道路施工与养护技术 道路施工与养护技术 第一章 路基工程总论.doc

第一篇 路基工程 第一章 路基工程总论 本章概述 本章主要介绍路基工程的特点和路基设计的基本内容，影响路基强度和稳定性的各种因素及分析方法，路基的常见病害及其原因。路基土的分类及工程性质，路基干湿类型及临界高度的划分，公路自然区划等内容。 学习目标 1．熟悉路基工程的特点和路基设计的基本内容。 2．了解影响路基强度和稳定性的各种因素及分析方法。 3．初步掌握路基干湿类型及路基临界高度的划分方法。 4．能根据路基用土的工程性质选择路基用土。 第一节 概 述 一、路基的作用 公路是一种线形工程构造物。它主要承受和满足汽车荷载的重复作用和经受各种自然因素的长期影响。由于地形、地质和经济条件的限制，公路中线在平面上有弯曲，在竖直方向上有起伏，因此，它是一条空间线，其形状称为公路的线形。 路基是公路线形的主体，贯穿于公路全线，与沿线的桥梁、涵洞和隧道等相连接。路基按照路线位置和一定技术要求修筑成带状构造物作为路面的基础，承受由路面传递下来的行车荷载。路面是用硬质材料铺筑于路基顶面的层状结构，路面靠路基来支承。没有稳固的路基就没有稳固的路面。 二、路基工程的特点 路基作为公路建筑的主体，主要是用土壤或石块修筑而成。它具有结构形式比较简单，工程数量大，而且往往比较集中，耗费劳力多，涉及面广，投资高等特点。以山岭重丘区二级公路为例，每公里土石方数量可达7～1l万m3，四车道山岭重丘区高速公路每公里土石方数量可达25～30万m3。一般公路的路基修建投资占公路总投资的25％～45％，个别山区公路可达65％。由于路基长距离地修筑在地面上改变了原有地面的自然状态及当地生态平衡、水土保持和农田水利等自然环境。因此，路基的稳定性受到地形、地质、土壤、水文和气候的影响极大，如果设计和施工不当，容易产生经常性的各种病害，导致路基路面破坏，影响交通和行车安全，需耗费较大的投资进行修复。此外，路基工程对工期影响大，在工程地质和水文条件复杂的路段，不但工程技术问题多，施工难度大，增加工程投资，而且常成为影响全线工期的关键。 搞好路基工程的关键在于加强调查研究。摸清沿线的自然条件，尤其是地质和水文状况，了解沿线地方城镇建设规划和农业发展规划，因地制宜，抓住重点，综合改造，确保路基设计与施工质量。 三、路基设计的基本内容 路基设计的任务是根据公路的性质、等级和技术标准，结合当地的自然条件，综合考虑与路线、路面和桥涵的关系后，拟定正确的设计方案，作为路基施工的依据。 路基设计的内容包括以下几个主要方面： (1) 路基土体工程 路基主体设计包括选择路基横断面形式，确定路基宽度、路基高度、路基边坡坡度等。 (2) 路基排水 根据沿线地表水流和地下水流情况，进行沿线排水系统的总体布置，以及地面、地下排水结构物的设计。 (3) 路基防护与加固 包括坡面防护、冲刷防护与支档结构物等的布置、构造设计等。 (4) 路基工程的附属设施 包括取土坑、护坡道与碎落台、堆料坪与错车道等的布置与计算。 第二节 路基的强度和稳定性 一、路基受力与工作区 1．路基的受力 路基在工作过程中，同时承受两种荷载：一种是路面和路基自重引起的静力荷载； 另一种是车轮荷载引起的动力荷载。在两种荷载的共同作用下，路基土处于受力状态。理想的设计应使路基受力时只产生弹性变形，车轮驶过以后恢复原状．以确保路基的相对稳定，不致引起路面破坏。 假设车轮荷载为园形均布垂直荷载，路基为一弹性均质半空间体，如图l-1所示。路基在车轮荷载作用下所引起的垂直应力，可用近似式计算： σ1 = P／ [1 + 2.5 (Z／D)2 ] （1-1） 式中 P——车轮的单位压力(kPa)； D——圆形均布荷载作用面积的直径(m)； Z——圆形均布荷载中心下应力作用点的深度(m)。 路基土自重所引起的压应力可用下式计算： σ2 = γZ (1-2) 式中 γ——土的单位体积重力(KN／m3)； Z ――应力作用深度(m)。 路基内任一点处的车轮荷载所产生的垂直力σ1，土基自重引起的垂直应力σ2，及两者的应力曲线如图l-1所示。 图l-1 土基应力分布示意图 2．路基工作区 根据图1-1分析，车辆荷载产生的垂直应力σ1随深度的增加而减小，自重应力σ2则随深度的增加而增大。在某一深度Za处，车轮荷载所产生的应力仅为自重应力的l/5～l/l0，在此深度以下，车轮荷