路基设计基本知识

道路工程技术网上辅导材料8
第8章路基设计基本知识
【教学基本要求】
通过本章内容的学习了解一般路基宽度、高度与边坡的设计方法、路基防护与加固支挡的类型和作用，理解道路地上地下各类排水设施的作用与构造、重力式挡土墙的构造、布置、稳定性验算的方法、内容、步骤及增强挡土墙稳定性的技术措施，掌握城市道路锯齿形街沟的计算方法
【学习重点】
1．道路各类地上及地下排水设施的设置位置、作用与构造
2．城市道路锯齿形街沟的设置要求及计算方法
3．重力式挡土墙的构造及纵断面、横断面、平面布置要求
4．挡土墙稳定性验算的方法、内容及步骤
5．增强挡土墙稳定性的技术措施
【内容提要和学习指导】
8.1 一般路基设计内容与方法
一般路基是指在良好的地质与水文等条件下，填方高度和挖方深度不大的路基。

通常一般路基可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型横断面作各横断面设计图，不必进行个别验算。

对于超过规范规定的高填、深挖路基，以及地质和水文等条件不良的路基称为特殊路基。

为了确保路基具有足够的强度与稳定性，特殊路基需要进行个别设计和验算。

一般路基的设计内容包括选择路基横断面形式，确定路基宽度与路基高度；选择路堤填料与压实标准；确定边坡形状与边坡坡率；路基排水设计；防护与加固设计；附属设施设计。

本节仅介绍有关一般路基几何尺寸设计的内容。

1．路基宽度
路基宽度为行车道与路肩宽度之和，当设有中间带、路缘带、变速车道、爬坡车道、紧急停车带时，均应包括这些部分的宽度。

各级公路的路基宽度按《标准》的规定进行设计。

2．路基高度
路基高度表示的是路堤的填筑高度或路堑的开挖深度。

路基高度是指路基中心处设计标高与原地面标高之差。

由于原地面沿横断面方向往往是倾斜的，因此在路基宽度范围内，两侧的高差常有差别。

路基两侧的边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路肩边缘的相对高差。

所以路基高度(亦称中心高度)与边坡高度是有区别的。

路基的填挖高度，是在路线纵断面设计时，综合考虑路线纵坡要求、路基稳定性和工程经济等因素确定的。

从路基的强度和稳定性要求出发，路基上部土层应处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度，并结合道路沿线具体条件和排水及防护措施，确定路堤的最小填土高度。

当路基高度低于按地下水位或地表长期积水位计算的临界高度时，可视为矮路堤。

矮路堤的行车荷载应力作用区范围内，往往同时经受着地面或地下水的不良影响。

为了增强路基路面的综合强度与稳定性，需要另行采用加强路面结构或增设地下排水设施。

究竟如何合理确定路基的高度，需要进行综合比较后方可择优取用。

沿河及受水浸淹的路基，其高度应根
据技术标准所规定的设计洪水频率，求得设计水位，再加0.5m的余量。

如果河道因设置路堤而压缩过水面积，致使上游有壅水，或河面宽阔而有风浪，就应增加壅水高度和波浪侵袭高度。

所以沿河浸水路堤的高度，应高出上述各值之和，以保证路基不致被淹没，并据此进行路基的防护与加固。

3．路堤边坡坡度
路基边坡坡度的正确确定对路基稳定是十分重要的。

路基边坡坡度的大小，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。

在陡坡或填挖较大的路段，边坡稳定不仅影响到土石方工程量和施工的难易，而且是路基整体稳定性的关键。

因此，确定边坡坡度对于路基的稳定性和工程的经济合理性至关重要。

一般路基的边坡坡度可根据多年实践经验和设计规范推荐的数值采用。

（1）路基边坡坡度的表示方法
路基边坡坡度可用边坡高度H与边坡宽度b之比来表示。

H:b=5.0：2.5=1:0.5(路堑边坡)或H:b=2.0:3.0=1:1.5(路堤边坡)，通常用1:n(路堑)或1:m（路堤）来表示其边坡率。

1) 路堤边坡坡率
当地质情况良好，边坡高度不大于20m时,其边坡坡率不宜陡于表1所列数值并结合工程实践经验采用。

路堤边坡坡率表1
当道路沿线有大量天然石料或路堑开挖的废石方时，可以填筑路堤，填石路堤应由不宜风化的片、块石砌筑，内、外坡度(率)不易陡于表2所列数值。

砌石边坡坡率表2
2) 路堑边坡坡率
路堑边坡坡率，应根据当地气候条件、土石种类及其结构、边坡高度、施工方法、地面和地下水的影响因素等确定。

当路堑边坡不大于20m时，边坡率可根据边坡高度、土的密实程度、土的类别等因素，参照表3规定并结合工程实践经验选用。

路堑边坡坡率表3
8.2 道路排水设施与构造
1．排水的目的与要求
水是危害公路的主要自然因素，路基沉陷、冲刷、坍塌等都不同程度地与地表水和地下水的侵蚀有关。

道路排水的目的，就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基路面常年处于干燥状态，确保路基路面具有足够的强度和稳定性。

道路路基排水包括地表排水和地下排水两大部分，地表排水主要是排出路基范围内的地表径流、地表积水、边坡雨水及道路邻近地带影响路基稳定的地表水。

地下排水主要是排出流向路基的地下水或降低地下水位。

路基设计时，必须考虑将影响路基稳定性的地面水，排除和拦截于路基用地范围以外，并防止地面水漫流、滞积或下渗。

对于影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干或降低，并引导至路基范围以外的适当地点去。

2．路基常用的地面排水设施
路基地面排水设施有边沟、截水沟、排水沟、跌水和急流槽、蒸发池、油水分离池和排水泵站等。

常用的有边沟、截水沟、排水沟。

这些地面排水设施的作用和要求均有所不同。

（1）边沟
边沟分为路堑边沟和路堤边沟，设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡角外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路面、路肩及边坡的水。

边沟的排水量不大，一般不需要进行水文、水力计算，依据地形地质条件、边坡高度、汇水面积及排水功能，边沟形式对行车安全和环境景观的影响，因地制宜的选用标准横断面形式。

边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水流引入，亦不能与其他人工沟渠合并使用。

边沟应具有合适的纵坡，不宜过陡，以免水流冲刷造成损害；亦不宜过缓，造成水流不畅，形成阻滞和淤积。

一般情况下，边沟纵坡坡度应与道路路线纵坡一致，不宜小于0.3%。

边沟有可能产生冲刷时应进行防护。

边沟的横断面形式有梯形、矩形、u形(或带盖板矩形、u形)、三角形、碟形横断面，暗埋式边沟。

边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1:1.0～1:1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。

石方路段的边沟宜采用矩形横断面，其内侧边坡直立，坡面应采用浆砌片石防护，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。

少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1:2～1:3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。

三角形边坡的水流条件较差，流量较大时沟深宜适当加大。

梯形边沟的底宽与深度约0.4-0.6m，降水量集中或地势偏低的路段，取高限或更大一些。

边沟可采用浆砌片石，栽砌卵石和水泥混凝土预制块防护。

边沟出水口附近，水流冲刷比较严重，必须慎重布置和采取相应措施。

如边沟水流向桥涵进水口时，为避免边沟水流产生冲刷，应设置跌水和急流槽等构筑物，以降低水流落差。

（2）截水沟
截水沟设置在距路堑坡顶外缘或路堤坡脚外缘的一定距离(规范规定距路堑坡顶外缘不小于5m，距路堤坡脚外缘不小于2m。

设置截水沟的作用是：当路基一侧或两侧受较大坡面面积汇水影响时，单边拦截汇集水流并予以排除。

因此路基两侧受水影响时，则应两侧分别设置。

截水沟通常采用梯形断面，其深度与底宽不小于0.5m，具有1%～3%的纵坡，靠近路基一侧设有挡水的土台，沟内必须防止渗水，出口应引伸到路基范围以外。

（3）排水沟
排水沟主要用于把来自边沟、截水沟或其他水源的水流引至桥涵或路基范围以外的指定地点。

排水沟一般采用梯形断面，其断面尺寸通常需经过水力水文计算选定。

排水沟的布置离路基应尽可能远些，距路基坡脚不宜小于3～4m，并且结合地形因势利导，平面上力求短捷平顺，以直线为宜；必须转弯时，尽量采用较大半径(10～20m以上)，圆缓顺畅。

纵面上控制最大和最小纵坡，以1%～3%为宜。

纵坡大于3%时，需要加固；大
于7%时，则应改用跌水或急流槽。

为避免水流过分集中，排水沟的全长一般不超过300m。

排水沟与其他沟渠相接时，应使原水道不产生冲刷或淤积。

一般应使排水沟与原水道成锐角相交，交角不大45°。

有条件时可采用半径R=10b(b为沟底宽)的圆曲线，朝下游与原水道相接。

（4）跌水与急流槽
跌水与急流槽是路基地面排水沟渠的特殊形式，用于陡坡地段，沟槽的纵坡可达7%以上(跌水)或更陡(急流槽)，是山区道路路基排水常见的结构物。

跌水是一种将沟底做成台阶状的人工沟渠。

当高边坡水位落差较大，为了消能减速，便于水流安全进入涵洞而不至于冲刷时，可设置跌水。

跌水有单级和多级之分。

具体的尺寸可根据水力计算和结构强度计算确定。

如在陡坡路段涵洞的进出口附近连结处，或回头曲线上下线涵洞之间的连结处，可设置急流槽。

急流槽的纵坡比跌水更陡。

3．路基常用的地下排水设施
路基地下排水设施有：暗沟、渗沟、渗井、渗水隧道、仰斜式排水孔、检查疏通井等。

常用的有暗沟、渗沟、渗井，特点是排水量不大，主要是以渗流的方式汇集水流，并就近排出路基范围以外。

对于流量较大的地下水，应设置专用地下管道予以排除。

由于地下排水设施埋置在地面以下，不易维修，在路基建成后又难以查明损坏失效情况，因此要求地下排水设施牢固及耐久。

（1）暗沟
暗沟的主要作用是把路基工作区范围内和以下较浅的集中泉眼或渗沟所拦截、汇集的水流，排到路基范围之外去。

另外暗沟用于如城市道路的污水管或雨水管；设有中央分隔带有雨水浸入时，通过雨水口将水流引入地下暗沟，然后排到路基范围之外等。

暗沟应在路基填土前或开挖后，按泉眼范围及流量大小或渗沟汇集的水流情况，确定断面的尺寸。

当暗沟沟底标高处于路基工作区内或以下不深时，暗沟沿程必须防渗封闭，否则不能保证路基工作在干燥、中湿状态。

暗沟沟底纵坡应不小于1%，出水口沟底标高应高出沟外最高水位20cm，以防水流倒灌。

寒冷地区的暗沟，应采取防冻保温处理措施或将暗沟设在冰冻深度以下。

（2）渗沟
渗沟采用渗透方式将路基工作区或以下较浅的大面积地下水汇集于沟内，并沿沟把水排到指定地点，此种地下排水设施统称为渗沟。

根据地下水分布及影响路基情况的不同，渗沟设置的位置及作用也有所不同。

按照需要排水流量的不同，渗沟大致有3种形式：填石渗沟(亦称盲沟)、管式渗沟和洞式渗沟。

3种形式均由排水层(碎砾石缝或管、洞)和反滤层所组成。

填石渗沟(盲沟)一般用于流量不大、渗沟长度不长的地段，是目前道路上常用的一种渗沟形式。

盲沟的排水层，可采用石质坚硬的较大颗粒填充，以保证具有足够的孔隙率排除设计流量。

由于排水属渗流紊流状态，碎砾石构成的排水层阻力较大，为防止淤积，其纵坡不宜小于1%，一般可采用5%。

管式渗沟适用于有一定流量、渗沟长度较长的地段。

但渗沟纵向长度应不大于100m，若渗沟过长时，应加设横向泄水管，将渗沟内的水流迅速分段排除。

其最小纵坡为0.5%，沟底纵坡取决于设计流速，最大流速应考虑到水管及托底的耐冲能力而确定。

泄水管，可用混凝土、石棉或带孔塑料管等材料制成。

管壁上半部可交错排列留有渗水孔，外铺土工布过滤。

管径视设计流量而定，一般为15～30cm。

在冬季管内水流易结冰的地段，为防止堵塞可采用较大直径的泄水管，并加设保温层。

洞式渗沟适用于地下水流量较大或缺少圆管时，可采用石砌涵洞形式。

洞身断面大小依设计流量而定。

涵洞可用浆砌片石筑成，上加带泄水小孔的混凝土盖板或条石覆盖。

沟底纵坡最小为0.5%，有条件时适当采用较大纵坡，以利排水。

渗沟内用做渗水或排水的砂石填料，应经过筛选和清洗。

反滤层是为了汇集水流，并用于防止含水层中土粒堵塞排水层而设置的。

反滤层应尽可能选用颗粒大小均匀的砂石材料，分层填埋，相邻两层颗粒直径之比不小于l:4，每层厚度不小
于15cm 。

有条件时可在反滤层外加铺土工布进行包裹，更能
加强过滤作用，同时使得路基土颗粒不因随水流被带走而形成
空洞。

各种渗沟出水口沟底标高应高于沟外最高水位标高
20cm 。

（3） 渗 井
在平原地区，当路基设计标高不高，但是地下水位较高而
影响路基工作区时，可设置竖直方向排水设施，把附近周围上
部的地下水，渗流引排到深部的潜水层或透水层中去。

这种起
到局部降低路基范围内地下水位的竖向排水设施称为渗井，渗
井的下部必须穿过不透水层而深达透水层。

渗井的直径一般
50～60cm ，最小直径不应小于15cm 。

井(孔)内由中心向四周
按层次分别填入由粗至细的砂石材料。

中心粗料渗水，四周细料反滤。

填充料要求筛分冲洗。

4．城市道路路面排水
路面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。

路面排除降水的方法有设置道路的坡度排除、设置中央分隔带排除、设置排水结构层排除、设置边缘排水系统排除。

通常城市道路的标高低于两侧街坊，其常用的路面排水方法是:两侧街坊的雨水通过横坡排向车行道两侧的街沟，然后顺街沟的纵坡流入沿街沟设置的雨水口，再由地下的连管通到雨水管道排入水体。

而我国大多数城市位于平原地区，有些旧城在街坊或沿街建筑已形成的情况下修建道路，以致纵坡很小甚至为零，尽管道路路面设置路拱横坡，以排除雨、雪水，但通常街沟和人行道的纵坡均平行于路中心线纵坡，当纵坡很小时，积留的雨、雪水，就很难沿街沟的纵向排除，尤其在暴雨或多雨季节，路面成片积水，既影响路基路而的稳定，又妨碍交通。

所以城市道路纵坡小于0.3%的路段应设锯齿形街沟。

（1）锯齿形街沟设计的方法
所谓街沟即指露出路面部分的侧石与路面边缘或平石，作为城市道路排除水的三角形沟。

锯齿形街沟设置的方法是保持侧石顶面线与路中心线平行(即两者纵坡相等)的条件下，
交替地改变侧石顶面线与平石(或路面)之间的高
度，即交替地改变侧石外露于路面的高度(左图所
示)。

在低处设置雨水进水口，使进水口处的路面横
坡i 4(下图所示)大于正常横坡i 横，而在两相邻进水口
之间的分水点处的路面横坡，i 3小于正常横坡。

这样雨水由分水点流向两旁低处进水口，街沟纵坡(即平
石纵坡或路面边缘纵坡)升降交替，呈锯齿形。

通常侧石全高30cm(见右图)，露出路面部分的高
度为10～20cm 。

如露出值过低，则不能容纳应排泄的
最小地面水流量，以致溢过侧石而漫至人行道上影响
行人交通；露出值过高，则不便于行人跨越(且不利构
造设置)。

所以常用的侧石外露高度为15cm ，设锯齿
形街沟处的最低高度取0.12m(即n 值)，最高高度取
0.18m(即m 值)，则m-n=0.06m 。

设两进水口间距为l ，一般城市常用雨水口间距为35～40m 。

个别雨量少、路面狭的道路可取45m ，路中线纵 图8-2-7 圆形渗井的结构示意图 8-2-8 锯齿形街沟立面示意图 图8-2-9 街沟横断面示意图
坡为i 中，街沟纵坡为i l 和i 2(见右图)，则分水点距两边进水口的间距为x 及l-x ；此时 左端:1[ (-)] -(-)m i l x n i l x =+中
右端: m i x n i x =⋅++⋅２中
两式相等，当i 1 = i 2时，经移项整理后得 11()2l i i x i -=中
右端移项可得:
2m n
x i i -=+中
式1
左端移项可得:
1m n
l x i i --=-中
式2
将式8-2-1代人式8-2-2后可得:
当i 1 = i 2时: 121
22121()()()2()()m n i
i m n i
l i i i i i i -+-==-+-中中中
式3
若路中心线纵坡是水平的，则i 中=0，x= l /2 ， i 1 = i 2，
1
2()
m n l i -= 式4
通常设计时，根据地物在沿线建筑物出入口，交叉口行人横道线上游，以及凹形竖曲线最低处已布置好雨水口，然后在每段长度上取进水口间距l 。

i 中在纵断面设计时已确定，m ，n 值也已定，则可计算分水点距离x 及l-x ，再计算i 1。

实际设计中常先将雨水口间距按设计地形地物安排好，即l 为定值，然后再用中心线标高根据标准横断面相对关系，推算分水点标高(比正常断面街沟高0.03m)与进水n 处标高(比正常断面街沟低0.03m)，最后再计算，i l 与i 2，做到>0.3%的排水要求即为可行。

8.3 路基防护与支挡
为保证路基的稳定性，除作好路基排水外，还必须对路基进行必要的防护与支挡加固。

防护与支挡加固的重点是路基边坡，路基防护与支挡加固工程按其作用不同，可分为边坡坡面防护，沿河路堤河岸冲刷防护与加固、路基与山坡土体支挡加固、软弱地基的加固处治等。

路基坡面的防护工程必须在稳定的边坡上设置，防护类型的选择综合考虑工程地质、水文地质、边坡高度、材料来源、施工条件等因素，并与周围环境景观相协调，利于美化城市市容。

1．坡面防护
坡面防护目的是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、破碎、剥蚀演变过程，从而保护边坡的整体稳定性。

坡面防护包括植物防护、骨架植物防护、圬工防护和封面捶面防护等方法。

坡面防护设施本身不承受外力作用，要求坡面岩土必须整体牢固。

（1）植物防护
１) 植物防护一般采用种草、铺草皮和植灌木等。

种草防护可以防止表面水土流失，固结表面，增强路基的稳定性，并可允许缓慢流水(0.4～0.6m ／s)的短时冲刷。

经常浸水或长期浸水的路基边坡，草不易生长，不宜采用此种防护；铺草皮防护适用于坡面缓于1:l 的各种土质边坡及严重风化的软质岩石边坡。

铺草皮一般应在春季或秋季进行，气候干旱地区则应在雨季进行。

对经常浸水、盐渍土、粉质土及经常干涸的边坡不宜采用灌木防护。

2) 三维植被网防护
土工织物防护种类很多,三维植被网防护是土工织物复合植被防护坡面的一种典型形式。

三维植被网以热塑料树脂为原料，采用科学配方及工艺制成。

三维网固定于坡面上，直接对坡面起固筋作用。

当植物生长茂盛后，根系与三维网盘错、连接、纠缠在一起，坡面与土相接，形成一个坚固的绿色保护整体，起到复合护坡的作用。

3 ) 湿法喷播
湿法喷播适用于坡率缓于1:05的土质边坡、土夹石边坡、严重风化岩石边坡，不适用于硬质岩石边坡。

湿法喷播是由欧美引进的一种机械化植被建植技术，即将植物种子、肥料、土壤稳定剂和水按一定比例混合均匀，用专门的设备(喷播机)喷射到边坡上，种子在较稳定的时间内萌芽、生长成株、覆盖坡面，达到迅速绿化、稳固边坡之目的。

用这种方法在人力不可及的陡峭高边坡和含石的边坡上种植植被非常优越。

4)客土喷播
客土喷播是以日本为典型代表的一种喷播建植技术。

该技术是将客土(提供植物生育的基盘材料)、纤维(基盘辅助材料)、侵蚀防止剂、缓效肥料和种子按一定比例，加入专用设备中充分混合后，用喷射机均匀喷涂到坡面上，使植物获得必要的生长基础，达到快速绿化的目的。

客土喷播主要用于岩石边坡、贫瘠土质和硬土边坡。

（2）骨架植物防护
1)浆砌片石或水泥混凝土骨架植草防护适用于土质和强风化岩石边坡，防止边坡受雨水侵蚀，避免土质坡面上产生沟槽。

其结构形式主要有方格形、人字形、拱形及多边形混凝土空心块等。

常用的骨架防护边坡是在骨架内铺草皮或用三合土、四合土捶面，或栽砌卵石进行防护。

浆砌片石(混凝土块)骨架植草防护既能稳定路基边坡，又节省材料，造价较低、施工方便、造型美观，能与周围环境自然融合，是目前道路边坡防护的主要形式之一。

2)锚杆混凝土框架植草防护
锚杆混凝土框架植草防护是近年来在总结锚杆挂网喷浆(混凝土)防护的经验教训后发展起来的，它既保留了锚杆对风化碎岩石边坡的主动加固作用，防止了岩石边坡经开挖卸荷和爆破松动而产生的局部破坏，又吸收了浆砌片石(混凝土)骨架植草防护的造型美观、便于绿化的优点。

（3）圬工防护
圬工防护包括喷护、锚杆挂网喷护、干砌片石、浆砌片(卵)石护坡和护面墙等结构形式。

圬工防护用于路堑边坡防护时，应注意与边坡渗沟或排水孔配合使用，防止边坡产生变形破坏。

圬工防护施工时应注意与周围环境的协调。

喷浆(喷射混凝土)防护适用于边坡易风化、裂隙和节理发育、坡面不平整的岩石路堑边坡，且边坡较干燥，无流水侵入。

对于高而陡的边坡，当需大面积防护时，采取此类型更为经济；当坡面岩体风化破碎严重时，为了加强防护的稳定性，则采用锚杆挂网喷射混凝土(喷浆)防护，锚杆锚固深度及铁丝网孔密度视边坡岩石性质及风化程度而定。

铁丝网应与锚杆连接牢固；干砌片石护坡适用于坡度缓于1:1.25的土质路堑边坡或边坡易受地表水冲刷以及有少量地下水渗出的地段；浆砌片(卵)石护坡适用于坡度缓于1:1的易风化的岩石边坡，以及坡面防护采用干砌片石不适宜或效果不好的边坡，对于严重潮湿或严重冻害的土质边坡，在未进行排水措施以前，则不宜采用浆砌片(卵)石护坡。

在冻胀变形较大的土质边坡上，浆砌片(卵)石护坡底面应设100～150mm厚的碎石或砂砾垫层；当用于缺乏石料地区或城郊及互通式立交等需要美化的路段采用水泥混凝土预制块防护；护面墙多用于覆盖各种软质岩石层和较破碎岩石的挖方边坡防护，以防止自然因素的影响继续风化破坏，护面墙有实体护面墙、窗孔式护面墙、拱式护面墙及肋式护面墙等形式。

（4）封面、捶面防护
封面适用于未严重风化的各种易风化岩石的路堑边坡，捶面适用于边坡率缓于1:0.5、。