A01第一章__路基路面工程B

,路基路面工程,土木建筑与力学学院道路工程教研室,总要求,学习方法：课前预习、课堂记笔记、课后复习；作业要求：诚信自信、严禁抄袭，作业按时交，过期不受理！成绩分布：考试70、作业20%、考勤10%；,上页下页,参考文献,公路工程技术标准公路路基设计规范公路路基施工技术规范公路沥青路面设计规范公路沥青路面施工技术规范公路水泥混凝土路面设计规范公路水泥混凝土路面施工技术规范,上页下页,第一章总论,1-1道路工程发展概况1-2路基路面的特点及要求1-3影响路基路面稳定的自然因素1-4路基土的分类1-5公路自然区划1-6路基的水温状况及干湿类型1-7路面结构及其层位功能1-8路面的等级与分类,上页下页,1-1道路工程发展概况P1-4,一、道路修建历史回顾4000多年前（上古时代、周朝）：周道如砥，其直如矢。匠人营国，方九里，旁三门。国中九经九纬，环涂七轨，野涂五轨（周礼）。战国时期：金牛道,上级上页下页,秦朝：车同轨，书同文。以咸阳为中心，向各方辐射，总里程约1.2万多公里。西汉时期：驿亭3万处；丝绸之路。唐代：以长安城（今西安）为中心约2.2万多公里的驿道网。元朝：驿制盛行，驿站1496个。清代：车辆分客运车、货运车和客货运车，主要马、驴和骆驼运输。,1-1道路工程发展概况P1-4,上级上页下页,近现代：1876年：欧洲发明首辆汽车。1902年：我国上海出现第一辆汽车。1913年：中国修筑了第一条汽车公路（第一条军用公路长45Km）。长沙至湘潭，中国最早修建的沥青路面。抗战时期：滇缅公路1200km，沥青表处100km。1949年：全国通车里程7.8万Km，机动车7万余辆。,1-1道路工程发展概况P1-4,上级上页下页,1-1道路工程发展概况P1-4,新中国：19491957年：完成主干线青藏、康藏、青新、川黔、昆洛等线，里程30万km。19581965年：公路里程增长更快，总里程达52万km。1975年：公路里程达78万公里。19751978年：公路里程达85万公里，其中一二级路达21.194公里。改革开放后：至2004年底，总里程达187万公里。,上级上页下页,1-1道路工程发展概况P1-4,至2004年：共建高等级公路总里程达24.4万公里，居世界第二。（美国总里程为106000公里）高速公路的修建和使用，为汽车快速、高效、安全、舒适的运行提供了良好的条件。,上级上页下页,我国高速公路发展大致经历了两个阶段：起步建设阶段（19881997）1988年上海至嘉定高速公路建成通车，结束了我国大陆没有高速公路的历史；1990年，被誉为“神州第一路”的沈大高速公路全线建成通车；1993年京津塘高速公路的建成，使我国拥有了第一条利用世界银行贷款建设的、跨省市的高速公路。1992年，交通部制定了“五纵七横”国道主干线规划并付诸实施；1997年年底，我国高速公路通车里程达到4771公里，10年间年均增长477公里。,快速发展阶段（1998)1998年至今，高速公路建设进入了快速发展时期，年均通车里程超过4000公里，年均完成投资1400亿元。2002年底，我国高速公路通车里程一举突破2.5万公里，位居世界第二位。2004年底，我国高速公路通车里程已超过3.4万公里，继续保持世界第二。从起步到高速公路通车1万公里，我们用了12年时间，从1万公里到突破2万公里，只用了4年时间，从2万公里到突破3万公里只用了两年时间，可以说，仅仅17年，中国高速公路的发展创造了世界瞩目的速度。,我国高速公路与发达国家的差距,1)高速公路总量不足覆盖范围需继续扩大我国以国土面积计算的高速公路密度为0.26公里/百平方公里，仅为美国的27%、日本的16%、德国的8%；以国土面积和人口计算的高速公路综合密度只有0.23，仅为美国的13%，日本的33%、德国的10%。,我国高速公路与发达国家的差距,2)尚未形成高速公路网络难以发挥规模效益目前建成通车的近3万公里高速公路分布在全国30个省、市、区，在相邻省、市、区之间普遍存在高速公路的“断头路”。一些人口和经济总量已达到相当规模的地级城市与省会城市之间、地级城市之间还不通高速公路。因此，就全国而言，尚未形成规模适当、布局合理、横贯东西、纵贯南北的高速公路网络，高速公路的规模效益还无法得到充分发挥。3)不注重环保,1-1道路工程发展概况P1-4,二、路基路面建设和科研成果现代化公路路基路面工程主要研究公路、城市道路和机场跑道路基路面的合理结构、设计原理、设计方法、材料性能要求以及施工、养护、维修和管理技术等。系列成果：公路自然区划路基用土工程分类土基强度与稳定性指标和配套的检测试验方法高路堤修筑技术与支挡结构,上级上页下页,1-1道路工程发展概况P1-4,软基稳定技术岩石路基爆破技术沥青路面结构水泥混凝土路面结构柔性路面设计理论与方法刚性路面设计理论与方法半刚性路面结构路面使用性能与表面特性路面养护管理,上级上页下页,三、今后应注重的方面材料科学：微观研究，复合材料岩土工程学：土力学、岩石力学、地质、土质学等结构分析理论：动力学、非线性、粘弹性等数学、力学机电工程：施工装备性能与工艺自动控制与量测技术：严格控制各项指标现代管理科学：保证路基路面始终具有良好的使用性能,1-1道路工程发展概况P1-4,上级上页下页,1-2路基路面的特点及要求道路的组成与分类,道路（公路和城市道路）:主要供汽车行驶的线型工程结构物，由路线、结构物（构造物）和沿线附属设施三个基本部分组成。道路路线是指道路在地面上的位置及其三维外貌特征（形状和尺寸）。包括：（1）横断面；（2）平面；（3）纵断面；（4）交叉道路结构物（或构造物）包括：（1）路基；（2）路面；（3）涵洞,1-2路基路面的特点及要求道路的组成与分类,（4）桥梁；（5）隧道；（6）排水结构物。附属设施，包括：（1）交通安全设施；（2）交通管理设施；（3）停车停车站、停车场；（4）照明；（5）防噪声墙；（6）服务区：车辆加油、维修、餐饮、休息等；（7）收费站；（8）养护管理用的房屋和场地；（9）绿化。,1-2路基路面的特点及要求道路的组成与分类,我国道路分级的依据主要考虑道路在设计控制和设计标准方面的差异，如：（1）出入口控制；（2）设计速度（计算行车速度）；（3）交通量和服务水平；（4）设计年限；我国的公路则按使用任务、功能和所适应的交通量水平分为五个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。我国的城市道路相应地分为四类：快速路、主干路、次干路和支路。快速路为仅供汽车行驶的道路。对于主干路，采用机动车与非机动车分隔行驶的形式。而对后三类道路，又按照城市的规模、交通量和地形等因素分为，和三级，大城市采用级、中城市采用级和小城市采用级设计标准。,1-2路基路面的特点及要求道路的组成与分类,（1）高速道路满足车辆长距离、快速行驶要求的主干线道路，进出高速道路的出入口完全受到控制，同其它道路无平面交叉，对向行车道之间设置分隔带，在各类道路中具有最高的服务水平和安全性；（2）干线道路承担重要集散中心（各个重要城市或城市内各主要区）之间大量长途车流的道路，它们组成道路网的主要骨架，应为之提供尽可能高的服务水平；,1-2路基路面的特点及要求道路的组成与分类,（3）集散道路连接地方道路（或支路）和干线道路的道路，起着将各个地区的车流汇集和输送到干线道路，或者将干线道路的车流分散到各个地区的作用；（4）地方道路（或支路）直接为小区内部居民交通运输需求服务，延伸到家门口的道路，行程距离较短，交通量较小。道路的设计标准和服务水平主要按照上述各类道路的功能要求和交通量确定。,1-2路基路面的特点及要求P5-7,路基：按照道路设计线型（位置）和设计横断面（几何尺寸）的要求，在天然地表面上开挖或填筑而成的岩土结构物。路面：在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。路基路面为线型工程且相辅相成,构成不可分割的整体,共同承受行车荷载与自然因素的作用。,上级上页下页,1-2路基路面的特点及要求P5-7,特点：路基工程土石方数量大。路面工程耗资多。作为绵延千里的结构物，其工程复杂多变。材料差异性大，可靠性差。要求：承载能力：强度：抵抗车轮荷载引起的各部位的各种应力，不发生压碎、拉断剪切等破坏。刚度：抵抗在车轮荷载作用下的过量变形，面层不发生车辙、沉陷、波浪等。,上级上页下页,1-2路基路面的特点及要求P5-7,稳定性：保持工程设计所要求的任何形态及物理力学性质称为稳定性。包括水稳定性与温度稳定性等。受力状态的影响；自然条件的影响耐久性：一般道路工程使用年限至少数十年，在车辆荷载和自然因素作用下，保持耐久的性能。指抗疲劳、抗老化、抗累计变形能力表面平整度保证行车舒适、安全及运输效益表面抗滑性能：保证车轮与路面之间的摩擦力，保证行车安全。,上级上页下页,1-3影响路基路面稳定的自然因素P7-8,地理条件:地形、地貌、海拔高度地质条件：岩石种类、成因、节理，风化程度、裂隙情况，岩石走向气候条件：气温、降水、湿度、日照、风力水文和水文地质条件：地表水，如洪水位、常水位；地下水，如地下水位、层间水土的类别：粒径不同，砂粒、粘粒含量不同总之：地质条件是引起路基路面破坏的基本前提，水则是造成病害的主要原因。,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,一、分类体系根据土的颗粒组成、塑性指数和土中有机质含量，分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类11种土。表1-1粒组划分,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,图1-1四类11种土分类体系,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,巨粒土：巨粒组（大于60mm颗粒）质量多于总质量50%的土。粗粒土：砾类土和砂类土。砾类土：砾粒组（2-60mm的颗粒）质量多于总质量50%的土。砂类土：砾粒组（2-60mm的颗粒）质量小于或等于总质量50%的土。细粒土：细粒组（小于0.074mm颗粒）质量多于总质量50%的土。有机质土：含有机质的细粒土。,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,特殊土：黄土、膨胀土、红粘土按图1-4上特殊塑性图上的位置定名；盐渍土按土层中所含盐的种类和质量百分率进行分类，如表1-6所示。,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,表1-2土的基本符号,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,二、分类法按有机质含量：有机质土，无机质土。无机质土按粗粒含量：巨、粗、细粒土三类。巨、粗粒土：按其细粒含量和级配进一步细分。细粒土：按塑指Ip和液限WL在塑性图上进一步细分。,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,三、各类土的路用性质1、巨粒土：强度和稳定性很高，是筑路的良好材料，也可用于边坡护砌。2、级配良好的砾石混合料：除可填路基外，可用于中级路面或路面基层或底基层。3、砂土：强度与水稳性好，但粘结性小，易松散，可掺少量粘土，利于压实。4、砂性土：既有一定数量粗颗粒，又有一定数量的细粒，级配适宜，为理想的填料。,上级上页下页,1-4路基土的分类P8-12,三、各类土的路用性质5、粉性土：干时易破碎，浸水时易成为流动状态；毛细作用强烈，易造成冻胀翻浆，属于不良公路用土。6、粘性土：细颗粒含量多，摩擦系数小而粘聚力大，透水性小而吸水能力强，毛细现象显著。干燥时较坚硬，浸湿后承载力低。在适合含水量下应充分压实和在良好的排水条件下，筑成路基也能稳定。7、重粘土：不透水，粘聚力大，干燥时很坚硬，施工难以开挖与破碎。作为路堤填料，砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料，重粘土也为不良材料。此外，腐殖土，盐渍土等也是不良筑路材料。,上级上页下页,1-5公路自然区划P12-15,一、区划目的区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，便于道路工作者在路基路面结构类型选择以及设计、施工和养护中采取合适的设计参数和技术措施，保证路基路面的强度和稳定性。,上级上页下页,1-5公路自然区划P12-15,二、区划原则以自然气候因素的综合性和主要性相结合为原则。道路工程特性相似性原则：即同一区划内，在同样自然因素下筑路具有相似性。地表气候区划差异性原则：即地表气候是地带性差异与非地带性差异的综合结果。自然气候因素既有综合又有主导作用的原则：即自然气候变化是多种因素作用结果。但其中又有某些因素起着主导作用。,上级上页下页,1-5公路自然区划P12-15,三、区划方法（三级区划）一级区划：根据在大范围内的气候、地理和地貌等条件的差异，以全年均温2等值线，一月份均温0等值线及1000m和3000m两条等高线作标准，又考虑黄土地区筑路的特殊性将全国划为7个一级自然区。二级区划：在一级区划的基础上，以潮湿系数K（年降雨量/年蒸发量）为主要指标，还考虑气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为33个二级区划和19个副区，共52个二级区划。三级区划：在二级区划基础上，由各地区根据当地具体情况再自行划定。,上级上页下页,1-5公路自然区划P12-15,上级上页下页,1-5公路自然区划P12-15,四、各自然区划的筑路特点区北部多年冻土区：道路设计原则保温。区东部湿润季冻区：路面结构要突出防冻胀与翻浆。区黄土高原干湿过渡区：筑路的主要问题是黄土的冲蚀与遇水湿陷。区东南湿热区：筑路的主要问题是水毁、冲刷和滑坡。,上级上页下页,1-5公路自然区划P12-15,四、各自然区划的筑路特点区西南潮暖区：该区土基软湿，注意路基整体稳定性。区西北干旱区：气候干燥，可采用沥青混凝土层解决砂石路面搓泥、松散。注意沙漠地区风蚀和沙埋。区青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，且沥青路面在日照下易老化。,上级上页下页,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,一、路基湿度的来源,图1-31降水，2地面水，3地下水上升的毛细水，4水蒸气凝结的水,上级上页下页,大气降水,地面水,毛细水,水蒸汽凝结水,地下水,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,二、水温状况变化对道路工程的危害冻胀与翻浆,图1-4路基冻胀过程,上级上页下页,冻胀与翻浆影响因素,土质：粉性土具有最强冻胀性，最易形成翻浆；粗粒土一般不易引起冻胀、翻浆，粉粘粒含量超过一定量后冻胀性增加。水：引起冻胀与翻浆重要条件。温度：冰冻深度或冰冻指数（冬季各月每日负气温的总和）是形成冻胀与翻浆外部条件。路面：路面类型（沥青路面透气性差路基水分不能通畅蒸发）、路面厚度（较大时，可减弱水温影响）。行车荷载：无行车荷载不可能产生翻浆,调节水温稳定性的措施,换土：路基上层6080cm深度内，采用冰冻稳定性好的土类，如砂石等粗粒料。保证路面具有一定的防冻厚度。通过设置垫层使路面总厚度满足最小防冻厚度要求。设置隔离层：一般在路基顶面以下0.50.8m设置。透水隔离层用砂石、粗砂等利用其大空隙切断毛细水的上升通道；不透水隔离层用沥青土、铺油毛毡等材料切断水分移动通路。设置隔温层:在路基、路基顶面或路面结构层内铺炉渣、矿渣及泡沫塑料等，控制负温度向路基渗入。此外，路基满足一定填土高度、设置盲沟、铺设砂垫层等地下排水设备可以改善路基水温状况。,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,三、路基干湿类型路基的强度与稳定性同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构设计。1、土的稠度及其状态稠度：（1）Wc1.0，即WWP时，为半固体与硬塑状的分界值；（2）Wc0，即WWL时，为流塑与流动状的分界值；（3）0WC1，即WPWWL时，土处于可塑状态。,上级上页下页,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,2、路基的干湿类型及划分干燥、中湿、潮湿、过湿。表示路基在最不利季节所处的干湿状态。一般要求路基处于干燥与中湿状态，过湿状态的路基必须处理（掺入固化材料、换填渗水性材料、加强路基排水等）。,上级上页下页,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,划分方法：（1）已建公路：不利季节测定土体，按自然区划、土类查表定分界（平均）稠度后，进行比较（设计规范提出建议值）确定：式中：Wi路基顶面以下80cm内，每10cm为一层，第i层土的天然含水量；WLi同一层土的液限含水量；WPi同一层土的塑限含水量；WCi第i层土的稠度；Wc路基顶面以下80cm内土的平均稠度；,上级上页下页,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,（2）新建公路：用路基的临界高度作为判别标准临界高度：不利季节期间，当路基分别处于干燥，中湿或潮湿状态时，路床顶面距地下水位或地表积水位的最小高度。,c3,c2,cc1,c2cc1,c3cc2,cc3,图1-5路基临界高度与路基干湿类型,c1,上级上页下页,1-6路基的水温状况及干湿类型P15-22,新建道路时，若能确定路基临界高度值，则可以此作为判别标准，与路基设计高度作比较，由此定路基干湿类型，如表1-3所示。表1-3路基干湿类型,上级上页下页,本节几个重要的概念,1.稠度：2.划分标准：按不利季节路槽底面以下80cm深度内土的平均稠度来确定。分界稠度3.路基临界高度：与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表水位的高度。,1-7路面结构及其层位功能P22-25,一、路面横断面的形式（槽式横断面，全铺式横断面）,图1-6路面横断面形式a)槽式；b）全铺式1路面；2土路肩；3路基；4路缘石（侧石）；5加固路肩,上级上页下页,一般盛产石料的山区、较窄的路基上铺筑中低级路面可采用全铺式,1-7路面结构及其层位功能P22-25,二、路拱横坡度为及时排出雨水，利于行车，需设路拱。考虑雨水情况和行车速度确定i值。表1-10高等级路面：平整度水稳性好，常采用直线型或较小坡度。低等级路面：一般采用抛物线型且横坡度较大。高速公路、一级公路：中央分隔带（无排水设施，有排水设施。设置中央分隔带时，可采用两种方式布置路拱横断面。）路肩横坡度：比路面大1%，当采用与路面行车道相同结构时，应采用同一路面横坡度。,上级上页下页,表1-10,1-7路面结构及其层位功能P22-25,三、路面结构分层及层位功能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（如图1-7）。,图1-7路面结构层次划分示意图i路拱横坡度；1面层；2基层（有时包括底基层）；3垫层；4路缘石；5加固路肩；6土路肩,上级上页下页,中国高速公路典型路面结构,1-7路面结构及其层位功能P22-25,1、面层作用与功能：直接承受行车及自然因素作用，要求具有较高的结构强度、抗变形能力、较好的水温稳定性，且耐磨和抗滑。材料：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料、砂砾或碎石掺土及块料。,上级上页下页,1-7路面结构及其层位功能P22-25,铺筑工艺：面层有时分两层或三层。高速公路沥青混凝土面层总厚度为10-20cm，分上、中、下三层，并根据各分层的要求采用不同的级配等级。水泥混凝土路面也可分上下两层铺筑，分别采用不同的水泥砼材料，有时也采用水泥板上加铺4cm沥青砼复合式结构。砂石路面上所铺2-3cm的磨耗层或1cm厚的保护层以及薄层沥青表处，不作为一个独立的层次，而看作是面层的一部分。,上级上页下页,1-7路面结构及其层位功能P22-25,2、基层作用与功能：柔性路面结构的承重层，应具有足够的强度和刚度、良好的扩散应力的能力和水稳定性。且要求平整度好，以保证面层良好的工作性能。材料：各种结合料（石灰、水泥、沥青等）稳定土或稳定碎砾石、稳定各种工业废渣（煤渣、粉煤灰、矿渣等所组成的混合料以及它们与土、砂石所组成的混合料等）；贫砼、天然砂砾等。铺筑工艺：厚度大时，可分两层或三层施工以保证质量，底基层可采用当地材料修筑。,上级上页下页,1-7路面结构及其层位功能P22-25,3、垫层（介于土基与基层之间）作用与要求：路基土质较差、水温状况不良时，用以改善土基的水、温状况，扩散基层传下的应力，阻止路基土挤入基层。材料：水稳定性和隔温性要好，强度不一定高，一类为松散透水粒料，如砂、碎石、炉渣。另一类用水泥或石灰稳定。在实际工程中，不一定有所有的结构层次，各结构层次的划分也不是一成不变，取决于地质、水文、公路使用任务及修建阶段的要求。,上级上页下页,1-8路面的等级与分类P25-2