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1、公路工程知识 一、路基部分,1.路基概念：,路基:是在地表按道路的线型（位置）和断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路基依其所处的地形条件不同，有两种基本形式：路堤和路堑，俗称填方和挖方。 路基构造由路基本体、排水设施、防护设施等组成。路基的构造通常用横断面图来表示。按路基填挖的情况，其断面型式可分为路堤、路堑和半填半挖三种类型。,路基、路床、路堤、上路堤、下路堤示意图,路堤,（1）.路堤,矮路堤：填土高度小于1.01.5m 注意满足最小填土高度的要求，保持路基处于干燥或中湿状态； 路基工作区范围内的地基需按路基标准严格压实，必要时换土或加固处理； 一般路堤：填土高度1.520m
2、 高路堤：水稻田或长年积水地带，用细料填筑路堤高度在6米以上，其它地带填土或填石路堤高度在20米以上时,1.路堤,一般路堑（h20m）深路堑（h 20m）,2、路堑,3、半填半挖,高速公路、一级公路路基标准横断面图,二、三、四级公路路基标准横断面图,公路是一条带状的三维空间体，它的中心线（以下称公路中线）是一条空间曲线，这条中心线在水平面上的投影简称为公路路线的平面线形。,相邻直线的转折点称为交点，用JD表示。直线与圆曲线的切点称为直圆点，用ZY表示。圆曲线与直线的切点称为圆直点，用YZ表示。圆曲线的中点称为曲中点，用QZ表示。当曲线半径小于不设超高最小半径时，为行车舒适，在直线与圆曲线之间插
3、入缓和曲线，直线与缓和曲线的切点称为直缓点，用ZH表示。缓和曲线与圆曲线相切点称为缓圆点，用HY表示。圆曲线与缓和曲线相切点称为圆缓点，用YH表示。缓和曲线与直线的切 点称为缓直点，用HZ表示。,直线、缓和曲线、圆曲线是构成平面线形的主要组成线形。,当圆曲线半径小于不设超高最小半径时，为使汽车能安全、经济、舒适地通过圆曲线，必须将圆曲线部分的路面做成向内侧倾斜的单向坡：这个单向坡坡度称为超高横坡度，用i超表示。目的是让汽车在圆曲线上行驶时能获得个向曲线内侧的横向分力，以克服离心力，减小横向力。,公路路面为有利于迅速排除地面水，保持路面干燥，一般设置成中间高、并向两侧倾斜的拱形，具有一定的坡度，
4、称这种形式为路拱，坡度称为路拱横坡度。,路线平面图,中线,公里桩,等高线,路线纵断面图,设计纵线,地面线,路线横断面图,挖方断面,填方断面,设计线,地面线,公路测量仪器,全站仪,水水准准仪尺,GPS接收机,经纬仪,棱镜,高速公路枢纽互通,主线,被交线,匝道,跨线桥,高速公路普通互通,路堑：低于原地面的挖方路基。,碎落台,路堑边坡,坡度尺,路堤填筑施工,路堤分层堆土作业,路堤边坡,碾压成型路堤,路堤填筑前原地面,涵洞,路堤排水沟,路堤分层填筑施工,路堤分层填筑施工,压路机碾压作业,路基压实度检测（灌砂法）,路基成型,路基平整度检测,2 地基处理,路堤基底是指地基与堤身的接触部分，应根据不同情况分
5、别予以处理，以保证堤身稳固。 1、基底土密实稳定、地面坡度缓于1:5时，路堤可直接填筑在天然地面上。 2、路堤基底为耕地或较松的土，应在填筑前进行压实。 3、路线经过水田、池塘或洼地时，应根据情况采取排水疏干、清淤换填、晾晒或者掺灰等处理措施，经碾压密实后再填路堤。 4、当原地面坡度（包括横坡和纵坡）陡于1:5的稳定斜坡上填筑路堤时，基底应挖成反台阶，防止堤身沿斜坡下滑。,我国沿海地区和内陆湖泊河流谷地分布着大量的软基，其特点为含水量大、压缩性高、透水性差、强度低，为了确保工程的安全和正常使用，必须进行地基处理。 路基敷设于天然地基上，自身荷载较大，要求地基应具有足够的承 载能力，以保持地基稳
6、定，另外应使某些自然因素(如地下水、坑穴、湿陷、胀缩等)不致于产生对路基的有害变形。,一、换填土层法以人工、机械或爆破方法将软土挖除，换填强度较高的粘性土或砂、砾石、碎石等渗水材料。 适用性：适用于软土层较薄（h3.0）、无硬土覆盖的情况和易于排水施工等情况。 软土地基处理最彻底的一种方法。,抛石挤淤适用于湖、塘、河流等积水洼地，水量大且不易排除，无硬壳，软土易挤开，片石能沉达底部者。,二、重锤夯实法 对于非粘性土及松散杂填土而言，振动压实法效果良好。 重锤夯实法，一般以钢筋混凝土制成截头圆锥体(底部垫钢板)，重量宜1.5t或稍重，锤底直径为11.5m，起重设备的能力为815t，落距高一般为2
7、.54.5m。重锤夯实法加固地基，可提高地基表层土的强度。 在重锤夯实法的基础上，经过研究和实践，出现所谓强夯法，亦称动力固结法，它是以812t(甚至20t)的重锤，820m落距(最高达40m)，对土基进行强力夯击，利用击波和动应力，达到土基加固的目的。,夯锤,实践证明，强夯过程中，土体中因含可压缩的微气泡而产生几十厘米的沉降，土体产生液化，使土的结构破坏，强度下降至最小值，随后在夯击点周围出现径向裂隙，成为加速孔隙水压力消散的主要通道，继而因粘性土的触变性，使土基的强度得到恢复和增强。 强夯法至今还没有一套成熟和完善的理论和设计方法，但实践证明，它具有施工简单、加固效果好、使用经济、运用面较
8、广等优点。缺点是需要相应的机具设备，操作时噪音和振动较大，不宜在人口密集或附近防震要求高的地点使用。,强夯加固设计与施工,广泛适用于杂填土、碎石土、砂土、粘性土、湿陷性黄土和沼泽土，还可用于水下,三、排水固结法 饱和软土在荷载作用下，排水固结后，抗剪强度可得到提高，则达到加固的目的。此法在建筑工程中，常用于加固软弱地基，包括天然沉积层和人工冲填的土层，如沼泽土、淤泥及淤泥质土，水力冲积土等。 排水固结是运用堆载预压，挤出土中的过多含水，达到挤紧土粒和提高强度的目的。为了缩短预压时间，加设砂井竖向排水通道或铺设砂垫层，效果甚好。,1)堆载预压法是在建筑物建造前，在地基表面铺一层透水砂料，若处理的
9、软基较厚，向软基中打入砂井、袋装砂井或塑料板，然后用临时堆载（砂石料、土料、其他建筑材料、货物等）的方法对地基施加荷载，给予一定的预压期，加速地基沉降，使地基固结压密，强度提高。 其实质为在荷载作用下地基中的孔隙水被逐渐排出，促使孔隙体积变小，地基发生固结变形，随着孔隙水的排出，有效应力增加，地基土的强度也随之增长。,1.砂垫层法,适用于：a.路堤高度小于两倍极限高度，软土表面无透水性低的硬壳；b.软土层不很厚，或虽稍厚，但具有双面排水条件；c.当地有砂，运距不太远；d.施工期限不甚紧迫。,砂垫层的厚度一般为0.61.0m，视路堤高度、软土层的厚度及压缩性而定。,2.砂井/袋装砂井/塑料排水板
10、排水法,广泛适用于各类饱和粘土、粉土,砂井堆载预压，砂井直径多为8l0cm，间距大约是井径的68倍。砂井长度应穿越地基可能的滑动面，砂垫层厚度约0.51.0m。 砂井成孔，有沉管法和水冲法两类。 沉管法是用锤击或振动方式将带靴的钢管沉人地基，管内灌砂，在振动作用下拔出钢管，最后在土中形成砂井。 水冲法是利用高压水冲孔，孔内灌砂，此法施工速度快，但难以保证孔径匀称，质量较差。 排水固结法中除砂井堆载预压外，还有降水预压和真空预压等技术。,2)真空预压法是在软粘土地基表面铺设砂垫层，用土工薄膜覆盖且周围密封。用真空泵对砂垫层抽气，使薄膜下的地基形成负压。随着地基中气和水的抽出，地基土得到固结。 该
11、法的实质是由于土体与垫层和砂井间的压差，发生渗流，使孔隙水压力降低，有效应力增加，土体固结，强度增长。,真空预压法与堆载预压法相比，如果真空预压的膜下真空度与堆载值相同时，两种加固方法的效果基本相同，其固结过程也都是促使孔隙水排出，使土体固结，强度增长。但孔隙水排出的过程是缓慢的，历时长，尤其是大面积加固工程，若采用常规堆载预压法，需要大量堆载材料，加荷时须分级加荷且易出现地基失稳现象，施工工期长，工程成本高。 采用真空预压法无须大量堆载材料，施工方便，施工速度可加快，但其施工操作技术较复杂。 对于多数建造在软基上的一般工程建筑物能满足工程设计要求，但对于荷载较大，承载力要求较高的地基，如扩建
12、码头堆场、机场等地基加固时，往往需要超出真空预压所能形成的等效预压荷载，需要进一步提高加固效果，又提出了采用真空联合堆载预压法加固地基。,四、挤密法将砂桩打入软土地基，使密实的砂柱体挤密软弱土层，形成复合地基。有外荷载作用时，应力向砂桩集中，使桩周围土层承受的压力减小，沉降也相应减小。适用性：适用于对沉降要求较严的工程。加固机理：挤密土层,碎石桩碎石桩的桩身由碎石充填。由于碎石桩的刚度大于地基中的软粘土，地基应力重分布，荷载大部分由碎石桩承担，桩土应力比值一般为35。加固机理：置换土层,武广客运专线采用CFG桩处理松软土地基,采用CFG桩加桩帽可有效的将路基荷载传递至桩体,增强路基稳定性,控制
13、路基工后沉降变形量。,甬台温软土地基处理,CFG桩,京津城际铁路亦庄车站切去桩头的CFG桩,京津城际铁路,无砟轨道路基剖面示意图,高速铁路路基CFG桩加固,孔中填石灰而成灰桩，用于挤密软土地层。 石灰桩主要作用是挤密，而生石灰的吸水、膨胀、发热及离子交换作用、使桩体硬化，改善了原地基土的性质，此外还可减小因周围土的蠕变所引起的侧向位移。 砂桩和石灰桩的布置与尺寸，需通过设计计算而定，一般桩径约2030cm，桩的间距约为桩径的3.5倍，可在平面上按梅花形布置，桩的长度与加固土层厚度及加固要求有关。 桩孔的施工方法，有冲击和振动力等法，在湿陷性黄土中还可用爆扩成孔法。,五、爆破挤淤： 适用于换填深
14、度超过3m，需要快速施工且允许爆破的场合。对于稠度较大的软土采用先爆后填，对于稠度小的软土，可以先填后爆破。,1.粒料桩,2.石灰桩,适用于含砂量低，没有滞水砂层的软土,适用于处理松砂、杂填土和粘粒含量不大的普通粘土，亦能有效防止砂土基地的液化,六、化学加固法 利用化学溶液或胶结剂，采用压力灌注或搅拌混合等措施，使土颗粒胶结起来，达到对土基加固的目的，称为化学加固法，又称胶结法。 此法加固效果取决于土的性质和所用化学剂，亦与施工工艺有关。 化学加固法的施工工艺有：注浆法、旋喷法和深层搅拌法。,目前化学溶液主要有：(1)以水玻璃溶液为主的浆液，常用的是水玻璃浆液和氯化钙浆液配合使用，价格昂贵，使
15、用受到限制。(2)以丙烯酸氨为主的浆液，我国研制的丙强是其中一种。加固效果较好，因价高亦难以广泛采用。(3)水泥浆液，是由高标号的硅酸盐水泥，配以速凝剂而组成的浆液。(4)以纸浆溶液为主的浆液，如重铬酸盐木质素和木铵，加固效果好，但有毒性，且易污染地下水。 以上四类，目前以水泥浆液使用较多。今后发展的关键应是研制高效、无毒、易渗的化学浆液。,1.浅层搅拌法 2.深层搅拌桩法 旋喷桩 粉喷桩,粉体搅拌复合地基技术处理厦门海沧大道海滩,水泥适用于含砂量较大的软土，石灰适用于含沙量较低的软土或淤泥质土。,七、胶结硬化法,1.反压护道法,土工织物加筋 反铺塔头 材排或梢捆,适用于：a.非耕作区和取土不
16、困难的地区；b.路堤高度不大于5/32倍极限高度；c.主要用于处理软土，对泥沼有时也可以采用。,八、调整结构法,2.路堤加筋法,九、侧向约束法,除了以上几种地基加固方法在国内公路路基工程中应用以外，随着公路工程技术的不断发展，湿软土基的加固技术也有了新的突破，如采用土工布、土工格栅等技术处理软基。,砂砾换填,袋装砂井,塑料排水板,碎石桩,粉喷桩,土工格栅,土工布,土工织物软土处治,土工格栅和土组成抗压抗剪的复合体,2.排水工程,排水管,管道基础（管座）,管轴线,壁厚,管内底高程,内径,抹带,路堑边沟,碎落台排水沟,截水沟,跌水,急流槽,水簸箕,检查井,排水泵站（沉井）,当高速公路下穿时，由于地下水位较高，用于排除洪涝渍水和降低地下水位的泵站。一般设置在排水管道的中途和终点需要提升废水时设置泵站，称为中途泵站和终点泵站。当周围环境有特殊要求时，中途泵站有时全部隐建在地下。,排水泵站的主要组成部分是泵房和集水池，泵房中设置由水泵和动力设备组成的机组。动力设备通常是电动机，设有配电盘。泵房顶部设起重设备，供安装和检修时起吊机组之用。集水池中设置机械或人工清除垃圾的格栅，拦挡粗大的和容易截住的悬浮物，以防水泵阻塞。集水池有一定的储水容积以利水泵的启动。,
