第一章-总论课件

路基路面工程覃媛媛ls_qyy@163.com课时安排：讲授——56学时实验课——8学时学分——4学分教材：路基路面工程（第三版）邓学钧人民交通出版社

本课程的设置及其重要性1、本课程在教学体系中的位置

公共课程—数学、英语、人文等

基础课程—工程力学、结构力学、弹性力学等

专业基础课程—道路建筑材料、土木工程测量、土力学等；

专业课程—道路勘测设计、路基路面工程、桥梁工程等

专业提高课程—众多选修课程2、本课程在工程实践中的重要性实践环节—室内试验确定路面结构设计的主要参数等；

—野外试验确定交通参数、路面结构参数等；

—结构综合设计进行路面结构设计、施工组织设计

本课程的设置及其重要性路基工程路面工程道路组成1路基2路面3其他设施路基路面工程课程简介模块课程结构路基工程模块路面工程模块第一章总论第二章行车荷载、环境因素、材料性质第三章路基一般设计第四章路基边坡稳定性与设计第五章路基防护与加固第六章挡土墙设计第七章路基路面排水设计第八章土质路基施工第九章石质路基爆破施工（自学）第十章碎、砾石路面第十一章路基边坡稳定性与设计第十二章无机结合料稳定路面第十三章沥青路面第十四章沥青路面设计第十五章水泥混凝土路面第十六章水泥混凝土路面设计第十七章路面养护与管理掌握内容：原理、设计方法、构造要求、施工技术、附属设施设计第一章总论第一节道路工程发展概况第二节路基路面工程的特点第三节影响路基路面稳定的因素第四节路基土的分类第五节公路自然区划第六节路基的水温状况与干湿类型第七节路面结构及层位功能第八节路面等级与分类第一节道路工程发展概况道路的演变道路的分类城市道路的分类和等级公路的技术等级公路的行政等级路基路面工程系列成果主要内容：道路的发展可粗分为四个阶段：第一阶段：供行人和牛马及其它兽类行走、驮运货物的阶段。此时期的道路通常称为小路或小径(Trail)。第二阶段：供蓄力车辆和行人通行的大道(CartWay)阶段。在中国，有“康衢”、“路”、“驰道”、“驿道”等名称；在欧洲，罗马道路非常发达，有“条条大道通罗马”之说。1、道路的演变第一节道路工程发展概况古罗马道路和结构

1、道路的演变第三阶段：行驶汽车的公路（Highway）阶段。内燃机汽车是德国在1886年由高特列希戴姆勒发明，我国在1902年从国外引进汽车，1906年苏元春驻守广西时首建了龙州到镇南关的公路。通向柏林的A9公路(东德)，使用时间超过50年，

图中为第一阶段的水泥路面1、道路的演变第四阶段：以高速度分层行驶为特征的高速公路阶段。也称为Freeway或Expressway。1、道路的演变机场道面Airportlane国家干线

分类省干线县公路公路乡公路

分级高速公路、一级公路、二级、

三级、四级公路

快速路主干道

城市道路次干道支路及街道其它道路2、道路的分类

道路是供各种车辆、行人等通行的工程设施，按其使用范围分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。公路是指按现行部颁的《公路工程技术标准》修建、经交通主管部门验收认定的城市间、城乡间、乡间主要供汽车行驶的公共道路。城市道路，农牧场、厂矿、林区、港区、油田等内部的生产作业道路，军事基地内道路及游览点内部道路等均不属于公路。城市道路是指城市范围内，供车辆及行人通行的具备一定技术条件和设施的道路，其中，城市系指直辖市、市、镇及未设镇的县城。厂矿道路是指主要供工厂、矿山运输车辆通行的道路；林区道路则建在林区、主要供各种林业运输工具通行的道路。2、道路的分类

城市道路按其在城市道路系统中的地位及交通功能的不同分为四类：

快速路：分向高速行驶、立体交叉、需控制出入，一般具有四车道以上、设中央分隔带。

主干道：在城市道路网中起骨架作用、以解决区间交通联系及对外交通为主的道路。

次干道：连接主干道之间的辅助性干道。

支路：是次干道与街道的连接线，以服务功能为主，解决地区交通。3、城市道路的分类和等级技术等级含义适应的交通量(年平均辆/天)高速公路为具有特别重要的政治、经济意义，专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。（折合为小客车）四车道：25000~55000六车道：45000~80000八车道：60000~10万一级公路为联结重要政治、经济中心，通往重点工矿区、港口、机场，供汽车分向、分车道行驶的公路。（折合为小客车）四车道：15000~30000六车道：25000~55000二级公路为联结政治、经济中心或工矿区、港口、机场等地的公路（折合为小客车）双车道：5000~15000三级公路为沟通县以上城市的公路（折合为小客车）双车道：2000~6000四级公路为沟通县、乡（镇）、村等的公路（折合为小客车）双车道：<2000单车道：<4004、公路的技术等级行政等级含义国道指具有全国性政治、经济、国防意义的国家干线公路，它包括重要的国际公路、国防公路、联结首都与各省和自治区的首府及直辖市的公路，以及联结各大经济中心、港站枢纽、商品生产基地和战略要地的公路。省道指具有全省（自治区、直辖市）政治、经济意义的省级干线公路，包括联结省会与其卫星城市、中心城市、经济区的公路，以及不属于国道的国际公路和省际间的重要公路。县道指具有全县（旗、县级市）政治、经济意义，联结县城和县内主要乡（镇）、主要生产与集散地的公路，以及不属于国道、省道的县际间的公路。乡道指主要为乡（镇）村经济、文化、生活服务的公路，以及不属于县道以上公路的乡与乡之间及乡村与外部联络的公路。专用公路指专线或主要供厂矿、林区、油田、农（牧）场、旅游区、军事要地等与外部联络的公路。5、公路的行政等级6、路基路面工程系列成果公路自然区划土的工程分类路基强度与稳定性高路堤修筑技术与支挡结构软土地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路基路面工程内涵及构成路基路面工程的特点路基路面的使用要求路基路面的性能要求主要内容：第二节路基路面工程的特点路基：是在天然地表面按照道路的设计线形（位置）和设计横断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面：是在路基顶面的行车部分由各种混合料铺筑而成的层状结构物。第二节路基路面工程的特点1、路基、路面的基本概念半刚性基层沥青路面结构表面层中、下面层半刚性基层底基层土基面层基层路基上路床下路床上路堤下路堤上基层下基层（底基层）上面层（表面层）中面层下面层30cm50cm70cm20～40cm4～5cm5～6cm6～8cm70～80cm道路常用层位及厚度70～80cm道路常用层位及厚度面层基层路基上路床下路床上路堤下路堤上基层下基层（底基层）砂石材料改良土或改善土水泥混凝土水泥路面各层位常用材料级配碎石CTB、LFTB…改良土或改善土水泥路面各层位常用材料2、路基路面的基本特点工程数量可观耗材、耗资、耗劳动力涉及面广，工程复杂多变设计、施工、养护应有机结合全天候畅通高速安全舒适经济3、路基路面的使用要求3、路基路面的基本要求1.承载能力：要求具有足够的强度与刚度抵抗各种破坏变形的能力，即保持结构承载能力的性能。强度：抵抗行车作用下产生的各种应力（摩擦阻力、车轮水平力与垂直力、震动冲击力等），避免破坏。

刚度：防止产生过量的变形而形成车辙、沉陷、波浪等破坏。2.稳定性：对于土基即温度水分变化时保持相对稳定的性能。沥青混凝土路面：高温稳定性和低温抗裂性。水泥混凝土路面：高温拱胀、低温缩裂性。影响因素：应力状态和自然条件路面结构的稳定性：自然条件下，抵抗各种因素作用，能够经受大气温度、降水与湿度变化的影响，而保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质。3、路基路面的基本要求3.耐久性

重复荷载作用下可能产生疲劳破坏和累积变形。耐久性即在设计年限（通常15年）内保证正常工作状态而不发生疲劳破坏和累积变形破坏要求。4.表面平整度不平整路面会增大行车阻力、行车颠簸，影响行车速度和行车安全性。5.表面抗滑性能即能够提供足够的摩擦阻力。安全性能指标：抗滑系数（相当于摩擦系数）。防滑措施：沥青路面采用耐磨石料；水泥混凝土路面采用刷毛刻槽。2023/7/29裂缝相关照片-纵向裂缝2023/7/29裂缝相关照片-横向裂缝2023/7/29沥青路面病害种类及原因-车辙2023/7/29沥青路面病害种类及原因-表面磨光第三节影响路基路面稳定的因素主要内容稳定性概念稳定性影响因素

路基路面在车辆及自然因素的综合作用下，不致产生过大变形与破坏的性能。包括结构整体稳定性、温度稳定性、水稳定性。1、稳定性概念自然因素：地理条件：平原(plain)（保证排水设计和最小填土高度）山岭(mountain)地质条件(geologiccondition)

：岩石种类、层理、倾向、夹层、断层气候条件：温度、湿度日照、风力（材料老化和地下水位水文和水文地质条件(hydrogeologiccondition)

：地表、地下土的类别：砂类土、黏性土、粉性土人为因素：设计（合理与否）施工方法和养护与管理措施2、影响因素第四节路基土的分类主要内容土的粒组组成土的种类各种土类的区分各种土的工程性质土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积

风化岩石地球土地球形成过程形成条件物理、力学性质影响

不同的使用目的和场合，划分原则不同，如农业、公路等。

公路用路基土，世界各国大致相近，均依据土颗粒的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量、土的塑性指标。1、土的划分原则2、我国公路路基土的分类划分依据：土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机质存在情况

其中以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界，以0.075mm作为细粒组与粗粒组的分界。而2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限；

0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。

不同粒组的划分界限及范围0.0752、我国公路路基土的分类分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细分为12类3、各种土类的区分巨粒土：巨粒组（＞60mm颗粒）质量多于总质量的50%的土。巨粒土3、各种土类的区分粗粒土砾类土：砾粒组（2~60mm颗粒）质量多于总质量的50%的土。砂类土：砾粒组（2~60mm颗粒）质量小于或等于总质量的50%的土。3、各种土类的区分细粒土细粒土：砾粒组（＜0.075mm颗粒）质量多于总质量的50%的土。

而特殊土则分为黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土和冻土，前三者按特殊塑性图上的位置定名，盐渍土按含盐百分率分类。◆3、各种土类的区分细粒土巨粒土：具有很高的强度和稳定性，是填筑路基的良好材料，也可用于砌筑护坡。级配良好的砾石混合料：密实程度好，强度和稳定性均能满足要求，可用于铺筑中级路面。砂土：无塑性，强度构成以内摩阻力为主，强度和稳定性均好，但砂土粘聚力（粘结性）小，易于松散，压实困难，可以采用振动法压实，并可掺少量粘土，以改善级配组成。砂性土：含有一定数量的粗、细颗粒，强度和稳定性都能满足要求，是理想的路基填筑材料。粉性土：含有较多的粉土颗粒，干时虽有粘性，但易于破碎。粉性土毛细作用强烈，在季节性冰冻地区容易造成冻胀、翻浆等病害。粉性土属于不良的公路用土。4、不同路基土的公路工程性质4、不同路基土的公路工程性质黏性土：中细粒含量较多，土的内摩阻力小而粘聚力大，毛细作用显著。若在适当含水量时充分压实，并设置良好的排水设施，筑成的路基也能获得稳定。重黏土：工程性质与粘性土相似，但粘土矿物成分（蒙脱土、伊里土和高岭土）不同时，性质有很大差别。重粘土不透水、粘聚力特强，塑性(液、塑限之差即塑性指数)很大，施工时很难挖掘与破碎。路基材料选用一般原则：土作为建筑材料，以砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料，重粘土特别是蒙脱土也是不良的路基材料。有些特殊土类（如具有湿陷性的黄土、含有机质的土、膨胀土等）须采用相应的处治技术改良后方可用于填筑路基。道路工程特征相似的原则地表气候区划差异性原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则第五节公路自然区划◆1、公路区划依据的意义◆2、公路区划依据的原则◆3、我国的公路自然区划区划分级：分3级划分一级区划：按冻土情况、水热平衡及地理位置划分

Ⅰ区—北部多年冻土区

Ⅱ区—东部温润季冻区

Ⅲ区—黄土高原干湿过渡区

Ⅳ区—东南湿热区

Ⅴ区—西南潮暖区

Ⅵ区—西北干旱区

Ⅶ区—青藏高寒区二级区划：在每个一级区内，以潮湿系数K即年降雨量R和年蒸发量Z之比为依据，分为过湿、中湿、润湿、润干、中干、过干6个等级。三级区划：是二级区划的具体细化。一种以水热、地理和地貌为依据；另一种地貌、水文和土质为依据，由各省、直辖市自行划定。我国的公路自然区划图北部多年冻土区：多年冻土（保温）、非多年冻土（换填）东部温润季冻区：冻胀翻浆黄土高原干湿过渡区：黄土，对水敏感性强东南湿热区：排水、湿软地基西南潮暖区：不良地质（喀斯特、滑坡）西北干旱区：缺水、雪害青藏高寒区：高寒、冻土（保温）路面结构设计注意事项第六节路基的水温状况与干湿类型主要内容路基湿度的来源大气温度及其对路基水温状况的影响路基干湿类型划分路基干湿类型的确定方法原始土具有的自然含水量；大气降水；地面水；地下水；毛细上升水；水蒸汽凝结水；薄膜移动水……◆1、路基湿度的来源大气降水湿度与温度共同作用对路基造成的病害，最典型的是路基冻胀与翻浆现象。冻胀：积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象；翻浆：路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆◆2、大气温度及其对路基水温状况的影响面层基层xy路基车辆荷载泥浆喷出贯穿裂缝粒料基层保温隔热面层冻结深度温度T↓温度T<0°C温度梯度dT/dz<0路基按其干湿状态不同分为四类：干燥、中湿、潮湿和过湿。一般要求路基处于干燥或中湿状态。

上述四种干湿类型以分界稠度wc1、wc2和wc3

来划分。稠度wc定义为土的含水量W与土的液限wL之差与土的塑限wp与液限wL

之差的比值。即wc=（wL-w）/（wL-wp）

1.wc=1.0,即w=wp

，为半固体与硬塑状的分界值；

2.wc=0,即w=wL

，为流塑与流动状的分界值；

3.1.0﹥wc﹥0，即wL﹥w﹥wp

，土处于可塑状态。◆3、路基干湿类型划分路基干湿类型的划分标准路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面，路基高度过湿路基上部土层处于地下水或地表积水毛细影响区内，路基高度潮湿路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内，路基高度中湿路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表积水影响。路基高度

干燥一般特性路基平均稠度与分界相对稠度的关系路基干湿类型老路：求算平均稠度，查表确定干湿类型

原有道路的土基路槽底部以下80cm范围内（每10cm取土样计算）平均稠度Bm，应在不利季节测定。如当地有非不利季节与不利季节的路基湿度换算关系时，可在非不利季节测定，再换算为不利季节的数值使用。

4、路基干湿类型的确定方法新路：以路基临界高度为判别标准

与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。即：

H1相对应于wc1，为干燥和中湿状态的分界标准；

H2相对应于wc2，为中湿与潮湿状态的分界标准；

H3相对应于wc3，为潮湿和过湿状态的分界标准。图1-6路基临界高度与路基干湿类型H1

、H2

、H3见表1-9（p19-22）4、路基干湿类型的确定方法例题

现有一段位于苏州市郊区的粉质中液限粘土基层，最高地下水位离地面0.8m，路槽底高出地面1.0m，试确定路基干湿类型并预测路基湿度。

解：由区划图:苏州市属IV1区

H=1.0+0.8=1.8m

查表1-9粉性土临界高度H1=1.9~2.1mH2=1.3~1.4m

再由上表H2<H<H1,属中湿类型则wc2≤wc

＜wc1查表可知：wc1=0.96,wc2=0.89因H偏近于H1故：估计路基上层80cm范围内平均稠度均为0.92例题

第七节路面结构及层位功能主要内容路面横断面路拱横坡度路面结构分层及层位功能1.槽式：在路基上按照路面行车道及硬路肩设计宽度开挖路槽，保留土路肩，形成浅槽并在槽内铺筑路面。2.全铺式：

在路基全宽度范围内铺筑路面。有时考虑到道路扩建的需要，将硬路肩及土路肩全部按照行车道标准铺筑路面。槽式路面全铺式路面1、路面横断面1.路拱：

为了保证路面雨水及时排出，路面表面应做成直线型或抛物线型的路拱。2.横坡度：

等级高的路面，由于平整度和水稳性好，通常采用直线型路拱和较小的路拱横坡度。等级低的路面，一般采用抛物线型路拱和较大的路拱横坡度。2、路拱横坡度1.各类路面路拱平均横坡度：参见课本P23表1-102.横坡度选取准则：利于行车平稳和横向排水；干旱地区采用低值，多雨地区采用高值；高等级公路：中央分隔带未设排水设施，则横坡中间高两侧低，由单向横坡向路肩排水；中央分隔带设排水设施，则两侧路面分别设为中间高两侧低，向中央分隔带和路肩两方向排水。路肩横坡度一般较路面横坡大1％。2、路拱横坡度3、路面结构分层及层位功能

由于行车荷载、自然因素等对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱，路面的强度、抗变形能力和稳定性也应随深度而逐渐降低要求，因此，路面的结构应分层铺筑、分为若干层次结构，并按各结构层次的特定状况进行相应的材料要求。面层基层路基上路床下路床上路堤下路堤上基层下基层（底基层）上面层（表面层）中面层下面层30cm50cm70cm20～40cm4～5cm5～6cm6～8cm70～80cm道路常用层位及厚度3、路面结构分层及层位功能1.面层【区别于路面】基本特点：与外界直接接触。功能要求：结构性及功能性材料类型：水泥混合料、沥青混合料及其他混合料结构组成：两层或三层2.基层基本特点：行车荷载扩散，功能要求：结构性材料类型：有机、无机结合料稳定类结构组成：两层或三层3、路面结构分层及层位功能3.垫层基本特点：承上启下（土基与基层）功