第三章一般路基设计

第三章一般路基设计第一节路基设计的一般要求1、路基设计的基本要求具有足够的强度、稳定性和耐久性；符合环保、地质、水文等要求；地质条件、地址参数明确； 避免高路堤与深路堑；高速公路、一级公路应采用动态设计；提倡采用成熟的新技术、 新材料和新结构；符合经济性的要求。2、路基设计内容路基设计包括： 地基处理设计、路基填料选择、防护工程设计、排水工程设计、关键部位(台背、挡土墙背、涵洞背等)路基设计与施工设计。3、一般路基的概念通常是指在良好的地质与水文条件下，填方高度(1.5m<h<18m)或挖方深度不大的路基，它可结合当地地形、地质直接选用典型断面或设计规定而不需进行个别论证与验算。图3-1路基各部分的名称4、路基设计的一般要求（1）根据路线平、纵、横设计进行路基布置；（2 ）在荷载应力作用区（路基工作区）内部分应进行严格碾压施工（特别是路床部分）， 与路面设计一起进行综合考虑；（3）必须有确保路基强度与稳定性的附属设施，包括路基排水、路基防护与加固、取土 坑、弃土堆、护坡道等；（4）对于一般路基，可结合当地情况选用典型断面图或设计规定，不必进行论证和演算， 对于高填、深挖路基及地质和水文条件特殊的路基，须进行个别设计和验算。5、路基设计标高（1）新建公路的路基设计标高高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高;二、三、四级公路宜采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。（2）改建公路的路基设计标高一般按新建公路的规定执行，也可视具体情况而采用中央分隔带中线或行车道中线标高。第二节路基的类型与构造1、路基横断面的典型型式（f>不地不挖蹄璃图3-2路基横断面的典型型式2、路堤的类型与构造要求（1 ）路堤（embankment ）在天然地面上用土或石填筑的具有一定密实度的线路建筑物。图3-3路堤的常见横断面型式（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1）路堤按填高分，有：矮路堤（H<1.01.5m）、高路堤（H>1820m）、一般路堤（H=1.518m）；2）路堤按所处条件和加固类型分，有：浸水路堤、护脚路堤、挖沟填筑路堤等。（2）路堑cutting :是指全部在原地面开挖而成的路基或低于原地面的挖方路基。作用：缓和道路纵坡或越岭线穿越岭口控制标高。危害：破坏了厚地层的天然乎衡状态，不利于排水，通风。图3-4路堑的常见横断面型式（a）全挖路堑（b）台口式路堑（c）半山洞路堑（3）半填半挖式路基【part-cut & part-fill subrade】：指的是在一个横断面内，部分为路堤、部分为路堑的路基。图3-5半填半挖断面形式（a） 一般填挖路基（b）矮挡土墙路基（c）护肩路基（d） （e）砌石路基（f）挡墙路基（g） 半山桥路基3、一般路堤和矮路堤的构造要求（1）满足最小填土高度要求；（2）因工作区可能涉及到天然地面，除填方路堤须满足施工要求外，天然地基也必须进 行压实，必要时须换土或进行加固；（3）可结合两侧排水沟进行挖土填筑路基，可在路基侧设置护坡道；（4）对地面纵、横坡较陡处必须挖台阶再填筑，从而保证路基不沿坡向有滑动可能性；（5）必要时可设置石砌护脚进行路基防护。4、高路堤及浸水路堤的构造要求（1）必须进行个别设计；（2 ）边坡可采用上陡下缓的折线形式或台阶形式；（3 ）边坡表面须采取适当的防护或加固措施。5、路堑的构造要求（1）边坡可设置为直线或折线；（2）挖方边坡坡脚处须设置边沟；（3）路堑上方应设置截水沟；（4）坡面易风化时须采取防护措施，并设碎落台;（5）挖方路基下天然地基必须人工压实，必要时应翻挖重填、换土或进行加固处理。6、半填半挖路基的构造要求（1）对路堤和路堑的要求都应满足；（2）压缩用地宽度及减小填方量时，可在填方侧设护坡或护墙，也可设置护肩墙或路堤 墙，特殊时可设半山桥路基。第三节路基设计1、一般路基设计的内容（1）选择路基断面型式，确定路基宽度与路基高度；（2）选择路基填料与压实标准；（3）确定边坡形状与坡度；（4）路基排水系统布置与排水结构设计；（5）坡面防护与加固设计；（6）附属设施设计。2、路基宽度设计（1）路基宽度的概念：路基宽度为行车道、路肩、中间带、变速车道、爬坡车道等宽度 之和，一般可理解为土路肩外边缘之间的距离。（2）路基宽度的确定原则：须考虑占用土地及生态平衡问题，应尽可能少占农田、考虑 填挖平衡以减少取土开挖、防止水土流失以维护生态平衡。路革宽度图3-6公路路基宽度图a)高速公路和一级公路b)二、三、四级公路(3)路基宽度的确定(1) 行车道：3.5-3.75m，与车辆宽度、设计交通量、交通组成和汽车行驶速度等有关；(2) 路肩：高速公路、一级公路的平原微丘区，有条件时路肩宽度宜采用N2.50m的硬路 肩。(3) 中间带：最小中间带宽度随公路等级、地形条件变化在2.50m4.50m之间，特殊情况下可减至2.00m。中间带的宽度根据行车带以外的侧向余宽，防止驶入对向行车带护栏、防眩网、交叉公路的桥墩等所需的设置带宽度而定。(4) 变速车道：高速公路和一级公路，当纵坡大于4%时，可沿上坡方向设爬坡车道， 爬坡车道的宽度一般为3米。(5) 爬坡车道：高速公路互通式立体交叉、服务区、车站等处，应设置变速车道。变速 车道的宽度一般为3米。(4)技术标准表3-1整体式路基宽度公路等级高速公路设计速度（km/h）12010080车道数86486464路基宽度（m）一般值42.0034.5028.0041.0033.5026.0032.0024.50最小值40.00-25.0038.50-23.50-21.50公路等级一级公路设计速度（km/h）1008060车道数64644路基宽度（m）一般值33.5026.0032.0024.5023.00最小值-23.50-21.5020.00公路等级二级公路三级公路四级公路设计速度（km/h）8060403020车道数22222或1路基宽度（m）一般值12.0010.008.507.506.50（双车道）4.50（单车道）最小值10.008.50-表3-2高速公路、一级公路分离式路基宽度公路等级高速公路设计速度（km/h）12010080车道数86486464路基宽度（m）一般值22.0017.0013.7521.7516.7513.0016.0012.25最小值-13.25-12.50-11.25公路等级一级公路设计速度（km/h）1008060车道数64644路基宽度（m）一般值16.7513.0016.0012.2511.25最小值-12.50-11.2510.253、路基高度设计路基高度：是指路堤的填筑高度或路堑的开挖深度，一般为路基设计标高与原地面（中心线）标高之差；由于原地面不平整，因此还有边坡高度。路基高度的确定：路基高度结合公路路线纵断面、排水及防护措施确定，同时与路基临 界高度结合；应使路肩边缘高出地面积水，并考虑地面水、地下水、毛细水和冰冻作用对路基强 度和稳定性的影响。高路堤及深路堑的判别标准以边坡高度为依据；沿河及受水浸淹路基的高度应大于：设计洪水位+壅水高度+波浪侵袭高度+0.5m。当路基高度不符合规定时，可采取降低水位、设置毛细水隔断层等措施。4、路基的边坡坡度路基边坡概念：用边坡高度与边坡宽度之比 H:b的形式表示，并取H=1计算为1:m （路堤） 或1:n （路堑）的形式表示边坡坡率。边坡坡度的大小，取决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高 度。路基边坡坡度的大小直接影响路基的整体稳定性及土石方量和施工难易程度；一般路基的边坡坡度应通过设计验算确定，也可根据多年工程实践经验和设计规范推荐的数值进行采用。（1）常用的路堤边坡坡度1 ）一般路堤边坡坡度：表3-3路基边坡坡度表填料类别边坡坡率上部（H<8m）下部（H < 12m）细粒土1： 1.51： 1.75粗粒土1： 1.51： 1.75巨粒土1： 1.31： 1.52）高路堤及沿河浸水路堤：单独设计3）填石路堤：用大于25cm不易风化的石块砌筑，坡度可用1:1；4）陡坡填方可采用砌石护墙：顶宽0.8m，基底以1:5向内斜，H=215m；表3-4砌石边坡坡度表序号高度（m）内坡坡度外坡坡度1W51： 0.31： 0.52W101： 0.51： 0.3W151： 0.61： 0.755）地震地区边坡高度极限值表3-5路堤高坡高度限制（m）填料基本烈度89岩块和细粒土（粉性土和有机质土除外）15m10m粗粒土（细砂、极细砂除外）6m3m（2）常用的路堑边坡坡度1）路堑边坡设计时应考虑地貌、地质构造上的整体稳定性，不良情况时应使路线避绕，稳定的地 质也应考虑开挖后能否造成坡面减少支承而引起失稳；2）土质路堑边坡坡度：表3-6 土质挖方边坡坡度表（m）土的类别边坡坡率粘土、粉质粘土、塑性指数大于 3的粉土1： 1中密以上的中砂、粗砂、砾砂1： 1.5卵石土、碎石土、圆砾土、角砾土胶结和密实1： 0.75中密1： 1表3-7 土的密实程度划分表分级试坑开挖情况较松铁锨很容易铲入土中，试坑坑壁容易坍塌中密天然坡面不易陡立，试坑坑壁有掉块现象，部分需用镐开挖密实试坑坑壁稳定，开挖困难，土块用手使力才能破碎，从坑壁取出大颗粒处能保持凹面形状胶结细粒土密实度很高，粗颗粒之间呈弱胶结，试坑用镐开挖很困难，天然坡面可以陡立3) 岩石路堑边坡坡度表3-8岩石挖方边坡坡度表边坡岩体类型风化程度边坡坡率H<15m15mWH< 30mI类未风化、微风化1: 0.1 1： 0.31: 0.1 1： 0.3弱风化1: 0.1 1： 0.31: 0.3 1： 0.5II类未风化、微风化1: 0.1 1： 0.31: 0.3 1： 0.5弱风化1: 0.3 1： 0.51： 0.5 1: 0.75III类未风化、微风化1: 0.3 1： 0.5弱风化1: 0.5 1: 0.75IV类弱风化1: 0.5 1： 1强风化1: 0.75 1： 14) HN10m时地震地区岩石路堑边坡坡率岩石种类基本烈度89风化岩石1: 0.6-1 : 1.51： 0.75-1 : 1.5一般岩石1:0.1-1 : 0.51:0.2-1 : 0.6坚?石1： 0.1-直立1: 0.1-直立5、路基的压实（1）压实的意义：分层压实致密的路基能防止水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载 反复作用产生的压密变形，从而确保路面的使用品质和使用寿命。（2）路堑的压实：路堑虽然其路基顶面工作区内土体存在超固结情况，但一般天然土体 的密实程度都不能满足路基设计要求，特别是在纵横向存在不均匀，因此，有必要挖开后再分层 填筑压实，使其达到一定的均匀密实要求。（3）公路室内击实试验1）试验设备：击实筒V=2177cm3 ；击实锤 w=4.5kg2）试验条件：土样分层n=3层；落高d=45cm ；击数N=98/层E =性# = 3A.7-KN- mhn53）击实能量：4） 试验方法：对3为定值的土；分三层压实；测定击实后的3、p，算定p d。（4）室内击实国家标准土工试验方法标准（国家标准）：轻型：d<5mm; V=947cm3, m=2.5kg ， 落高 30.5cm，分 3 层，每层 25 击重型：d<40mm; V=2177cm3, m=4.5kg, 落高 45.7cm，分 3 层，每层 98 击。（5）路基土的压实度概念：路基土达到的干密度值与标准击实法得到的最大干密度的比 值的百分数表示。（6）要求压实的土层：路堤填土部分、零填及挖方路基。（7）室内击实曲线金本童w(%)图3-7室内击实曲线特点：具有峰值位于饱和曲线之下(8)影响因素1)击实功能2) 土的级配、含水量E = cofisi配越好，其Pdg越大，3叩越小3）击实方式：夯实、辗压、振动；辗压对粘土比较合适（9）压实土的特性1）低于最佳含水量时容易提高密实度，从而增强抗变形能力和强度，高于最佳含水量时 则难以获得高的密实度；2）压实土遇水浸湿含水量增长的程度与压实时的含水量及土质有关，压实时低于最佳含 水量3 0时压实土的膨胀量比略高者为大，因此在接近或略大于最佳含水量时压实的土，其吸水 量与膨胀量最小，最稳定；3）压实土浸湿后的抗变形能力：在 3 0时压实的土可望得到最高的浸湿后的抗变形能力， 同时，增加压实功、提高密度可以得到较高的浸湿后的抗变形能力。（10）压实度标准表3-10路基土最小强度和压实度要求项目分类路面以下深度（m）路床土最小强度（CBR）（% ）压实度（%）高速一级二级三四级高速一级二级三四级填方0 0.3865N96N95N94路基0.3 0.8543N96N95N94零填及0 0.3865N96N95N94挖方路基0.3 0.8543N96N95/表3-11路堤压实度及路堤填土最小强度要求类别路床顶以下深度（m ）压实度（%）填土最小强度（CBR）（%）高速公路一级公路二级公路三、四级公路高速公路一级公路二级公路三、四级公路上路堤0.80 1.50N94N94N93433下路堤1.50以下N93N92N90322第四节路基附属设施1、取土坑与弃土堆（1）借方与弃方不可避免，若能结合不同标段进行协调处理，则不仅可以降低工程造价， 还可以维护自然平衡，但须进行调配安排及合理计算运费。（2）平坦地区用土量少时可沿路两侧抽沟取土，结合路基排水及农田灌溉安排，但对于 堤顶至坑底高差大及软弱地基区域，取土坑易远离路基坡脚，并进行坑设计。（3）废方能利用应尽量加以利用，实在需堆弃也应尽量不影响路基，做好相关设计，尤 其应控制废方的数量。图3-8路旁取土坑示意图：1-路堤；2-取土坑2、护坡道与碎落台护坡道有利于降低边坡平均坡度、保护边坡稳 定，软土地段还有助于路基沉降均匀及路基整体稳 定。但护坡道设置涉及到土地占用及工程经济，应 兼顾好稳定与经济合理性。碎落台设于挖方边坡坡脚处，保护边沟不被碎落的土石块堵塞，也可同时兼起护坡道作用。3、错车道错车道一般用于单车道公路会车或紧急避让之用，可每隔200500m设置一处，长度不小于30m，前后各有10m的出入过渡段。单车道的路基宽度一般为 4.5m，而错车道地段的路基宽度一般为6.5m，必须在路基设计时加以考虑。4、急流槽与消力池急流槽是路面排水采取集中排泄方式时的必须设施，一般与消力池进行综合设计考虑。急流槽的过水断面必须加以计算，并应进行其稳定性设置。