公路工程概论第5.6节 一般路基.ppt

第五章 路基设计与施工第六节 一般路基设计,一般路基：指在一般地区，填方高度和挖方深度小于规范规定的高度和深度的路基。可以结合当地地形，地质情况直接套用典型横断面或设计规定。特殊地质路段和高度（深度）超过规范规定的路基应进行个别设计和验算。一般路基设计的内容：结合路线几何设计要求和当地地形选择路基断面形式。选择路堤填料和压实标准。确定边坡形状和坡度。路基排水系统布置和排水结构物设计。坡面防护和加固设计。,本节主要内容：一、路基的典型横断面与构造二、路基边坡防护与加固设计,1、路基典型横断面2、路基的基本构造3、弯道横断面的超高4、弯道横断面的加宽5、路基横断面设计6、路基土石方计算与调配7、路基附属设施,一、路基的典型横断面与构造,路基的典型横断面形式有：路堤、路堑和填挖结合三种。当原地面横坡较大，且路基较宽时，路基的一侧需要填筑，另一侧需要开挖，这种由部分填筑和部分开挖后而形成的路基，叫填挖结合路基，亦叫半填半挖路基。,1、路基典型横断面,1）路堤,图5-14 路堤的几种常用横断面形式a）矮路堤；b）一般路堤；c）浸水路堤；d）护脚路堤；e）挖沟填筑路堤,地面横坡较陡时，为防止填方路堤沿山波滑动，应将天然地面挖成台阶，或设置石砌护脚。,1）路堤,路堤设计路堤是由土石材料在地面上堆填起来的结构物。要求：结构稳定性和沉降变形量小。设计考虑：地基、填料、边坡形状和坡度、堤身压实度排水和坡面防护。（1）、地基A、要求：地基有足够的承载力和低压缩性B、经验：a）基岩、砾石土或一般砂土和粘性土地基，基本上符合支撑路堤的要求。b）潮湿的粘性土地基，粘结力小于2040kpa。往往承载力不足。处理：对地基进行钻探取样确定软弱地基的层厚及其物理力学性质，判断对路堤的支撑能力和沉降量。,C、地基处理情况：a）顶面酌情处理 除去草根、树根、各种耕作物（防止腐烂后形成滑动面）冬季施工时，除去顶面的雪、冰或冻土（以免接触面碾压不实形成软弱面）b）地基顶面有滞水，经过水田、池塘、洼地时是根据积水深和水下淤泥厚度等具体情况，采取排水疏干、挖除淤泥、抛填片石或砂、砾石等处理措施。A图为经过水田地段处理。,B图为经过池塘的地区处理 c）地基为斜坡：坡度大于1：5时，原地面开挖台阶以防路堤沿坡下滑，台阶的高度为路堤分层填土厚度的2倍（台阶宽度不小于2m）坡度大于1：2.5时，应进行滑动稳定性验算。（2）填料 要求：水稳定性好，压缩性小。一方面考虑料源和经济性，另一 方面顾及填料的性质是否适宜。,a、直线：最常见，适用于矮路堤和中等高度路堤。受力情况是上陡下缓，所以上部偏安全下部偏危险。路堤高度大时不经济。（一般在坡高小于8m的时候适用）b、折线：上陡下缓，符合路堤的受力情况。变坡不宜多，多了施工不宜控制，坡面也易受水冲刷。c、台阶形：每隔一定高度设置宽度不小于1-2米的护坡道，护坡道具有3%的外向横坡。适用于高路堤。设置护坡道可以减缓较长坡面的地面水流速，防止坡面受冲刷。同样可以起到减小平均坡度。,（3）边坡的三种形式（影响堤身的稳定和工程量的大小）,路堤：1、矮路堤 填士高度 1.01.5m 2、高路堤 填士总高度 18m(土质)填石总高度 20m(石质)3、一般路堤 介于两者之间,全部由地面开挖出的路基称为路堑。有全路堑、半路堑和半山洞三种。,2）路堑,路堑设计,路堑:从天然地层中开挖出来的路基结构物。路堑设计的中心问题：结构物的整体稳定性。主要内容：1、路堑边坡 2、路堑排水 3、坡面防护设计,边坡设计（1）工程地质法:比照着当地具有相同工程地质条件，而处于极限状态的自然山坡和稳定的已成人工边坡，来确定路堑边坡的形状和坡度。A、影响路堑稳定性的因素：开挖深度、坡体的岩性或土质、地质构造特征、岩石的风化和破碎程度、地面水和地下水的作用、当地气候等。,B、根据地层性质的不同把边坡分为岩质、土质和碎（砾）石土三类路堑边坡。（2）、岩质路堑边坡：a、影响稳定性的因素：1、结构面的产状。2、岩体破碎程度。3、岩石风化程度。4、岩石性质。5、施工方法。b、边坡坡度参考值 使用时：1、应先对设计路堑的工程地质条件进行调查和分级。2、设计人员也可根据当地具体条件和设计经验。通过调查分析得出适合该地区的经验设计坡度表。,（3）边坡形状选择：直线，折线，台阶形。a、单一岩层、风化和破碎程度相差不大的坡体：直线边坡。b、坡高范围内上下的破碎程度有显著差别：台阶形或折线形。在不同层的分界面处设置边坡平台。,注意：挖方边坡的坡脚设置边沟，汇集和排除路基范围内地表径流。上方设置截水沟拦截和排除流向路基的地表径流。坡体因开挖而可能失去稳定性时必须采用支挡结构物。边坡坡面易风化或有碎落物时，可设置碎落台也可坡面防护。,横断面上，部分为挖方部分为填方的路基称为半填半挖路基，通常出现在地面横坡较陡时候，它兼有上述路堤和路堑的构造特点和要求。,（3）半填半挖,2、路基的基本构造,1）路基宽度2）路基高度3）路基边坡坡度,2、路基的基本构造,路基宽度取决于公路技术等级；路基高度（包括路中心线的填挖深度，路基两侧的边坡高度），取决于路线的纵坡设计及地形；路基边坡坡度取决于土质、地质构造、水文条件及边坡高度，并由边坡稳定性和横断面经济性等因素比较确定。路基宽度、高度和边坡坡度是路基本体设计的基本要素。就路基稳定性和横断面经济性的要求而论，路基的边坡坡度及相应的防护、加固措施，是路基本体设计的基本内容。,2、路基的基本构造,A、定义：路基宽度为路面及两侧路肩宽度之和。或在一个横断面上两路肩外缘之间的宽度。B、路基横断面一般组成：中间带：技术等级高的公路（如高速公路和一级公路），路基宽度内还需设置中央带（由中央分隔带加相邻两侧路缘带组成）。行车道：供各种车辆行驶部分的总称。,（1）路基宽度,路 肩：位于行车道外缘至路基边缘，具有一定宽度的带状构造物。路肩的作用是：增加路幅的侧向余宽，供临时停车、错车或堆放养路材料之用。具有保护路面及支撑路面结构的作用。显示行车道的边缘线，有利于视线诱导，增加行车的舒适感和安全感。为公路的其它设施（如护墙、护栏、绿化、电杆地下管线等）提供设置的场地（注意：设施的设置不得侵入建筑限界以内），也可供养护人员养护操作、避车之用。精心养护的路肩，能增加公路的美感。,（1）路基宽度,边 坡：为保证路基稳定，在路基两侧具有一定坡度的坡面。边 沟：为汇集和排除路面、路肩及边坡流水在挖方或低填方路基两侧设置的纵向排水沟。,（1）路基宽度,C、特殊组成：紧急停车带：在高速公路和一级公路上设置的供临时发生故障或其它原因需紧急停车车辆使用的临时停车地带。当右侧硬路肩的宽度小时应设应急停车带，其设置间距不宜大于500m，其宽度包括硬路肩在内3.50m，有效长度不小于30m。爬坡车道：在高速公路和一级公路上，当纵坡大于4时，设置的专供慢车爬坡使用的车道。其宽度一般为3.5m。,（1）路基宽度,C、特殊组成：变速车道：在高速公路互通式立体交叉、服务区等处设置的，供车辆驶入或驶离高速车流的加速或减速车道。其宽度一般为3.5m。错车道：四级公路，当采用4.5m的单车车道路基时，在适当的可通视的距离内设置的供车辆交错避让用的一段加宽车道。设置错车道路段的路基宽度不小于6.5m，有效长度不小于 20m。,（1）路基宽度,路基高度：指路基设计标高与路中线原地面标高之差（亦称为施工高度），即路堤的填筑厚度或路堑的开挖深度。边坡高度：指填方坡脚或挖方坡顶标高与路基设计标高之差。当原地面平坦时，路基高度与边坡高度相等，而山坡地面上，两者不等，且两侧边坡高度亦不相等。路基设计标高：路基边缘的标高（改建的路基设计标高可与新建公路相同，取路基边缘标高也可为路面中心标高。）,（2）路基高度,路堤最小填筑高度的确定路堤的最小填筑高度，应根据临界高度，并结合沿线具体条件和排水及防护措施，按照公路等级及有关的规定确定，一般应保证路基处于干燥或中湿状态。最小填筑高度设计洪水频率计算标高壅水的高度浪高0.5m的安全高度,（2）路基高度,边坡高度H路基边坡坡度=边坡宽度通常用1：n或1：m表示其比率（称为边坡坡率）,（3）路基边坡坡度,（3）路基边坡坡度,（3）路基边坡坡度,A、路堤边坡a、土质路堤边坡一般填土路堤边坡，均采用1：1.5，但当边坡高度超过一定高度时，其下部边坡改用1：1.75，以保证路基的稳定。各类路堤边坡坡度的取值如表5-8所列。,（3）路基边坡坡度,A、路堤边坡石质路堤边坡 填石路堤应由不易风化的较大(大于25cm)石块砌筑,边坡坡度一般可用1:1 l什么是码砌边坡？陡坡上的路基填方可采用砌石护坡路基（图5-16d）。砌石应用当地不易风化的开山片石砌筑。l砌石顶宽一律采用0.8m，基底以1：5的坡率向路基内侧倾斜，砌石高度H一般为215m。,（3）路基边坡坡度,B、路堑边坡 a、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1：0.51：1.5，个别情况下，可放缓至1：1.75，不同高度、不同密度程度的土质挖方边坡坡度可参照表5-11和表5-12确定。一般可取1：0.75具有一定粘性土质的挖方边坡坡度比砂性土的边坡坡度陡。,（3）路基边坡坡度,B、路堑边坡 b、岩石路堑边坡岩石路堑边坡，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。岩石的种类、风化和破碎程度及边坡的高度是决定坡率的主要因素，设计时可根据这些因素参照表5-13和表5-14确定。,（4)路拱,为了迅速地排除路面上的集水需将路面做成一定的横向坡度，称为路拱横坡。路拱横坡坡度的确定既要保证排水通畅又要保证行车安全，路拱坡度一般依路面类型和当地自然条件而定，一般情况下，路拱横坡的取值可参照表5-15确定。,（4)路拱,路拱横坡取值表 表5-15,（4)路拱,路拱的型式：根据路面宽度，路拱坡度及施工便利等确定。一般来讲，低等级公路多采用抛物线形或双曲线形。对城市道路、高等级道路及路面比较宽的公路则多采用直线形。,3、横断面的超高及超高缓和段,1）超高定义2）圆曲线超高横坡度的确定3）超高缓和段4）横断面超高值的计算,1）、超高定义 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡，称之为超高。当汽车行驶在设有超高的弯道上时，汽车自重分力将抵消一部分离心力，从而提高行车的安全性和舒适性。超高的布置如右图所示。,2）圆曲线超高横坡度的确定,（1）圆曲线上全超高横坡度的确定（2）圆曲线上超高横坡度的最大值（3）圆曲线上超高横坡度的最小值,（1）圆曲线上全超高横坡度的确定,在圆曲线段半径不变，故超高横坡度从圆曲线起点至圆曲线的终点是一个不变的定值，称为全超高。圆曲线上超高横坡度可按公路等级、设计速度、圆曲线半径大小，并结合路面类型、当地自然条件以及车辆组成等情况查规范确定。,（2）圆曲线上超高横坡度的最大值,道路圆曲线部分最大超高值规定如表1和表2.。公路最大超高坡度 表1,城市道路最大超高坡度 表2,（3）圆曲线上超高横坡度的最小值,各级公路圆曲线部分的最小超高横坡度应是该级公路直线部分的路拱横坡度,3）超高缓和段,（1）设置条件和原因（2）超高缓和段过渡形式（3）超高缓和段长度,（1）设置条件和原因,（2）超高缓和段过渡形式,公路超高的过渡方式根据超高旋转轴在公路横断面上的位置可分为：无中间带的公路 A、超高横坡度等于路拱坡度时，外侧车道绕路中线旋转，直至超高横坡值，如下图所示。,B、超高横坡度大于路拱横坡度时，有三种过渡方式：,a、绕行车道内边缘旋转，简称边轴旋转。如下图所示。在缓和段起点之前将路肩的横坡逐渐变为路拱横坡，再以路中线为旋转轴，逐渐抬高外侧路面与路肩，使之达到与路拱坡度一致的单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至达到超高横坡度为止。一般新建公路多采用此种方式。,b、绕中线旋转。简称中轴旋转。在超高缓和段之前，先将路肩横坡逐渐变为路拱横坡，再以路中线为旋转轴，使外侧车道和内侧车道变为单向的横坡度后，整个断面一同绕中线旋转，使单坡横断面直至达到超高横坡度为止。一般改建公路常采用此种方式。,c、绕外边缘旋转。先将外侧车道绕外边缘旋转，与此同时，内侧车道随中线的降低而相应降坡，待达到单向横坡后，整个断面仍绕外侧车道边缘旋转，直达到超高横坡度为止。此种方式仅在特殊设计时采用(如强调路容美观、外侧因受条件限制不能抬高等)。,有中间带的公路,A、绕中间带的中心线旋转。如图（a）。先将外侧行车道绕中间带的中心旋转，待达到与内侧行车道构成单向横坡后，整个断面一同绕中心线旋转，直至超高横坡值。此时，中央分隔带呈倾斜状。采用窄中间带的公路可选用此方式。B、绕中央分隔带边缘旋转。如图（b）。将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。各种宽度不同的中间带均可选用此种方式。C、绕各自行车道中线旋转。如图（c）。将两侧行车道分别绕各自的中线旋转，使之各自成为独立的单向超高断面。此时中央分隔带边缘分别升高与降低而成为倾斜断面。单向车道数大于四条的公路可采用此种方式。,分离式公路 分离式断面公路的超高过渡方式可视为两条无中间带的公路分别予以处理。城市道路 城市道路超高方式应根据地形状况、车道数、超高横坡度值、横断面型式、便于排水、路容美观等因素决定。单幅路路面宽度及三幅路机动车道路面宽度宜绕中线旋转；双幅路路面宽度及四幅路机动车道路面宽度宜绕中间分隔带边缘旋转，使两侧车行道各自成为独立的超高横断面。,（3）超高缓和段长度,超高缓和段从直线段的双向横坡渐变到圆曲线路段具有超高单向横坡的过渡段。为了行车舒适性和排水，对超高缓和段长度必须加以规定。通常按控制设超高后行车道外边缘的渐变率来计算。,式中：超高缓和段长度，(m)；旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度，(m)；超高坡度与路拱坡度代数差()；超高渐变率（又称附加纵坡），即旋转轴线与行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘线之间相对升降的比率，其规定值见下表,双车道公路的超高缓和段长度按下式计算：,公路超高渐变率,对绕中线旋转表示为：,对绕边线旋转表示为：,式中：,路面宽度，(m)；,最大超高横坡；,路拱横坡。,在确定超高缓和段长度时，应注意：超高缓和段长度一般应采用5的倍数，并不小于10m。当线形设计须采用较长的回旋曲线时，超高渐变率不得小于1/330。超高的过渡应在回旋线全长范围内进行，但当超高渐变率过小时(为保证排水)，可只设在该回旋线的某一区段范围之内。四级公路超高的过渡应在超高缓和段的全长范围内进行。,4）横断面超高值的计算,超高缓和段上各断面处的路基外缘和内缘与路基设计标高之高差c叫超高值。计算超高值后即可根据路基设计标高计算路基内外边缘的设计标高。这些高程是弯道施工的依据。,4、弯道的加宽和加宽缓和段,1）定义：汽车在曲线路段上行驶时，靠近曲线内侧后轮行驶的曲线半径最小，靠曲线外侧的前轮行驶的曲线半径最大。为适应汽车在平曲线上行驶时，后轮轨迹偏向曲线内侧的需要，在平曲线内侧相应增加的路面、路基宽度称为曲线加宽(又称弯道加宽)。2）加宽值 圆曲线上加宽值与平曲线半径、设计车辆的轴距有关，同时还要考虑弯道上行驶车辆摆动及驾驶员的操作所需的附加宽度，因此，圆曲线上加宽值由几何需要的加宽和汽车转弯时摆动加宽两部分组成。,当平曲线半径250m时，一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽，当其平曲线内无圆曲线(凸形)时，仅在平曲线中点处断面设置全加宽。为了使路面和路基均匀变化，设置一段从加宽值为零逐渐加宽到全加宽的过渡段，称之为加宽缓和段。加宽缓和段(或超高缓和段)范围内，如无缓和曲线和超高缓和段，则应另设加宽缓和段。,3）加宽缓和段,(1)加宽缓和段的长度,在公路设计中，加宽缓和段长度取决于三方面的要求：加宽所需的最小长度。在不设缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率1：15且不小于10m的要求设置；超高缓和段长度；缓和曲线长度。设置缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段长度采用与缓和曲线或超高缓和段长度相同的数值。不设缓和曲线，加宽缓和段长度取超高缓和段长度，其渐变率不小于1:15，且长度不小于10m。此时，超高、加宽缓和段一般设于紧接圆曲线起、终点的直线段上。在地形困难地段，允许将超高、加宽缓和段的一部分插入曲线，但插入曲线内的长度不得超过超高、加宽缓和段长度的一半。,切线法 为消除加宽缓和段内侧边线与圆曲线起、终点的明显折点，采用路面加宽边缘线与圆曲线上路面加宽后边缘线圆弧相切的方法。其近似计算公式为：,5、路基横断面设计,1）横断面设计步骤（1）点绘横断面地面线。地面线是现场测绘的，若是纸上定线，则从大比例尺的地形图上内插获得。在计算机辅助设计中，可向计算机输入横断面各变化点相对于中桩的坐标，由计算机自动绘制。（2）根据路线和路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、超高坡度、缓和段长度、平曲线半径等）抄于相应桩号的断面上。（3）根据现场调查的土壤地质资料，示出土石界线，确定边坡坡度以及边沟的形状与尺寸。（4）绘横断面的设计线，俗称“戴帽子”。设计线应包括路基、边沟、截水沟。加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等。在弯道上的断面还应示出超高、加宽。一般直线段的断面可不示出路拱坡度。（5）计算横断面的填挖面积，上墨完成全图。,2）横断面设计成果,（1）路基横断面设计图（2）路基标准横断面图（3）路基设计表（4）路基土石方计算表（5）其它成果,6、路基土石方计算及调配,1）横断面面积计算 路基横断面面积多为不规划的几何图形，计算方法有积距法、几何图形法、坐标法、方格法等。通常一般用积距法和坐标法。,（1）取土坑与弃土堆（2）护坡道与碎落台（3）堆料坪与错车道,7、路基附属设施,二、路基防护与加固,路基防护与加固意义：保证公路使用品质，提高投资效益，保证路基强度和稳定性的重要措施之一。防护重点：路基边坡，有时包括路肩表面以及同路基有直接关系的道旁沙流、山坡。包括：1）坡面防护 2）沿河路堤河岸冲刷防护与加固 3）湿软地基加固处治,二、路基防护与加固,按其作用不同,可分为：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影响 延缓软弱岩土表面风化、碎裂、剥蚀过程。,1分类：）植物防护（有生命防护）：植草：容许流速0.40.6m/s，边坡不陡于1：1。铺草皮：容许流速c1.8m/s，边坡1：11：1.5，冲刷较重，适于长草 种树：容许流速c1.8m/s，坡岸河滩上降低流速，防水直接冲刷路堤2）工程防护抹石防护：石质挖方坡面防岩石风化，表面完整 常用材料：石灰浆（精造）喷浆：适用于易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡。厚10cm 水泥用量较大，重点工程可适用 沙浆：水泥、石灰、河砂、及水,灌浆、勾缝、嵌补 比较坚硬的岩石坡面，为防止水渗入缝隙成害，视缝隙深浅与大小，予以灌浆、勾缝、嵌补干砌片面护面：防止地面水位或河水冲刷浸水路堤或暴雨地区路堤护石墙：浆砌片石的坡面覆盖层。用语封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边坡。,（1）直接措施：A、植物防护：同路面防护基本一致 B、石砌防护：同路面防护基本一致 C、抛石：类似坡脚设置护脚抛石跺不受季节限制。防急流和大风浪破坏堤岸也可加固河床防止冲刷。D、石笼：用铁丝编织成框架，内填石料设于坡脚出，放急流和大风浪破坏堤岸，加固河床，防止冲刷。,2、冲刷防护：,（2）间接防护改变水流方向设置导流结构物或改变河道彻底接触水流对局部堤岸的损坏作用。慎重选择：丁坝、顺坝。布置适当：较少共曾收到预期效果。布置不当：水流情况恶化、水毁时间。,4、支挡工程挡土墙、抗滑桩、锚固工程等,