路基路面工程教学学习总结邓学钧主编.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除第一章路基路面工程的特点1路基工程土石方数量大； 2.路面工程耗资多；3.涉及面广，工程复杂多变影响路基路面稳定的因素1.地理条件 2.地质条件 3.气候条件4.水文和水文地质条件 5.土的类别 n划分依据：根据土的颗粒组成，塑性指数和土中有机质含量分类：巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土通常按路面面层的使用品质 材料的组成类型结构强度和稳定性，将路面分为四级（ 高 次高 中 低）公路自然区的三个划分原则：1 道路工程特征相似的原则 2地表气候区划差异性的原则 3自然气候因素既有综合又有主导作用一、路基湿度的来源 (1)大气降水 (2)地面水 (3)地下毛细水 (4)水蒸汽凝结水 冻胀：在冬季，水由下向上移动，冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。 翻浆：在春季，冰溶化以后，路基上层含水量增加，承载能力下降，在车辆荷载作用下路基土以泥浆的形式从胀裂的路面裂隙中冒出，形成翻浆。在路基路面设计中，把路基干湿类型划分为四类：干燥，中湿，潮湿和过湿。沿横断面方向由行车道、硬路肩和土路肩所组成。行车荷载和自然因素对路面的影响，随深度的增加而逐渐减弱，所以路面结构常分层铺筑，划分为面层、基层、垫层。题1.垫层介于土基和基层之间，改善土基水温状况以保证面层和基层的强度刚度和稳定性不受土基水温状况变化所造成的影响； 将基层的荷载应力加以扩散；阻止路基土挤入基层。 （3分）垫层材料强度不一定高，但水稳定性和隔温性能要好，常用的分为两类，松散类如级配碎石，和稳定类如石灰土 第二章汽车对道路的作用停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、振动力。影响静态垂直压力大小的因素：（1）汽车轮胎的内压力 pi；（2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状；（3）轮载的大小。环境因素影响主要表现在温度和湿度。温度对路面的影响 n由于温度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的。当这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度应力，进而对路基路面产生破坏。路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。把车辆荷在土基中产生应力作用的这一深度范围叫路基工作区用于表征土基承载力的主要参数指标： 回弹模量、柔性压板、刚性承载板: 地基反应模量温克勒地基模型描述土基工作状态时，以地基反应模量K表征土基的承载力。压力和弯沉之比称为K加州承载比(CBR)一、路基的主要病害 1.路基沉陷（1）自身压缩沉陷（2）天然地基承载力不足引起的沉陷2.边坡滑塌：溜方和滑坡溜方：边坡上薄的表层土沿边坡向下滑动；滑坡：路堤边坡土体在重力作用下沿某个滑动面发生剪切破坏3. 碎落和崩塌剥落和碎落是指路堑边坡表面，在大气的干湿或冷热循环作用下，表面发生胀缩，使零碎薄层成片状从坡面上剥落下来的风化现象，而且老的脱落后，新的又不断产生大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌4.路基沿山坡滑动5.不良地质和水文条件下的破坏滑坡为提高路基的稳定性，防治各种病害的产生，主要有以下一些措施： 1正确设计路基横断面。 2选择良好的路基用土填筑路基，必要时对路基上层填土作稳定处理。 3采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度。 4适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。 5正确进行排水设计(包括地面排水、地下排水、路面结构排水以及地基的特殊排水)。 6必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，设置砂垫层以疏干土基。 7采取边坡加固、修筑挡土结构物、土体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定性。累积变行和疲劳破坏这两种破坏极限的共同点是破坏极限的发生不仅同荷载应力的大小有关而且同荷载应力作用次数有关。第三章路基的类型与构造路堤、路堑、填挖结合路基路堤的特点 设计线高于原地面； 排水、通风条件好； 施工质量易控制，可控制填料选择、干湿类型、密实度等； 受水文地质影响小。路堑特点 n设计线低于原地面； 排水通风条件差； 行车视距也差;破坏了原地层天然平衡，受水文地质条件影响较大，要注意边坡稳定性； n 半填半挖路基特点 l兼有路堤和路堑两者的特点，土石方数量少。工程上经济，要注意填方部分与山坡结合（挖出），填挖分界处发生不均匀沉降。n路基宽度的概念： n路基宽度为行车道、路肩、中间带、变速车道、爬坡车道等宽度之和，一般可理解为土路肩外边缘之间的距离。路基高度 :是指路堤的填筑高度或路堑的开挖深度，路基设计标高与地面标高（中心线）之差；由于原地面不平整，因此还有边坡高度。边坡坡度:指边坡高度 H与边坡宽度b之比，常取 H=1，以1:n（路堑）或 1:m（路堤）表示坡率路基附属结构一 取土坑与弃土堆 借方与弃方.二、护坡道与碎落台。n护坡道目的是加宽边坡的横向距离，减小边坡的平均坡度。n碎落台主要供零星土石碎块下落时临时堆积，保护边沟不致阻塞，也有护坡道的作用。三、堆料坪与错车道 n堆料坪：路面养护用矿质材料就近选择路旁合适地点堆放备用。高等级路面一般采用集中堆放料场。 n错车道：单车道公路由于双向会车和相互避让的需要，常每隔200500m设置错车道一处第四章直线滑动面的边坡稳定性分析适用范围： 直线法适用于砂土和砂性土（两者合称砂类土），土的抗力以内摩擦力为主，粘聚力甚小。边坡破坏时，破裂面近似平面。一、试算法 二、解析法曲线滑动面的边坡稳定性分析 n土的粘力使边坡滑动面多呈现曲面，通常假定为圆弧滑动面。 n圆弧法适用于粘土，土的抗力以粘聚力为主，内摩擦力力较小。边坡破坏时，破裂面近似圆柱形。一、圆弧滑动面的条分法。二、条分法的图表法及解析法 n临界高度指天然地基状态下，不采取任何加固措施，所容许的路基最大填土高度。浸水路堤的稳定性分析 l建筑在桥头引道，河滩及河流沿岸，受到季节性或长期浸水的路堤，称为浸水路堤。1.浸水路堤的特点 （1）稳定性受水位降落的影响（2）稳定性与路堤填料透水性有关假想摩擦角法、悬浮法和条分法第五章第六章挡土墙的类型按挡土墙位置分:路堑墙，路堤墙，路肩墙和山坡墙等。按挡土墙的墙体材料分:石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌挡墙，木质挡墙和钢板墙等。按挡土墙的结构形式分:重力式，半重力式，衡重式，悬臂式，扶壁式，锚杆式，拱式，锚定板式，板桩式和垛式等。挡土墙的构造1墙身2基础3排水设施4沉降缝和伸缩缝重力式特点; 依靠墙自重承受土压力 结构简单 施工简便 由于墙身重 对地基承载力的要求较高。基础埋置深度要求：保证基底土层的承载力（容许）大于基底可能出现的最大应力；应保证基础不受冲刷；应防止基础因地基冻融而破坏排水设施地面排水，墙身排水目的：1疏干墙后填料的水分，防止地表水下渗造成墙后积水，使墙身承受额外的静水压力2消除黏性土填料因含水率增加而产生的膨胀压力；3减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力沉降缝和伸缩缝n 为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基地质条件及墙高墙身断面的变化情况，设置沉降缝；n 为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生的裂缝，须设置伸缩缝。n 一般将沉降缝和伸缩缝合并设置，统称为伸缩缝。作用在挡土墙上的力系 主要力系常作用 附加力系季节性 特殊力偶然验算项目1基底滑动稳定性2倾覆稳定性3基底应力和偏心距4墙身断面强度5浅层、深层滑动稳定性软弱下卧层增加抗滑稳定性的方法采用倾斜基底 采用凸榫基础 采用人工基础增加倾覆稳定性的方法展宽墙趾 改变墙面及墙背坡度 改变墙身断面类型第七章地面排水设备：边沟，截水沟，排水沟，跌水与急流槽，蒸发池。必要时还有渡槽，倒虹吸及积水池。1.边沟：设在挖方的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与线路平行。主要用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量的地面水，不宜与其它沟渠合并使用。2.截水沟：设置在挖方路基边坡坡顶之外或山坡路堤上方的适当处，用以拦截流向路基的地面水,防止其冲刷和浸蚀挖方边坡和路堤坡脚，并减轻边沟的泄水负担。3.排水沟:主要用来引水，将路基范围内各种水源的水流引排到桥涵天然河沟或远离路基指定地点。离路基尽可能远，距路基坡脚一般不宜小于34m，高速公路高路堤，坡脚排水沟不小于2m，纵坡应保证水流畅通，不产生冲刷或淤积，一般不小于0.3%，不大于3%长度：小于500m4.跌水与急流槽： 设置于需要排水的高差较大而距离较短或坡度陡峻的地段跌水：是阶梯形的建筑物，水流以瀑布形式通过的排水设施。有单级和多级形式，作用主要是降低流速和削减水的能量或改变水流方向。急流槽：是具有很陡坡度的水槽，水流以陡坡形式通过的排水设施，但水流不离开槽底。它的作用主要是在很短的距离内，水面落差很大的情况下进行排水5.倒虹吸与渡水槽：设置于水流需要横跨路基，同时受到设计标高的限制，从路基底部或上部架空跨越。前者称为倒虹吸，后者称为渡水槽。6.蒸发池：气候干旱、排水困难地区，可利用沿线的集中取土坑或专门的蒸发池排除地表水地下排水设备暗沟（管）渗沟 ,渗井和渗水隧洞n 特点：排水量不大，主要以渗流方式汇集水流，并就近排出路基范1.暗沟作用：设在地面以下引导水流的沟渠，无渗水和汇水作用，地下排水沟2.渗沟： 作用：是降低地下水位或拦截地下水，其水力特性是紊流3.渗井：是竖直方向的地下排水设备作用：是汇集离地面不深处含水层中的地下水，通过竖井，渗入下层，疏干路基土。路面排水设计一、路面表面排水1.分散漫流式路表排水2.集中截流式路表排水二、中央分隔带排水三种类型（1）宽度小于3m且表面采用铺面封闭的中央分隔带排水（2）宽度大于3m且表面为采用铺面封闭的中央分隔带排水（3）表面无铺面且未采用表面排水措施的中央分隔带排水三、路面结构内部排水路面渗水主要途径：1)路面接缝， 2)路面材料使用过程中出现的松散；3)原先面层混合料较大的孔隙等：4)使用过程中出现的各种裂缝，尤其以周围施工产生的张拉裂缝最为严重。路面边缘排水系统定义：由沿路面边缘设置的透水性填料集水沟，纵向排水沟，横向出水管和过滤织物组成的排水系统。构造：集水沟、纵向排水沟，横向出水管、过滤织物、第八章填挖方案1. 路堤填筑填筑方案：竖向填筑和分层平铺按照路堤设计横断面，自下而上逐层填筑。2. 路堑开挖按掘进方向可分为纵向全宽掘进和横向通道掘进。在高度上分为单层和双层和纵横掘进混合路基压实影响路基压实的因素含水量，土质，压实厚度，压实功能。n 压实度：n 工地上压实达到的干密度与室内标准击实试验所得的该路基土的最大干密度0之比。第十章力学特性一、 碎、砾石路面的强度构成，因此，起决定作用的是颗粒之间的联结强度二、碎、砾石材料的应力-应变特性1.变形包括弹性变形和塑性变形两部分；2.碎砾石材料的应力-应变特性具有明显的非线性特征；三、碎、砾石材料的形变累积不同的应力水平下具有不同的塑性变形特征：在应力水平较低的情况下，塑性变形量较小，且在一定的荷载作用次数以后变形不再发展；应力较大时，则形变随作用次数迅速发展，并最终导致破坏碎石路面一、水结碎石路面n 定义：大小不同的轧制碎石从大到小分层铺筑，洒水碾压而成的路面结构：二、泥结碎石路面n 定义：以碎石作骨料，粘土为填充结合料，经压实而成的路面结构。三、 泥灰结碎石路面定义：以碎石为骨料，一定数量粘土和石灰作粘结填充料、经压实而成的路面结构。级配砾（碎）石路面n 定义：级配砾(碎)石路面是一种由各种集料(砾石、碎石、工业废渣等)和土，按最佳级配原理掺配而成的混合料，经摊铺、修整、压实后形成，是密实结构。优质级配碎石基层无结合料处治粒料在国外是一种应用极为普遍的筑路材料，广泛用于柔性路面的基层和底基层，用于基层的常为较优质的碎石层。n 优质级配碎石基层特点：碎石强度高、形状接近立方体、级配良好和压实好。1. 磨耗层-是路面的表面部分，用以抵抗由车轮水平力和轮后吸力所引起的磨损和松散，以及大气温度、湿度变化等因素的破坏作用，并提高路面平整度。磨耗层应具有足够的坚实性和稳定性，通常多用坚硬、耐磨、抗冻性强的级配粒料来铺筑.保护层-在磨耗层上面，用来保护磨耗层，减少车轮对磨耗层的磨损。加铺保护层是一项经常性措施保护层厚度一般不大于1cm。n 按使用材料和铺设方法的不同，保护层分为稳定保护层与松散保护层两种第十一章定义：用块状石料或混凝土预制块铺筑的路面称为块料路面。构造特点：必须设置整平层；块料之间填缝料嵌填，使块料满足强度和稳定性的要求。第十二章1.无机结合料稳定材料的应力-应变特性1)无机结合料稳定路面的重要特点之一是强度和模量随龄期的增长而不断增长，逐渐具有一定的刚性性质。3)无机结合料稳定材料的应力-应变特性与原材料的性质、结合料的性质和剂量及密实度、含水量、龄期、温度等有关。4)应力-应变关系也呈现出非线性状，模量是应力(偏应力和侧限应力)函数；在应力级位低于极限荷载的50%60%时，应力应变曲线可近似为线性.2.无机结合料稳定材料的疲劳特性3.无机结合料稳定材料的干缩特性4.无机结合料稳定材料的温度收缩特性石灰稳定类基层-在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌和，在最佳含水量下摊铺、压实及养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层。石灰稳定土强度形成原理：1)离子交换作用- 2)结晶作用- 3)火山灰作用- 4)碳酸化作用影响强度的因素密实度、灰质、养生条件、含水率、土质、龄期、石灰剂量在粉碎的或原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中，掺入适当水泥和水，按照技术要求，经拌和摊铺，在最佳含水量时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层称水泥稳定类基层。强度形成原理：化学作用、物理化学作用、物理作用3.影响强度的因素土质、水泥、含水率、施工石灰煤渣（二渣）用煤渣和石灰按一定配合比、加水拌和、摊铺、碾压而成的基层。在二渣中加入一定量的粗骨料成为三渣。石灰粉煤灰类基层n 以石灰、粉煤灰与土按一定配合比混合，加水拌匀、摊铺、碾压并养护而成型的一种基层结构第十三章沥青路面损坏类型及其成因损坏类型：裂缝、车辙、松散、剥落、和表面磨光。1. 裂缝（crackings）：最主要的破坏形式2. 车辙（rut）：渠化交通引起的沥青路面损坏原因：1）沥青混合料高温稳定性不足，塑性变形累积；2）路面结构及路基材料的变形累积；3）车辆渠化交通的荷载磨耗磨耗型车辙。3.松散剥落原因：1）沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、集料粘附等级低、集料潮湿、沥青老化后性能下降、冻融）；2）水或冰冻的作用；3）沥青在施工中的过度加热老化4.表面磨光原因：1）集料软弱，宏观纹理和微观构造小；2）粗集料抵抗磨光的能力差（由磨光值、棱角性、压碎值等表征）；3）级配不当，粗料少、细料多；4）用油量偏大，或出现水损害；5）沥青稠度太低；6）车轮磨耗太严重对沥青路面的基本要求1.高温稳定性高温下抵抗永久变形的能力2.低温抗裂性-抵抗低温抗裂的能力3. 耐久性-抵抗老化与荷载重复作用的能力4.抗滑能力-保证车辆安全行驶的能力5.防渗能力-抵抗水损害的能力沥青路面分类1.按强度构成原理密实类沥青路面嵌挤类沥青路面各自优缺点： 密实类：耐久性好，热稳定性差； 嵌挤类：热稳定性好。按施工工艺分类层铺法、路拌法、和厂拌法3.按沥青路面技术特性分类n 沥青混凝土（Asphalt Concrete）n 热拌沥青碎石（Asphalt Macadam）n 乳化沥青碎石（Emulsion Asphalt Macadam)n 沥青贯入式n 沥青表面处治n 沥青玛碲脂碎石SMA （Stone Mastic Asphalt）n 排水性沥青混凝土（Porous Asphalt Concrete）n 开级配抗滑磨耗层OGFC（Open Graded Friction Course ）0沥青混合料的结构力学特性类型：按密实原则和嵌挤原则构成的沥青混合料的典型结构类型有三种：密实悬浮结构、骨架空隙结构、骨架密实结构3.基本流变模型常用的简单组合模型有下列几种：（1）麦克斯韦尔模型（2）开尔文模型（3）泽纳模型（4）弹塑性模型1.沥青的劲度模量反映沥青和沥青混合料在给定温度和加荷时间条件下的应力-应变关系的参数，称作劲度S沥青混合料的强度强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受的最大荷载（或应力）1.剪切强度2.断裂强度3.临界应变沥青路面的高温稳定性n 沥青混合料高温稳定性指混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。n 高温稳定性不足：有车辙、推移、拥包、搓板、泛油等病害沥青路面的水稳定性n 沥青路面的耐久性主要依靠沥青与集料之间的黏附程度，水和矿料破坏了沥青与集料之间的黏附性，是影响沥青路面耐久性的主要因素之一.提高沥青路面水稳定性技术措施1、完善路面结构排水系统、2、取黏度大的沥青和表面活性成分含量高的沥青3、尽量选择sio2含量低的碱性集料4、施工时保持集料干燥，无杂质，拌合充分、铺时不产生离析，保证压实要求沥青路面的原材料一、沥青材料沥青路面所用的沥青材料有石油沥青、煤沥青、液体石油沥青和沥青乳液等粗集料：u粒径大于4.75mm(或2.36mm)的那部分材料，包括碎石、破碎碎石、筛选砾石、钢渣、矿渣等细集料n 集料中粒径小于4.75mm（或2.36mm）的材料。填料填料的粒径小与0.6mm由沥青和填料的混合而成的胶浆是沥青混合料形成强度的重要元素。沥青混合料组成设计沥青混合料分类按集料公称最大粒径、矿料级配、空隙率大小可分为：n 密集配沥青混凝土混合料（Asphalt Concrete）适用于各级公路沥青面层的任何层次n 沥青玛碲脂碎石混合料SMA （Stone Mastic Asphalt ）适用于表面层、中面层或加铺磨耗层n 半开级配沥青碎石混合料，空隙率6%12%（AsphaltMacadam）适用于三级及三级以下公路，表面应设防水上封层n 密集配沥青碎石混合料，空隙率3%6% ，（ATB)也称为大粒径沥青碎石混合料，适用于基层n 排水式沥青稳定碎石混合料，空隙率大于18，（ATPB），适用于排水基层n 开级配抗滑磨耗层（Open Graded Friction Course ）适用于高速公路排水式沥青路面磨耗层沥青混合料选用遵循的原则：1、面层与沥青碎石基层通常采用双层或三层式结构，层间应喷洒黏层油，以加强层间联接 2 、满足耐久、稳定、密实、安全等功能性要求，且便于施工 3、表面有良好的表面功能、密水、耐久、抗车辙、抗裂性能。抗滑不足时，可加铺抗滑磨耗层沥青混合料的配合比设计n 设计目的：确定沥青混合料各种原材料的品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。沥青混合料配合比设计阶段：1)目标配合比设计阶段2)生产设计配合比设计阶段3)生产配合比验证阶段第十四章沥青路面设计的内容设计内容：原材料的调查和选择、沥青混合料配合比以及基层材料的配合比设计，各项设计参数的测试与选定、路面结构组合设计、路面结构层厚度验算以及路面结构方案的比选。路面结构设计的原则（1）根据使用要求和自然条件，结合实践经验，将路基路面作为一个整体考虑，进行综合设计（2）“因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资”（3）积极推广成熟的科研成果，积极、慎重地运用行之有效的新材料、新工艺、新技术（4）充分考虑沿线环境的保护、自然生态的平衡，有利于施工、养护工作人员的健康与安全（5）尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案（6）对于地处不良地基的路段，可以“一次设计分期修建”沥青路面结构设计理论与方法分为经验法和力学-经验法弹性层状体系理论的图式三、 基本假设与解题方法各层由均质、连续的、均匀的、各向同性的线弹性材料组成，用弹性模量和泊松比表征其弹性参数；最下一层为水平方向和竖直向下方向无限延伸的半无限体。其上各层在水平方向为无限大，但竖向具有一定厚度；各层在水平方向无限远处及最下层无限深处的应力、变形和位移为零；各层分界面上的应力和位移完全连续（称连续体系），或者仅竖向应力和位移连续，而层间无摩擦力（称滑动体系）；不计各层材料自重。沥青路面结构组合设计沥青路面通常是有沥青面层、基层、底基层、垫层等组成。总原则： 面层耐久、基层坚实、土基稳定沥青路面层间组合l面层和基层之间应设置透层沥青或黏层沥青。l采用半刚性基层时，应用单层层铺法或稀浆分层表处采用水泥混凝土刚性基层，也应设黏性基层面层为两层或三层而不能连续铺筑时，则在铺上层之前彻底清扫下层表面的灰尘、泥土、油污等有可能破坏层间组合的有害物质，然后设黏层沥青透层沥青、黏层沥青，单层表处下封层，稀浆封层下封层的材料规格、用量应根据地区气候特点，施工季节和结构类型的不同按规范要求选定沥青面层结构n 直接经受车轮荷载反复作用和各种自然因素影响，并将荷载传递到基层以下的结构层。沥青路面基层结构n 承担着沥青面层向下传递的全部负荷，支承着面层，确保面层发挥各项重要的路面性能。n 承受着由于土基水温状况多变而发生的地基承载能力变化的敏感性，使之不影响沥青面层的正常工作。n 基层是承上启下保证路面结构耐久、稳定的承重结构层，要求具有较高的强度、稳定性和耐久性。沥青路面垫层结构n 位于基层以下，主要用于路基状况不良的路段，确保路面结构不受路基中滞留的自由水的浸蚀以及冻融的危害我国沥青路面设计方法我国沥青路面设计方法：采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以路表回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料基层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。以弯沉作为设计指标的原因v弯沉是表征路面结构总体刚度的指标；v在荷载相同，土基支承相同条件下，弯沉越小表明总体刚度越大，因此它的抗变形能力与抗压、抗弯曲的能力也大；v弯沉的大小也能表征土基支承的强弱，在夏热季节，沥青面层抗高温稳定性也能间接相对的由弯沉表现出来。v路表弯沉值可以简单地量测