第二篇道路路基工程学习教案

1、会计学1第二篇第二篇 道路路基道路路基(lj)工程工程第一页，共184页。93区下路堤(ld) 94区上路堤 0.7m96区下路床 0.5m96区上路床 0.3m路面结构层 0.70m90区原地基处理第1页/共184页第二页，共184页。 路面底面以下80cm范围内的路基部分叫路床，结构上分(030cm)和下路床(3080cm)两层。高于原地的填方路基叫路堤，其作用是支承(zh chn)路床和路面；路面底以下(80150cm)范围内的填方部分称为上路堤，以下部分称下路堤。93区下路堤(ld) 94区上路堤(ld) 0.7m96区下路床 0.5m96区上路床 0.3m路面结构层 0.70m90区

2、原地基处理第2页/共184页第三页，共184页。掌握外荷载作用的性质和强度，由此而引起的路基内的应力、应变及土体稳定(wndng)问题。在工程设计中，如何取得正确反映(fnyng)土石工程性质的物理力学指标和如何建立表达土石的应力应变时间关系的本构模型，已成为路基工程的重要研究内容。认识和克服自然灾害，是路基工作的重要内容。动荷载是造成基床病害的主要原因之一。研究土体作用下的变形、稳定问题，必须了解土的动力性质，包括土的动强度和液化、动孔隙水压力增长及消散模式、土的震陷等。第3页/共184页第四页，共184页。5Static pore water pressure (静孔隙(kngx)水压力)

3、Excess pore water pressure (超孔隙(kngx)水压力)Earth dam ( (土堤土堤) ) Initial condition (初始状况)Loading (荷载) at time = 0Loading (荷载) at time = T沉降沉降第4页/共184页第五页，共184页。第5页/共184页第六页，共184页。 2、应有足够的强度 只有具有(jyu)足够的强度，才能使荷载应力下不产生超过允许范围的变形。 3、应具有(jyu)足够的水温稳定性 对于土质路基不仅要求具有(jyu)足够的强度，而且要保证在最不利的水温情况下，强度不致显著地降低。 第6页/共18

4、4页第七页，共184页。 三、路基用土 1、路基用土的选择 路基用土应选择强度高、水稳性好、易压实的土做填料，同时考虑土的来源和经济性。 不易风化的石块：最好的填料。但在自重和行车荷载(hzi)作用下石块易松动位移产生沉陷变形。 第7页/共184页第八页，共184页。碎(砾)石土：很好的填料。若细粒土含量多，则透水性和水稳性就不好。砂土：粘性小，易于松散，抗冲刷和风蚀能力弱。改善方法：掺加些粘性土，或边坡表面加固(ji )，以提高路基稳固性。砂性土：填筑路堤的良好材料。第8页/共184页第九页，共184页。粉性土：含粉粒多，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸水后很快被湿透，在季节性冰冻(bngdn

5、g)地区常引起冻胀和翻浆，水饱和时有震动液化问题，因而是稳定性差的填料。工程措施：掺配其他材料，并加强排水与隔离等措施。第9页/共184页第十页，共184页。粘性土：透水性小，干燥时坚硬而不易挖掘，浸水后强度下降较多，胀缩性大，施工时不能过干或过湿。工程措施：充分压实和良好的排水设计。重粘土：几乎不透水，粘结力特强，干时难以挖掘，湿时膨胀性和塑性都很大。不宜(by)用来填筑路堤。第10页/共184页第十一页，共184页。易风化的软质岩石(如泥灰岩、硅藻岩等)，浸水底易崩解，强度显著(xinzh)降低，变形量大。不宜用作路堤填料。 泥炭、腐殖土及易溶盐含量超过容许限度的土，均不宜用作堤填料。 粉

6、煤灰、冶金矿渣等工业废料，属于矿质材料也可作为路基填料使用。第11页/共184页第十二页，共184页。第12页/共184页第十三页，共184页。 2、路基干类型的划分 (1)自然区划 原因：. 原则： 1)道路工程特征相似性：同一区划内，在同一自然因素下筑路具有相似性。如北方(bifng)春融时期有翻浆病害；南方在雨季，有冲刷、水毁等病害。第13页/共184页第十四页，共184页。 2)地表气候区域分异性： 地带性沿纬度起作用，而非地带性因素沿垂直方向起作用。如青藏高原(qn zng o yun)的地理纬度并不高，但考虑到海拔高程这一非地带性分异，分一区。 第14页/共184页第十五页，共18

7、4页。 3)自然气候要素既综合又有主导作用： 递变的自然气候中有起主导作用的要素。如道路冻害是水和低温综合的结果，南方没有严寒的气候，虽有水而不会(b hu)有冻害，说明温度起主导作用；北方地区都有负温度作用，但西北干旱区的冻害轻于东北潮温区，说明水起主导作用。第15页/共184页第十六页，共184页。 我国公路自然区划分为三个等级： 一级自然区：以大范围内的热量和冰冻作用对公路的影响为标准，采用温度(wnd)为主要指标，并考虑黄土高原和表藏高原的特殊性，分为七个一级区。如：I区北部多年冻土区， 区东部湿润季冻区。第16页/共184页第十七页，共184页。 二级自然区：以气候(qhu)和地形为

8、主导因素，采用潮湿系数(即年降雨量与蒸发量之比)为主要指标，分为33个二级区19个副区。 三级自然区：由各地根据气候(qhu)、地貌等条件，并结合当地筑路经验自行划定。第17页/共184页第十八页，共184页。举例： I区北部(bi b)多年冻土区 该区位于我国东北部(bi b)，冬季气温极低，分布大片多年冻土，冻胀、雪害、延流冰等病害严重。对冰、水含量较大的冻土路基设计，应采用保护多年冻土的原则，宁填勿挖。路面结构应采取保温措施，以防路基热融沉陷。对非多年冻土还要注意翻浆问题。第18页/共184页第十九页，共184页。 (2)路基的干湿类型 土质路基强度与稳定性的决定因素是：土质和密度；土的

9、干湿状态(zhungti)。 路基干湿状态(zhungti)由路基土的平均含水量划分：干燥、中湿、潮湿和过湿。 在路基设计中，判定路基干湿类型的指标是不利季节下路槽底面以下80cm深度内的平均稠度B。第19页/共184页第二十页，共184页。 路槽底面以下(yxi)80cm深度内的平均稠度B计算：pLmLmWWWWB式中：Bm路槽底面以下80cm深度内土层(t cn)的平均稠度；Wm土的平均含水量；WL土的液限；Wp土的塑限。第20页/共184页第二十一页，共184页。路基路基(lj)干湿类型干湿类型第21页/共184页第二十二页，共184页。 (3)临界高度(god)：指在不利季节路床处于干

10、燥、中湿状态的路槽底至地下水位的最小高度(god)。第二节 路基(lj)设计 1、路基基本形式 路基横断面形式，有路基(路堤)、挖方路基(路堑)和半挖半填路基(填挖结合(jih)路基)三种基本类型。第22页/共184页第二十三页，共184页。 路堤(ld)是指基身顶面高于原地面的填方路基，有一般路堤(ld)、浸水路堤(ld)和陡坡路堤(ld)等基本型式。一般路堤(ld) 浸水路堤(ld)第23页/共184页第二十四页，共184页。矮路堤(ld)陡坡(dup)路堤第24页/共184页第二十五页，共184页。 路堑：全部为挖方的路基称为路堑。它有全路堑、半路堑(又称台口式)和半山洞(shn dn)

11、三种型式。全路堑半山洞(shn dn)半路(bnl)堑第25页/共184页第二十六页，共184页。 半填半挖路基：整个(zhngg)横断面上既有填方又有挖方的路基，称为半填半挖路基。一般情况(qngkung)： 设挡土墙情况(qngkung) 半山桥第26页/共184页第二十七页，共184页。一般公路第27页/共184页第二十八页，共184页。高速公路(o s n l)和一级公路第28页/共184页第二十九页，共184页。 (2)路基高度：即路基设计标高，就是纵断面上的设计标高。新建公路的路基设计标高：高速和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路采用路基边缘标高。在设置超高、加

12、宽地段为设超高、加宽之前该处边缘标高。沿河及受水浸淹的路线，路基设计标高一般(ybn)应高出设计洪水频率的计算水位以上0.5m。第29页/共184页第三十页，共184页。 (3)路基边坡 确定路基边坡的形状和坡度，是路基设计的基本(jbn)内容。它关系到路基的稳定和工程造价。 路基边坡的形状可采用直线、折线和台阶形三种。 第30页/共184页第三十一页，共184页。 为保证路基的稳固，应及时将可能危害(wihi)路基的地面水和地下水排出路基用地范围之外。 路基排水设计的任务：拦截上方水；汇集表面水；截断、疏干和降低地下水；再引排到水道中，最后确保路基的稳固性。第31页/共184页第三十二页，共

13、184页。 路基排水设施有： (1)地面排水沟渠：边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等。 边沟：路肩外侧和坡脚处。目的：减轻路基路面(lmin)的浸湿程度。边沟边沟边沟边沟第32页/共184页第三十三页，共184页。 截水沟，设置在路基的上侧山坡上，用以拦截和排除流向路基的地表径流(jngli)，防止其冲刷和浸湿挖方边坡和填方坡脚，边沟边沟截水沟截水沟(shu u)路基路基(lj)第33页/共184页第三十四页，共184页。 排水沟，引排边沟、截水沟及其它地沟水到桥涵、天然河沟等指定地点。 跌水与急流槽，设置在陡坡地段(沟底纵坡大于7)，一般采用浆砌片石或混凝上结构，并有相应的防护加固措施。跌

14、水沟可消能、减速或改变水流(shuli)向作用。急流槽是很陡的沟槽，用来加速水流(shuli)速度的。这两者常用于水位落差较大的排水沟渠连接部位或出水口等处。第34页/共184页第三十五页，共184页。 (2)地下排水沟管：有明沟、暗沟、渗沟(shngu)等。 明沟：设置在路基的上方或两侧，以拦截或降低浅层地下水，也可截排地面水。 暗沟：埋设在地面下，用来引排泉水或地下集中水流，一般采用石块或混凝土砌成。 第35页/共184页第三十六页，共184页。拦截地下水流的纵向明沟；拦截地下水流的纵向明沟； 拦截地下水流的横向拦截地下水流的横向(hn xin)渗沟渗沟渗沟渗沟(shngu)第36页/共1

15、84页第三十七页，共184页。 渗沟：系在沟内填以透水性大的材料，用来拦截(切断)地下含水层中的水流，降低地下水位，疏干坡体内的地下水。当水量较大时，渗沟底部可加设排水管或暗沟。 (3)泄水结构物：桥梁(qioling)、涵洞等。第37页/共184页第三十八页，共184页。第38页/共184页第三十九页，共184页。 1、植物防护、植物防护 适用于植物容易生长的土质坡面适用于植物容易生长的土质坡面。主要有种草。主要有种草(zhn co)、铺草皮、铺草皮、植树等方法。、植树等方法。 种草种草(zhn co)：冲刷不严重：冲刷不严重和较低缓的土质坡面。和较低缓的土质坡面。 第39页/共184页第四

16、十页，共184页。 铺草皮：边坡较高陡(但不陡于1:1)和坡面冲刷(chngshu)较严重的地方。 植树：边坡较高陡(但不陡于1:1.5)或更缓边坡上，或边坡以外的河岸及漫滩上，用于降低水流速度，防止冲刷(chngshu)。方格式(g shi)铺草皮平铺(pn p)草皮第40页/共184页第四十一页，共184页。 2、封面防护 岩石挖方边坡表面，可选用抹面、喷浆、勾缝、灌浆等方法进行处治。 抹面：比较完整而尚未剥落的软质岩层挖方边坡坡面。 常用石灰炉渣(lzh)、三合土等。厚度为210cm。 第41页/共184页第四十二页，共184页。 喷浆：坡面不平的岩石边坡。常用水泥石灰砂浆，厚度一般为1

17、2cm。 灌浆和勾缝：对岩石较坚硬而不易风化的挖方边坡，视裂隙的深浅与宽窄，分别(fnbi)予以勾缝和灌浆，一般采用水泥砂浆或水泥石灰砂浆。 混凝土灌注：当裂隙又宽又深时。第42页/共184页第四十三页，共184页。 3、石砌防护、石砌防护 因遭受雨、雪水冲刷而易发生泥因遭受雨、雪水冲刷而易发生泥流和严重剥落、碎落的路基边坡，均流和严重剥落、碎落的路基边坡，均宜用石砌坡面防护。石砌防护，分为宜用石砌坡面防护。石砌防护，分为护坡和护面墙。护坡和护面墙。 石砌护坡：常用于较陡的土质边石砌护坡：常用于较陡的土质边坡坡(坡度为坡度为1:0.751:1)和易风化和易风化(fnghu)或破碎的岩石边坡。或

18、破碎的岩石边坡。第43页/共184页第四十四页，共184页。 石砌(sh q)护坡有干砌和浆砌片石两种。干砌片石适用于边坡较缓或经常有地下水渗出的坡面。a)双层砌石双层砌石(q sh)护坡；护坡； b)深基础砌石深基础砌石(q sh)护坡护坡第44页/共184页第四十五页，共184页。 护墙：用于坡度较陡(但不陡于 1:0.3)而易受风化成节理(jil)发达的岩石边坡，及边坡有松软夹层或易受冲刷和浸湿之处。防护边坡应已稳定。a)单级；单级； b)双级双级第45页/共184页第四十六页，共184页。 二、堤岸防护(fngh) 常用堤岸冲刷防护(fngh)措施有：直接防护(fngh)(植物防护(f

19、ngh)、石砌护坡、抛石、石笼和挡土墙等)和间接防护(fngh)。 1、直接防护(fngh) 铺草皮等植物防护(fngh)用于没有主流冲刷的路堤边坡。第46页/共184页第四十七页，共184页。 平铺草皮(cop)的容许流速为1.2米/秒；叠砌草皮(cop)，可达1.8米/秒。在河岸漫滩上还可植树保护堤岸的作用。 石砌护坡： 砌片石护坡，容许流速为24米/秒。 浆砌片石护坡，适用于受主流冲刷、波浪作用强烈或有漂泞物撞击的路堤边坡，容许流速可达48米/秒。第47页/共184页第四十八页，共184页。 抛石用于水流流速为35米/秒，无严重(ynzhng)局部冲刷的路堤边坡和河岸。 石笼用于流速为5

20、6米/秒，受洪水急流冲淘和风浪侵袭的地段，以及缺乏大块石料的地区。 第48页/共184页第四十九页，共184页。 浸水挡土墙用于流速为58米/秒的峡谷急流地段，为防止路基(lj)挤占河床。铁丝(ti s)石笼防护平铺(pn p)石笼叠码石笼第49页/共184页第五十页，共184页。第50页/共184页第五十一页，共184页。第51页/共184页第五十二页，共184页。断其稳定性。第52页/共184页第五十三页，共184页。第53页/共184页第五十四页，共184页。第54页/共184页第五十五页，共184页。 为了(wi le)达到目的，路面应只具有性能有： (1)具有足够的强度和刚度 应力超

21、过路面结构整体或某组成部分的强度，则路面就会出现断裂、沉陷、波浪和磨损等破坏。这就会影响道路的使用质量，严重时还可能中断交通。 第55页/共184页第五十六页，共184页。 所谓刚度是指路面抵抗变形的能力，路面结构(jigu)整体或某一组成部分刚度不足，就会产生车辙、沉陷或波浪等破坏。 因此，除了研究路面结构(jigu)的应力和强度之间的关系外，还要研究其荷载和变形或应力和应变之间的关系，使整个路面结构(jigu)及其组成部分的变形量控制在容许范围内。第56页/共184页第五十七页，共184页。 (2)具有足够的水温稳定性具有足够的水温稳定性 强度和刚度强度和刚度(n d)不稳定，路况时不稳定

22、，路况时好时坏，好时坏， 因此，研究路面结构的水温度稳定性因此，研究路面结构的水温度稳定性，目的是要修筑能在当地气候条件下具有，目的是要修筑能在当地气候条件下具有足够稳定性的路面结构。足够稳定性的路面结构。 (3)具有足够的耐久性具有足够的耐久性 疲劳破坏和塑性形变累积，以及路面疲劳破坏和塑性形变累积，以及路面材料老化衰变等，都将缩短路面的使用年材料老化衰变等，都将缩短路面的使用年限，增加养护工作量。限，增加养护工作量。第57页/共184页第五十八页，共184页。(4)具有足够的平整度 不平整的路面影响行车的速度和安全、驾驶的平稳和乘客的舒适。同时(tngsh)，加速路面的破环。路面不平整度与

23、动力系数(xsh)关系第58页/共184页第五十九页，共184页。(5)具有足够的抗滑性 汽车在光滑路面上行驶(xngsh)时车轮与路面之间缺乏足够的附着力或摩擦阻力。引起行车速度降低、油料消耗增多，甚至严重的交通事故。溜滑溜滑(li hu)事故率事故率与路表面抗滑能力关与路表面抗滑能力关系系第59页/共184页第六十页，共184页。 可见，路表面摩擦阻力越小，抗滑能力也越小，引起滑溜事故的百分率越高。 因此，路表面应具备(jbi)足够的抗滑性能，特别是行车速度较高时，对抗滑性能要求越高。 (6)具有低噪音和低扬尘性 要求路而在行车过程中尽量减少扬尘。第60页/共184页第六十一页，共184页

24、。2、路面(lmin)结构层次划分第61页/共184页第六十二页，共184页。 (1)路拱：公路路面一般(ybn)采用横向坡度构成路表顶中间高而两边低的形状。 作用：排除路面雨水的作用。 形式：直线形或抛物线形，当交通量较大时，路面较宽的高级路面使用，后者当交通量较小时，中低级路面使用。但从保证行车平稳考虑。第62页/共184页第六十三页，共184页。 路面结构层次为： (1)面层：要求：坚实(jinsh)、平整、抗滑、耐磨、无尘，具有水温稳定性和不透水等良好性能。材料：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎(砾)石混合料、砂砾混合料等。施工：用层铺法，有上、中、底基层。第63页/共184页第六十四页

25、，共184页。 (2)基层:要求：强度、刚度、平整性和水稳性。材料：各种结合料(石灰、水泥或沥青等)，稳定土或稳定碎(砾)石，贫水泥混凝土、各种砂砾石，各种工业(gngy)废渣混合料。施工：层铺，有上层、中层、底基层。第64页/共184页第六十五页，共184页。 (3)垫层：作用：改善土基的温度和湿度(shd)状况，保证面层和基层的强度和刚度的稳定性和不发生冻胀翻浆现象。设置：在排水不良和有冰冻翻浆路段。 材料：水稳性和隔热性要好，有松散粒料组成的透水性垫层和整体性材料组成的稳定性垫层。第65页/共184页第六十六页，共184页。 3、路面分级与分类 (1)高级路面 特点：强度和刚度(n d)

26、高，稳定性好，使用寿命长、能适应较繁重的交通量，平整无尘，能保证高速行车。它的养护费用少，运输成本低，但基建投资大、需要质量较高的材料来修筑。第66页/共184页第六十七页，共184页。 (2)次高级路面 指标(zhbio)比高级路面低，但要求定期修理。养护费用和运输成本较高。 (3)中级路面 指标(zhbio)比高级路面更低，要经常修理，造价虽低，但养护工作量大、运输成本高。 (4)低级路面 指标(zhbio)比高级路面最低，要求经常养护，而且运输成本最高。第67页/共184页第六十八页，共184页。 从路面力学性能把路面分成两种类型： (1)柔性路面 定义：各种基层(水泥混凝土除外(chw

27、i)和各类沥青路面、碎(砾)石面层或块料面层所组成的路面。第68页/共184页第六十九页，共184页。性质：刚度小，弯沉变形量大，路面结性质：刚度小，弯沉变形量大，路面结构抗弯拉强度较小，车轮构抗弯拉强度较小，车轮(ch ln)荷载荷载扩散到土基的单位压力大，故土基的强扩散到土基的单位压力大，故土基的强度和稳定性，对路面结构整体强度有较度和稳定性，对路面结构整体强度有较大影响。大影响。 (2)刚性路面刚性路面定义：用水泥混凝土作面层或基层的路定义：用水泥混凝土作面层或基层的路面。面。第69页/共184页第七十页，共184页。性质：强度很高，抗弯拉强度很高性质：强度很高，抗弯拉强度很高。弹性模量

28、。弹性模量(tn xn m lin)大，大，水泥混凝土面板呈现较大的刚性，水泥混凝土面板呈现较大的刚性，弯沉变形极小，车轮荷载通过混凝弯沉变形极小，车轮荷载通过混凝土板体的扩散分布作用后，再传递土板体的扩散分布作用后，再传递到地基上的单位压力要较柔性路面到地基上的单位压力要较柔性路面小得多。小得多。 第70页/共184页第七十一页，共184页。 (3)半刚性路面(lmin)：定义：用石灰或水泥稳定土或处治碎(砾)石，以及用各种含水硬化结合料的工业废料修筑基层的路面(lmin)。特点：前期具有柔性路面(lmin)的力学特性；最后具有刚性路面(lmin)力学特性。第71页/共184页第七十二页，共

29、184页。第72页/共184页第七十三页，共184页。 柔性路面设计方法有两大类：一类是以已有经验或试验为依据的经验法；另一类是以力学分析为基础的解析(理论(lln)法。 我国现行柔性路面设计规范采用以双圆均布荷载作用下的弹性层状体系理论(lln)为基础进行路面的结构分析和设计。第73页/共184页第七十四页，共184页。第74页/共184页第七十五页，共184页。 注意：路面设计时，路面稳定性验算计及大型客车(kch)和载货汽车的作用。评定路面的表面特性(如平整度、抗滑性能)时，则应考虑到小型客车(kch)高速行驶的安全和舒适性。车辆的轴型： 车轴可分为前轴和后轴。前轴为单轮组，后轴是双轮组

30、；载重车的后轴载变化范围为30130kN 。第75页/共184页第七十六页，共184页。单轮组后单轴双轮组后双轴双轮组后双轴双轮组后双轴多轮组第76页/共184页第七十七页，共184页。 车辆(chling)的荷载(重力) 接触压力：轮胎与路面接触面上的单位压力同轮载的大小、轮胎气压等有关。路面设计中直接用轮胎气压0.40.7MPa。 接触面积：轮胎面的花纹同路面相接触面积。在路面设计中通常采用圆形接触面积，其半径(m)可按下式确定：pP第77页/共184页第七十八页，共184页。PP 式中：P车轮(ch ln)荷载，p一轮胎气压。由单圆荷载(hzi)图式： (D/2)2p=P单圆荷载单圆荷载

31、(hzi)图式图式 双圆荷载双圆荷载(hzi)图式图式pPD2由双圆荷载图式： 2(d/2)2p=PpPd22第78页/共184页第七十九页，共184页。 当车轴的一侧为双轮组时，其接触面可换算(hun sun)为面积与它相等的个圆形面积，即为单圆荷载图式；若将双轮组的每一个轮子与路面的接触面积单独换算(hun sun)为面积相等的圆形面积，则双轮组可换算(hun sun)为二个圆形面积，即称双圆荷载图式。第79页/共184页第八十页，共184页。车辆动荷载 行驶(xngsh)时，由于自身的震动和路面的不平整，作用在路面上的轮载呈现时而大于静轮载、时而小于静轮载的波动状态。轴载的动态(dngt

32、i)变动第80页/共184页第八十一页，共184页。 车轮动荷载的大小与行车速度、路面的平整度、车辆的振动(zhndng)特性。动轮载和静轮载的比值，称为冲击系数。 路面设计时，也有以静轮载乘以冲击系数后作为设计轮载的。 实际上，动荷载作用下，路面结构的变形量相对减少了。第81页/共184页第八十二页，共184页。车辆的水平(shupng)荷载 正常行驶时，路面对轮胎的牵引力，即水平(shupng)力Fd： Fd *P 式中： 附着系数，路面干燥时为 0.50.7；潮湿(chosh)时为0.30.5；泥泞结冰时为0.10.2。一般Fd 为(0.40.7)P。第82页/共184页第八十三页，共1

33、84页。 制动时，路面对轮胎提供滑移摩阻力Fs，也是水平力： Fs fs*P式中： fs制动时摩阻系数，fsf0。 f0一般(ybn)可达0.70.8。 当车辆在加(减)速时，F(0.50.6)P；当车辆紧急制动时，F0.80P。第83页/共184页第八十四页，共184页。 (2)破坏模式和设计标准 路面设计的目标是控制路面结构性能在预定的使用年限内破坏程度。 路面破坏有三大类：裂缝类、变形类和表面缺陷类。具体如下： 1)沥青路面的主要(zhyo)损坏模式 沉陷 车轮荷载作用下，路表面产生较大的凹陷变形，有时两侧伴有隆起现象。第84页/共184页第八十五页，共184页。 当路面结构的变形能力承

34、受这样大的变形量，便产生以纵向(zn xin)为主的裂缝，并逐渐发展为网裂。原因(yunyn)：路基水文条件很差，路基湿软。第85页/共184页第八十六页，共184页。 车辙车辙 在车轮荷载重复作用下，沿着在车轮荷载重复作用下，沿着纵向纵向(zn xin)产生的带状凹陷产生的带状凹陷，也常伴有纵向，也常伴有纵向(zn xin)裂缝裂缝。 原因：路基和路面永久变形的逐步原因：路基和路面永久变形的逐步积累。车辙的后期，常伴随有裂缝积累。车辙的后期，常伴随有裂缝产生。产生。第86页/共184页第八十七页，共184页。 推移 沥青路面材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏而出现推挤和拥起的现象。原因：竖直力

35、和水平力的综合作用，使结构层内的剪应力(yngl)或拉应力(yngl)超过材料的抗剪或抗拉强度。第87页/共184页第八十八页，共184页。 开裂 这是常见的路面损坏现象。 原因：沥青结构层底面产生的拉应力(或拉应变)超过材料的疲劳强度，底面便发生开裂，并逐渐扩展到表面。 低温缩裂和反射裂缝 基本形态是沿着路面纵向(zn xin)一定距离出现的间隔性横向裂缝。第88页/共184页第八十九页，共184页。 低温缩裂的原因：a.在低温时，气温急速下降，沥青类路面材料因急剧收缩受阻，产生较大拉应力；b.纵向尺度(chd)远大于横向。 反射裂缝的原因：湿度变化而产生的收缩裂缝反映到面层上来。在旧水泥路

36、面上加铺沥青类面层时，原有接缝或裂缝也会反射到沥青面层上来。 第89页/共184页第九十页，共184页。 松散(sngsn)和坑槽 松散(sngsn)是路表面集料的松动、散离现象；而坑槽是松散(sngsn)材料散失后形成的凹坑。 原因：当面层材料组合不当或施工质量差，结合料含量太少或粘结力不足；松散(sngsn)材料被车轮后的真空吸力以及风和雨水带离路面，或是龟裂及其他裂缝进一步发展，使松动碎块脱离面层形成的。第90页/共184页第九十一页，共184页。 2)沥青路面的设计指标 由于开裂和车辙(永久变形)是导致路面结构破坏的两项最主要的损坏模式，在设计中应予着重考虑(kol)。 疲劳开裂 路面

37、材料在出现疲劳开裂前所能经受的荷载重复作用次数称疲劳寿命。第91页/共184页第九十二页，共184页。 以疲劳(plo)开裂作为临界状态的设计，选择面层或水泥(或石灰等)稳定类基层的底面拉应力(或拉应变)作为指标，以最大拉应力(或拉应变)小于或等于容许拉应力(或拉应变)作为标准，即： r1 r1和r1 r1 第92页/共184页第九十三页，共184页。 车辙(永久变形) 车辙是各结构层的永久变形累积的总和。辙深同重复应力、荷载作用的次数(csh)和路基路面结构层的刚度有关。 以车辙为临界状态的设计方法，采用荷载作用下路基路面结构层内永久应变的总和小于等于容许永久变形量作为设计标准，即lp lp

38、。第93页/共184页第九十四页，共184页。 路面回弹弯沉路面回弹弯沉 路面表面在一次荷载作用下的回路面表面在一次荷载作用下的回弹弯沉量，反映了路基路面结构的整弹弯沉量，反映了路基路面结构的整体承载能力体承载能力(即整体强度即整体强度(qingd)。以路表回弹弯沉为设计指标的方法，以路表回弹弯沉为设计指标的方法，采用荷载作用下的路表回弹弯沉量小采用荷载作用下的路表回弹弯沉量小于容许间弹弯沉量作为设计标准，即于容许间弹弯沉量作为设计标准，即le le。 第94页/共184页第九十五页，共184页。 前三项为主要的设计(shj)指标。下面为次要指标，是在特定的荷载或温度场合中作为补充指标，以指导

39、面层材料组成设计(shj)。 面层剪切 竖直和水平荷载共同作用下，面层结构中产生的剪应力小于等于特定环境下(主要是温度)材料的抗剪强度，即a 。第95页/共184页第九十六页，共184页。 面层断裂 水平力作用下，面层产生(chnshng)的径向拉应力和水平向位移小于材料的抗拉强度即r r。 低温缩裂 低温时，面层材料因收缩受阻而产生(chnshng)的温度应力小于等于该温度时材料的抗拉强度，即rt rt。第96页/共184页第九十七页，共184页。第97页/共184页第九十八页，共184页。 甲(左)：重冰冻地区，地下水H=80cm，多年后，路面仍为良好状态。 乙(右)：中冰冻地区，地下水位

40、H2m，数月后，路面有大量较宽网裂，继而坎坷不平，最后全部(qunb)松散。 第98页/共184页第九十九页，共184页。原因：结构组合不合理：乙：碎石过渡层和石灰底基层(jcng)的模量较高，中间夹层天然砂砾(基层(jcng)整体性差模量小。第99页/共184页第一百页，共184页。甲甲乙乙 由此可见，层次多、厚度大的路面结概其使用效果(xiogu)不一定就是好。第100页/共184页第一百零一页，共184页。 沥青路面结构组合设计的基本原则 路面设计的要求是；面层耐久(niji)、基层坚实、土基稳定。 路面设计的一般原则为：(1)根据路面内荷载应力随深度递减的规律安排结构层次。第101页/

41、共184页第一百零二页，共184页。 各层材料的强度和模量在设计中随深度而相应递减方式组合。 充分发挥各结构层材料的能力，又能利用当地轻质材料，以降低(jingd)造价。应力和应变随深度(shnd)的变化第102页/共184页第一百零三页，共184页。 同时，注意各相邻结构层之间的模量不能相差过大。防止上层产生疲劳开裂。 基层同面层的回弹模量比不应小于0.3；土基与基层的模量比应为 0.080.40，则所组合的路面结构一般不会(b hu)出现过大的拉应力(或拉应变)。第103页/共184页第一百零四页，共184页。(2)由各结构层功能选择结构层次 面层的要求：高强(抗剪和抗拉)、耐磨、热稳性好

42、和不透水，通常选用粘结力强的结合料和强度高的集料作为面层材料。在交通量大、轴载重的路上，加设联结层(沥青类材料做成)，以抵抗(dkng)水平力在层间产生的剪应力。 第104页/共184页第一百零五页，共184页。 基层要有足够的强度，一定的刚度和水稳定性。常用的基层类型有沥青稳定类、水泥(或石灰、工业废渣等)稳定类和各种碎(砾)石混合料。 基层采用(ciyng)双层式，并加设下层(称底基层)。底基层可选用强度和刚度较低的当地材料。第105页/共184页第一百零六页，共184页。 路基稳定性，要求土基回弹模量不小于20MPa。其最经济最易办到也是最主要的方法是，加强排水和达到要求的压实度。在路基

43、水温条件较差时，则应加设垫层。垫层材料一般(ybn)采用天然砂或砂砾料或者低剂量石灰稳定土等。第106页/共184页第一百零七页，共184页。(3)注意各结构层本身的结构特性及其与相邻层次的互相影响 在组合时，应注意不同特性的相邻层次间互相影响，采取措施限制或消除所产生的不利影响。 层间结合紧密(jnm)，避免滑移，保证结构的整体性和应力分布的连续性。第107页/共184页第一百零八页，共184页。 (4)注意水温状况的影响 道路所处的水温环境状况，对沥青路面的工作状态有很大影响。 沥青面层(min cn)下的基层要慎重选择，严格控制细料含量，尤其潮湿和中湿路段。 在季节性冰冻地区，路面结构除

44、了要保证力学强度的要求外，其总厚度还要满足防冻层厚度的要求。第108页/共184页第一百零九页，共184页。 (5)注意适当的层数和层厚 规范规定路面沥青层的最小总厚度，高速公路15cm，一级公路10cm，二级公路5cm。 碎(砾)石类混合料面、基层，单层厚度为815cm；水泥或石灰稳定类基层，其单层厚度不超过1520cm。 因改善路基水文条件而设置(shzh)的垫层厚度，一般不小于15cm。第109页/共184页第一百一十页，共184页。第110页/共184页第一百一十一页，共184页。 分析路面结构层在轮载作用下应力、应变和位移(wiy)量，并将此控制在相应材料内强度之内。 第111页/共

45、184页第一百一十二页，共184页。 模型建立 路基路面看作是在半无限地基上由若干(rugn)层次组成的层状线性弹性体。层数和各层厚度确定，圆形均布荷载作用作用在表面。 求解：应用弹性力学的方法。第112页/共184页第一百一十三页，共184页。 弹性双层体系解弹性双层体系解 以弹性双层体以弹性双层体系在圆形均布竖直荷系在圆形均布竖直荷载载(hzi)作用下，作用下，距荷载距荷载(hzi)轴轴r处处的表面竖向位移或称的表面竖向位移或称路表弯沉路表弯沉lr：弹性弹性(tnxng)双层体系双层体系 01021204)1 (2dJrJhMeLeEplhhr第113页/共184页第一百一十四页，共184

46、页。 为了(wi le)使用方便，可将改写为： 010210204)1 (dJrJhMeLeEEWhhr式中：rrWEpW02规范已绘制成诺谟图，以便(ybin)于使用。第114页/共184页第一百一十五页，共184页。01101010222211114343434341EEmmmMmmLLeMeMLhhh，式中：式中：J0 (r)，J1 ()为零阶和一阶第一类贝塞尔(Bessel)函数(hnsh)；参数量；E0、E1、0、1分别为上层和半无限体的弹性模量和泊松比。第115页/共184页第一百一十六页，共184页。 为了(wi le)使用方便，可将改写为： 010210204)1 (dJrJh

47、MeLeEEWhhr式中：rrWEpW02规范已绘制成诺谟图，以便(ybin)于使用。第116页/共184页第一百一十七页，共184页。双层连续双层连续(linx)体系荷载面中轴处表面弯沉系数体系荷载面中轴处表面弯沉系数诺谟图诺谟图第117页/共184页第一百一十八页，共184页。48. 00WcmW204. 048. 0502 .157 . 020第118页/共184页第一百一十九页，共184页。第119页/共184页第一百二十页，共184页。 用杠杆式弯沉仪来试验和调查确定的回弹弯沉值，便是容许弯沉值ld。它的确切含义(hny)是：路面在使用期末的不利季节，在设计标准轴载作用下，容许出现的

48、最大回弹弯沉值。 第120页/共184页第一百二十一页，共184页。bscedAAANl 2 . 0600 由累计通过(tnggu)轴次Ne、道路等级系数Ac、面层类型系数As和基层类型系数Ab，可得容许弯沉值ld： 标准轴载及当量标准轴载及当量(dngling)轴次轴次 我国现行沥青路面设计规范，以双轮我国现行沥青路面设计规范，以双轮组单轴轴载组单轴轴载100kN或或60kN为标准轴载为标准轴载P。第121页/共184页第一百二十二页，共184页。式中：ni被换算的车型的各级轴载的作用次数(csh)(次/d)； C1 轴数系数； C2 轮组系数。对于路上行驶各种车辆轴载大于25kN，小于单轴

49、轴载130kN的各级( j)轴载Pi，包括车辆前、后轴，均需换算为标准轴载，并计算累计当量轴次N。35. 4211PPnCCNiiKi第122页/共184页第一百二十三页，共184页。式中：C1轴数系数(xsh)； C2轮组系数(xsh)。8211 PPnCCNiiKi 当验算半刚性基层拉应力时，凡轴载大于50kN，小于单轴轴载130kN的各级( j)轴载，包括车辆前、后轴的Pi，换算为标准轴载N的公式为：第123页/共184页第一百二十四页，共184页。 在设计年限(ninxin)内，一个车道上累计当量轴次Ne可按下式计算：式中：t设计(shj)年限(年)； N1路面竣工后第一年的平均日当量

50、轴次(次/d)；设计(shj)年限内交通量的平均年增长率()，车道系数。136511NNte第124页/共184页第一百二十五页，共184页。 综合修正系数综合修正系数 应用弹性层状体系理论求得的理论应用弹性层状体系理论求得的理论值，与实际弯沉值之间存在偏差。值，与实际弯沉值之间存在偏差。 原因是路基路面材料不是线性弹性原因是路基路面材料不是线性弹性体，不能反映结构层的真实体，不能反映结构层的真实(zhnsh)工工作状态。规范引入综合修正系数作状态。规范引入综合修正系数F：计计llF式中：l理论(lln)弯沉值；l计实测弯沉值。第125页/共184页第一百二十六页，共184页。 多层体系换算

51、多层路面(lmin)结构的弹性体系，工程中采用简化计算方法，把多层体系等效换算成三层(或双层)体系，然后，利用三层(或双层)体系理论解的诺谟图求解。 第126页/共184页第一百二十七页，共184页。 我国现行规范对等效路表回弹弯沉的结构层换算时，保持(boch)面层的模量E1和厚度h1不变，路基模量也保持(boch)不变， 其间各层利用下式换算为模量与第二层相同的等效层：24212EEhHinii第127页/共184页第一百二十八页，共184页。 要反映各结构层次(cngc)的受力情况，控制沥青类面层和其他整体性结构层的疲劳开裂、拥包、推挤和剪裂等损坏，须验算各有关层次(cngc)的抗弯拉和

52、抗剪的能力。抗弯拉能力：m R。抗剪能力： m R。 m或m与R或R计算方法同前。(3)设计(shj)次要指标第128页/共184页第一百二十九页，共184页。第129页/共184页第一百三十页，共184页。原因：. 断裂为混凝土面层结构破坏(phui)的临界状态。断裂与碎裂第130页/共184页第一百三十一页，共184页。 (2)碎裂(su li)：碎裂(su li)出现在横缝(胀缝) 两侧数十厘米宽度内。 原因： . (3)拱起：混凝土路面板在热膨胀受阻时，接缝两侧的板突然向上拱起。 原因：.第131页/共184页第一百三十二页，共184页。 (4)错台：接缝两侧路面板端部出错台：接缝两侧

53、路面板端部出现的竖向相对位移。现的竖向相对位移。 原因原因(yunyn)：，错台的，错台的出现，降低了行车的平稳住和舒适性出现，降低了行车的平稳住和舒适性。第132页/共184页第一百三十三页，共184页。 (5)唧泥：车辆行经接缝或裂缝唧泥：车辆行经接缝或裂缝时，由缝隙内喷溅出稀泥浆的现象时，由缝隙内喷溅出稀泥浆的现象。 原因原因(yunyn)：， 危害：危害：常在离接缝常在离接缝1.51.8m处容易导致横向裂缝。处容易导致横向裂缝。第133页/共184页第一百三十四页，共184页。第134页/共184页第一百三十五页，共184页。 (1)面层：普通混凝土面层：即素混凝土面层，只在接缝处和局

54、部(jb)范围内配筋。 应用最广泛。 浇筑方式：整体式或分层。 振捣方法: 常规铺筑或碾压铺筑(碾压混凝土, 近年，新)。第135页/共184页第一百三十六页，共184页。 钢筋混凝土面层：为防止混凝土板产生的裂缝缝隙张开，在板内配置纵向和横向钢筋的混凝土面层称为(chn wi)钢筋混凝土面层。 应用：板的长度较大，如1020m；板下埋有地下设施和路基有可能产生不均匀沉降；板的平面形状不规则或有孔，等等。第136页/共184页第一百三十七页，共184页。连续配筋混凝土面层：除需设置胀缝或施工缝外，路段长度内不设置横缝的一种纵向连续配置(pizh)钢筋的混凝土面层，称为连续配筋混凝土面层。纵向钢

55、筋的配筋率通常为0.60.7，连续配筋混凝土面层的厚度约可为普通混凝土面层厚度的8090。第137页/共184页第一百三十八页，共184页。预应力混凝土：对混凝土或钢筋施加预应力的无筋或钢筋混凝土面层。目前(mqin)尚未推广。钢纤维混凝土：在混凝土内掺入低碳钢或不锈钢纤维，形成均匀而多向配筋的混凝土面层。第138页/共184页第一百三十九页，共184页。混凝土块料路面：由混凝土预制块铺砌而成的面层，依靠块料问的嵌锁作用承受荷载。其结构设计方法接近于柔性路面。 基层是保证路面板具有均匀而稳定的支承(zh chn)、防止唧泥和错台、延长路面使用寿命，并为混凝土板施工提供方便。第139页/共184

56、页第一百四十页，共184页。 基层的要求：平整、坚实、抗变形能力强、整体性好和耐冲蚀等。交通量大的道路采用水泥稳定砂砾、水硬性工业废渣或沥青混合料等；中等和轻交通的道路，也可采用石灰土、泥灰(n hu)结碎石等基层。厚度一般大于为 615cm。 第140页/共184页第一百四十一页，共184页。第141页/共184页第一百四十二页，共184页。 为此，设计时要考虑接缝设置位置、构造(传荷机构(jgu)和缝隙的填封。 水泥混凝土面层的接缝可分为：横向缩缝、胀缝、横向施工缝和纵缝四种类型。设拉杆(lgn)假缝第142页/共184页第一百四十三页，共184页。 1)纵缝： 纵向施工缝：设置纵向缩缝：

57、 纵向施工缝可采用(ciyng)设拉杆的平口或企口缝形式；拉杆为螺纹钢筋，纵向缩缝设置成设拉杆的假缝形式。设拉杆(lgn)企口缝设拉杆(lgn)平口缝第143页/共184页第一百四十四页，共184页。 横向(hn xin)缩缝：为减小混凝土的收缩应力和温度翘曲应力而设置的。 形式：假缝和假缝加传力杆。横向(hn xin)假缩缝横向(hn xin)传力杆假缩缝第144页/共184页第一百四十五页，共184页。 设置：邻近胀缝或自由端部的三条缩缝，宜加设传力杆，间距45m。若是重型交通应用(yngyng)设传力杆假缝的形式。 作用机理： 假缝形式是依靠接缝槽口下混凝土断裂面处集料的嵌锁作用传递荷载

58、； 设传力杆假缝的则除了嵌锁作用外，主要依靠传力杆传荷。第145页/共184页第一百四十六页，共184页。 横向施工缝：每天工作结束(jish)或因临时原因而中断施工时，需设置施工缝。对于接缝的传荷能力，应设置传力杆。横向(hn xin)施工缝第146页/共184页第一百四十七页，共184页。 胀缝：在邻近桥梁(qioling)或其它固定构筑物处、与沥青路面相接处、板厚改变处、隧道口、小半径平曲线和凹形曲线纵坡变换处设置。 胀缝构造要设传力杆。胀缝第147页/共184页第一百四十八页，共184页。 接缝(ji fn)填封料： 接缝(ji fn)槽口需填封，以免杂物和水渗入。 填封料要求：弹性，

59、不透水、耐疲劳、粘附牢，便于施工。 填封材料有接缝(ji fn)板和填缝料两类。接缝(ji fn)板用于胀缝内。填缝料又有加热式和常温式两种。第148页/共184页第一百四十九页，共184页。 特殊部位(bwi)混凝土路面的处理： 边缘钢筋 第149页/共184页第一百五十页，共184页。 角隅钢筋 常设在胀缝两侧(lin c)板的角隅处及板的锐角处。第150页/共184页第一百五十一页，共184页。 混凝土面层板的厚度，主要决定于预定使用年限内标准轴载的累计作用次数和混凝土的疲劳强度。我国的水泥(shun)混凝土路面设计规范采用以使用年限末混凝土板出现疲劳开裂为临界状态为标准。 第151页/共184页第一百五