第一章公路路基設計主講人：阮波中南大學土木工程學院郵箱：ljzdjg2015@126.com密碼：ljzdjg123456目

錄1、公路路基工程的組成與特點2、道路的自然區劃3、公路路基的典型斷面4、路基的常見病害及原因分析5、路基濕度狀況和土基潮濕類型6、土基的抗變形能力（剛度）與穩定性7、路基填料的選擇與壓實8、公路路基排水9、公路路基防護10、路基設計基本任務1

公路路基工程的組成與特點1.1定義公路路基是在地表按道路的線型（位置）和斷面（幾何尺寸）的要求開挖或堆填而成的帶狀土木結構物，與路面共同承受交通荷載的作用。壓實后的路基竣工后的路基1.2路基的基本構造路基由寬度、高度和邊坡坡度三者所構成。?

路基寬度：指路面及其兩側路肩寬度之和。取決于道路技術等級；?

路基高度：取決于縱坡設計及地形；?

路基邊坡坡度：取決于地質、水文條件，邊坡穩定性和橫斷面經濟性等因素。路基典型橫斷面與構造公路路基寬度路堤邊坡坡度1.3公路路基的特點及要求1）路基的特點（1）由于線形長，路基通過的地帶類型多，技術條件復雜，受地形、氣候和水文地質條件影響很大。（2）路基的土石方數量大，勞力和機械用量多，涉及面較廣，耗資也很多。2）對路基的要求（1）具有足夠的強度（抵抗變形的能力）（2）具有足夠的水溫穩定性（地面水，地下水，冰凍）（3）具有足夠的整體穩定性（邊坡路堤等失穩）2

道路的自然區劃2.1道路自然區劃的緣由、目的與原則（1）緣由我國地幅遼闊，各地氣候、地形、地貌、水文、地質條件等差別很大，各地自然因素的差異對建筑在大自然環境中的道路構造物產生的影響和可能造成的病害也是各不相同的，在路基、路面設計中應考慮的問題也各有所不同。有關部門根據我國各地自然條件對公路設計與建筑影響的主要特征，提出了中國公路自然區劃，以便在公路設計與建筑中應用，城市道路設計，原則上也可參照公路的自然區劃。（2）原則A、道路工程特征相似性原則同一區劃內，在同樣的自然因素下筑路具有相似性。例如，北方不利季節主要是春融時期，有翻漿病害；南方不利季節在雨季，有沖刷、水毀等病害。B、地表氣候區劃差異性的原則地表氣候是地帶性差異與非地帶性差異的綜合結果。地表氣候隨著當地緯度而變，如北半球，北方寒冷，南方溫暖，這稱為地帶性差異。除此之外，還與高程的變化有關，即沿垂直方向的變化，如青藏高原，由于海拔高，與緯度相同的其他地區相比，氣候更加寒冷，這稱為非地帶性差異。C、自然氣候因素既有綜合考慮又有主導作用自然氣候的變化是各種因素綜合作用的結果，但其中又有某種因素起著主要作用，如道路凍害是水和熱綜合作用的結果。但是在南方，只有水而沒有寒冷氣候的影響，不產生凍害，說明溫度起主導作用；而北方干旱區與東北潮濕區，同樣都有負溫度，但前者凍害輕于后者，說明水起主導作用。一級區劃具體劃分為冰土、濕潤、干濕過渡、濕熱、潮暖、干旱和高寒7個大區（一級自然區）。它們是：I—北部多年凍土區；?

Ⅱ—東部濕潤季凍區；?

Ⅲ—黃土高原干濕過渡區；?

IV—東南濕熱區；?

V—西南潮暖區；?

Ⅵ—西北干旱區；?

Ⅶ—青藏高寒區。(1）I區，北部多年凍土區

該區北部為連續分布的多年凍土，南部為島狀分布多年凍土，對于地沼地帶多年凍土層，應使路基下部保持凍結狀態而不受到大氣熱量的影響，保溫是道路設計的重要原則。因此，不可輕易挖去天然地表原有的覆蓋層。對于非多年凍土層，則需將表面泥炭層全部或局部挖除，疏干水分后填筑路堤。而對于該地區的林區山間道路，因地表土濕度大，地表徑流量大，易產生翻漿現象，應采取換填穩定土及鋪設砂墊層等方法進行處理。(2）Ⅱ區，東部濕潤季凍區

翻漿和凍脹是該區路基路面結構最常見的病害，其輕重程度主要取決于路基潮濕程度，可根據不同的路基潮濕狀態采取相應的措施。(3）Ⅲ區，黃上高原干濕過度區

由于黃土對水的敏感性，使該區路基呈兩種截然不同的狀態即干燥地段土基強度高、水穩定性好，而河谷盆地的潮濕路段以及灌區耕地土基穩定性差、強度低，需采取相應措施，認真處理。(4）Ⅳ區，東南濕熱區

該區季節性雨季雨量充沛集中，臺風暴雨多，水毀、沖刷、滑坡是道路的主要病害，應設罝完整而暢通的路基路面綜合排水系統。另外，該區水稻田多，土基濕軟，強度低，應采取相應措施。針對該區夏季氣溫髙、熱季長的特點，若采用瀝靑路面結構，則應充分考慮瀝青材料的高溫穩定性。(5）V區，西南潮暖區

該區多山，有豐富的筑路材料，可充分利用當地筑路材料，以降低工程造價，但對于水文及水文地質不良地段，則應采取穩定路基的措施。(6）

Ⅵ區，西北干旱區

該區冰凍深度多在100-150cm以上，大部分地區地下水位低，一般道路凍害較輕，但如河套灌區、內蒙草原洼地等個別地區地下水位高，翻漿嚴重；丘陵區1.5m以上深路塹冬季積雪較厚，雪水易侵入路面結構而造成危害，故瀝青面層材料應具有良好的防水性能并對路肩也作防水處理。由于該區氣候干燥，砂石路面常出現松散、搓板和波浪等現象。(7）Ⅶ區，青藏高寒區

該區局部路段有多年凍土，需按保溫原則設計，又由于其地處高原，氣候寒冷，晝夜溫差大，日照時間長，瀝青材料易老化。另外，該區年平均氣溫相對偏低，跆基路面結構易受凍害。?二級區劃以潮濕系數為主要分區依據，按公路工程的相似性及地表氣候的差異，在7個一級區劃內進步分為33個二級區和19個副區。潮濕系數K為年降水量(mm)與同年蒸發量(mm)之比（潮濕系數

K=年降雨量R/年蒸發量Z），按區內的K值大小分為6個等級。公路自然區劃圖Ⅰ北部多年凍土區；Ⅱ東部溫潤季凍區；Ⅲ黃土高原干濕過渡區Ⅳ東南濕熱區；Ⅴ西南潮暖區；Ⅵ西北干旱區；Ⅶ青藏高寒區。?

三級區劃三級區劃是二級區劃的進一步劃分。各省、市、自治區可以根據當地的地貌、水文和土質等具體情況，在二級區劃的基礎上進行細分。由于目前各地區的特點和掌握的調查研究資料不充分，還不具備劃分條件，再則，三級區不一定要列入全國性的范圍，由個省，自治區自行劃分，以便更切合當地的實際情況。3

公路路基的典型斷面3.1按填挖條件不同分類路

堤（1）路堤（2）路塹（3）填挖結合半

挖

半

填路

塹路

堤路

塹（1）路堤①當填筑高度小于路基臨界高度或小于1.0m時，可視為低路堤。②填筑高度大于臨界高度，而且未超過6～8m，屬于一般路堤。③填筑高度超過20m，或由于其他原因時，路堤應作特殊設計，進行穩定性的驗算。（2）路塹路塹開挖后，在一定范圍內改變了原地層的自然平衡狀態，其質量關鍵取決于地質與水文條件，以及開挖深度，而且集中表現在邊坡的穩定性程度上。路塹邊坡的坡度，主要取決于地質與水文條件，亦因挖方深度而異。深路塹的邊坡，因地質條件變化可采用折線形；陡峭山坡上的路塹，可挖成臺口式或半山洞的斷面。（3）填挖結合路基填挖結合路基斷面形式主要設置在山坡上，其填挖部分的比例，與路基中心的填挖尺寸和山坡的橫坡度密切相關。4

公路路基的常見病害及原因分析4.1路基的常見病害路堤沉陷（1）路堤沉陷（2）邊坡坍落（3）路基翻漿路基翻漿邊坡坍落4.1.1路堤沉陷（1）產生的原因在荷載及自然因素作用下，路基填料不良、填筑方法不當、人工壓實不足，均可能發生沉陷。原地基軟弱、承載力不足，受力后產生沉降變形，都會導致路堤沉陷。（2）路堤沉陷的影響路堤沉陷將直接導致路面破壞。4.1.2邊坡坍落（1）路基邊坡的坍方和脫落多以水毀的形式出現（2）邊坡坍落按規模和形態不同分為：剝落、碎落與墜落，以及滑坍、塌坍與崩坍等“三落三坍”剝落主要發生在挖方邊坡表面。如果挖方坡面為性質不勻和易溶鹽類含量較大的土層，或為極易風化的軟弱巖層，而且由于邊坡巖體受到干濕和冷熱反復循環作用，表皮碎裂成塊狀薄片，從邊坡上不斷剝落下來。剝落的規模不大，但持續時間較長，易堵塞邊溝，有礙排水。碎落主要產生于土夾石或嚴重破碎巖層的挖方邊坡上，其規模和危害程度比剝落嚴重，是水毀現象的常見形式。墜落（落石）是碎落的一種形態，但通常是指巖塊粒徑較大（可達40cm以上），成單塊或多塊下落，而且下落速度快、沖擊力大，具有爆發性，危害性亦比剝落和碎落更為嚴重。滑坍是指邊坡的部分巖土，在下滑力（剪切力）超過抗滑力的情況下，滑動體沿著一定的滑動面向下滑移的破環形式，此乃較陡、較高路基邊坡不穩定的主要病害之一，路基邊坡穩定性計算，常以此種病害為依據。塌坍（堆塌）與滑坍相似，一般是指土質邊坡（或碎礫石土）部分土體，遇水軟化，失去支撐而塌坍，其變形速度緩慢，滑動土體很少有翻滾現象，亦無定型的滑動面。崩坍是一種具有爆發性的坍落病害，無固定的滑動面，亦無下挫現象（坡腳線以下地基無移動），崩坍體各部分相對位置在移動中完全擾亂，其中較大的硬塊翻滾較遠，邊坡底部形成倒石堆（巖堆）。前者（三落）以坡面防護為主，后者（三坍）往往需要加固或支擋。4.1.3路基翻漿在季節性冰凍地區，對于水溫條件下不利的土質路基，由于負溫度的作用，產生水分聚流現象。冬季開始，土基由上向下逐漸凍結，積聚冰層下部的水分，在結晶力和滲透壓力差（吸引力）的綜合作用下，以薄膜水和毛細作用的移動方式，不斷向上積聚，聚冰層增厚和發展成多層次。春融季節氣溫回升，土基上層解凍，水分滯留在上部，土基過濕軟化、強度降低；在行車荷載作用下，路面開裂、松散或鼓包，以致泥漿受壓外冒，造成翻漿病害。4.2路基破壞原因的一般分析產生路基病害的原因歸納為以下幾個方面：（1）不良的工程地質和水文地質條件（2）不利的水文與氣候因素（3）設計不合理（4）施工不當以上原因中，地質條件是影響路基工程質量和產生病害的內部原因和基本因素，水則往往是造成路基病害的直接原因。5

路基濕度狀況和土基潮濕類型路基的濕度狀況對路基的強度、剛度與穩定性有著非常密切的關系。5.1路基濕度的來源和變遷（1）大氣降水和蒸發（2）地面水（3）地下水（4）溫度變化（5）給排水設施滲漏影響土基濕度的一些因素（降水、蒸發和溫度等）具有明顯的季節性和地區性差異的特點，其浸濕度在一年四季內按各地區的不同規律不斷地變化。5.2路基濕度類型在路基路面設計中，路基的潮濕狀況是以干濕類型分為干燥、中濕、潮濕和過濕四類，一般以分界相對含水量w

，w

,w

和w來區分，也可用路基土的平均稠度B區分。0123對原有道路，路基的平均含水量一般應在不利季節實地測定路基上部（即路槽底面以下）80cm范圍內每10cm土層的含水量求得算術平均含水量，再算出此深度范圍內的路基平均相對含水量。??ω

?ωω∑ωi=BL?ωx

=ω

=ωL

?ωPωy8?ω—路槽底面下80cm深度的算術平均含水量ωωy

=

6.3

+

0.67ωL—用76g平衡錐測得的液限—用100g的錐測得的液限yωL6

土基的抗變形能力（剛度）與穩定性直接位于路面下的那部分路基（土基）須支承路面，經受行車荷載的作用。若路基松軟，不僅會引起路面的不均勻沉陷，影響路表面的平整度，降低車速，增加油耗和機件損傷，而且會招致路面的過早破壞。反之，土基堅強，不僅增強了路面，提高道路的使用品質，而且還可減薄路面厚度，降低路面造價。因此，必須考慮路基的抗變形能力及其在不利自然因素作用下的穩定性。1、土基的剛度指標?

垂直壓力沿土基深度遞減，至一定深度其應力將比隨深度而增加的土基自重應力小得多，當前者與后者比值為1/5～1/10以下時，再往深處的行車荷載影響與土基自重影響相比可忽略不計，此深度便可看作對于支承路面經受行車荷載作用有較大影響的土基范圍，必須保證這部分土基具有足夠的強度和水穩性。這個深度范圍隨行車荷載的大小與路面的剛度而異，通常約為0.90～2.40m，稱為路基的工作區。?

荷載作用下柔性路面表面出現的總垂直變形中，路基的變形占了70%～85%以上。因此，土基的變形必然反映給路面，使路面也隨著變形，從而影響到路面的使用年限和使用品質，嚴重時還會造成路面的損壞。因此，對土基抵抗外荷能力的分析應著重于它在垂直壓力作用下的變形程度。土基的剛度指標:彈性模量反映了作用荷載與路基頂面彎沉值之間的關系，表征了土基的抗變形能力，目前被用來作為評定土基剛度（俗稱“強度”）的一種指標。(2)土基剛度的測定承載板法：采用直徑30cm的承載板，按逐級加荷—卸荷法測得回彈彎沉

（總彎沉中扣除塑性部分）和相應的荷載p間的關系曲線，取該曲線上回彈彎沉不超過1mm的測點所對應的荷載

。∑∑πDpiE0

=(1?

u2

)04li式中：pi-取回彈彎沉1mm前的各級荷載（單位壓力）(MPa)；Li-相應的回彈彎沉(cm)；D——承載板直徑(cm)；u0——土的泊松比，取0.35。6.2土基水溫狀況對剛度的影響及改善措施(1)土基水溫狀況對剛度的影響當土基的水溫狀況不佳時，在季節性冰凍地區會造成凍脹和翻漿的現象，在南方非冰凍地區則會造成土基過分濕軟，從而使路基土的剛度在某個時期過分降低，招致路面在行車作用下迅速發生破壞。(2)改善措施①加強路基和路面排水正確布設路基排水系統，并經常蔬浚(jun)以保持通暢，使地面水得以迅速排除；及時維修路面，使之不產生坑穴、凹陷或裂縫等，以致路面積水而下滲浸濕路基。②壓實土基對路基土施以充分壓實，使之具有一定的抵抗水份浸濕的能力，也即保證它具有足夠的剛度和水穩定性。③保證填土高度在填土地段，保證路堤具有一定的高度，以保證路面排水，使路基上部不受到地面滯水和地下水的浸濕作用。一般應保證路基上部處于干燥或中濕狀態。干燥路基的最小填土高度砂性土粉性土粘性土土組最小填土高度(m)

0.3～0.50.5～0.80.4～0.7(2)改善措施④換土用強度高、水穩性好、壓縮性小的填筑材料替換路基上層水穩生差、強度較低的土（如粉性土等），并采取正確的填筑方法，如分層填筑、不同土質層次恰當組合等。換置深度不得小于0.8m。⑤設置隔離層用透水性良好的材料（毛細水上升高度小的）或不透水材料，在路基內修筑隔離層，以隔絕地下水的毛細上升，或者由負溫差的作用而向上移動的水分，從而保證土基上層較為干燥。⑥設置排水層或其他排水構造物用大孔隙材料，如砂、爐渣等建造排水層（砂墊層）、砂樁或縱橫向排水盲溝，以疏干并排除聚集在路基上層的過多水分。(2)改善措施⑦石灰穩定土基對過濕的土基，可摻拌少量石灰或打石灰樁，用石灰的吸濕作用疏干土基，并提高水穩性；在土基頂面可鋪設石灰土或石灰爐渣土等墊層，減少濕軟土基對路面的不利影響。⑧設置隔溫層用導熱性較低的材料（如滬渣等）建造隔溫層，可減小冰凍作用的深度，從而減輕負溫差作用下的濕度積聚。7

土基的抗變形能力（剛度）與穩定性7.1填料的選擇修筑路堤用的理想填料為強度高、水穩定性好、壓縮性小、便于施工壓實、且運矩短的土、石材料。路堤填料類型：砂土砂性土（低液限粘土，粉質低液限砂土）粉性土（粉質低液限粘土、粉土、粉質中液限粘土）粘性土碎（礫）石質土礫石、不易風化的石塊其他土：重粘土幾乎不透水，粘結力特強，干時難以挖掘，濕時膨脹性和塑性都很大，不宜用作路堤填料；易風化的軟質巖石（如泥巖、硅藻巖等），浸水后易崩解，強度顯著降低，變形量大，一般不宜用來填筑路堤。7.2土的壓實性（1）最佳含水量及最大密實度7.2土的壓實性（2）影響壓實效果的因素控制土的壓實效果的主要因素為含水量、壓實機械及其壓實功、添加料等。7.3壓實土的水穩定性土經壓實后，其密實度愈大，內部孔隙就越小，滲透性也大大減小，因而提高了穩定性。7.4路基壓實度的要求與控制γK

=

cγ0土基壓實度檢測?灌砂法?環刀法?灌水法?核子密度濕度儀法8

公路路基排水水是影響路基工程質量的重要因素。就路基病害的規模、范圍及成因而言，水往往是決定性的因素之一。因此路基排水設計，是路基設計必不可少的項目和內容。8.1常用的路基排水設施（1）地表排水：邊溝、截水溝、排水溝、跌（die）水與急流槽、攔水帶、蒸發池（2）地下排水：明溝、暗溝（管）、滲溝與滲井。在特殊路基（如滑坡）的排水，還可采用邊坡滲溝、支撐滲溝、平式排水孔、滲水遂洞等。（3）路面排水：路肩排水設施和中央分隔帶排水設施。8.2地表排水（1）邊溝（2）截水溝（3）排水溝（4）跌水與急流槽（5）蒸發池：干旱和排水困難地段（6）倒虹吸與渡水槽8.3地下排水（1）明溝（2）暗溝（管）（3）滲溝（4）滲井8.4路面排水路面排水設施包括路肩排水設施和中央分隔帶排水設施8.5

路面內部排水路面結構內部排水設施主要采用兩種方案：邊緣排水方案和透水層排水方案。9

公路路基防護9.1公路路基需要防護的原因路基改變了原地層的天然平衡狀態，且不斷經受各種錯綜復雜的自然因素作用，因而可能會產生各種形態的破壞。9.2公路路基防護的目的路基防護與加固的目的，就在于阻止由于自然因素所引起的破壞。防護與加固，應同路基穩定性設計及路基排水等緊密結合，以保證路基的強度與穩定性。9.3路基防護遵循的原則(1)因地制宜，綜合治理(2)預防為主，防治結合(3)對于主要隱患和地下有害源，宜先治患后筑路；對于某些附屬措施，按其輕重緩急，分期實施，逐步完善。(4)技術方案必選，講究實效和經濟效益(5)注意環境，配合景觀，增進路容的美化與協調9.4路基防護類型（1）坡面防護（2）沖刷防護9.5坡面防護9.5.1坡面防護的類型（1）植物防護（2）封閉防護（3）砌石防護9.5.2植物防護路基邊坡的植物防護，包括植草、鋪草皮和種樹，主要適用于較緩的土質或嚴重風化的巖質邊坡。（1）種草適用于草類生長的土質路堤和路塹邊坡，一般要求邊坡緩于1：1.25，坡高在6.0m以內。（2）鋪草皮其作用與種草相同，效果更好，且可用于較高較陡的土坡上，亦可鋪在嚴重風化的巖層和成巖作用差的軟巖層邊坡上。（3）植樹適用于各種土質邊坡和風化極嚴重的巖石邊坡，最好是在1：1.5或更緩的邊坡上；更適用于在堤岸邊的河灘上，用來降低流速，促使泥沙淤積，防止水流直接沖刷路堤。路基邊坡種草路塹邊坡種草防護邊坡種樹防護9.5.3封閉防護所謂封閉防護，是指采用礦質材料（如水泥砂漿、石灰三合土、水泥混凝土等），或采用其他當地材料（如瀝青、紙筋等混合材料），將坡面巖石裂隙、縫穴或風化層面，予以堵塞或封閉，以防風化進一步加劇。常用的方法有：灌漿、勾縫、抹面、捶面、噴漿及噴射混凝土、防護面墻等。(1)灌漿比較堅硬的巖石邊坡，局部存在較大較深的縫隙或洞穴，并可能進一步擴大和影響邊坡穩定時，可以采用水泥砂漿或石灰水泥砂漿等，予以灌縫填穴。9.5.3封閉防護(2)勾縫主要用于巖石坡面的防護。某些邊坡雖然石質比較堅硬，不易風化，但節理裂縫多而細，勾縫的目的是防止坡面水流入縫隙而引起病害。(3)抹面各種易風化的巖石路塹邊坡，如泥巖、頁巖、千枚巖及泥質板巖，噴漿或其他措施無法根治其進一步風化，可以采用水泥石灰砂漿，或夾有瀝青與紙筋的石灰爐渣漿料，對邊坡進行的抹面。(4)捶面捶面適用于易受沖刷的土質邊坡或易受風化剝落的巖石邊坡，其坡度以不陡于1：0.5為宜。捶面材料常用的有四合土、三合土和水泥爐渣混合土。9.5.3封閉防護(5)噴漿及噴射混凝土對堅硬易風化，但還未遭受嚴重風化的巖石邊坡，為防止進一步風化、剝落及零星掉塊，采用噴漿或噴射混凝土，使在坡面上形成一層保護層。水泥砂漿噴漿厚度以不小于5cm為宜，噴射混凝土的厚度以不小于8cm為宜(6)防護面墻為了覆蓋各種軟質巖層和較破碎巖石的挖方邊坡，免受大氣因素影響而修建的墻，稱為護面墻。護面墻除自重外，不擔負其他荷載，亦不承受墻后的土壓力，沿墻身長度每隔10m應設置2cm寬的伸縮縫一道，用瀝青麻筋填塞，深入10～20cm，心部可空著。9.5.4砌石防護干砌和漿砌片石坡面防護，是公路填方邊坡常用的防護措施，常用于沿河堤浸水部位坡面的防護。9.6沖刷防護9.6.1沖刷防護的類型（1）直接防護（2）間接防護（1）直接防護A、草皮防護用于沖刷防護的草皮護坡一般采用臺階式疊砌或豎立式疊砌。草皮通常割成塊狀的皮磚，常用尺寸為25cm×40cm，厚6～10cm。在坡腳下的基礎部分應鋪草坡磚1～3層，伸出坡腳以外的寬度可視當地情況而定，但不小于1.0m。B、漿砌片石當水流速度較大，約4～5m/s，波浪作用較強，并可能有流冰、漂浮物等沖擊作用時，可采用漿砌片石防護，并配以其他相應防護措施。C、拋石防護拋石防護主要用于防護受水流沖刷和淘刷的路基邊坡的坡腳，以及擋土墻、護坡的基礎等，宜用于經常浸水且水流方向較平順，河床地層承載力較強無嚴重局部沖刷者，最適用于沿礫石河床的路基。拋石防護適宜在盛產石料和沿河線開廢石方較多的地區D、石籠防護當地有較大石塊時，采用鐵絲編織成箱形或圓柱形格網，內填粒徑較小的石塊，構成石籠，整體鋪設在沿河路堤坡腳和水下坡面，用以代替拋石等沖刷防護。在含有大量泥沙的急流及基底土質良好的條件下，采用石籠防護具有良好效果，石籠中石塊之間的空隙將很快被泥沙淤滿，形成整體牢固層E、浸水擋墻用石料或水泥混凝土塊，在水流沖刷路段修筑擋土墻，邊坡可很