及运输条件等因素，弃之无害；要结合地形，充分利用借弃方，注意外形规整，弃堆稳固；二、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，护坡道越宽，越有利于边坡稳定，最少为1米，宽度大工程量增加，一般规定边坡高度612米时，护坡道宽度为24米；,第三章 一般路基设计,碎落台设置于坡脚处，供零星土石碎块下落临时堆积，保护边沟不致阻塞，也有护坡道的作用，一般宽度为11.5米，应定期清理。三、堆料坪与错车道堆料坪一般每隔50100米设置一个堆料坪，长58米，宽2米

34、，高级公路或机械化养护可不设；单车道公路，每隔200500米设置一处，长度不短于30米。单车道路基宽4.5米，错车道地段路基宽6.5米。,第四章 路基稳定性分析计算,第一节 概述1、一般情况下，无需进行稳定性设计，特殊条件下（如高度超过8米的土质边坡和高度超过12米的石质边坡），需进行稳定性分析与验算。2、土坡稳定性的分析方法，按失稳土体的滑动面特征，可归纳为直线、曲线和折线；岩石边坡的稳定性分析，主要取决于岩石的产状与结构。3、路基边坡稳定性的计算方法有：工程地质法（比拟法）、力学分析法和图解法；路基边坡稳定力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力与抗滑力，取两者之比值为稳定系数K

35、，K1，稳定；工程上一般规定K取1.21.3.,第四章 路基稳定性分析计算,4、行车荷载是边坡稳定性分析的主要作用力之一，计算时将车载换算成相当于路基岩土层厚度，计算公式见（4-1）；行车荷载对较高路基边坡的稳定性影响较小，换算高度可近似分布于路基全宽上，采取近似方法时，也可以不计算行车荷载。,第四章 路基稳定性分析计算,第二节 直线滑动面的边坡稳定性分析砂类土路基边坡渗水性强，粘性差，边坡稳定性主要靠其内摩擦力支承，失稳土体的滑动面近似直线形态。一、试算法按静力平衡公式有：滑动面位置不同，K值亦随之改变，边坡稳定与否的判断依据，应是稳定系数的最小值，相应的最危险滑动面的倾角，上式表明，K值是

36、 的函数，可选择4到5个滑动面，计算并绘制两者的关系曲线，即可确定最小的K,第四章 路基稳定性分析计算,与 的关系曲线，当其符合规定，路基稳定，否则要另行计算。二、解析法对于上面的计算公式，求导数代替试算法，可以大大简化计算。计算公式（4-7）即可用来求路基边坡角的稳定系数最小值，亦可在其他条件固定时，反求稳定的坡角或计算路基的限制高度。见教材例4-1、4-2、4-3。,第四章 路基稳定性分析计算,第三节 曲线滑动面的边坡稳定性分析一般来说土均具有一定的粘结力，滑动面也多数是曲面，通常假定为圆弧滑动面。边坡稳定性的计算方法较多，比如有条分法（瑞典法）、条分法的图解和表解法、解析法（如应力圆法）

37、等。一、圆弧滑动面的条分法1、原理该方法的基本原理是静力平衡。假定土质均匀，不计滑动面以外的土体位移产生的作用力，计算时取单位长度，将滑动土体划分为若干土条，分别计算各土条对于滑动圆心的滑动力矩和抗滑力矩，取两者力矩之比值为稳定系数。,第四章 路基稳定性分析计算,2、图式首先要确定圆心和半径。一般情况下，圆心的位置是在圆心辅助线EF的延长线上移动，E、F的位置可用4.5H法确定：（1）由A点作垂直线，取深度为H确定G点，由G点作水平线，取距离为4.5H确定E点。（2）F点的位置由角度B1（以平均边坡线为准）和B2（以B的水平线为准），角度B1和B2取决于路基的边坡率，见表（4-1）。（3）取4

38、至5个点为圆心，分别求出K值，并绘制K值曲线，则可以解得K的最小值及相应的圆心点位置。3、计算式,第四章 路基稳定性分析计算,计算公式见（4-8）；二、条分法的表解和图解此方法不计行车荷载，圆心位置用36度法确定，稳定系数增大。1、表解法将土条的高度、宽度及弧长统一换算成边坡高度的函数，见公式（4-9），式中A和B的值可由表4-2查得。见例4-42、图解法取K1.0，式（4-9）改为（4-10），然后绘制图4-11，可以确定任意高度H时的边坡角，或指定边坡角确定H值，见例4-5。,第四章 路基稳定性分析计算,三、圆弧滑动面的解析法1、坡脚圆法高塑性土的内摩擦角很小，路基边坡稳定性验算时，取为0

39、，若坡顶为水平面，圆弧滑动面通过坡脚，称之为坡脚圆，边坡稳定系数计算公式见（4-13）（4-14），利用此两式，假定不同的坡脚参数，分别计算和绘制成关系曲线图，可简化计算。见例4-6例4-82、中点圆法软基上的高塑性土路堤，坡顶为水平，而原地面成水平或向下倾斜。此时，最危险滑动面将移至坡脚以外，连同部分地基软弱土形成整体滑动，此类圆弧称为中点圆。,第四章 路基稳定性分析计算,计算公式见（4-16）（4-17）。为了便于计算，工程上引入了两个因数，确定最然险滑动面的位置，计算公式见（4-19）（4-20）。经过试算，可绘制成图4-17，进行图解。见例4-19中点圆和坡脚圆同属于内摩擦角为0的圆弧

40、滑动面计算方法。实际应用中，首先必须判别图式类型。对高塑性填土，当坡脚53度时为坡脚圆，坡脚60度时为坡面圆。,第四章 路基稳定性分析计算,第四节 软土地基的路基稳定性分析软土是由天然含水率、压缩性高、承载能力低的淤泥沉积物及少量腐殖质所组成的土。其抗剪强度低，填土后受压，可能产生侧向滑动或较大的沉降，从而导致路基的破坏。较薄时，原则上清除掉，软厚时，采取加固措施。一、临界高度的计算 软土地基的临界高度是指天然地基状态下，不采取任何加固措施，所容许的路基最大填土高度。1、均质薄层软土地基临界高度计算公式见（4-21）；例4-102、均质厚层软土地基临界高度计算公式见（4-22）。,第四章 路基

41、稳定性分析计算,二、路基稳定性的计算方法 软土地基的稳定验算方法采用圆弧条分法，可分为总应力法、有效固结应力法、有效应力法等。1、总应力法计算公式为（4-23）；2、有效固结应力法可求任一时间已知固结度的安全系数，计算公式（4-24）,第四章 路基稳定性分析计算,第五节 浸水路堤的稳定性分析浸水路堤除承受自重和行车荷载作用外，还受到水浮力和渗透动水压力的作用，水的浮力取决于浸水深度，渗透动水压力则视水的落差而定。浸水路堤的边坡稳定性计算，通常亦假定滑动面为圆弧，最危险的滑动面通过坡脚，圆心位置的确定与条分法相似。稳定性计算方法有：假想摩擦角法、悬浮法和条分法。一、假想摩擦角法基本特点：适当改变

42、填料的内摩擦角，利用非浸水时的常用方法，进行浸水时的路堤稳定性计算。根据库仑定理，计算得到同一滑动体浸水前后的重力之,第四章 路基稳定性分析计算,比，实际上就相当于干与湿的重度之比。适当改变内摩擦角，代入有关圆弧滑动面的稳定性计算式，即可求得稳定系数。此法适用于全浸水路堤。二、悬浮法基本特点：假想用水的浮力作用间接抵消动水压力对边坡的影响，即在计算抗滑力矩中，用降低后的内摩擦角反映浮力的影响，而在计算滑动力矩中，不考虑浮力作用，滑动力矩没有减小，用以抵偿动水压力的不利影响。计算公式见（4-25）三、条分法该方法的基本原理和计算步骤，与非浸水时的条分法相同，但土条分成浸水与干燥两部分，并直接计入

43、浸水后,第四章 路基稳定性分析计算,的浮力和动水压力作用。此法比前述两种方法更精确。计算公式为（4-26）；见例4-11、4-12、4-13。,第四章 路基稳定性分析计算,第六节 路基边坡抗震稳定性分析一、震害与震力公路工程抗震设计规范要求，对于地震烈度为8度或以上的地区，路基设计应符合防震的要求，其中包括软基加固、限制填挖高度、提高路基压实度、放缓边坡坡度等。地震时，对于路基边坡，水平加速度产生水平力危险性最大，实践证明，路基边坡稳定性分析中，实际采用的地震水平力为式（4-29）二、边坡抗震稳定性的计算1、数解法首先按非地震地区的路基边坡稳定性分析方法，确定最,第四章 路基稳定性分析计算,危

44、险的滑动面，然后再考虑地震的作用力。计算公式（4-30）；例4-14；2、图解法用力三角形的图解法，求各土条的法向力和切向力，具体方法与非地震区的路基稳定性计算基本相同，但考虑到地震角的影响，土条重力偏移方向，进行力的合成。,第五章 路基防护与加固,第一节 概述1、路基在水温变化条件作用下，物理、力学性质将会发生改变；2、为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固是必不可少的工程措施；3、路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤防护与加固以及湿软地基的加固处治。,第五章 路基防护与加固,第二节 坡面防护坡面防护主要是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

45、岩土表面的风化、破碎、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。坡面防护设施不承受外力作用，必须要求坡面岩土整体稳定牢固。常用的坡面防护设施有植物防护（如种树、植草皮）和工程防护（如抹面、喷浆等）。一、植物防护包括种草、铺草皮、植树。种草适宜于边坡坡度不陡于1：1，不浸水或短期浸水,第五章 路基防护与加固,但地面径流速度不大于0.6米/秒的土质边坡；铺草皮可用于较高较陡的边坡；植树主要用于堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防止水流直接冲刷路堤。二、工程防护主要有砂浆抹面、勾缝、喷浆、石砌护坡、护面墙等。抹面防护适用于易风化而表面比较完整

46、，尚未剥落的岩石边坡；喷浆防护适用于易风化和坡面不平的岩石挖方边坡，浆层厚一般为2厘米；勾缝防护适用于比较坚硬，且裂缝多而细的岩石边坡，防止水分浸入岩层内造成病害；灌浆防护适用于坚硬但裂缝较深和较宽的岩石边坡，借砂浆的胶结力，使坡面表层成为防水的整体。,第五章 路基防护与加固,石砌防护用于土质或风化岩质路堑或土质路堤边坡的坡面防护，亦可用于浸水路堤及排水沟渠的冲刷防护；护面墙常用于风化破碎严重的岩石挖方边坡。墙高一般不超过10米，若超过10米可分级砌筑，每一级高度为6至10米，要求基础稳定。,第五章 路基防护与加固,第三节 冲刷防护冲刷防护主要是对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头

47、引道，以及路基边旁堤岸的防护。防止冲刷的措施有两种：一种是加固岸坡的直接防护；一种是改变水流性质的间接防护。一、直接防护措施包括植物防护、砌石防护、抛石与石笼防护以及必要时设置的支挡结构物。抛石防护主要用于防护直接受水流冲刷的边坡和坡脚；石笼防护当水流速度达到或超过5米/秒时，可改用石笼防护，石笼用铁丝编织成框架，内填石料；,第五章 路基防护与加固,支挡物土工织物软体沉排是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。一般适用于水下工程及预计可能发生冲刷的河床和岸坡土面上。还有一种土工模袋，是一种双层织物袋，袋中充填流动性混凝土或水泥砂浆或小粒径石料混凝土，凝固后形成高强度和高刚度的硬结

48、板块。二、间接防护措施设置导流构造物用以改变水流方向。丁坝导流和挑流，把水流挑离河岸，改善水流状况顺坝及格坝顺坝的作用是导流，基本上不改变原有水流的流态。顺坝与格坝通常联合使用。还有一种措施是改河，但一般用于工程量较小时。,第五章 路基防护与加固,第四节 软土地基加固高压缩性的软土地基上设计路堤，要考虑三方面的问题：1、地基的承载力是否可以保证路堤的稳定性；2、由于压缩性土的固结变形而引起的路堤沉降，是否会影响路基和路面结构的正常使用及其使用寿命；3、为了提高路堤稳定性，减少沉降量或加速固结，需采取的地基加固措施。一、沉降分析（一）沉降量计算软土路基沉降分施工期间沉降和工后沉降两部分。有关这两

49、部分的计算，参见土力学内容。（二）侧向位移计算,第五章 路基防护与加固,施工期间侧向位移等于施工初期的位移加上施工后期的位移，即公式（5-11）（5-13）。施工期末侧向位移随深度的分布计算公式为（5-14）。施工结束后地基的侧向位移量要比沉降量小得多，目前尚未建立其间的经验关系。（三）沉降速率计算对于厚度不大的均质粘土沉积软土层，可采用公式（5-16）计算，通过固结度和时间因素关系曲线可以知道任意时刻的沉降量;二、软土地基加固处理（一）处理方法的种类及选择软土地基处理的目的可分为两大类：,第五章 路基防护与加固,1、沉降处理包括加速固结沉降和减小总沉降量两方面。前者可采用加载预压、竖向排水和

50、挤实砂桩等方法；后者可采用挤实砂桩、石灰桩、换填好土等方法。2、稳定处理采用换填土、反压护道、挤实砂桩、石灰桩等措施增强抗滑阻力。按处理目的选择处理方法时，应考虑：1、地基的土质及土层构成条件；2、道路的性质、路堤高度和宽度，是否与构造物连接的地段等条件；3、工期、材料供应、施工机械作业条件和对周围环境的影响等条件。（二）砂垫层法,第五章 路基防护与加固,在软土地基上铺设厚度为0.51.2米厚的砂垫层，其作用：1、作为软土层固结所需的上部排水层；2、作为路堤内的底部排水层，以降低路堤内水位或降低路堤内湿度；3、改善路堤和地基处理工程施工时的机械作业条件；4、软土层薄时，单独用作地基处理措施。（