《道路工程习题》PPT课件.ppt

主讲：罗 飞 专业：土木工程 本书内容： 路基工程 (subgrade project) 路面工程 （pavement project） 原理 设计方法 构造要求 施工技术 附属设施设计 土力学 工程地质学 材料力学 弹性力学 土木工程材料 施工技术 工程管理 机电工程 测量学 路线(route) : 空间线（平面、纵面），决定行车的安 全、舒适、经济、快捷； 路基(subgrade) ：按照路线位置和技术要求修筑的作为 路面基础的带状构造物；（承受荷载） 路面(pavement) ：用硬质材料铺筑于路基顶面的层状 结构； （承受荷载） 三者的关系：路线的确定应考虑路基的稳定性；路面 位于路基之上，强度和稳定性相互影响和维护。 路线、路基、路面的关系: 第一章 总论 路基路面工程结构的功能要求 路基路面结构及层位功能 路基土的分类及其工程性质 路基的水温状况、干湿类型及路 基临界 高度 公路的自然区划 一、路基路面工程结构的特点及要求 u 工程特点(project feature) 土石方工程量大，耗费大量材料，造价较高 施工工艺较简单，但季节性强，讲究工序 涉及面广：受自然因素和人为因素影响，变 异性和不确定性大 （水文地质情况复杂，气 候多变） u 对路基的要求 整体稳定 足够的强度(strength)，允许小变形(deformation) 水温稳定性(stability) u 对路面的要求 承载能力(bearing capacity) 稳定性(stability) 耐久性(lasting properties) 表面平整度(surface evenness) 表面抗滑行性能 综上,路基路面工程的基本性能：承载能力、稳定 性、耐久性、表面平整度、表面抗滑性。 强度与刚度(stiffness) 二、路面结构及层位功能 u 路基路面横断面(cross fault) 1、沿横断面方向：行车道、中间带和路肩； 2、路基横断面：路床和路堤 ； 3、路面横断面：槽式和全铺式。 u 路拱横坡度 (crown slope) 1、作用：排除路面积水 2、形式： 3、选取原则：兼顾行车平稳和 横向排水 抛物线型 直曲组合型 折线型 二次抛物线 半立方抛物线 u 路基路面结构分层及层位功能 为什么要对路基路面结构分层？ 一共分为基层？ 各结构层的特点？ 三 、路面分层及层面功能 1、 面层：特性：直接承载 满足强度、稳定性 要求：结构强度、变形能力、稳定性、耐磨、 抗滑 平整 材料： 分层 ：上、（中）、下 （沥青或混凝土面层）23层 RC+ AC （复合路面） 水泥混凝土(cement concrete) 沥青混凝土(asphalt concrete) 沥青混合料(bituminous mixture) 碎石（掺土或不掺土）混合料 2、 基层：特性：承载 、传递、扩散； 材料 分层：当基层较厚时，分两层施工： 上基层，下基层 材料不同时称底基层，设在基层之下，分担基层承重作用 粒料类：碎砾石材料，片石，圆石、工业废渣和土、砂 无机结合料类： 沥青稳定类：热拌沥青碎石，沥青灌入碎石，乳化沥 青碎石混合料 水泥稳定类(cement-modified aggregate) 石灰稳定类(lime-treated aggregate) 工业废渣(industrial solid waste)稳定类 三 、路面分层及层面功能 3、垫层(bed course)：土基与基层之间 透水性（松散类）：砂，砾石，炉渣 稳定性（稳定类）：水泥或石灰稳定土 作用：1、改善土基的温湿状况；2、扩散和传递由 基层传递的荷载应力 ；3、防止路基土挤入基层 材料： 要求：水稳定性、隔温性能 三 、路面分层及层面功能 u 路面的分类 按材料 按力学特性 沥青路面的进一步分类 一、 路面等级(classification of pavement)的划分 u 高级路面： 特点：强度高，稳定性好，使用寿命长，质量高，初期 投高，行车舒服，高速，安全。 面层类型：水泥混凝土，沥青混凝土，沥青码碲脂 适用等级：高速，一级，二级 u 次高级路面： 特点：强度刚度低于高级路面，寿命较短，适应交通量小 面层类型：沥青灌入碎石，路拌沥青碎石，沥青表面处理 适用等级：二级，三级 u 中级路面： 特点：强度刚度低，稳定性差，使用期限短，行车速度 低，初期投入低，养护工作量大 面层类型：泥结碎石，级配碎石，水结碎石 适用等级：三级，四级 u 低级路面： 特点：强度、刚度最低，水稳定性差，平整度差，低速 ，雨季有时不通车。 面层类型：粒料，砂砾土 ，矿渣土 适用等级：四级 二、按力学特性及设计方法 u 柔性路面(flexible pavement)：总体刚度小，弯沉变形大 ，抗弯拉强度低 如：粒料基层+ 沥青面层、碎（砾）石面层、块石面层 u 刚性路面(rigid pavement) ：抗弯拉强度高，整体刚度大 ，处于板体工作状态，竖向弯沉小 如：水泥混凝土路面 u 半刚性路面(semi-rigid pavement)：前期具有柔性路面力 学性质，后期强度与刚度均大幅增长，但仍远小于水 泥混凝土半刚性基层。 如：用无机结合料和水硬性结合料修筑的基层 三、路基土的分类及其工程性质 一、按颗粒组成特征、塑性指数、有机质(plastic index)： 巨粒土 漂石土 卵石土 粗粒土 砾类土 砂类土 细粒土 有机质土 粉质土 粘质土 特殊土 黄 土 盐渍土 红粘土 膨胀土 冻 土 二、土的工程性质 o 巨粒土：高的强度和稳定性 填筑路基和砌筑 边坡，但压实较为困难。 o 砾石(gravel)混合料（级配良好）：强度、稳定 性、密实度均能满足要求； 填筑路基、铺筑中 级路面、高级或次高级道路的基层或底基层 o 砂土(sandy soil)：无塑性，透水、粘性小，易松 散，压实困难（振动法、 掺入少量粘土），但 压实后稳定性好强度大、水稳定性好； o 砂性土(cohesionless soil)：粗细搭配，级配好，强 度和稳定性高，理想的路基填筑材料 o 粉性土(silty soil)：水稳定性差，毛细作用强烈、 易冻胀翻浆，不可用，需处理 o 粘性土(cohesive soil)：粘性大，颗粒细，毛细现 象，透水性差，可塑性强，干燥强度大，遇水 承载力降低 充分压实和良好的排水设计，可 保证路基稳定 o 重粘土(heavy clay)：不透水，粘聚力强，施工干 燥时，难以破碎； 不可用 二、土的工程性质 o 湿陷性黄土：呈黄色或黄褐色，粉土含量占60以上， 含有大量的碳酸 盐、硫酸盐和可溶性盐类，天然孔隙比在1 左右。在自重压力或附加压力共同作用下，受水浸湿后的 结构迅速破坏而发生显著附加下沉。 o 膨 胀 土：粘性含量高，其中0.002mm的胶体颗粒一 般超过20，土的液限wI40%,塑性指数Ip17，在22 35之间，自由膨胀率40%,吸水膨胀，失水收缩，强度较 高，压缩性低，易被误认为是较好的土。 o 盐 渍 土：地表土层1m以内的土易溶盐含量大于0.5 根据其含盐 量可分为：氯盐渍及亚氯盐渍土、盐酸盐渍土 及亚盐酸盐渍土、碳酸盐渍土 二、土的工程性质 砂性土最优，粘性土次之，粉性土和重粘土是不 良的路基土 四、路基的水文状况、干湿类型及路基临界高度 自然因素： 地理条件：平原(plain)（保证排水设计和最小填土高度）山 岭(mountain) 地质条件(geologic condition) ：岩石种类、层理、倾向、夹 层、断层 气候条件 ：温度、湿度日照、风力（材料老化和地下水位) 水文和水文地质条件(hydrogeologic condition) ：地表、地下 材料类别：砂类土、粘性土、粉性土 人为因素： 设计、施工方法和养护与管理措施 一 、影响路基路面稳定的因素 p 大气降水 p 地面水 p 地下水 p 毛细水 p 水蒸气凝结水 p 薄膜移动水 二 、湿度的来源 u 冻胀(frost heave)：积聚于面层下的水结冰后体积 增大，使路基隆起 而造成的路面开裂等破坏现象 。 u 翻浆(frost boiling)：冻涨土在温度升高后融解，无 法迅速排除，在行车荷载作用下，路基路面结构产 生较大变形，湿度很大的路基土会以泥浆的形式从 冻涨后开裂的路面层裂隙中冒出或挤出。 三 、季节性冻土区的水温状况（温度变化的影响） 条件：粉质土和极细的砂温度变化地下水位高 四 、路基的干湿类型(subgrade dry-moist type)： u 划分标准： 稠度： 干燥 中湿 潮湿 过湿 需处理 固态 半固态塑态液态含水量 WC=(WL-W)/(WL-WP) =(WL-W)/IP 已知区某改建公路，在不利季节调查节调查 原有路基 路槽底面以下80cm深度内土，每10cm为为一层层， 天然含水量分别为别为 15.0%，14.0%、14.0%、 15.5%、14.0%、15.8%、14.9%、15.2%，八层层 土质质均匀，其液限含水量L=15.8%，其塑限含 水量p=8.8%。干燥、中湿、潮湿和过过湿的分界 稠度c1=1.08、c2=0.86和c3=0.77。试试判断该该路 基土所处处的状态态。 例 题 五、路基工作区 u 路基受力 （1）路基路面自重 （2）车轮荷载引起附加应力 （3）分布特点 （4）自重应力和附加应力的计算 u 路基工作区 （1）哪个范围？ （2）对工作区内，土质选择，压实度均有较高要求。 五、公路的自然区划(climatic zoning for highway ) 二 、区划定制原则： u自然条件影响道路建设 u自然条件大致相同的划分为一区，在该区内 从事公路规划、设计、施工、管理时，可相互 参照 一 、区划定制原因： u道路工程特征相似（同一自然因素） u地表气候区划差异性 u自然气候因素既有综合又有主导作用 三、公路自然区划标准JTJ003-86：三级进行区划： 七个一级 区划： 以两条均温 等值线和两 条等高线为 标志 北部多年冻土区 东部温润季冻区 黄土高原干湿