第二篇 道路路基工程111

1、第二篇 路面与路基工程第一章概述第一章概述 第一节 路基的作用及要求 一、路基的作用 公路的重要组成部分：公路的主体；路面的基础。 路基：工程数量、投资巨大，占地面积大、使用劳力多。 第一章 概论 1.1公路路基结构图93区下路堤 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 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 94区上路堤 0.7m96区

2、下路床 0.5m96区上路床 0.3m路面结构层 0.70m90区原地基处理1.2路基的特点 路基建筑在土石地基上并以土石为建筑材料 路基完全暴露在大自然中 路基同时受静荷载和动荷载的作用 路堤、路堑，还是不填不挖路基，都可因外荷载作用而引起土中原有应力平衡发生变化。这些变化是路基设计的依据，所以应充分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、应变及土体稳定问题。在工程设计中，如何取得正确反映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

3、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。实例 路堤填筑后沉降变形6Static pore water pressure (静孔隙水压力静孔隙水压力)Excess pore water pressure (超孔隙水压力超孔隙水压力)Earth dam ( (土堤土堤) ) Initial condition (初始状况)Loading (荷载) at time = 0Loading (荷载) at time = T沉降沉降二、路基的基本要求 设计中必须使路基满足以下要求： 1、具有足够的整体稳定性 地质不良地段，路基施工加剧了原来

4、的不平衡状态，如：在挖方地段。必须采取一定的工程技术措施，如排水、支撑与加固等，确保路基的整体稳定性。 2、应有足够的强度 只有具有足够的强度，才能使荷载应力下不产生超过允许范围的变形。 3、应具有足够的水温稳定性 对于土质路基不仅要求具有足够的强度，而且要保证在最不利的水温情况下，强度不致显著地降低。 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作用下石块易松动位移产生沉陷变形。 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

5、蚀能力弱。改善方法：掺加些粘性土，或边坡表面加固，以提高路基稳固性。砂性土：填筑路堤的良好材料。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。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。不宜用来填筑路堤。易风化的软质岩石(如泥灰岩、硅藻岩等)，浸水底易崩解，强度显著降低，变形量大。不宜用作路堤填料。

6、 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。四、路基的干温类型 1、路基的湿度来源 外界因素变化影响路基湿度。 大气降水和蒸发： 地面水： 地下水： 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。如北方春融时期有翻浆病害；南方在雨季，有冲刷、水毁等病害。 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。 3)自然气候要素既综合又有主导作用

7、： 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。 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。 二级自然区：以气候和地形为主导因素，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、地貌等条件，并结合当地筑路经验自行划定。

8、举例： I区北部多年冻土区 该区位于我国东北部，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。 (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；土的干湿状态。 路基干湿状态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。 路槽底面以下80cm深度内的平均稠度B计算：pLmLmWWWWB式中：Bm路槽底面以下80cm深度内土层的平均

9、稠度；Wm土的平均含水量；WL土的液限；Wp土的塑限。路基干湿类型路基干湿类型 (3)临界高度：指在不利季节路床处于干燥、中湿状态的路槽底至地下水位的最小高度。第二节 路基设计 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(填挖结合路基)三种基本类型。 路堤是指基身顶面高于原地面的填方路基，有一般路堤、浸水路堤和陡坡路堤等基本型式。一般路堤 浸水路堤矮路堤陡坡路堤 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)和半山洞三种型式。全路堑半山洞半路堑 半填半挖路基：整个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： 设挡土墙情况

10、半山桥2、基本术语 (1)路基宽度：指公路路幅顶面的宽度，即两路肩外缘之间的宽度。路基宽度为行车道与路肩宽度之和。一般公路高速公路和一级公路 (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，路基设计标高一般应高出设计洪水频率的计算水位以上0.5m。 (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。 第三节 路基排水设计 为

11、保证路基的稳固，应及时将可能危害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。 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：减轻路基路面的浸湿程度。边沟边沟边沟边沟 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，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路基路基 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

12、凝上结构，并有相应的防护加固措施。跌水沟可消能、减速或改变水流向作用。急流槽是很陡的沟槽，用来加速水流速度的。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。 (2)地下排水沟管：有明沟、暗沟、渗沟等。 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。 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渗沟拦截地下水流的横向渗沟渗沟渗沟 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

13、管或暗沟。 (3)泄水结构物：桥梁、涵洞等。第四节 路基防护与加固 为防治路基病害和保证路基稳固，除作好路基排水外，还应采取有效的防护加固措施。 一、坡面防护 保护路基边坡表面，提高边坡的稳定性，美化路容。坡面防护设施，坡体已属稳定。常用的坡面防护：植物防护、抹面填缝、石砌防护等类型。 1、植物防护、植物防护 适用于植物容易生长的土质坡面。主要有种草、铺草皮、植树等方法。 种草：冲刷不严重和较低缓的土质坡面。 铺草皮：边坡较高陡(但不陡于1:1)和坡面冲刷较严重的地方。 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。方格式铺草皮平铺草

14、皮 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、三合土等。厚度为210cm。 喷浆：坡面不平的岩石边坡。常用水泥石灰砂浆，厚度一般为12cm。 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。 3、石砌防护、石砌防护 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，均宜用石砌坡面防护。石砌防护，分为护坡和护面墙。 石砌护坡：常用于较陡的土质边坡(坡度为1:0.751:1)和易风化或破碎的

15、岩石边坡。 石砌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)双层砌石护坡；双层砌石护坡； b)深基础砌石护坡深基础砌石护坡 护墙：用于坡度较陡(但不陡于 1:0.3)而易受风化成节理发达的岩石边坡，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 二、堤岸防护 常用堤岸冲刷防护措施有：直接防护(植物防护、石砌护坡、抛石、石笼和挡土墙等)和间接防护。 1、直接防护 铺草皮等植物防护用于没有主流冲刷的路堤边坡。 平铺草皮的容许流速为1.2米/秒；叠砌草皮，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

16、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。 抛石用于水流流速为35米/秒，无严重局部冲刷的路堤边坡和河岸。 石笼用于流速为56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。 浸水挡土墙用于流速为58米/秒的峡谷急流地段，为防止路基挤占河床。铁丝石笼防护平铺石笼叠码石笼第五节 路基稳定性分析 路基能否稳定，决定于路基的断面形状和尺寸(边坡坡度和高度等)是否与内在条件(岩土性质、地层情况等)及外界因素(水文、气候、地震、荷载等)相适应，路基稳定性的分析方法，有工程地质法和力学验算法。1、工程地质法

17、 对照当地具有类似工程地质条件而处于极限稳定状态的自然山坡和稳定的人工边坡情况。以判别路基的设计断面是否稳定，路基挖方边坡的坡度常用这一方法来确定。 通过对比分析，抓住控制因素，综合考虑各方面的影响。 分析岩石挖方边坡的稳定性时，应注意岩体中结构面(地质界面)的情况。2、力学验算法 路基失稳，如滑坡、坍塌、滑移或沉落等现象，如为岩土体失去力学平衡而沿某一破坏面的剪切滑动，对路基(坡体)稳定性的力学分析和验算，通常都采用极限平衡(安全系数)法。 近似地把岩土看作刚塑性材料，计算坡体在破坏面(又称滑动面或剪切面)上达到极限平衡时的安全系数，以判断其稳定性。简单条分法 把路基稳定性作为平面问题来研究

18、： 将滑动体用n-1个竖直面划分为n个条块，作用在任取第i条块上的力有：竖直力Wi，水平力Qi，未知的条间力，条块滑动底面反力。 取用同一安全系数Ks，得 Si=(cili+Ni fi )/Ki 式中：ci、fi条块滑动底面处岩土的粘聚力和摩擦系数； fi=tgi，i为岩土体的内摩擦角。li条块滑动底面的长度。第七章 路面工程 第一节 概述 1、路面的作用和基本要求 目的：加固行车部分，使之在行车和各种自然因素作用下保证有一定的强度和稳定性，满足行车的安全、迅速、经济、舒适的要求。 为了达到目的，路面应只具有性能有： (1)具有足够的强度和刚度 应力超过路面结构整体或某组成部分的强度，则路面就

19、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。 所谓刚度是指路面抵抗变形的能力，路面结构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，使整个路面结构及其组成部分的变形量控制在容许范围内。 (2)具有足够的水温稳定性 强度和刚度不稳定，路况时好时坏， 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足够稳定性的路面结构。 (3)具有足够的耐久性 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限，增加养护工作量。

20、(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，加速路面的破环。路面不平整度与动力系数关系(5)具有足够的抗滑性 汽车在光滑路面上行驶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。溜滑事故率与路表面溜滑事故率与路表面抗滑能力关系抗滑能力关系 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。2、路面结构层次划分 (1)路拱：公路路面一般采用横向坡度

21、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。 路面结构层次为： (1)面层：要求：坚实、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。 (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，各种工业废渣混合料。施工：层铺，有上层、中层、底基层。 (3)垫层：作用：改

22、善土基的温度和湿度状况，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。 3、路面分级与分类 (1)高级路面 特点：强度和刚度高，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。 (2)次高级路面 指标比高级路面低，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 指标比高级路面最低，要

23、求经常养护，而且运输成本最高。 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)和各类沥青路面、碎(砾)石面层或块料面层所组成的路面。性质性质：刚度小，弯沉变形量大，路面结构抗弯拉强度较小，车轮荷载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大影响。 (2)刚性路面定义：用水泥混凝土作面层或基层的路面。性质性质：强度很高，抗弯拉强度很高。弹性模量大，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小得多。 (3)半刚性路面：定义：用石灰或水泥稳定土或处治碎(砾)石

24、，以及用各种含水硬化结合料的工业废料修筑基层的路面。特点：前期具有柔性路面的力学特性；最后具有刚性路面力学特性。第二节 沥青路面 定义：沥青路面：沥青路面：用沥青作结合料粘结矿料或混合料修筑面层与各类基层和垫层组成的路面结构。 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)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为基础进行路面的结构分析和设计。1、沥青路面设计理论 (1)行车荷载 基本概念： 车辆的类型： 小型客车： 大型客车：满载100kN。 载货汽车：总重501000kN。 注意：路面设计时，路面稳定性

25、验算计及大型客车和载货汽车的作用。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；载重车的后轴载变化范围为30130kN 。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 车辆的荷载(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：pPPP 式中：P车轮荷载，p一轮胎气压。由单圆荷载图式： (D/2)2p=P单圆荷

26、载图式单圆荷载图式 双圆荷载图式双圆荷载图式pPD2由双圆荷载图式： 2(d/2)2p=PpPd22 当车轴的一侧为双轮组时，其接触面可换算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为面积相等的圆形面积，则双轮组可换算为二个圆形面积，即称双圆荷载图式。车辆动荷载 行驶时，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。轴载的动态变动 车轮动荷载的大小与行车速度、路面的平整度、车辆的振动特性。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

27、用下，路面结构的变形量相对减少了。车辆的水平荷载 正常行驶时，路面对轮胎的牵引力，即水平力Fd： Fd *P 式中： 附着系数，路面干燥时为 0.50.7；潮湿时为0.30.5；泥泞结冰时为0.10.2。一般Fd 为(0.40.7)P。 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。 (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)

28、沥青路面的主要损坏模式 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。 当路面结构的变形能力承受这样大的变形量，便产生以纵向为主的裂缝，并逐渐发展为网裂。原因：路基水文条件很差，路基湿软。 车辙 在车轮荷载重复作用下，沿着纵向产生的带状凹陷，也常伴有纵向裂缝。 原因：路基和路面永久变形的逐步积累。车辙的后期，常伴随有裂缝产生。 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：竖直力和水平力的综合作用，使结构层内的剪应力或拉应力超过材料的抗剪或抗拉强度。 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

29、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一定距离出现的间隔性横向裂缝。 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。 松散和坑槽 松散是路表面集料的松动、散离现象；而坑槽是松散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

30、面层形成的。 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。 疲劳开裂 路面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。 以疲劳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 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

31、久变形量作为设计标准，即lp lp。 路面回弹弯沉 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体承载能力(即整体强度)。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于容许间弹弯沉量作为设计标准，即le le。 前三项为主要的设计指标。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，以指导面层材料组成设计。 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 。 面层断裂 水平力作用下，面层产生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的

32、温度应力小于等于该温度时材料的抗拉强度，即rt rt。2、路面结构层次的组合 路基路面结构体系既能承受行车荷载和环境因素的作用，又能充分发挥各层次的最大效能，而且经济合理，是路面结构设计的重要组成部分。 路面结构层的组合设计，是根据行车和环境因素，对各类结构层的层位、本身的性能，进行合理安排。 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H2m，数月后，路面有大量较宽网裂，继而坎坷不平，最后全部松散。 原因：结构组合不合理：乙：碎石过渡层和石灰底基层的模量较高，中间夹层天然砂砾(基层)整体性差模量小。甲甲乙乙 由此可见，层次多、厚度大的路

33、面结概其使用效果不一定就是好。 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、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。 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，以降低造价。应力和应变随深度的变化 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出现过大的拉应力(或拉应变)。(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

34、拉)、耐磨、热稳性好和不透水，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)，以抵抗水平力在层间产生的剪应力。 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。 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。在路基水温条件较差时，则应加设垫层。垫层材料一般采用天然砂或砂砾料或者低剂量石灰稳定土等。(3)注意各结构层本

35、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，避免滑移，保证结构的整体性和应力分布的连续性。 (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。 (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

36、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的垫层厚度，一般不小于15cm。3、以弯沉值为设计指标的路面结构计算 我国现行沥青路面设计方法以双圆竖直均布荷载作用下的弹性层状体系理论为基础，以路表容许弯沉值作为路面整体承载能力的控制指标，以及不同等级公路相应的次要指标。(1)基本原理模型建立 分析路面结构层在轮载作用下应力、应变和位移量，并将此控制在相应材料内强度之内。 模型建立 路基路面看作是在半无限地基上由若干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。 弹性双层体系解 以弹性双层体系在圆形均布竖直荷载作用下，

37、距荷载轴r处的表面竖向位移或称路表弯沉lr：弹性双层体系弹性双层体系 01021204)1 (2dJrJhMeLeEplhhr 为了使用方便，可将改写为： 010210204)1 (dJrJhMeLeEEWhhr式中：rrWEpW02规范已绘制成诺谟图，以便于使用。01101010222211114343434341EEmmmMmmLLeMeMLhhh，式中：式中：J0 (r)，J1 ()为零阶和一阶第一类贝塞尔(Bessel)函数；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。 为了使用方便，可将改写为： 010210204)1 (dJrJhMeLeEEWhhr式中：rr

38、WEpW02规范已绘制成诺谟图，以便于使用。双层连续体系荷载面中轴处表面弯沉系数诺谟图双层连续体系荷载面中轴处表面弯沉系数诺谟图例题：己知P0.7MPa，=15.2cm，h=20cm，E0=50MPa，E120MPa。求双层体系表面荷载轴处的弯沉W0 。解： E0/ E1=50/200=0.25，h/(2)=20/2/15.2=0.658，查图得：48. 00WcmW204. 048. 0502 .157 . 020 容许弯沉值 轮载作用下双轮轮隙中心处的路表回弹弯沉值大小，反映了路基路面结构的整体承载能力。在达到相同某种程度的损坏时，回弹弯沉的大小同该路面结构的累计的轴载重复作用次数成反比。

39、(2)设计主要指标 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，容许出现的最大回弹弯沉值。 bscedAAANl 2 . 0600 由累计通过轴次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： 标准轴载及当量轴次标准轴载及当量轴次 我国现行沥青路面设计规范，以双轮组单轴轴载100kN或60kN为标准轴载P。式中：ni被换算的车型的各级轴载的作用次数(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，小于单轴轴载130kN的各级轴载Pi，包括车辆

40、前、后轴，均需换算为标准轴载，并计算累计当量轴次N。35. 4211PPnCCNiiKi式中：C1轴数系数； C2轮组系数。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的各级轴载，包括车辆前、后轴的Pi，换算为标准轴载N的公式为： 在设计年限内，一个车道上累计当量轴次Ne可按下式计算：式中：t设计年限(年)； N1路面竣工后第一年的平均日当量轴次(次/d)；设计年限内交通量的平均年增长率()，车道系数。136511NNte 综合修正系数 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。 原因是路基路面材料不是线性弹性体，不能反

41、映结构层的真实工作状态。规范引入综合修正系数F：计计llF式中：l理论弯沉值；l计实测弯沉值。 多层体系换算 多层路面结构的弹性体系，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。 我国现行规范对等效路表回弹弯沉的结构层换算时，保持面层的模量E1和厚度h1不变，路基模量也保持不变， 其间各层利用下式换算为模量与第二层相同的等效层：24212EEhHinii 要反映各结构层次的受力情况，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，须验算各有关层次的抗弯拉和抗剪的能力。抗弯拉能力：m R。抗剪能力： m R。

42、 m或m与R或R计算方法同前。(3)设计次要指标 水泥混凝土(简称混凝土)路面是以水泥混凝土板作为主要承受交通荷载的结构层。由于水泥混凝土面板的强度较高，在荷载作用下的变形很小，呈现很大的刚性，因此又叫刚性路面。第三节 水泥混凝土路1、水泥混凝土路面损坏模式 (1)断裂：路面板内应力超过混凝土强度会出现横向或纵向以及板角的拉断和折断裂缝。 原因：. 断裂为混凝土面层结构破坏的临界状态。断裂与碎裂 (2)碎裂：碎裂出现在横缝(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：. (4)错台：错台：接缝两侧路面板端部出现的竖向相对位

43、移。 原因：，错台的出现，降低了行车的平稳住和舒适性。 (5)唧泥：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。 原因：， 危害：常在离接缝1.51.8m处容易导致横向裂缝。2、水泥混凝土路面组合设计 (1)面层： 混凝土面板的要求：较高的强度，表面平整、耐磨和粗糙。 板的横断面：等厚式。厚度由应力计算确定；混凝土路面板的最小厚度为18cm。 (1)面层： 普通混凝土面层：即素混凝土面层，只在接缝处和局部范围内配筋。 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)。 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

44、横向钢筋的混凝土面层称为钢筋混凝土面层。 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。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钢筋的混凝土面层，称为连续配筋混凝土面层。纵向钢筋的配筋率通常为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。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。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

45、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、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。 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、泥灰结碎石等基层。厚度一般大于为 615cm。 (1)接缝设计 接缝的设计要能实现三方面的要求： 控制温度收缩应力和翘曲应力所引起的裂缝出现的位置； 通过接缝能提供一定的荷载传递； 防止坚硬的杂物落入接缝缝隙内和路表水的渗入。3、水泥混凝土路面板设计 为此，设计时要考虑接缝设置位置、构造(传荷机构)和缝隙的

46、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。设拉杆假缝 1)纵缝： 纵向施工缝：设置纵向缩缝： 纵向施工缝可采用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。设拉杆企口缝设拉杆平口缝 横向缩缝：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。横向假缩缝横向传力杆假缩缝 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； 设传力杆假缝的则除了嵌锁作用外，主要依靠传力杆传荷。 横向施工缝：

47、每天工作结束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。横向施工缝 胀缝：在邻近桥梁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 接缝填封料： 接缝槽口需填封，以免杂物和水渗入。 填封料要求：弹性，不透水、耐疲劳、粘附牢，便于施工。 填封材料有接缝板和填缝料两类。接缝板用于胀缝内。填缝料又有加热式和常温式两种。 特殊部位混凝土路面的处理： 边缘钢筋 角隅钢筋 常设在胀缝两侧板的角隅处及板的锐角处。(2)水泥混凝土路面板计算 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

48、数和混凝土的疲劳强度。我国的水泥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。 为减小收缩应力和翘曲应力，混凝土面层由纵横向接缝划分为有限尺寸的矩形板，一般取板长为板厚的25倍左右(一般为5m)，这时所产生的翘曲应力不致于使板开裂。基本原理 把混凝土板看作是均质、各向同性、无重量、等厚的小挠度弹性薄板。路面板下的基(垫)层和路基，可看作是弹性地基。然后在竖向荷载作用下由弹性力学求解小挠度弹性薄板问题。临界荷位 板中受荷时产生的最大应力值低于板边和板角受荷时，约为未翘曲板边最大应力的2/3左右。 板角受荷时产生的最大应力，在板角未翘起的情况下低于板边受荷时；在板角翘起时

49、则超过板边受荷的应力。 在设计中，现行设计方法采用疲劳断裂作为设计标准，选择临界荷位时应以产生最大疲劳损耗的荷载位置作为标准，即不仅要考虑应力大小，还要考虑所承受的荷载作用次数。 对于不同接缝，荷载应力和温度应力综合作用的疲劳损耗分析，得临界荷位： 各类接缝情况下的临界荷位注：注：1.表中分子为仅考虑荷载应力疲劳损耗的情况，分母为荷表中分子为仅考虑荷载应力疲劳损耗的情况，分母为荷载应力和温度应力综合疲劳损耗的情况。载应力和温度应力综合疲劳损耗的情况。 2.*为分向行驶时的情况；不分向行驶时，临界荷位在纵边。为分向行驶时的情况；不分向行驶时，临界荷位在纵边。 分析结果为： 对于纵缝为企口设拉杆和

50、横缝为自由边的混凝土路面，其临界荷位应选在横缝边缘中部； 其他情况：应选取纵缝边缘中部作为临界荷位。 故采用纵缝边缘中部作为应力计算时的临界荷位。临界荷位 设计参数 标准轴载及轴载换算 我国现行水泥混凝土路面设计规范，以双轮组单轴轴载100kN为标准轴载。对于路上行驶各种车辆大于单轴轴载 40kN和双轴轴载80kN的各级轴载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Ns。式中：Ni被换算的车型的各级轴载的作用次数(次/d)；i轴数系数。161100iiniisPNN 换算成标准轴载，并计算累计当量轴次Ns的公式： 交通分级： 水泥混凝土路面承受的交通，按使用初期设计车道每

51、日通过的标准轴载作用次数分级。 累计作用次数： 在设计年限内，一个车道上累计当量轴次Ne可按下式计算：steNN36511 首先由试验确定混凝土板和地基的模量值。 依据等效疲劳损耗的原则，寻求与年变化的温度应力所产生的累计疲劳损耗量相等量的温度疲劳应力值，并结合荷载疲劳应力计算值共同验算板的厚度。板厚设计：板厚设计：第四节 路面结构层次的施工一、按材料分类：碎(砾)石类结合料稳定类沥青类水泥混凝土类块料。1、石灰(水泥)稳定类基(垫)层 定义：将一定剂量的石灰(水泥)掺入天然土、碎(砾)石混合料或工业废渣中，在合适的含水条件下经拌和、摊铺、压实和养生后，可成为具有较高后期强度，整体性和稳定性均

52、较好的路面结构层(也称半刚性结构层)。常用作基层或垫层。 材料分类：水泥稳定土、石灰稳定土和石灰工业废渣等。(1)材料组成和特性土和工业废渣掺加石灰(水泥)后，通过离子交换和凝结硬化的作用，粘土矿物颗粒的表面水膜变薄，土粒增大，形成团粒结构。因此，降低土的分散性、湿胀性，增加密实度。石灰土的压实曲线曲线上数值为石灰的剂量，以干土质量表示。(2)混合料设计 根据稳定的目的、强度的要求及稳定的效果，通过试验确定石灰(水泥)稳定类材科的配合比。经验用量： 石灰土石灰剂量范围(有最佳含水量)粉性土、粘性土 砂性土基层 (1114)% (1416)%底基层 (911)% (1114)%垫层 (69)% (911)% 水泥土中水泥最小剂量(没有最佳含水量) 路拌法 厂拌法砂砾土、碎石土 3% 2%细粒土 5% 3%施工 放样：恢复道路中线，定出结构层边缘线的位置以及标高样桩。 消底：路槽底用1215t三轮压路机压至规定的密实度，确保表面平整、坚实，没有松散和软弱现象。 备料：将土翻松打碎，(1525mm的土块不超过5%；生石灰充分消解完。 配料拌和。 摊铺、整型和碾压。 养生等。2、砂石类结构层用石块、碎石、级配砾(碎)石、天然砂砾和粒料加固土铺筑路面的基