路基施工技术1：公路工程和路基工程概述.ppt

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1、路基施工技术21世纪高职高专道路桥梁工程系列规划教材示范性高职院校建设项目成果教材示范性高职院校建设项目成果教材模块模块1 1 公路工程和路基工程概述公路工程和路基工程概述1.1公路工程概述模块1 公路工程和路基工程概述1.2路基工程概述模块模块1 1 公路工程和路基工程概述公路工程和路基工程概述模块1 公路工程和路基工程概述学习引导知识目标知识目标 通过本模块的学习，学生应能够明确公路的基本组成、公路的等级，以及路基的基本要求、结构形式、几何要素及干湿类型；能够掌握路基工程常见的破坏形态及其防治措施。技能目标技能目标 学生能够区分路基的结构形式；能够熟知路基的几何要素；能够判别路基的干湿类型

2、。主要内容主要内容 模块1的主要内容结构如图1-1所示。模块模块1 1 公路工程和路基工程概述公路工程和路基工程概述模块1 公路工程和路基工程概述1.1公路工程概述我国高速公路的发展1.1.我国高速公路的发展历程我国高速公路的发展历程我国高速公路的发展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发

3、展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展2.2.我国高速公路的发展趋势我国高速公路的发展趋势公路的基本组成1.1.线形组成线形组成公路是一条空间的带状结构物，其线形主要指路中线的形状。平面线形由直线和平曲线组成，纵面线形包括纵坡线和竖曲线。公路的立体空间曲线由平面图（空间位置、行驶轨迹）、纵断面图（表示沿路线中线方向的地面起伏状态和设计纵坡的线状图，反映出各路段纵坡的大小和中线位置处的填挖方尺寸）和横断面图（中线上任意一点的法向截面，反映行车道、中间带、路肩、边坡）来表示。公路的基本组成2.2.结构组成结构组成1）路基路基是用土或石料修筑而成的线形结构物，是公路

4、的基本结构，是支撑路面结构的基础，与路面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化及各种自然灾害的侵蚀和影响。因此，路基必须具有足够的力学强度和稳定性，而且要经济合理。为了保证路基的强度和稳定性，避免外界因素对路基造成危害，在修筑路基时，除了修筑路基本体外，还要修建路基排水及防护设施等，如边沟、挡土墙等，如图所示。公路的基本组成2.2.结构组成结构组成2）路面路面是指用筑路材料铺在路基顶面，供车辆直接在其表面行驶的一层或多层的道路结构层。路面具有承受车辆重量、抵抗车轮磨耗和保持道路表面平整的作用。路面按其力学特征可以分为刚性路面（在行车荷载作用下能产生板体作用，具有较高的抗弯强度，如混凝土路面）

5、和柔性路面（抗弯强度较小，主要靠抗压强度和抗剪强度抵抗行车荷载作用，在重复荷载作用下会产生残余变形，如沥青路面、碎石路面等）。路面的底面以下80 cm范围内的路基部分承受由路面传来的荷载，这部分路基称为路床。路床是路面的基础，在结构上分为上路床（030 cm）和下路床（3080 cm）两层。路床，特别是上路床的土质、粒径、压实度都有严格的要求，必须均匀、密实、强度高，不得有松散和软弹现象。公路的基本组成2.2.结构组成结构组成公路的基本组成2.2.结构组成结构组成3）桥涵桥涵是桥梁(见图1-11)和涵洞（见图1-12）的统称，桥涵是工程术语、习惯叫法。桥涵是公路跨越河流、沟谷及其他线路等障碍物

6、的通道，它既能排泄洪水，又能保持线路的连续性。单孔跨径小于5 m或多孔跨径总长小于8 m的统称为涵洞；对于圆管涵及箱涵,不论其孔径大小、孔数多少，都叫作涵洞。公路的基本组成2.2.结构组成结构组成4）隧道隧道是指在既有的建筑或土石结构中挖出来的通道，供交通立体化、穿山越岭、地下通道、越江、过海、管道运输、电缆地下化、水利工程等使用。隧道包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通信和防排水设施，长、大隧道还有专门的通风和照明设备。隧道洞门实景如图所示，隧道洞内安全设施的布置如图1-14所示。公路的基本组成2.2.结构组成结构组成公路的基本组成

7、2.2.结构组成结构组成5）交通附属设施交通附属设施一般是指公路沿线设置的交通安全、养护管理、服务、环境保护等设施，包括交通标志、交通标线、护栏、护墙、护柱、中央分隔带、隔音墙、隔离墙、照明设备、停车场、加油站、汽车修理站、养护管理房屋和绿化美化设施等。隔音墙如图所示，服务区平面图如图所示。公路的等级1.1.行政等级划分方法行政等级划分方法1）国家干线公路（国道）公路的等级1.1.行政等级划分方法行政等级划分方法2）省级干线公路（省道）公路的等级1.1.行政等级划分方法行政等级划分方法3）县公路（县道）4）乡公路（乡道）公路的等级1.1.行政等级划分方法行政等级划分方法5）专用公路6）其他公路

8、1.2路基工程概述路基的基本要求路基的基本要求路基的结构形式1.1.路堤路堤路堤是指高于原地面的填方路基，如图所示。路堤在结构上分为上路堤和下路堤，上路堤是指路面底面以下0.81.5 m的填方部分，下路堤是指上路堤以下的填方部分。按照填土高度的不同，路堤可分为矮路堤、一般路堤和高路堤。填土高度小于1.5 m的路堤称为矮路堤，填土高度为1.518 m的路堤称为一般路堤，填土高度大于18 m（土质）或20 m（石质）的路堤称为高路堤。路基的结构形式路基的结构形式2.2.路堑路堑路堑是指全部在原地面开挖而成的路基，如图所示。常见的路堑横断面形式如图1-22所示。路堑开挖后破坏了原地层的天然平衡状态，

9、其稳定性主要取决于地质与水文条件、边坡深度和边坡坡度。路基的结构形式3.3.半填半挖路基半填半挖路基半填半挖路基是指原地面的横向坡度较大，在一个横断面内，一侧开挖另一侧填筑的路基。半填半挖路基一般适用于丘陵区或山区公路。半填半挖路基以挖作填，给施工带来了方便，若处理得当，则路基稳定可靠，是比较经济的横断面形式。路基的结构形式3.3.半填半挖路基半填半挖路基路基的结构形式4.4.零填零挖路基零填零挖路基当地面平坦且路线设计高程与地面高程相等时，路基基身几乎没有填挖，形成不填不挖路基，称为零填零挖路基，如图所示。零填零挖路基虽然节省土石方，但对排水非常不利，且原状土的密实度往往不能满足要求，容易发

10、生翻浆、水淹、沉陷、雪埋等病害。因此，尽量少用或不用该类路基，干旱的平原区和丘陵区、山岭区的山脊线可考虑采用。为保证路基的稳定性，需要检查路槽底面以下30 m范围内的密实度，必要时应翻松原状土重新分层碾压或换填土层。同时，路基两侧应设置边沟，以利于排水。路基的几何要素1.1.路基宽度路基宽度路基宽度是指在一个横断面上两路肩外缘之间的距离。路基宽度一般为行车道宽度与路肩宽度之和。当设有中央分隔带、变速车道、爬坡车道、错车道时，还应包括这部分的宽度。公路等级越高，路基的宽度越大。公路路基宽度如图所示。路基的几何要素1.1.路基宽度路基宽度路基的几何要素2.2.路基高度路基高度路基高度是指路堤的填筑

11、高度或路堑的开挖深度，是路基设计高程与地面高程之差。一般公路路基设计高程，对于新建公路是指路基边缘的高程，在设置超高、加宽地段为设置超高、加宽前的路基边缘高程；改建公路的路基设计高程可与新建公路相同，也可采用路中线高程；设有中央分隔带的高速公路和一级公路是指中央分隔带外侧边缘路面的高程。路基设计时应明确标示路基设计高程的位置。由于原地面沿横断面方面往往是倾斜不平的，路基宽度范围内的路基高度有差别，因此，路基高度又有中心高度和边坡高度之分。路基中心高度是指路基中心线处的设计高程与原地面高程之差，边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶高程与路基边缘高程之差，如图1-26 所示。若原地面平坦，则路基两侧边坡

12、的高度相等；若在山坡地面上，则两者不等。路基的几何要素2.2.路基高度路基高度路基的几何要素3.3.路基边坡坡度路基边坡坡度为保证路基稳定，路基两侧应做成具有一定坡度的坡面，边坡形状可分为直线形、折线形和台阶形三种，可根据边坡高度、地质条件、水文条件等合理选择。公路路基边坡的坡度用边坡高度H与边坡宽度b的比值表示，并取H=1。通常采用1m的形式表示其比率，称为边坡坡度。如图1-27所示，路堑边坡Hb=11，路堤边坡Hb=11.5。路基干湿类型的划分方法路基的强度和稳定性与路基的干湿状态有着密切的关系。路基的干湿类型表示路基在最不利季节的干湿状态，可划分为干燥、中湿、潮湿和过湿四类。原有公路路基

13、土的干湿类型可以根据路基的分界相对含水量或分界稠度来划分，新建公路路基的干湿类型可用路基临界高度来判别。高速公路的路基应处于干燥或中湿状态，潮湿、过湿状态的路基必须经过处理后才可以铺筑路面。路基干湿类型的划分方法1.1.平均稠度法平均稠度法1）稠度路基干湿类型的划分方法1.1.平均稠度法平均稠度法路基干湿类型的划分方法1.1.平均稠度法平均稠度法2）平均稠度路基干湿类型的划分方法1.1.平均稠度法平均稠度法3）判断干湿类型路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法

14、路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法路基干湿类型的划分方法2.2.临界高度判断法临界高度判断法【例1-1】已知某市属于4区，有一段黏土路基，路面底面高出地面0.3 m，地下水位距地面0.8 m。【问题】试确定该路基的干湿类型和平均湿度。【解析】根据已知条件，路基为黏性土，土体位于4区，而且H=0.3 m+0.8 m=1.1 m，查表1-3可知，H3HH2；再根据表1-2可知，路基土为潮湿状态，平均湿度满足0.77c0.94。路基的附属设施1.1.取土坑与弃土

15、堆取土坑与弃土堆为填筑路基在公路沿线取土所留下的土坑，称为取土坑。挖方路基废弃的土堆积而成的土堆，称为弃土堆。取土坑和弃土堆首先要合理地选择地点，一般应从土质、数量、用地及运输等方面考虑选点；其次要结合沿线农田水利，尽量做到不毁农田，不占或少占良田，维护自然生态平衡，防止水土流失，做到“取之有利，弃之无害”。取土坑宜选择山冈、荒地，一般设置在地势较高的一侧。其深度或宽度应视填土数量、施工方法及用地许可条件而定，平原区一般深度为1 m，以防止坑内积水。当堤顶与坑底高差超过2 m时，路旁取土坑与路堤坡脚之间需设宽度为12 m的护坡道，坑底设纵横排水坡及相应设施，如图1-29所示。路基的附属设施1.

16、1.取土坑与弃土堆取土坑与弃土堆路基的附属设施1.1.取土坑与弃土堆取土坑与弃土堆河流淹没地段及桥头引道两侧一般不设取土坑。河滩上的取土坑应与调治构造物的位置相适应，一般距离河流水位界1 m以上，此类取土坑不得长期积水及危害路基或构造物的稳定。开挖路基的废土，应妥善处理，充分利用，如用于公路、农田水利、基建等；对无法加以利用的弃土，做到弃而不乱，并应防止乱弃而造成水土流失，危害路基及农田水利，淤塞河道，特别要注意不能堵塞天然排水通道。因此，废土一般选择在沿线附近低洼荒地或路堑的下坡一侧堆放，当地面横坡的坡度不大于15时，可设在路堑两侧。沿河路基废石方，当条件允许时，可以部分占用河道，但不能造成

17、河道上游壅水，危及路基及附近农田等。若需在路堑上侧弃土，则要求堆弃平整，顶面具有适当横坡，并设置平台三角土埂及排水沟渠，如图1-30所示。路基的附属设施1.1.取土坑与弃土堆取土坑与弃土堆图1-30中的宽度d与地面土质有关，一般不小于5 m，当路堑边坡较高，土质较差时，d可按路堑深度加5 m计算。积沙或积雪地段的弃土堆，为有利于防沙防雪，一般设在迎风一侧，并具有足够的距离。此外，浅而开阔的路堑两旁不得设置弃土堆。路基的附属设施2.2.护坡道与碎落台护坡道与碎落台当路堤较高时，为保证边坡稳定，在取土坑与坡脚之间、排水沟与坡脚之间应采用台阶式边坡。保留有一定宽度的平台称为护坡道，如图1-31所示。

18、护坡道是保护路基边坡稳定的措施之一。设护坡道的目的是加宽边坡横距，减缓边坡平均坡度。护坡道越宽，越有利于边坡稳定，但工程量也会随之增加，不经济。根据实践经验，护坡道的宽度至少应为1 m，并随填土高度的增大而增加。一般情况下，护坡道的宽度d宜按下列条件选择：当填土高度h3 m时，d=1 m；当h=36 m时，d=2 m；当h=612 m时，d=24 m。台阶式边坡护坡道应充分压实。路基的附属设施2.2.护坡道与碎落台护坡道与碎落台路基的附属设施2.2.护坡道与碎落台护坡道与碎落台碎落台是指在路堑边坡坡脚与边沟外侧边缘之间为防止碎落物落入边沟而设置的具有一定宽度的平台。其作用是供零星土石碎块下落时

19、临时堆积，以避免边沟堵塞，也可以起护坡道的作用。碎落台的宽度d1一般为11.5 m，当兼有护坡道的作用时，可适当加大。对风化严重的岩石边坡或不良土质边坡，为防止塌方，碎落台可修成矮墙，其顶部宽度应大于0.5 m，墙高应为12 m。碎落台上的堆积物应定期清理。台阶式边坡中部应设置边坡平台，边坡平台的宽度d2不宜小于2 m。碎落台、边坡平台示意图如图1-32所示。雨水冲刷量大的边坡平台上应设置截水沟。路基的附属设施2.2.护坡道与碎落台护坡道与碎落台路基的附属设施3.3.错车道错车道错车道是指在单车道公路可通视的一定距离内，供车辆交错避让而设置的一段加宽车道，如图1-33（a）所示。通常应每隔20

20、0500 m设置一处错车道。按规定，错车道的长度不得小于30 m，两端各有长度为10 m的出入过渡段，中间有长度不小于10 m供停车用。单车道的路基宽度为4.5 m，而错车道地段的路基宽度为6.5 m，如图1-33（b）所示。错车道是单车道路基的组成部分，应与路基同时设计与施工。路基的破坏形态及其防治措施路基在自重、行车荷载及各种自然因素的长期作用下，不仅会产生变形沉降，而且其力学性质也会发生较大的变化。当变形沉降超过一定范围时，路基就会产生各种病害，危害路基的稳定性。路基的破坏形态及其防治措施1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因（1）路基沉陷。路基沉陷的特征是路基表面产生较大

21、的竖向位移，但应将路基的沉缩和沉陷区别开来，如图1-34所示。路基表面沉降量过大，导致断面尺寸发生变化，影响使用甚至完全丧失使用功能，称为沉陷。沉缩是自重、行车荷载等反复作用造成的，其沉降量小，不影响路基的使用功能，还可能因此使路基逐渐趋于密实，强度有所提高。1）路基的破坏形态路基的破坏形态及其防治措施1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基因填料不当、填筑方法不合理、压实不足，在荷载、水和温度的综合作用下，自身可能向下沉陷。所谓填筑方法不合理，包括不同土混杂、未分层填筑和压实、土中含有未经打碎的大土块或冻土块等。季节性交替使填土产生含水率变化及温度变化，导致土体发生膨胀、收缩

22、及冬季冻胀、春季融化，从而造成其强度减弱，形成翻浆而破坏。此外，原地面比较软弱也是引起路基沉陷的主要原因，如遇到泥沼、流沙或垃圾堆积等，填筑前未经换土或压实，造成地基下沉的，也可能引起路基沉陷。路基不均匀沉陷，将造成局部路段破坏，影响公路交通。1）路基的破坏形态路基的破坏形态及其防治措施1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因（2）路基边坡的坍方。路基边坡的坍方既是最常见的路基病害，也是水毁的普遍现象。按照破坏规模与原因的不同，路基边坡的坍方可以分为剥落、碎落、滑坍及崩坍等。1）路基的破坏形态路基的破坏形态及其防治措施（2）路基边坡的坍方。剥落。剥落是指边坡表土层或风化岩层表面在大

23、气干湿或冷热的循环作用下，发生胀缩现象使零碎薄层呈片状从边坡上剥落下来，而且老的剥落后，新的又不断产生。此种破坏现象对于填土不均匀和易溶盐含量大的土层及泥灰岩、泥质页岩、绿泥岩等松软岩层而言，较易产生。路堑边坡剥落的碎屑堆积在坡脚下，堵塞边沟，影响路基的稳定，妨碍交通。1）路基的破坏形态1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其防治措施（2）路基边坡的坍方。碎落。碎落是岩石碎块的一种剥落现象，其规模与危害程度比剥落严重。其产生的主要原因是路堑边坡较陡（大于45），岩石破碎和风化严重，在胀缩、振动及水的侵蚀与冲刷作用下，块状碎屑沿坡面向下滚落。如果落下的岩块较大（直径

24、在40 cm以上），以单个或多块落下，称为落石或坠落。落石的石块较大，降落速度极快，所产生的冲击力可使路基结构物遭到破坏，也会威胁到行车和行人的安全，有时还会引起其他病害的发生。1）路基的破坏形态1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其防治措施（2）路基边坡的坍方。滑坍。滑坍是指路基边坡土体或岩石沿着一定的滑动面呈整体状向下滑动，其规模与危害程度较碎落更为严重，有时滑动体可达数百立方米，可造成严重的堵车。产生滑坍的主要原因是原山坡具有倾向公路的软弱构造面，施工及水的侵蚀冲刷改变了原山坡的平衡状态，使山坡在重力作用下沿软弱面整体滑动。当岩层倾向公路，层间又有软弱夹层

25、或风化层、覆盖层，基岩的界面倾向公路，特别是有地下水时，均可能形成滑坍。1）路基的破坏形态1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其防治措施（2）路基边坡的坍方。崩坍。崩坍是指整体岩块在重力的作用下倾倒、崩落。其主要原因是岩体风化破碎，边坡较高。崩坍是比较常见且危害较大的路基病害之一。它同滑坍的主要区别在于崩坍无固定滑动面，坡脚线以下地基无移动现象，崩坍体各部分的相对位置在移动过程中完全打乱，其中较大石块翻滚较远，边坡下部形成倒石堆或岩堆。此外，还有塌坍（堆塌）等。其成因和形态与崩坍相似，但塌坍主要是由于土体（或土石混杂的堆积物）遇水软化，在4560的较陡边坡无支撑

26、情况下，因自重所产生的剪应力超过黏聚力和摩擦力所构成的抗剪力，沿松动面坠落散开，它的变形速度比崩坍慢，很少有翻滚现象。1）路基的破坏形态1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其防治措施（3）路基沿山坡滑动。在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面未清除杂草、凿毛或人工挖台阶，坡脚又未进行必要的支撑，特别是又受水的润湿时，填方与原地面之间的抗剪力很小，填方在自重和荷载的作用下，有可能使路基整体或局部沿原地面向下移动。这种破坏现象虽然不普遍，但也不应忽视，如果不针对上述产生破坏的原因采取相应的预防措施，那么路基的稳定性就得不到保证，破坏将难以避免。（4）特殊地质水文情况的毁

27、坏。当公路通过不良地质和水文地带，或遇较大的自然灾害，如滑坡、岩堆、错落、泥石流、雪崩、岩溶、地震及特大暴雨等时，均会导致路基结构发生严重破坏。1）路基的破坏形态1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其防治措施（1）不良的工程地质和水文地质条件，如地质构造复杂、岩层走向与倾角不利、岩性松软、风化严重、土质较差、地下水位较高及其他地质不良灾害等。（2）不利的水文与气候因素，如降雨量大、洪水猛烈、干旱、冰冻、积雪及温差较大等。（3）设计不合理，如断面尺寸不符合要求，其中包括边坡坡度取值不当，挖填布置不符合要求，最小填土高度不足及排水、防护与加固不妥等。（4）施工不符合

28、规定，如填筑顺序不当，土基压实不足，盲目采用大型爆破，不按设计要求和操作规程进行施工，工程质量不符合标准等。2）路基病害的防治措施1.1.路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其原因路基的破坏形态及其防治措施（1）正确设计路基横断面。（2）正确选择适当而良好的土填筑路基，并采用正确的填筑方法。（3）充分压实土基，保证达到规定的压实度，提高土基的水稳定性。（4）适当增加路基高度，以防止水分从旁侧渗入或地下水位上升。（5）正确地进行排水设计，包括地面排水、地下排水及小区域内的特殊排水。（6）设置垫层用以隔水保温。（7）采取边坡加固与防护措施，修筑挡土结构物。（8）对不良地基进行技术处理。（9）尽量避开不良地质、地形等地段。2.2.路基病害的防治措施路基病害的防治措施能力训练能力训练能力训练能力训练能力训练能力训练能力训练