路基路面 总论

路基路面工程平顶山工学院土木工程系

主讲:王宏艳

目录第1章总论4第2章行车荷载环境因素材料的力学性质4第3章一般路基设计2第4章路基稳定性分析计算6第5章路基防护与加固2第6章挡土墙设计4第7章路基路面排水设计4第8章土质路基施工2第9章石质路基爆破施工第10‾12章碎砾石路面、块料路面、无机结合料稳定路面2第13章沥青路面4第14章沥青路面设计6第15章水泥混凝土路面4第16章水泥混凝土路面设计4第17章路面养护与管理先修课程：工程地质与水文地质、水力学、土力学、弹性力学、土木工程材料、道路勘测设计、混凝土结构设计原理该课程主要知识模块如下：理论课部分：路基工程，

挡土墙，路面基层，沥青路面，水泥混凝土路面，路基路面排水。共48学时。实践部分：《路基路面工程》课程设计，1周。实验部分：《路基路面工程》实验，8学时。

第一章总论学习要点：掌握路基路面工程特点，路面结构及层位功能；熟悉路基的水温状况及干湿类型，路面的等级与分类；了解影响路基路面稳定的因素，公路自然区划，路基土的分类；第一章总论第一节道路工程发展概况道路发展概况发展历史道路是供各种车辆（指无轨车辆）和行人通行的工程设施的总称。大约公元前4000年出现车轮，这是人类物资文化发展史中的大事。随着车轮的出现，以动物为牵引的轮式车辆开始使用，它对道路提出了更高的要求，宽度和质量较好的马车道路出现了。人工修建道路，最早始于中国。夏代有制造车辆的记载。

(1)上古时代、周朝（公元前2000年前）就有了车和行车的路;

《史记》：周道如砥，其直如矢。（砥(dǐ):磨刀石，喻平坦；矢(shǐ)直也）

《周礼》：匠人营国，方九里，旁三门。国中九经九纬，环涂七轨，野涂五轨。（涂，同途，道路）

(2)商代（公元前16世纪～约公元前1066年）开始有驿道传送。（驿，从马,本义:古代供传递公文或传送消息用的马。）(3)西周（公元前1066年～公元前771年）开创了以都市为中心的道路体系，还建立了比较完善的道路管理制度。(4)战国时期：有“金牛道”的记载。(5)秦朝（公元前221年～公元前206年）：修驰道、直道，颁布“车同轨”法令，建立了规模宏大的道路交通网，以咸阳为中心，向各方辐射，总里程约1.2万多公里。(6)西汉时期（公元前206年～公元前23年）：驿亭3万处；丝绸之路（连接欧亚大陆洲际道路，东西方经济文化交流）。丝绸之路最早是19世纪德国地理学者希托赫芬首先命名“SeidenStnassen”，英国译为“SilkRoad”，从而传遍全球。(7)唐代（公元618年～公元907年）：以长安城（今西安）为中心约2.2万多公里的驿道网。(8)元朝：驿制盛行，驿站1496个。(9)清代：形成层次分明，功能完善道路系统“官马大路”、“大路”、“小路”，分别为京城到各省城、省城到地方重要城市及重要城市到市镇的三级道路；其中，“官马大路”就长达4000余华里。(10)旧中国：1901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(长沙至湘潭,长约50km,中国最早按现代设计修建的沥青路面)抗战时期，著名的滇缅公路（BurmaRoad）长约1126km，缅甸腊戌至中国昆明。1949年，全国通车里程仅7.8万km，机动车7万余辆。(11)新中国：1949～1957年，完成主干线青藏、康藏、青新、川黔、昆洛等线，里程30万km。

1958～1965年，公路里程增长更快时期，总里程达52万km。

1975年，公路里程达78万公里。1975年～1978年，公路里程达85万公里，其中一、二级路21.194公里。2发展现状(现在)

当前我国的公路交通事业得到长足发展，高等级道路及高级路面迅速增加，这一时期是中国公路历史上发展速度最快、规模最大、最具活力的时期。高速公路：0km→1万km15年

1万km→2万km2.5年

2万km→3万km2年

3万km→4万km2年

4万km→5万km1.5年一级公路：0km→1万km20年

1万km→2万km5年

2万km→3万km3年

3万km→3万km2年

4万km→5万km1.5年

当前道路发展存在的问题虽然我国道路建设取得了长足的发展，但交通运输在整体上仍不能满足社会经济发展和人民生活的需求，仍然是制约国民经济发展的“瓶颈”，与发达国家相比还有较大差距。主要表现在以下四个方面：(1)高等级道路的比例和路面铺装率都很低,目前粗放型道路网制约了交通现代化的实现；(2)干线道路网中高等级道路数量不足，尚未形成全国性高速道路网，地区发展不平衡，制约了社会经济发展；(3)已建成通车的高速公路与其它高等级道路之间许多还未联网，达不到规模效应，现代化的道路网还未行成；(4)道路发展与汽车保有量的快速增长情况不相适应，汽车保有量的速度远比道路建设的发展速度快得多。

3发展的前景（将来）(一）公路发展规划

①国道主干线系统——“五纵七横”规划它是国道网中由高速公路和一、二级公路为主组成的快速通道。国道主干线系统，总里程约3.5万公里，由五纵七横12条路线组成。连接首都、各省（自治区）省会（首府）、直辖市、中心城市、主要交通枢纽和重要口岸。这个系统形成后，车辆速度可提高一倍，城市间、省际间、经济区域间400km～500km的公路运输可当日往返，800km～1000km的可当日到达。

②四纵四横8条省际公路通道规划为了贯彻中央提出的西部大开发战略的要求，交通部提出了四纵四横8条省际公路通道规划；功能目标是加强西部和中东部的联系；西北、西南的联系；提高西部通江达海的能力；改善与周边国家的交通条件。

③国家重点公路建设规划考虑到中、东部地区的需要，特别是东部沿海一些发达地区，“五纵七横”的分布远远不能满足省域经济和交通发展的需要，包括中等城市快速对外交通的需要，又提出了一个加密性质的规划，定义为“国家重点公路建设规划”,作为一个过渡性的方案。该规划包括13条纵线和15条横线，规模有7.1万公里。作为公路线路规划的补充，还提出了国家公路枢纽规划，全国共45个，目前正在进行全面建设。

④国家高速公路网规划随着新时期经济的快速发展，随着生活方式的转变和生活质量的提高，为满足对交通服务越来越高的要求，搞好公共服务，优化跨区域资源的配置和管理，很有必要规划和建设一个统一的国家级高速公路网。2004年12月17日，《国家高速公路网规划》业经国务院审议通过，标志着中国高速公路建设发展进入了一个新的历史时期。

国家高速公路网是中国公路网中最高层次的公路通道，主要连接大中城市，包括国家和区域性经济中心、交通枢纽、重要对外口岸；承担区域间、省际间以及大中城市间的快速客货运输，提供高效、便捷、安全、舒适、可持续的服务，为应对自然灾害等突发性事件提供快速交通保障。

国家高速公路网规划采用放射线与纵横网格相结合的布局方案，形成由中心城市向外放射以及横连东西、纵贯南北的大通道，由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，简称为“7918网”，总规模约8.5万公里，其中：主线6.8万公里，地区环线、联络线等其他路线约1.7万公里。(三)公路科技发展规划与方向

总目标：围绕国道主干线、水运主通道、港站主枢纽和支持保障系统的建设，为提高运输生产效率、效益和安全保障，研究开放和应用先进适用的成套技术，发展和应用面向交通行业的电子信息及通信技术、自动控制技术和新材料技术等高新技术，大力发展高速、重载的交通运输装备，使交通全行业的技术水平和技术构成有一个较大幅度的提高和新的突破，形成快速、准时、经济、便利、安全、优质的公路客货体系。

技术发展趋势：（1）服务功能方面：安全化（复杂路况、特殊灾害性天气条件、不良地质状况）、智能化（以人为本、彩色、荧光、融雪）、环保化（排水、降噪、低吸热、吸收汽车尾气）（2）技术性能方面：资源节约、环境友好、寿命延长、性能提升（高温、低温、水稳定性、疲劳）二.路基路面工程研究内容（一）研究内容及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（二）相关学科材料力学岩土工程学结构分析理论机电工程自动控制与量测技术现代管理科学存在问题：

1.公路网标准低，数量少，布局不合理。

2.道路交通管理落后，城市交通拥挤阻塞。

3.规划不合理，路网总体服务水平低,抵御自然灾害能力差。

4.公路建设质量差，20％高速公路出现早期大修。课程特点：

1.交叉性

2.实践性3.融合性4.更新性第二节路基路面工程的特点一.路基路面的概念1.路基：天然地表面按照道路的设计线形和设计横断面的要求开挖或填筑而成的岩土结构物。2.路面：在路基顶面的行车部分用各种混合材料铺筑而成的层状结构物。3.相互关系：路基是路面的基础路面的存在又保护了路基二.路基路面工程特点工程数量可观耗材、耗资、耗劳力多涉及面广，工程复杂多变设计、施工、养护应有机结合三.路基路面的基本特性1.承载能力强度：抵抗应力刚度：抵抗变形2.稳定性受力状态的影响自然条件的影响3.耐久性抗疲劳、抗老化、抗累计变形能力4.表面平整度5.表面抗滑性能第三节影响路基路面稳定的因素地理条件：地形、地貌、海拔高度等地质条件：岩石种类、成因、走向厚度等气候条件：气温、降水、湿度、冰冻、日照、风力等水文和水文地质条件：河流洪水位、常水位、地表积水、河岸淤积、地下水位、地下水移动规律等土的类别植被覆盖情况人为因素总之，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。第四节路基土分类一.路基土分类分类依据：土颗粒的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质含量、土的塑性指标巨粒土

试样中巨粒组质量大于总质量的50%粗粒土

试样中粗粒组质量大于总质量的50%细粒土

试样中细粒组质量大于总质量的50%特殊土二.路基土的工程性质巨粒土：

很高的强度和稳定性，良好的路基填筑材料2.级配良好的砾石混合料：

密实程度好，强度和稳定性能满足要求。可填筑路基、中级路面及高等级路面的基层、底基层。3.砂土：强度与水稳定性均好，但压实困难，可采用振动法压实，并可掺加少量粘土4.砂性土：级配适宜，强度、稳定性均好，是理想的路基填筑材料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、翻浆等病害，属不良公路用土。

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。所以应在适当含水量时加以充分压实并设置良好的排水设施。7.重粘土：不透水，粘聚力特强，塑性很大，干燥时很硬湿陷性黄土：呈黄色或黄褐色，粉土含量占60％以上，含有大量的碳酸盐、硫酸盐和可溶性盐类，天然孔隙比在1左右。在自重压力或附加压力共同作用下，受水浸湿后的结构迅速破坏而发生显著附加下沉。

膨胀土：粘性含量高，其中0.002mm的胶体颗粒一般超过20％，土的液限wI>40%,塑性指数Ip>17，在22～35之间，自由膨胀率>40%,吸水膨胀，失水收缩，强度较高，压缩性低，易被误认为是较好的土。

盐渍土：地表土层1m以内的土易溶盐含量大于0.5％根据其含盐量可分为：氯盐渍及亚氯盐渍土、盐酸盐渍土及亚盐酸盐渍土、碳酸盐渍土第五节公路自然区划一.区划的目的

区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，并在路基路面的设计、施工和养护中采取适当的技术措施和采用合适的设计参数，以保证路基、路面的强度和稳定性。二.区划的原则

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别的结果。

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。三.区划的分级一级区划

划分方法：在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值线和三阶梯的海拔高度线为主要标志，二条等高线：1000m、3000m等高线：1000m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；3000m等高线沿帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山、祁连山、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；

具体划分：全国首先划分为三大地带：多年冻土、季节冻土和全年不冻土，再进一步根据水热平衡和地理位置划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖、和高寒七个大区：北部多年冻土区东部温润集结区黄土高原干湿过渡区东南湿热区西南潮暖区西北干旱区青藏高寒区

2、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33个二级区和19个副二级区。潮湿系数K为年降雨量与年蒸发量之比。3、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、市、自治区自行划定。四.一级自然区对路面结构设计要求

一级区名称公路工程的自然条件特点路基路面的设计要求北部多年冻土区多年冻土层春夏有热融发生，降低土基强度；秋季层上水由上至下冻结，形成承压水；冬季产生冻胀。路面设计重要原则是维持冻稳性，保护冻土上限不至下降；路基设计宁填勿切，填土最好为冻稳定性好的土或砂砾东部湿润季冻区冬季冻胀，春季翻浆，夏秋水毁和泥石流有一定影响。地形以平原和丘陵为主。路基填土高度应符合要求；应采取措施隔温、排水、截断毛细水上升；应用水稳性冻稳性好的材料做路面基层。黄土高原干湿过渡区为东部温润季冻区向西北干旱区和西南潮暖区的过渡区。地下水位深，干燥土基强度较好，但粉质大孔性黄土易冲蚀和遇水湿陷。选择不透水的面层或上封闭层，以防雨水下渗造成黄土失陷；潮湿地段注意排水；掺灰类结构层是稳定的路面基层，或在石料基层下设砂砾底基层一级区名称公路工程的自然条件特点路基路面的设计要求东南湿热区雨量充沛，雨型季节性强，台风暴雨多；地温高，易引起沥青路面泛油，加大水泥路面翘曲应力；水稻田多，土基湿软，强度低。注意黑色面层材料的热稳定性和防透水性；沥青材料宜选用较高标号，保证基垫层稳定性；加强公路排水设施；水稻田、软土和潮湿路段应处理。西南湿暖区雨期较长，蒸发较少，渗透较大，故土基较湿；石质路基和部分干湿季节分明地区，土基强度较高。保证其湿稳性；过湿地区已采用路堤，并使边坡符合要求；石料丰富，有利于设计中就地取材。西北干旱区土基强度和水文状况均佳，筑路砂石材料较多；中级路面易搓板松散和扬尘；高山区有风雪流危害；灌区和绿洲有冻胀翻浆。保证其干稳定性，改建沥青路面为有效方法；绿洲灌区应充分利用就近所产砂砾、石料进行处理；还应注意风蚀和沙埋的防治。青藏高原区滑坡、崩塌、泥石流等极严重；沥青老化快；公路通过条件困难。按保温原则设计，保证路基稳定性；沥青路面设计应采取措施。如不注意各区的筑路特点，则可能造成工程病害。由土体失稳造成的病害（一）由土体失稳造成的病害（二）第六节路基水温状况及干湿类型一.路基湿度的来源大气降水地面水地下水毛细水水蒸气凝结水薄膜移动水

二.大气温度及其对路基水温状况的影响冻涨：积聚于面层下的水结冰后体积增大，使路基隆起而造成的路面开裂等破坏现象。

翻浆：冻涨土在温度升高后融解，无法迅速排除，在行车荷载作用下，路基路面结构产生较大变形，湿度很大的路基土会以泥浆的形式从冻涨后开裂的路面层裂隙中冒出或挤出。冻胀翻浆翻浆存在问题：早期破坏、重载三.路基干湿类型1.干湿类型：

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ωc1,ωc2

和ωc3

来划分。2.稠度：稠度ωc

定义为土的含水量ω

与土的液限ωL

之差与土的塑限ωp

与液限ωL

之差的比值。

即ωc=（ωL-ω

）/（ωL-ωp

）

1.ωc=1.0,即ω=ωp

，为半固体与硬塑状的分界值；

2.ωc=0,即ω=ωL

，为流塑与流动状的分界值；

3.1.0﹥ωc﹥0，即ωL﹥ω﹥ωp

，土处于可塑状态。干湿类型土组干燥状态中湿状态潮湿状态过湿状态Wc≧W