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第四章道路路面 第一节路面的性能及组成第二节路面类型与构造第三节常用路面简介第四节路面施工要点 第一节路面的性能及组成一 路面的使用性能及破坏形式二 路面的基本要求三 路面结构 一 路面的使用性能及破坏形式1 功能性能概念 路面的基本功能是指路面为车辆提供快速 安全 舒适和经济的基本功能的能力 它反映了路面的服务水平和行驶质量 影响因素 平整度 车辆悬挂系统振动特性 人对振动的反应或接受能力 2 结构性能概念 路面的结构性能是指路面保持其结构完好而不出现损坏的能力 路面损坏可归纳为三类 1 路面结构的整体受到破坏造成的断裂和裂缝类2 路面结构虽仍保持整体性 但形状有较大改变的永久变形类3 路面表面材料的散失或磨耗的耗损类 二 路面的基本要求强度和刚度稳定性和耐久性表面平整度和抗滑性少尘性和低噪声 1 强度和刚度强度 是指结构整体及其各组成结构层抵抗行车荷载作用产生各种应力 避免破坏的能力 刚度 指路面抵抗变形的能力 2 稳定性和耐久性1 稳定性路面结构袒露于大气之中 无时不受到温度和水分变化的影响 其力学性能也就随着不断发生变化 强度和刚度不稳定 使路况时好时坏 举例 沥青路面在夏季高温时会变软而产生车辙和推挤 冬季低温时又可能因收缩或变脆而开裂 水泥混凝土路面在高温时会发生拱胀破坏 温度急骤变化时会因翘曲而产生破坏 砂石路面在雨季时 会因雨水渗入路面结构 使其含水量增多而导致强度下降 产生沉陷 轮辙或波浪 2 耐久性路面结构要承受车辆荷载和冷热 干湿等自然因素的多次重复作用 由此而逐渐产生疲劳破坏和塑性变形的累积 路面各结构组成的材料还可能由于老化而导致破坏 因此 必须具有足够的抗疲劳能力以及抗老化和抗变形累积的能力 3 表面平整度和抗滑性能1 表面平整度表面平整度对路面的影响 不平整的路表面会增大行车阻力 并使车辆产生附加的振动作用 对车和旅客来说 这种振动作用会造成行车颠簸 影响行车的速度和安全 驾驶的平稳和乘客的舒适 对路面来说 振动作用还会对路面施加冲击力 从而加剧路面和汽车机件的损坏和轮胎的磨损 并增大油料的消耗 耗油 不平整的路面还会积滞雨水 加速路面的破坏 影响路面平整度的因素 平整的路面表面 要依靠优良的施工机具 精细的施工工艺 严格的施工质量控制以及经常和及时的养护来保证 路面的平整度还同整个路面结构和面层材料的强度和抗变形能力有关 2 抗滑性能抗滑性能对路面的影响 在雨天高速行车 或紧急制动或突然起动 或爬坡 转弯时 车轮易产生空转或打滑 致使车速降低 油料消耗增多 甚至引起严重的交通事故 增强抗滑能力的措施 通过采用坚硬 耐磨 表面粗糙的骨料组成路面表层材料来实现采用一些工艺性措施来实现 如水泥混凝土路面的刷毛或刻槽等 4 少尘性及低噪声1 尘土对道路的影响对路 导致路面松散 脱落和坑洞等破坏 对车 扬尘还会加速汽车机件的损坏 减短行车视距 降低行车速度 2 噪声产生的原因及降低措施原因 汽车发动机 路面不平整引起车身的震动 降低措施 应提高路面施工的平整度工艺 三 路面组成 1 面层 承受车轮垂直力和水平力的作用 也直接经受自然环境的影响 因此面层应平实坚固耐磨抗滑 并且不透水 2 基层 主要承受面层传来的车轮垂直力的作用并把它扩散到垫层 基层除应有必要强度外 还要有足够的水稳定性 3 垫层 为改善土基的湿度和温度状况 用来隔离路基土中水的上冒或防止路面下的冰冻深度深入至土基引起春融翻浆 第二节路面类型与构造一 路面类型二 路面等级三 路面构造 一 路面类型1 按面层使用材料分 沥青类 水泥砼 粒料 块料2 按强度构成原理分 嵌锁法 级配法 稳定法 铺砌法 3 按荷载作用下的力学性质分 柔性路面 各种基层 水泥混凝土除外 和各类沥青面层 碎 砾 石面层等组成的路面结构 刚性路面 水泥混凝土作面层或基层的路面结构 半刚性路面 指用稳定土或处治碎 砾 石以及用含水硬性结合材料的工业废渣修筑的基层称半刚性基层 把含有这类基层的路面结构称半刚性路面 二 路面等级通常可按面层的使用品质 材料组成类型以及结构强度和稳定性的不同 将路面分成高级 次高级 中级和低级四个等级 1 高级路面 公路等级 高速 一 二级公路用 面层类型 沥青砼 水泥砼 特点 a 强度 刚度高 稳定性好 b 使用寿命长 能适应较繁重的交通量 c 平整无尘 能保证高速行车 d 养护费用少 运输成本低 e 投资大 2 次高级路面 公路等级 二 三级公路 面层类型 沥青贯入式 沥青碎石 沥青表面处治 特点 a 强度 刚度较高 b 使用寿命较长 适应交通量较多 c 行车速度较高 d 造价较低 e 费用和成本较高 3 中级路面 公路等级 四级公路 面层类型 碎 砾 石 半整齐块石 粒料类 特点 a 强度 刚度低 稳定性差 b 平整度差 易扬尘 c 仅适应较小交通量 d 行车速度低 造价低 e 养护费用高 运输成本高 4 低级路面 公路等级 四级公路 面层类型 粒料 当地材料 特点 a 强度 刚度最低 b 水稳性 平整度均差 易扬尘 c 仅适应较小交通量 d 低速行车 适用较小交通量 e 造价低 养护运输成本高 各等级路面的比较 路面类型 结构层次和组成材料的选择 1 依据道路等级 交通繁重程度 路基承载能力 材料供应情况 2 气候条件 气温 降雨和冰冻等 3 施工考虑 设备 工艺 分期修建 施工期限等 4 寿命周期费用 资金筹措等因素 路面类型的选择 三 路面构造 一 断面与宽度 二 路拱作用与线形 三 路拱坡度与路面排水 一 断面与宽度1 路面的标准构造横断面 如图1 4 2 1 2 路面的宽度视公路等级而定 见表1 4 2 2 3 路面结构断面 有槽式和全铺式两类 如图1 4 2 2 1 全铺式路面用于路基较窄的中级或低级公路 它可以加固路肩防止边坡冲刷 2 槽式断面特点是路面厚度均匀并节省材料 a 高速公路和一级公路横断面 b 二 三级公路横断面图1 4 1路面横断面 1 路拱路拱指路面的横向断面做成中央高于两侧 直线路段 具有一定坡度的拱起形状 作用是利于排水 二 路拱 2 路拱线形及其选用 1 线形 可作成直线形或抛物线形 为了改善行车条件 可采用改进二次抛物线或一次半抛物线 2 各种线形的选用 低级或中级路面宽度较窄 抛物线形中间部分较平缓 两侧横坡较大 高等级公路 路面宽度较大 通常在路拱两侧设倾斜直线 中间插入圆曲线 圆曲线长约为路面宽度的三分之一 三 路拱坡度与路面排水 1 路拱基本形式 有抛物线 屋顶线 折线或直线 便于机械施工 一般采用直线形 2 路拱坡度 应根据路面类型和当地自然条件 按表1 4 2 3规定数值采用 3 路肩横向坡度 较路面横向坡度大1 2 4 六 八车道的高速公路宜采用较大的路面横坡 第三节常用路面简介 一 沥青路面 一 基本概念及其特点 二 分类及适用范围 三 沥青路面对基层的要求 四 沥青路面的设计要点 一 基本概念及其特点1 定义在柔性 半刚性基层上 铺筑一定厚度的沥青混料面层的路面结构均称沥青路面 2 优缺点优点 与水泥混凝土路面比较 1 表面平整 2 无接缝 3 行车舒适 4 耐磨 5 噪声低 6 施工期短 7 养护维修简便且适于分期修建等优点 缺点 1 易被履带车辆和坚硬物体所破坏 2 表面常被磨光而影响安全 3 温度稳定性差 夏天易软 冬天易脆并产生裂缝 4 铺筑沥青面层受气候和施工季节的限制 雨天不宜铺筑各种沥青面层 乳化沥青面层除外 冰冻地区气温较低时铺筑沥青面层 质量往往得不到保证 3 结构性能及改善措施 1 结构性能 沥青类路面属柔性路面 其强度和稳定性在很大程度上取决于土基和基层的特性 在高温时 沥青类路面的抗车辙能力降低 在低温时 沥青类路面的抗变形能力低 修筑沥青路面后 必须重视基层的水稳性 路面经车辆荷载和环境因素作用 必须重视沥青路面的抗疲劳能力 在寒冷地区 为了防止土基不均匀冻胀而使沥青路面开裂 需设防冻层 对交通量较大的路段 为使沥青路面具有一定的抗弯拉和抗疲劳开裂的能力 宜在沥青面层下设置联结层 采用较薄的沥青面层时 特别是在旧路面上加铺面层时 要采取措施加强面层与基层之间的粘结 以防止水平力作用而引起沥青面层的剥落 推挤 拥包等破坏 2 改善措施 二 分类及适用范围 1 分类沥青混凝土热拌沥青碎石乳化沥青碎石混合料沥青贯入式碎石沥青表面处治 2 适用范围 沥青混凝土 高速公路和一级公路的表面层 中面层 下面层和二级公路的表面层 热拌沥青碎石 适于做二级及二级以下公路的面层和柔性路面的上基层以及调平层 乳化沥青碎石混合料 适于做三级 四级公路的沥青面层 二级公路养护罩面以及各级公路的调平层 沥青贯入式碎石 含上拌下贯式 适用于做二级及二级以下公路的沥青面层 若沥青贯入碎石设在沥青混凝土层与半刚性基层 粒料基层之间时 沥青贯人式碎石应不撒封层料 也不做上封层 沥青表处治 适用于三级 四级公路的面层及旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层 磨牦层等 三 沥青路面对基层的要求 1 具有足够的强度和适宜的刚度 2 具有良好的稳定性3 收缩变形较小4 表面平整 密实 路拱和面层坡度一致 高程符合要求 1 具有足够的强度和适宜的刚度承受车轮荷载作用 在行车荷载反复作用下 不应超过容许的残余变形 也不允许产生剪切和弯拉破坏 2 具有良好的稳定性在使用初期 其进水性较大 雨季时表面水有可能透过沥青面层进入基层和底基层中 导致基层材料含水量增加及强度降低 冰冻地区其危害性会更大 3 收缩变形较小半刚性基层材料的缺点是抗变形能力低 在温度和湿度变化时产生温缩和干缩现象 使基层产生开裂 当沥青面层较薄时 易形成反射裂缝 进而严重影响路面的使用性能 4 表面平整 密实 路拱和面层坡度一致 高程符合要求保证沥青面层的厚度均匀一致 保证面层表面的平整度和拱度 保证基层应平整 密实 四 沥青路面的设计要点 1 设计内容 原则及注意事项 1 路面设计内容路面结构层原材料的选择 混合料配合比设计 设计参数的测试与确定 路面结构层组合与厚度计算 路面结构的方案比选等内容 路面排水系统设计和路肩加固等的设计 2 设计原则 根据使用要求及气候 水文 土质等自然条件 密切结合当地实践经验 进行路基路面总综合设计 在满足交通量和使用要求的前提下 应遵循因地制宜 合理选材 方便施工 利于养护 节约投资的原则 进行路面设计方案的技术经济比较 选择技术先进 经济合理 安全可靠 有利于机械化 工厂化施工的路面结构方案 结合当地条件 积极推广成熟的科研成果 对行之有效的新材料 新工艺 新技术应在路面设计方案中积极 慎重地加以运用 3 注意的问题 路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全 为提高路面工程质量 应推行机械化施工 设计中应按远景交通量设计路面结构与厚度 铺筑时可减薄沥青面层 待路基趋于稳定后 视路面实际情况再加铺沥青面层 2 设计方法与步骤 1 设计方法高速公路 一级公路和二级公路采用弯沉与拉应力两项指标进行设计 而三 四级公路只采用弯沉值指标进行设计 1 弯沉弯沉指在规定的标准车作用下 路基或路面轮隙位置产生的总垂直变形 总弯沉 或垂直回弹变形值 回弹弯沉 以0 01mm为单位 进行路面结构设计时 必须求得路面结构的实际弯沉值 和设计弯沉值后 方可应用弯沉值控制指标来完成路面厚度的设计工作 2 拉应力指标计算包括最大拉应力计算点的选择 层底最大拉应力计算 容许拉应力计算 抗拉强度结构系数计算 3 沥青路面路面结构组合设计面层的等级及厚度路面的基层选择垫层 面层的等级及厚度a 沥青路面等级 面层类型的选用应根据公路等级与使用要求 设计年限内标准轴载的累计当量轴载 筑路材料和施工机械设备等因素 按表1 4 3确定 路面类型的选择表1 4 3 b 沥青层厚度根据公路等级 交通量及其组成 沥青品质和质量以及气候条件等因素 半刚性基层上沥青层推荐厚度见表1 4 4 半刚性基层上沥青层推荐厚度表1 4 4 路面的基层选择 a 一般公路基层宽度每侧宜比面层宽出25cm 底基层每侧宜比基层宽15cm 在多雨地区 透水性好的粒料底基层 宜铺至路基全宽 以利于排水 b 高级路面的基层选择 高速公路 一级公路应采取水泥或石灰 粉煤灰稳定粒料类半刚性基层 以增强基层的强度和稳定性 减少低温收缩裂缝 条件允许时 底基层宜用水泥或石灰 粉煤灰或石灰稳定各种集料或土类做半刚性底基层 若当地石料丰富 也可采用级配碎石或填隙碎石或天然砂砾料做底基层 当采用半刚性基层有困难时 可选用热拌或冷拌沥青碎石混合料或沥青贯入式碎石做柔性基层 垫层a 设置垫层的条件 当地下水位高 排水不良 路基经常处于潮湿 过湿状态的路段 排水不良的土质路堑 有裂隙水 泉眼等水文不良的岩石挖方路段 季节性冰冻地区的中湿 潮湿路段 可能产生冻胀需设置防冻垫层的路段 基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段等均应设置垫层 b 厚度检验在季节性冰冻地区的中湿 潮湿路段 路面设计时应进行防冻厚度检验 c 垫层宽度对于高速公路 一 二级公路的排水垫层应铺至路基同宽 以利路面结构排水 保持路基稳定 三 四级公路的垫层宽度可比底基层每侧至少宽25cm d 垫层材料垫层材料可选用粗砂 砂砾 碎石 煤渣 矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土 石灰粉煤灰稳定粗粒土等 为防止软弱路基污染粒料底基层 垫层 为隔断地下水影响 可在路基顶面设土工合成材料隔离层 2 设计步骤 确定路面等级和面层类型 设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值 按路基土类与干湿类型 将路基划分为若干路段 确定各路段土基回弹模量值 根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量 抗拉强度 确定各结构层材料设计参数 根据设计弯沉值计算路面厚度 对高速公路 一级公路 二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层 底基层 应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求 经技术经济比较 确定路面结构方案 其程序如图1 4 3 1 新建路面厚度的设计程序框图 二 水泥混凝土路面 一 类型和特点1 定义水泥混凝土路面指用水泥混凝土作面板或基 垫 层所组成的路面 亦称刚性路面 2 类型普通混凝土路面钢筋混凝土路面碾压混凝土路面钢纤维混凝土路面连续配筋混凝土路面预应力混凝土路面 1 普通混凝土 无筋混凝土或素混凝土 路面指除接缝和局部范围外均不配筋的水泥混凝土路面 采用最广泛的一种水泥混凝土路面 2 钢筋混凝土路面指为防止可能产生的裂缝缝隙张开 板内配置纵 横向钢筋或钢筋网的水泥混凝土路面 钢筋混凝土路面适用于当混凝土板的平面尺寸较大 面板形状不规则 预计路基或基层有可能产生不均匀沉陷 板下埋有地下设施等路段 3 碾压混凝土路面指水泥和水的用量较普通混凝土显著减少的水泥混凝土混合料经摊铺 碾压成型的水泥混凝土路面 它主要适用于二级及其以下等级的公路 4 钢纤维混凝土路面指在混凝土中掺入钢纤维的水泥混凝土路面 钢纤维混凝土路面一般适用于标高受限制地段的路面 旧混凝土路面的加铺层 公共汽车站 收费站 桥面铺装等路段 5 连续配筋混凝上路面指沿纵向配置连续的钢筋 除了在与其他路面交接处或邻近构造物处设置胀缝以及视施工需要设置施工缝外 不设横向伸缩缝的水泥混凝土路面 它适用于高速公路和一级公路 6 预应力混凝土路面指对混凝土面板施加预压应力以抵消部分轮载和温度产生拉应力的水泥混凝土路面 这种路面的板厚可减薄到10 15cm 板长可增大到100 150m 具有较大的柔性和弹性 可适应基础较大的不均匀变形 3 特点 优点 强度高稳定性好耐久性好养护费用少经济效益高有利于夜间行车 缺点 对水泥和水的需要量大板的接缝不但增加施工和养护的复杂性 且易引起行车跳动 影响行车的舒适性接缝处理不当 导致板边和板角破坏开放交通较迟修复困难 二 水泥混凝土路面构造 1 土基 垫层和基层2 混凝土面板3 接缝4 接缝材料 1 土基 垫层和基层 1 土基通过刚性面层和基层传到土基上的压力很小 一般不超过0 05MPa 2 垫层在水温状况不良路段的路基与基层之间宜设置垫层 垫层应具有一定强度和较好的水稳性 在冰冻地区尚应具有较好的抗冻性 3 基层材料 采用整体性好 具有较高弹性模量 的修筑基层作用 保障混凝土路面良好使用特性和延长路面使用寿命 防止淤泥 冰冻以及排除渗入的地表水 隔断地下毛细水 缓和土基不均匀变形对面板影响的作用 并可为面板提供方便的施工条件 厚度 以不小于15cm为宜 并应宽出面板 宽出的宽度视面板采用的施工方法不同而定 2 混凝土面板 1 断面形式面层板的横断面应采用中间薄两边厚和等边厚式断面的形式 以适应荷载应力变化 中间薄两边厚面层板一般边部厚度较中部约大25 但厚边式路面对土基和基层的施工带来不便且在板厚度变化转折处 易引起板的折裂 常采用等边厚式断面 或在等边厚式断面板的最外两侧板边部配置钢筋予以加固 2 基本要求 足够的弯拉强度表面平整耐磨抗滑 3 接缝设置接缝的原因与目的1 防止温度变化引起伸缩应力与翘曲应力 2 控制板块断裂的位置 保持路面整齐外观 3 防止地基不均匀沉陷而引起面板破坏接缝的分类与构造纵缝 纵向缩缝 纵向施工缝横缝 缩缝 胀缝 施工缝 横缝的构造与布置1 缩缝作用 控制混凝土的收缩应力和翘曲应力 间距 缩缝的间距 面板长度 4 6m 基层刚度越大 间距越短 形式 假缝 设传力杆假缝两种构造形式 假缝传力杆假缝拉杆假缝 纵缝 2 胀缝 胀缝的构造 采用较短缩缝间距和不是在低温时浇筑混凝土的情况下 可在邻近构造物或与其它路面不对称交叉处设置胀缝 胀缝传力杆的尺寸 布置间距和要求 与缩缝传力杆相同 但胀缝传力杆的一端需加一金属套 套子应能套住传力杆5cm长 并在套顶留下至少2 2 5cm的空间 使板伸长位移时传力杆相应地有向前移动的余地 胀缝应尽量少设或不设 形式 设传力杆式 枕垫式 加厚基层式 3 施工缝每天工作结束或因临时原因而中断施工时 需设置横向施工缝 其形式有平缝加传力杆 企口缝 纵缝的构造与布置平行于道路中线的接缝 称为纵缝 混凝土一次铺筑宽度大于4 5m时 或混凝土一次铺筑宽度小于路面宽度时需设置纵向缩缝 有纵向施工缝 设拉杆的企口缝和平头缝 平头缝 和纵向缩缝 带拉杆的假缝 两种 拉杆的作用 防止板沿两侧路拱横坡爬动拉开和形成错台 以及防止横缝搓开 填封 缝 料接缝槽口的填封 缝 料应具有弹性好 与缝壁混凝土表面粘结力强 温度敏感性小和耐久性好的性质 常用的填封料有热灌的橡胶沥青类 常温施工的聚氨脂焦油类或有机硅树脂以及预制压缩性嵌条等类型 第四节路面施工一 沥青路面施工二 水泥混凝土路面施工三 其他路面和垫层的施工 一 沥青路面施工1 施工前的准备工作 1 进场材料的质量检验 2 拌和设备的选型 3 施工机械的检查 4 修筑试验路段 2 沥青混合料的拌制与运输 1 拌和 拌制沥青混合料的工艺流程 间歇式拌和机 连续式拌和机 2 运输厂拌沥青混合料通常用自动倾卸汽车运往铺筑现场 必须根据运送的距离和道路交通状况来组织运输 混合料运输所需的车辆数可按下式计算 式中 一辆车容量的沥青混合料拌和与装车所需的时间 min 运到铺筑现场所需的时间 min 由铺筑现场返回拌和厂所需的时间 min 在现场卸料和其它等待时间 min 备用的车辆数 运输车辆发生故障及其它用途时使用 沥青混合料保温运输车 2 铺筑热拌法沥青混合料路面的铺筑工序如下 1 基层准备和放样 2 摊铺 3 碾压 4 接缝施工 1 基层准备和放样 面层铺筑前 应对基层或旧路面的厚度 密实度 平整度 路拱等进行检查 基层或旧路面若有坎坷不平 松散 坑槽等 必须在面层铺筑之前整修完毕 并应清扫干净 为使面层与基层粘结好 在面层铺筑前4 8h 在粒料类的基层洒布透层沥青 为了控制混合料的摊铺厚度 在准备好基层之后进行测量放样 沿路面中心线和四分之一路面宽处设置样桩 标出混合料的松铺厚度 2 摊铺沥青混合料可用人工或机械摊铺 高等级公路沥青路面应采用机械摊铺 沥青混合料摊铺机有履带式和轮胎式两种 沥青摊铺机的主要组成部分为料斗 链式传送器 螺旋摊铺器 振捣板 摊平板 行使部分和发动机等 摊铺机 卸料 沥青混合料摊铺机摊