路基路面工程第2章

1、土木工程学院道桥系土木工程学院道桥系 安徽建筑大学安徽建筑大学路基路面工程路基路面工程授课教师：韦璐授课教师：韦璐土木工程学院道桥系土木工程学院道桥系 安徽建筑大学安徽建筑大学第二章第二章 行车荷载与环境因素行车荷载与环境因素路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐1 12 23 34 45 58车辆类型及行车荷载车辆类型及行车荷载交通量分析交通量分析公路自然区划公路自然区划路基水温状况及路基工作区路基水温状况及路基工作区路基的破坏形态及其防治措施路基的破坏形态及其防治措施目目 录录路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐一、行车荷载一、行车荷载（一）研究行车荷载的原因和必要性：（一）研究行车荷载的原

2、因和必要性：1、汽车是路基路面的服务对象。路基路面的主要功能是保证车辆、汽车是路基路面的服务对象。路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、舒适、经济通行。快速、安全、舒适、经济通行。2、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间、在使、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量影响路面的使用性能。用期内行车的变化情况及数量影响路面的使用性能。3、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路基路、汽车荷载是造成路基路面结构损伤的主要原因。要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。面结构设计，必须对行车荷载进行分析。2.1 车辆类型及车辆荷载

3、路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐（二）行车荷载的主要研究内容：（二）行车荷载的主要研究内容：n汽车的汽车的轮重轮重与与轴重轴重；n不同车型的不同车型的车轴布置车轴布置；n设计期限内，汽车的设计期限内，汽车的轴型分布轴型分布及汽车年通过量的逐年变化；及汽车年通过量的逐年变化；n汽车的汽车的静态荷载静态荷载（停驻）与（停驻）与动态荷载动态荷载（行驶）特性比较。（行驶）特性比较。2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐 （三）行车荷载的作用方式：（三）行车荷载的作用方式： 2.1 车辆类型及车辆荷载因此，路面结构设计而言，应特别重视因此，路面结构设计而言，应特别重视轴重或轮

4、重和其作用次轴重或轮重和其作用次数数，而不是汽车种类和数量。，而不是汽车种类和数量。路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐二、车辆的种类二、车辆的种类道路上通行的车辆主要分为道路上通行的车辆主要分为客车客车与与货车货车两大类。两大类。客车客车：小客车、中客车、大客车；：小客车、中客车、大客车；货车货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。按载重量可以分为：轻型货车、中型货车、重型货车按载重量可以分为：轻型货车、中型货车、重型货车 按车身组合情况分为：单一车、牵引式拖车、牵引式半拖车、按车身组合情况分为：单一车、牵引式拖车、牵引式半拖车、牵引车与拖车分离式。牵引车与拖

5、车分离式。汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设路面结构设计计主要以主要以轴重轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表面特表面特性性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐三、汽车的轴型三、汽车的轴型轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，各轴

6、重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与城市道路设个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中均以计规范中均以100kN作为标准轴重作为标准轴重。目前我国公路行驶的车辆，后。目前我国公路行驶的车辆，后轴轴载一般在轴轴载一般在60130kN范围内。范围内。汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。多轴多轮化发展。载运输问题在我国日益突出。多轴多轮化发展。对对超载超载的定义：的定义：2000年年2月，交通部月，交通部超限运输车

7、辆行驶公路管超限运输车辆行驶公路管理条例理条例规定：规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg，单轴（每侧，单轴（每侧双轮胎）载质量双轮胎）载质量10000kg，双联轴（每侧双轮胎）载质量，双联轴（每侧双轮胎）载质量18000kg。”附则第二十九条规定，单轴轴载最大不得超过附则第二十九条规定，单轴轴载最大不得超过13000kg。2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.1 车辆类型及车辆荷载（一）汽车轴型（一）汽车轴型车轴：车轴：单轴、双轴和多轴单轴、双轴和多轴轮组轮组：单轮组、双轮组和多轮组：单轮组、双轮组和多轮组路基路面工程土木工程学院道桥

8、系 韦璐2.1 车辆类型及车辆荷载（二）汽车轴重（二）汽车轴重 一般的车辆，前轴的轴载约为汽车总重的一般的车辆，前轴的轴载约为汽车总重的1/3，后轴重占汽车总重的比例较大。目前，我国公路和城后轴重占汽车总重的比例较大。目前，我国公路和城市道路后轴轴载，一般在市道路后轴轴载，一般在30-130kN范围内，而大部范围内，而大部分在分在60kN以上。以上。路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐四、汽车对道路的静态压力四、汽车对道路的静态压力静态压力静态压力P P的影响因素的影响因素：1.汽车轮胎内压；汽车轮胎内压；2.轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形态；3.轮载的大

9、小。轮载的大小。 2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐胎壁受拉胎壁受拉胎壁受压胎壁受压胎压胎压接触压力接触压力高高压压轮轮胎胎低低压压轮轮胎胎2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐 对于对于低压低压轮胎：接触压力大于胎压轮胎：接触压力大于胎压 对于对于高压高压轮胎：接触压力小于胎压轮胎：接触压力小于胎压 在工程设计中，对接触压力进行如下在工程设计中，对接触压力进行如下简化简化： 以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即p=pip=pi， 接触形状为接触形状为圆形圆形，接触面上的压力为，接触面上的压力为均匀分布均匀分布即将

10、车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎即将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压作为轮胎接触压力内压作为轮胎接触压力p p。 2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐当量圆半径当量圆半径可以按下式确定。可以按下式确定。 式中：式中：P作用在车轮上的荷载，作用在车轮上的荷载，kN； p轮胎接触压力，轮胎接触压力，kpa； 接触面当量圆半径，接触面当量圆半径，m。 轮胎与路面的接触形状如下图所示：轮胎与路面的接触形状如下图所示： pP2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐五、

11、运动车辆对道路的动态影响五、运动车辆对道路的动态影响 1.1.水平力对路面造成的影响水平力对路面造成的影响 面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。移、拥包、波浪、车辙等破坏。 2.2.轮载的动态（振动）轮载的动态（振动） 轮载动态变化的影响因素：车速、路面平整度、车辆的振轮载动态变化的影响因素：车速、路面平整度、车辆的振动特性。动特性。 冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。冲击系数：振动轮载的最大值与静载的比值。 3. 3. 轮载作用的瞬时性轮载作用的瞬时性 车轮通过路面的时间约为车轮通过路面的时间约

12、为0.010.1s左右，当应力出现的时左右，当应力出现的时间很短时，来不及传递分布，其变形特性不能像静载作用那样间很短时，来不及传递分布，其变形特性不能像静载作用那样完整表现出来。完整表现出来。 4.4.车辆荷载作用的重复性车辆荷载作用的重复性 路面材料产生疲劳破环的主要原因。路面材料产生疲劳破环的主要原因。2.1 车辆类型及车辆荷载路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.2 交通量分析一、交通量估算一、交通量估算路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐二、轴载的等效换算二、轴载的等效换算2.2 交通量分析数。路面结构特性有关的系影响的系数；反映轴型和轮组轮胎数；级轴载重及其作用次数数；标准轴载重

13、及其作用次:,:,niNPNPPPNNiissnsiisi路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.2 交通量分析三、轮迹横向分布三、轮迹横向分布路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.3 公路自然区划一、制定自然区划的原则一、制定自然区划的原则道路工程特征相似的原则道路工程特征相似的原则 在同一区划内，在同样的自然因素下筑路具有相似性。地表气候区域差异性的原则地表气候区域差异性的原则 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自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 自然气候的变化是各种因素综合作用的结果，但其中又有 某种因素起着主导作用。路基路面工程土

14、木工程学院道桥系 韦璐2.3 公路自然区划二、自然区划三个等级二、自然区划三个等级1 1、一级区划：、一级区划： 在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值线（全年在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值线（全年均温均温-2和一月份均温和一月份均温0 ）、二条等高线（、二条等高线（1000m和和3000m）作为一级区划的标志。作为一级区划的标志。 1000m等高线沿东北大兴安岭、太行、伏牛、武当、雪峰、等高线沿东北大兴安岭、太行、伏牛、武当、雪峰、大朋、友谊关一线，走向北偏东；大朋、友谊关一线，走向北偏东；3000m等高线沿帕米尔高原、昆等高线沿帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山、祁连山、

15、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；仑山、阿尔金山、祁连山、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.3 公路自然区划公路自然区划图路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐公路自然区划公路自然区划（区划标志线、区域色块）路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.3 公路自然区划2 2、二级区划、二级区划在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级，并结合各大区的地理、气候特征、地貌类型、自然病害级，并结合各大区的地理、气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为等因素，将全国划分为33个二级区和个二级区和19个副二级区。

16、个副二级区。3 3、三级区划、三级区划三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、地理、三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、地理、地貌为依据，或是以地表的地貌、水文和土质依据，有各省、地貌为依据，或是以地表的地貌、水文和土质依据，有各省、市、自治区自行划定。市、自治区自行划定。路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.3 公路自然区划三、自然区划与筑路要点三、自然区划与筑路要点北部多年冻土区：冻土、冻土退化（全北部多年冻土区：冻土、冻土退化（全 球气温升高）球气温升高）东部温润季冻区：冻胀翻浆东部温润季冻区：冻胀翻浆黄土高原干湿过渡区：黄土黄土高原干湿过渡区：黄土东南湿热区：排水、湿软地基东

17、南湿热区：排水、湿软地基西南潮暖区：不良地质（喀斯西南潮暖区：不良地质（喀斯 特、滑坡）特、滑坡）西北干旱区：缺水、雪害西北干旱区：缺水、雪害青藏高寒区：高寒、冻土、青藏高寒区：高寒、冻土、路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区一、路基湿度来源一、路基湿度来源路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区一、路基湿度来源一、路基湿度来源路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区二、路基干湿类型二、路基干湿类型路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区二、路基干湿类型二、路基干湿类型 为排除路

18、面、路基中滞留的自由水，确保路面结构为排除路面、路基中滞留的自由水，确保路面结构处于处于干燥干燥或或中湿中湿状态，下列情况下的路基应设置垫层。状态，下列情况下的路基应设置垫层。 1 1）地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过）地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段。湿状态的路段。 2 2）排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不）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。良的岩石挖方路段。 3 3）季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻）季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀需设防冻垫层的路段。胀需设防冻垫层的路段。 4 4）基层或底基层可能受

19、污染以及路基软弱的路段。）基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区三、温度的影响三、温度的影响路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区气温与路面温度气温与路面温度高温：广州气温高温：广州气温3939路表面路表面6262 京珠北气温京珠北气温4242路表面路表面6969 虎门大桥钢桥面虎门大桥钢桥面78 78 低温：哈尔滨气温低温：哈尔滨气温3939路表面路表面2929路面结构温度场路面结构温度场高温：往下越来越低温高温：往下越来越低温低温：往下越来越高温低温：往下越来越高温路基路面工程土木工程学院

20、道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区四、路基工作区四、路基工作区（一）路基受力状况（一）路基受力状况路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区（二）路基工作区（二）路基工作区路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.4 路基水温状况及路基工作区路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐一、路基的主要病害一、路基的主要病害1.路基沉陷 (1)自身压缩沉陷自身压缩沉陷 (2)天然地基天然地基承载力不足引承载力不足引 起的沉陷。起的沉陷。2.边坡滑塌3.碎落和崩塌4.路基沿山坡滑动5.不良地质和水文条件造

21、成的路基破坏2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐边坡滑塌边坡滑塌2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐边边坡坡滑滑塌塌2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐水水毁毁2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐水毁水毁2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐2.5 路基的破坏形态及其防治措施路基路面工程土木工程学院道桥系 韦璐二、路基病害防治二、路基病害防治正确设计路基横断面；正确设计路基横断面