n 第一章 绪论 第一节 公路的组成及路基设计的基本内容n一、公路的组成部分n 公路是一种线形工程构造物。公路主要承受 的是汽车荷载的重复作用和经受各种自然因素 的长期影响。公路的组成部分包括：路基、路 面、桥涵、隧道、防护工程、排水设备、山区 特殊构造物。n公路路基是路面的基础，它与路面共同承担车 辆的荷载，是公路的重要组成部分。保证公路 沿线都具有坚实而稳定的路基，是路基设计的 中心任务。随着道路等级的提高, 在设计中采用 一定的措施来提高路基的强度和稳定性，用以 提高路面整体强度的问题就很突出。n路基的横断面如图。地形的变化，一般使路基 分为路堤和路堑两种，高于天然地面的填方路 基称为路堤；低于天然地面的挖方路基称为路 堑；介于这两者之间的称为半填半挖路基。在 挖方路段，路基通常是地面下的天然地层；在 填方地段，则是填筑起来的压实土层。n路面是直接承受汽车碾压的行车地带，它是用 各种坚硬材料铺筑在路基上面的单层或多层结 构。路面的类型常见的有沥青路面、水泥混凝 土路面、碎（砾）石类路面等。n路肩是指路面两侧路基边缘以内地带，它是用 来支持路面、临时停靠车辆和供行人行走。n修建合适的排水系统是路基稳定的一个保证。 排除地面水，如雨、雪而形成的水等，可兴建 地面排水构造物；地下水严重时需排除时，可 采用盲沟；如果公路要跨越较大的水流，就要 建造桥梁和涵洞。 n二、路基设计内容n任务：使路基在行车荷载和各种自然因素作用 下，能具有足够的强度和稳定性，保证交通运 输的畅通和安全。根据公路的性质、等级和技 术标准以及当地自然条件，拟定正确的路基设 计方案，作为施工的依据。具体为：n1.进行野外勘察，收集必要的资料；n2.根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；n3.根据沿线地面水流以及地下水埋藏情况，进 行路基排水的总体布置及排水结构物的设计；n4.路基防护与加固设计，包括坡面防护、冲刷 防护与挡土墙的布设；n5.路基工程其它设施。第二节 路基的常见病害及对路基的要求n一、路基的作用n路基是路面的基础，且和路面共同承受荷载， 贯穿公路全线。n二、路基的常见病害n路基在自然因素及荷载的作用下，产生不断累 计的变形，最后导致破坏，这就是路基的病害 现象。路基病害的形状多种多样，原因错综复 杂，自然因素有： 1.地理 如沿线的地形、 地貌、海拔高度、植被等；2.地质 如沿线土的种类、成因、含水量、有 机质及可溶性盐的含量等； 3.气候 该地区的气温、降雨量、雨型、降雪 、温度、冰冻深度等；4.水文 河道的洪水位、常水位、河岸的冲刷 和淤积情况、沿线地表水的排泄条 件，有无 积水；5.文地质 地下水位、地下水移动的规律、有 无泉水、层间水，以及各种水的流量。n路基常见的路基病害现象如下：n1路堤沉陷n塌方路基下沉导致断面尺寸改变的病害现象称为路堤沉 陷。沉陷是不均匀的，严重时会破坏局部路段造成交通 中断。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷两种。n2路基边坡的塌方n边坡的塌方是常见的病害 ，也是水毁的普遍现象，尤其 在山区新建公路上，几乎是普遍的病害现象。塌方的具 体表现形式有剥落、碎落、滑塌和崩塌。n3路基沿山坡的滑动n在较陡的山坡上填筑路基，如果原地面较光滑，未经处 理，坡脚处又没进行必要的支撑，特别在受到水的浸润 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。n4不良的地质水文条件造成的路基破坏n如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以导致 路基的大规模毁坏。在公路勘测中，要求尽可能避开这 些地区或采取相应的技术措施，保证公路的正常使用。n三、病害原因的综合分析n由以上内容可以知道，路基的病害原因是多方 面的，各种病害既有各自的特点，又往往具有 共同的原因，可以把它归纳为以下几个方面：n1.不良的工程地质与水文地质条件n2.不利的水文与气候因素n3.设计不合理n4.施工不符号规定n四、对路基的要求n1.具有足够的整体稳定性n2.具有足够的强度n3.具有足够的水温稳定性n 第二章 路基的强度与干湿类型n第一节 路基的强度与稳定性n 1公路路基土的分类 n课本上的表给出了公路土的粒经划分和路基土的划分。 土的名称以及分类符号。我们在土质学中已学过，具体 还可以参阅公路土工试验规程。n2各类土的物理力学性质n漂石（块石）、卵石属于巨粒，强度和稳定性很高， 是填路基的好材料，注意边坡值的选用。n砂土 无塑性，透水性强，毛细上升高度很小，具有较 大的内摩擦系数，强度和稳定性都比较好。但不容易压 实。n砂性土 既含有一定的粗颗粒，也含有一定的细颗粒， 使路基土既具有足够的强度和水稳定性，又有一定的粘 结性 ，因此砂性土是修筑路基的理想材料。n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，容易引起冻胀、翻浆。在修路的材料中它 是最差的一种，一般属于有害的路基用土。n粘性土 它的细颗粒比重大，内摩擦角小，但 粘接力大，透水性小。这种土经充分压实和采 取很好的排水措施，筑成的路基也能稳定。n重粘土 它的工程性质与粘性土相似，但其所 含黏土矿物成分不同而不同。第二节 路基的强度n 一、路基的受力状况n 一般情况下，路基承受两种荷载 ：一是路面 和路基自重引起的静力荷；另一种是车轮引起的 动力荷载。在它们的共同作用下，路基处于受力 状态。n路基在车轮荷重作用下所引起的垂直应力随深度 而减弱；路基土因自重引起的垂直应力与深度成 正比例。圆形均布荷载中心下土基的垂直压应力 ，可用下面的公式计算：n =P /(1+2.5(Z/D)n路基土因自重所引起的垂直应力，在一定的深度 下，路面的质量远小于路基的自重，所以土基自 重引起的垂直应力与深度成正比，既=Zn2、路基的工作区n当荷载引起的应力仅为自重应力的20%-10% 时，荷载应力影响的深度作为工作区的深度。该 深度Za随车辆荷载增大而增大，随路面的强度和 厚度的增加而减小。n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n度。n三、路基的强度和强度指标n路基的强度，用抵抗相对滑动位移变形和竖直 位移变形的能力，作为具体指标来表征。n1.抗剪强度n在路基边坡内，当路基强度不够，不能抵抗剪 应力的作用。便会沿某一剪切面产生相对移动 于是边坡破坏，稳定丧失。土体必须具有抵抗 此变形能力，用抗剪强度表示，公式2-1。 n土体的抗剪强度取决于土的粘结力C和内摩擦角 。土的颗粒越细，粘聚力越大。沙土的粘聚力 很小或没有，由于粘聚力不如内摩擦力影响大 ，因此土的颗粒越大，抗剪强度就越高。n2. 回弹模量n通过路面传到土基的垂直压力，使土基产生一 定程度的竖向位移变形，假设土基是均质的弹 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 变形之间的关系，用下式表示：n 从上述的公式可以看出，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， 抵抗竖向变形的能力.n四、路基强度与稳定性的保证n路基的强度与稳定性，受水、温度、土质的影 响，在一年内出现显著的季节性变化.为保证路 基的强度和稳定性，必须深入进行了解，细致 分析各种自然因素与路基的关系，以采取有效 措施.n 第三节 路基的干湿类型和临界高度n一.路基湿度的来源n 1、 路基干湿类型及湿潮来源n路基的干湿类型可以分成干燥、中湿、潮湿和过湿四类， 这四种类型表示路基工作时，路基土所处的状态.n路基潮湿的来源，可归纳为下列几项：na 降水 从路面、路肩和边坡渗入；nb地面水 沿边沟流动，或因派水困难而积聚于路基两侧的 水分，渗入路基；nc地下水 因地下水的流动而渗入路基下部；nd毛细水 借土的毛细作用由地下水 位上升；ne 气态水 在土的空隙中移动的水汽，遇冷凝结为水.n上述各种路基潮湿来源，都会对路基的强度和稳定性有 不同程度的影响.设计时应根据当地的自然条件和特点， 采取相应的工程技术措施，保证路基的强度和稳定性.n2、路基干湿类型划分方法na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，根据道路自然区划，路 基土的类别，查表，找到分界相对含水量W， 将计算出的值与之相比，可以确定路基的干湿 类型.n b 以临界高度判断路基的干湿类型 对新建公 路，因路基还未建成，路槽下80cm内的相对含 水量无法测定.要采用地下水或地表长期积水的 水位到路槽底的高度与临界高度相比，判断路 基的干湿类型?n 临界高度的概念，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期积水 的最小高度. n二.公路自然区划n根据公路工程的地理、气候差异特点，自然区的 划分，按其重要性和规模的大小分为三个等级. 一级区划是按自然气候、全国轮廓性地理、地貌 划分的，全国共划分七个一级区；n二级区划是在一级区划内，考虑水温状况不同， 以潮湿系数为主导标志，按公路工程的相似性及 地表气候的差异，进一步划分二级区以及与二级 区划相当的副区，全国共分为33个二级区和19个 副区. n三级区划是二级区的进一步划分.由于目前各地 区的特点和掌握的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 的范围，由个省、自治区自行划分，以便更切合 当地的实际情况.n 第三章 一般路基设计n 一般路基是指一般地区低于规范规定高度的路基.它 可以结合当地地形、地质情况，直接应用根据长期生产 实践和科学研究总结的典型横断面图或设计规定，不必 进行n个别设计和论证. n一.形车道及路基宽度n （一）行车道数及其宽度n为满足汽车、行人以及其它车辆在公路上正常通行的要 求，路基须有一定的宽度.根据交通量的大小、车流的组 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.n目前我国的公路普遍是双车道二级公路.在平原区，如果 慢车很少，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.n路基宽度为路面与路肩宽度之和，高速公路和一机公路 还包括中间带宽度.n二.路基横断面的基本形式n1.路堤 高于原地面，由填方构成的 路基为路 堤.填高为1米的，属于矮路堤；120米之间为 一般路堤超过20米的为高路堤.n2.路堑 低于原地面，由挖方构成的路基为路 堑.设计时对边坡稳定性予以充分注意.n3.半填半挖路基 这重路基是路堑与路堤的综合 形式，主要设置在比较陡的山坡上.将挖出的土 石方，作为填筑的土石方，可以节省土石方，比 较经济，给施工带来方便.n第三节 路基工程的其它设施n第四章.路基稳定性设计n第一节 稳定性验算概述n 一般路基是套用典型横断面图进行设计的，不 必进行论证和验算，但对高路堤、浸水路堤等， 则需进行特殊设计.n一.边坡滑动面形状n大量的实践证明，边坡破坏时，要形成一滑动面 .该面的形状和路基填土的性质有关.由渗水材料 填筑的路堤，边坡破裂的形状近乎平面，可按直 线滑动面法验算边坡的稳定性 .n以带有粘性的土填筑的路堤，破坏时形状为一曲 面，为简化计算，通常近似的假设为一圆弧状滑 动面.车荷n二.边坡稳定性设计方法n1.力学验算法n(1)数解法n(2)图解法 2.工程地质法n在地质复杂地区修建路基，正确合理地确定路 堑横断面形状和边坡坡度是很重要的.目前是根 据对自然山坡和已有的人工边坡进行稳定性分析 ，通过工程地