道路-路基路面基础.ppt

道路路基路面结构,概述,路基和路面是供汽车行驶的主要道路工程结构物 路基：在地面上按路线的平面位置和纵坡要求开挖或堆填成一定断面形状的土质或石质结构物，是道路的主体，路面的基础。 路面：由各种不同的材料，按一定的厚度与宽度分层铺筑在路基顶面上的结构物，以供汽车直接在其表面上行驶。,1.1 对路基和路面的基本要求,一.对路基的基本要求 路基是道路的基本结构物，一方面要保证汽车行驶的通畅与安全，另一方面要支持路面承受行车荷载的作用。 提出两项基本要求： 路基结构物的整体必须具有足够的稳定性 直接位于路面下的那部分路基（有时称作土基），必须具有足够的强度，抗变形能力（刚度）和水温稳定性,二.对路面的基本要求,路面直接承受行车荷载的作用 作用：能够担负汽车的荷载而不破坏；其次保证道路全天候安全通车，保证车辆有一定的行驶速度。 基本要求： 强度，刚度和稳定性 平整度 抗滑性 少尘 耐久性 噪声低,一.路基：路堤、路堑、半填半挖 路基主要由土、石材料在原地面上修筑（堆填或开挖）而成，结构简单。 典型的路基横断面：路堤、路堑、半填半挖。它们由路基的边坡，路肩（人行道），车行道，分隔带以及支档和排水构造物等组成。,1.2 路基和路面结构的组成和层次划分,（一）路堤 路基顶面高于原地面的填方路基 根据填土高度分为： 高路堤（大于：土质18m，石质20m） 矮路堤（1.01.5m） 一般路堤（1.518m） 断面有路基顶宽、边坡坡度、护坡道、取土坑或边沟， 支档结构、坡面防护等。,低矮路堤的边坡采用单坡形式，高路堤和沿河浸水路堤的边坡采用上陡下缓的折线形式，或者台阶形式，在边坡中部设置宽1m以上的平台（护坡道）。低矮路堤的两侧设置边沟，以拦截和排除流向路堤的地表径流。路堤由两侧取土坑填筑而路基边缘与取土坑底高差大于2m时，在路堤坡脚设置宽1m以上的护坡道。高路堤或浸水路堤的边坡，采取适当的坡面防护和加固措施，为收缩高路堤的坡脚以减少填方数量或少占用土地，可设置支档结构物。,（二）路堑：全部由地面开挖出的路基 分全路堑、半路堑（台口式）、半山洞 挖方边坡可视高度和岩土层情况设置成直线或折线。挖方边坡的坡脚处设置边沟以汇集和排除路基范围内的地表径流。路堑的上方应设置成截水沟以拦截和排除流向路基的地表径流。挖方弃土可堆在路堑下方。边坡坡面易风化或有碎落物时，在坡脚处设置0.51.0m的碎落平台，坡面可采用防护措施。,（二）路堑：全部由地面开挖出的路基 分全路堑、半路堑（台口式）、半山洞,（三）半填半挖 横断面上部分为挖方，下部分为填方的路基。 通常出现在地面横坡较陡处。,二.路面结构：面层、基层、垫层 （一）面层 直接承受自然影响和行车作用的层次。也可分面层上、下层或面层上、中、下层。 承受行车荷载较大的竖向力、水平力和冲击力作用，受到降水的侵蚀和温度变化的影响，应具有较高的结构强度、抗变形能力，耐磨、透水性好，表面良好的平整度和粗糙度以抗滑。,组成面层的面料： （1）水泥混凝土：具有较高的强度和刚度，能承受较繁重的车辆荷载作用。 （2）沥青混合料：以碎石为集料，沥青作结合料，分上下两层铺筑，上层采用较细的集料，沥青量较多，混合料密实而透水性小，下层则采用较粗集料，空隙含量较多，沥青贯入碎石，用作面层时，应加封层，这种面层属次高级路面。,（3）碎（砾）石混合料：以土作为结合料的各种碎石或（砾石）混合料，如泥结碎石和级配砾石等，其顶面宜设置成为沙土磨耗层和松散保护层，这类面层只能承受中等和轻交通，属于中级和低级路面。 （4）水泥混凝土嵌锁式块料：整齐或半整齐块石，这类面层能承受较重的荷载，但平整度较差。,（二）基层 位于面层之下，路面结构中的承重部分，承受由面层传来的车轮荷载垂直压力，并把它向下面层次扩散分布的层次。应具有足够的抗压强度和扩散应力的能力，应有平整的路面，保证面层的厚度均匀，与面层结合良好，以提高路面结构整体强度，避免面层沿基层滑移推挤，以及具有足够的水稳性。,修筑基层用的材料有： 各种结合料（如石灰，水泥或沥青等）稳定性碎（砾）石混合料。 各种工业废渣混合物：如化铁炉溶渣（水淬渣），煤渣或粉煤灰等石灰（石灰类渣）组成的混合料（二渣）或外掺碎石或土的混合料（三渣或二灰土）,各种碎砾石混合料或天然砾石。 片石、块石或圆石。,（三）垫层：介于基层和土基之间的层次 作用：改善土基的温度和湿度状况，保证面层和基层的强度稳定性和抗冻胀能力。扩散由基层传来的荷载应力，减少土基所产生的变形，季节性冰冻地区和土基水温状况不良时设置。,材料：强度要求不一定高，其水稳性要好。 松散颗粒材料（透水性垫层）：如砂、砾石、炉渣、片石、锥形块石等。 整体性材料（稳定类垫层）：水泥、石灰稳定土。,（四）土基：路基顶部的土层，路面的基础 承受由路面传递下来的车轮荷载及路面的自重，原状土的路堑（挖方）或拢动土填筑的路堤（填方）。 路堤材料应水稳性好，压缩性小，便于施工压实。可用运距较短的土、石材料，或将路基顶面下一定深度内的土层压实至规定的要求。,（五）磨耗层：耐磨性差的砂石路面设置砂砾石，石屑等坚硬的细粒料与粘土拌和后铺成（2-3cm） 作用：改善行车条件，延长使用寿命 （六）保护层：粗砂或砂土混合料铺成（1cm）,（七）防滑磨耗层： 沥青路面铺设沥青砂，沥青石屑（2-3cm） （八）联结层： 高等级路面，在基层或面层之间铺设沥青混合料 作用：防止面层沿基层表面滑移，或防止基层裂缝直接影响面层开裂等结构性能的要求。,磨耗层、保护层、联结层为附属层次，养护措施。 下面层次比上一层次每侧至少宽出0.25cm，路面外侧至路基边缘之间应用土培填形成路肩，从横向支承路面，供临时停车、堆放养路材料、行人行走。在路肩靠近车行道的某一宽度范围内，加铺一定强度的路面结构层形成硬路肩，以承受偶然的车轮荷载。,一.路面分类 根据前面所述，路面是用各种材料按不同配置方法和施工方法修筑而成，根据不同的使用目的可作不同的分类。,1.3 路面分类与分级,（一）按材料和施工方法分类（五大类） 碎（砾）石类：用碎（砾石）按嵌挤原理或最佳级配原理配料铺压而成的路面，一般用作面层、基层。 结合料稳定类：掺加各种结合料，使各种土、碎（砾）石混合料或工业废渣的工程性质改善，成为具有较高强度和稳定性的材料，经铺压而成的路面，用作基层、垫层。,沥青类：在矿质材料中，以各种方式掺入沥青材料修筑而成的路面，可作面层、基层。 水泥混凝土类：以水泥与水合成水泥浆为结合料，碎（砾）石为骨料，砂为填充料，经拌和，摊铺，震捣和养生而成的路面，可作面层、基层。 块料类：用整齐、半整齐块石或预制水泥混凝土块铺砌，并用砂嵌缝后碾压而成的路面，用作面层。,（二）按路面力学特性分类 柔性路面：主要包括用各种基层（水泥混凝土除外）和各类沥青面层，碎（砾）石面层、块料面层所组成的路面结构。 在荷载作用下所产生弯沉变形较大，路面结构本身抗弯拉强度较低，车轮荷载通过各种结构层向下传递到土基，使土基受到较大的单位压力。土基的强度，刚度和稳定性对路面结构整体强度有较大影响。,刚性路面：水泥混凝土作面层或基层的路面结构 水泥混凝土的强度，特别是抗弯拉（抗折）强度，比其他各种路面材料高得多。弹性模量也较其他各种路面材料大得多，呈现较大的刚性。 注：用水泥、石灰等无机结合料处治的碎（砾）石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层，在前期具有柔性路面的力学性质，后期：刚性结构层，板体性增强，最终抗弯拉强度和弹性模量较刚性结构层低称为半刚性路面。,二.路面等级的划分 （一）高级路面：包括由水泥混凝土、沥青混凝土碎石混合料、整齐块石、条石，预制水泥混凝土联锁块等面层所组成的路面。 特点：结构强度高，使用寿命长，适应较大的交通量、平整无尘，能保证高速行车。 适用：高速公路，一、二级公路及城市快速路，主干路和次干路。,（二）次高级路面：沥青贯入式，热拌沥青碎石混合料、乳化沥青碎（砾）石混合料、沥青碎（砾）石表面处治和半整齐块石等面层所组成的路面。 特点：强度稍差，使用寿命略短，适应交通量小些，行车速度较低。 适用：二、三级公路及城市次干路，支路和街坊道路。,（三）中级路面：水结、泥结和级配碎（砾）石，礓石（一种不透水的矿石，块状或颗粒状）、碎砖和不整齐块石等面层组成的路面。 特点：强度低，使用期限短，平整度差，易扬尘，仅适应较小的交通量，行车速度低，需要经常维修或补充材料，造价低，养护工作量大，运输成本较高。 适用：三、四级公路。,（四）低级路面：各种粒料或当地材料改善的土所筑成的路面：炉渣土，砾石土，砂砾土等。 特点：强度低，水稳性和平整度都差，易扬尘，低速行车，适应交通量小，雨季不能通车，造价低，要求经常养护修理，运输成本很高。 适用：四级公路。,一.道路自然区划的缘由 各种气候、地形、地貌、水文、地质条件等差别很大，对道路构筑物产生的影响和可能造成的危害也是各不相同的。 例如：季节性冰冻的地区的道路病害主要是冻胀与翻浆。,1.4 道路的自然区划,二.公路自然区划 按地理地貌及气候的差异性，道路工程特征的相似性，地表气候区域分异性及自然气候要素的基本原则进行公路自然区划，分为三个等级。,一级区划：全国范围，地理气候条件 北部多年冻土区 东部湿润季冻区 黄土高原干湿过渡区 东南湿热区 西南潮暖区 西北干旱区 青藏高寒区,二级区划： 在一级区划内，根据地貌类型，水湿状态及道路自然病害等因素，划分为33个二级区和19个副区。 三级区划： 在二级区划内进一步区划而得，结合当地具体条件划分。,一.土的生成 地球表面3080厚的范围是地壳，地壳中原来整体坚硬的岩石经过风化、剥蚀、搬运、沉积，形成固体矿物、水和气体的集合体称为土。 不同的风化作用，形成不同性质的土 风化作用有三种：物理风化、化学风化、生物风化,1.5 土的物理性质及工程分类,1.物理风化 岩石受风、霜、雨、雪的侵蚀，温度、湿度变化，不均匀膨胀与收缩，使岩石产生裂缝，崩解为碎块，这种风化作用，只改变颗粒大小与形状，不改变矿物成分，称为物理风化。由物理风化生成的为粗颗粒土，如碎石、卵石、砾石、砂土等，呈松散状态，总称无粘性土。,2.化学风化 岩石碎屑与水、氧气和二氧化碳等物质接触，使岩石碎屑发生化学变化，改变了原来组成矿物的成分，产生一种新的成分次生矿物。土的颗粒变得很细，具粘结力，如粘性土、粉质粘土。,3.生物风化 由动植物和人类活动对岩体的破坏，称为生物风化，矿石成分没有变化。例如开山打隧道等活动形成的土。,二.土的结构和构造,（一）土的结构 土颗粒之间的相互排列和联结形式称为土的结构 1. 单粒结构 粗颗粒土，如卵石、砂等，在沉积的过程中，每个颗粒在自重作用下，单独下沉，达到稳定状态。,2. 蜂窝结构 当土的颗粒较细（粒径在0.020.002mm范围），在水中单个下沉，碰到已沉积的土粒，由于土粒之间的分子引力大于颗粒自重，则下沉被吸引不再下沉，形成很大孔隙的蜂窝状结构。,3. 絮状结构（二级蜂窝结构） 粒径小于0.005mm的粘土颗粒，在水中悬浮并在水中运动时，形成小链环状的土集粒下沉，这种小链碰到另一小链环被吸引，形成链环的絮状结构。,上述三种结构中，以密实的单粒结构土的工程性质最好，蜂窝的结构其次，絮状结构最差。后两种土，如因扰动破坏天然结构，则强度低，压缩性大，不可用作天然地基。,（二）土的构造 同一土层中，土颗粒之间相互关系的特征称为土的构造。 1. 层状构造：土层由不同的颜色，不同的粒径的土组成层理，平原区的层理常为水平方向。 2. 分散构造：土层中土粒分布均匀，性质相近，如砂、卵石层为分散构造。,3. 结核状构造：在细粒土中掺有粗颗粒或各种结核，含有砂石的冰绩粘土等。 4. 裂隙状构造：土体中有很多不连续的小裂隙，硬塑与坚硬状态的粘土，裂隙强度低，渗透性高，工程性质差。,三.土的特性 压缩性：反映压缩性大小的指标弹性模量（土称变形模量），随材料的不同而差别很大。 钢筋： E1=21万Mpa 200#混泥土 E2=2.6万Mpa 卵石：E3=4050Mpa 饱和细砂： E4=816Mpa,强度：土的强度指抗剪强度，无粘性土的强度主要为土粒表面粗糙不平的摩擦力。 透水性：由于土体中固体矿物颗粒之间具有无数的孔隙，孔隙是透水的，因此土的透水性很大。,四.粘性土的物理特性 其含水量小时，土呈半固态，坚硬；当含水量增加，土粒间距加大，土呈现可塑状态。 如含水量再增加，出现较多的自由水时，粘性土变成液体状态,五.地基土的工程分类 美国：统一土壤分类法 统一土壤分类法首先将土分为粗粒径土、细粒径土和高有机土三大部分。粗粒径和细粒径的区分是根据200号(0.074mm)筛的筛余量来确定。粗粒径土进一步根据4号(4.76mm)筛的筛余量区分为砾石和砂。砾石和砂又根据是否含有细粒材料进行分类。细粒径土根据液限大小分为两组。高有机土一般不适用于公路工程。,统一土壤分类法最终将土壤分为15类。 G-砾石； S-砂； M-粉土； C-粘土； W-级配良好； P-级配不良； U-级配均匀； 0-有机质； L-低液限； H-高液限； P t -泥炭。,统一土壤分类表,1GW-级配良好的砾石，砾石一砂混合物，很少或没有细料。 2GP-级配不好的砾石，砾石一砂混合物，很少或没有细料。 3GM-粉土质砾石，砾石一砂一粉土混合物。 4GC-粘土质砾石，砾石一砂一粘土混合物。 5SW-级配良好的砂和含砾砂，很少或没有细料。 6SP-级配不好的砂和含砾砂，很少或没有细料。 7SM-粉土质砂，砂一粉土混合物。 8SC-粘土质砂，砂一粘土混合物。,9ML-无机粉土，极细砂、石粉、粉土质或粘土质细砂。 10CL-低至中塑性的无机粉土，含砂粘土、贫粘土。 11OL-低塑性有机粉土和有机粉质粘土。 12MH-无机粉土，含云母或硅藻的细砂或粉土、塑性粉土。 13CH-无机粘土或高塑性重粘土。 14OH-中至高塑性的有机粘土。 15Pt-泥炭、泥污或其它高有机土。,我国1988年修订工业与民用建筑地基基础设计规范把作为建筑地基的岩土分为六大类。,（1）岩石： 颗粒间牢固联结，呈整体或具有竭力裂隙的岩体。 按坚固性分为：硬质岩石 软质岩石 按风化的程度分为：微风化 中等风化 强风化 微风化的硬质岩石为最优良的地基，摩天大楼大多建造在这类岩基上。,（2）碎石土： 粒径d2mm的颗粒含量超过全重的50%的土。 定名：粒径由大到小分漂石、块石、卵石、碎石、圆砾，角砾六种。 强度大，压缩性小，渗透性大，为良好的地基。,（3）砂土： 粒径d2mm的颗粒含量不超过全重的50%的土，且d0.075mm的颗粒含量超过全重的50%的土。 定名：粒径由大到小分为砾砂，粗砂，中砂，细砂