道路工程 道路结构设计与施工

第六章道路结构设计与施工第一节一般路基设计一﹑路基理论

是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载。二﹑路基工程的特点1、结构简单；2、受自然因素影响很大；3、有大量土石方工程。三、路基设计的内容

1、选择合理的路基断面形式；2、选择路基填料与压实标准；3、确定边坡形状和坡率；4、路基排水系统设计和排水构造物设计；5、防护加固工程设计。四、路基的基本要求

1、要有足够的稳定性；2、要有足够的强度；3、要有足够的刚度；4、要有足够的耐久生。五、路基常见病害

1、路堤沉陷2、路基边坡坍方

⑴剥落⑵碎落⑶滑坡⑷崩塌

3、路基翻浆4、路基沿山坡滑动六、路基产生病害的原因

1、不良工程地质和水文地质条件；2、不良水文、气候因素；3、设计不合理；4、施工不按操作规程和设计要求进行。

七、路基的断面形式

1、路基的基本断面形式：⑴路堤⑵路堑⑶半填半挖

2、路基横断面《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）①一般路堤

护坡道：一般公路1～2m,高速公路＞3m.②河路堤

路基必须保持一定的高度。有防护工程。③半填半挖路基

当自然横坡陡于1:5时，路堤基地应挖成台阶，宽≥1m，且有2-40%向内倾斜的坡度。挖方边坡上方5m以外设截水沟。

④矮墙路基

用于土质松散处。矮墙用浆砌或干砌片石，高度不宜超过2m，顶宽0.5m-0.8m，墙内坡竖直，外坡为1:0.2-1:0.5．填方矮墙用浆砌片石，高不宜超过1.5m．软土地或冰冻严重地段不宜采用。⑤护肩路基

用于坚硬岩石陡坡地段。填方不大，不宜填筑时。

⑥砌石路基

用于坚硬岩石地段，填方较大不宜建筑时采用。

⑦土墙路基⑧脚路基

当山坡上的填路基有斜坡下滑的倾向时采用。

⑨挖方路基八、路基的干湿类型1、湿度来源

①大气降水②地面水③地下水2、干湿类型

①干燥②中湿③潮湿④过湿3、划分依据①根据实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度Wc：②根据自然区划、土质类型。排水条件及路床表面距地下水位或地表积水位的高度按《规范》确定。式中：Wc—土的平均稠度WL—100g平衡锥所测土样液限含水量（％）WP—100g平衡锥所测土样塑限含水量（％）W—路床80cm深度内的平均含水量（％）根据分界稠度WC1,WC2,WC3查表4.1P125确定：干燥WC>WC1,中温WC1>WC>WC2潮湿，C2>WC>WC3过湿，WC<WC3九、公路自然区划

指为了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，施工和养护中采取合适的设计参数和技术措施，以保证路基路面的强度和稳定性，对全国进行了公路自然区划，即将自然条件相近的地区划分为同一自然区。

《公路自然区划标准》（JTJ003—86）对我国进行了自然区划，分为三个等级，1.Ⅰ区北部多年冻土区2.Ⅱ区东部温暖季冻区3.Ⅲ区黄土高原干湿过渡区4.Ⅳ区东南湿热区5.Ⅴ西南潮湿区6.Ⅵ西北干旱区7.Ⅶ青藏高寒区十、路基土的强度指标

布西奈斯克公式：式中：P—集中力（kN）U0—土的泊松比（0.35）E0—土的弹性模量（μpa）r—距集中力作用的距离（㎝）—距集中力为r的表面变化（㎝）

151、当路基建成后，用刚性承载板测定、式中：E0—土基回弹模量（μpa）；D—刚性承载板直径，D=30㎝；—土基泊松地，=0.35；—回弹变形小于1mm的各级荷载单位压力总和;—各级荷载单位压力作用下，回弹变形小于1mm的回弹变形总和。2、当新路设计时，估算E0十一一般路基设计

一）、一般路基：是指在正常工程地质条件下修筑填挖高度不超过设计规范或技术手册所允许的范围，其设计可直接参照现行设计规范或标准图，不必个别论证和详细验算。

1、高路堤：填土高度超过18m，填石高度超过20m。2、深路堑：大于20m的挖方。

二）、路基的基本构造：

1、路基宽度B，根据“路基横断面设计”确定

2、路基高度H，是指路堤的填筑高度加上路面结构厚度或路堑的开挖深度，是道路中桩原地面标高与路基设计标高的相差值。3、边坡坡度：

1：=1：m式中：b—边坡宽度；H—边坡高度。4、其它设施：

①取土坑；②弃土堆；③护坡道；④碎落台。三）、路堤设计1、路堤（路床）是指路面的基础，是路面以下80㎝范围内的路基部分，承受由路面传来的荷载。

①路床a.上路床：0～30㎝b.下路床：30～80㎝②路堤a.上路堤：80～150㎝b.下路堤：再往下2、地基的处理

①原地面坡度陡于1：5时，应开挖台阶；②原地面坡度陡于1：2.5时，应采用石砌护脚。3、路基填料

最理想的材料应当是稳定性好、压缩性小，便于施工压实及运距短的土、石材料。①填料分类a.砾石（gravel），不易风化石块：渗水性强，水稳性好，强度高，塑性变形小。b.碎石土（crushedstone）、卵石土、砾石土、粗砂、中砂。渗水性强、水稳性好。c.砂性土（sandysoil）良好强度及水稳生。d.粘性土（cohesivesoil）渗水性差e.粉性土（siltysoil）干燥时易碎，潮湿时会形成水分积聚。f.重粘土，渗水性极差。②填料原则，应选用级配较好的粗粒土。a.砾（角砾）类土、砂类土优先选用。b.泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、易溶盐超过限量的土，不得直接用。c.冰冻地区路床及浸水部分路堤不能直接采用粉质土。d.强风化岩石、浸水后易崩解的岩石不宜作为浸水部分填料。e.细粒土含量超过最佳含水量两个百分点时应凉晒或掺入石灰、固化材料。f.桥涵台背、挡土墙背填料应优先选用砾（角砾）类土、砂类土。4、路堤边坡sideslopeofsubgrade①形式a.直线形b.折线形C.台阶形②坡度，按《规范》选用填料种类边坡高度(m)迎坡坡度全部高度上部高度下部高度全部高度上部高度下部高度粘质土、粉质土、砂类土20812—l：1.51：l.75砂、砾12——1：1.5漂(块)石土、卵石土、砥(角砾)粪土、碎石土20128—1：l.5l：1.75易风化的石块20812—1：15l：1.5四）、路堑设计

1、路堑，是从天然地面开挖出来的路基构造物。2、边坡，按《规范》选用3、排水4、防护十二路基施工一）、路基施工方法

1、人工施工2、简易机械化施工3、水力机械化施工4、爆破法施工5、机械化施工

选择施工方法，应根据工程性质、工程数量、施工期限，可获得人力及机械设备的条件来考虑。二）、施工前的准备1、施工测量和放样2、路基横断面核查3、施工前复查和试验（W，WP，WL）4、试验路段①不同施工方案做试验路段，选择最佳方案；②位置选择具有代表性地段，路段长度不小于100m；③所用材料、机具与将来全线施工所用材料、机具相同；④施工完成后，检测有关指标，发现缺陷及时变更设计。三）、路基的压实1、压实度

式中：——工地试样干密度；——击实所得最大干密度；（标准查表P166）2、压实土基的意义①提高土体密实度；②降低土本透水性；③减小毛细水上升高度；④防止水分积聚和侵蚀。3、土基压实原理《土质学与土力学》中已讲。4、影响压实度的因素①含水量②土质③压实功能④压实机具夯击式作用最深；振动式次之；碾压式最线。⑤压实方法a.压实机具重量较小，作用时间较长，密实度高；b.碾压速度越高，压实效果越差。四）、路基填方施工1、基底处理及零填挖路床①基底处理a.清除杂草，深度不小于15㎝，清理后压实，在大于30㎝，深耕地段，应翻松、打碎、整平压实，特殊地基应做相应处理；b.地面横坡1：5～1：2.5时，挖成台阶，当陡于1：2.5时应做特殊处理。②零填挖路床a.0～30㎝若原天然土密实度达不到要求时，应将地面翻挖压实，达到要求密实度；b.易翻浆土层应挖除换土。2、填料选择3、最佳含水量确定①太干，用土前一天浇水；②太湿，晾晒。4、填筑方法选择

①水平分层法②竖向分层法③混合法5、填方压实①压实机具先轻后重；②碾压速度先慢后快；③碾压路线一般直线段先以路缘向路中心，再从中心向两侧顺次碾压；弯道没超高横坡度时，由低向高一侧碾压；碾压时相邻轮迹重叠左右（约15～20㎝）；振动压路机应重叠0.4～0.5㎝。④经常检查土的W及K，并采取相应措施。⑤压实机具的选择a.砂性土优选振动式、夯击式次之，静压式较差；b.粘性土优选静压式和夯击式，振动式较差。6、桥涵及构造物处填筑①填料的选择砂性土及透水性材料。②填筑方法③排水④压实五）、路基挖方1、开挖注意事项：

①不得乱挖、超挖；②处理排水；③做好支挡工程；④提高生产效率；⑤移挖作填。2、路堑开挖方案选择：①纵挖法a.分段纵挖；用于路堑较长，运距较远。b.分层纵挖，用于深度不大。c.通道纵挖，用于土石方工程量集中段。②横挖法，适用于较短路堑。③石方开挖爆破法；松土法。第二节沥青混凝土路面结构设计

2.1概述

一．路面

是位于路基上方，直接承受荷载和自然因素的作用，由各种材料接受不同比例拌和，铺筑而成的一种带状构造物。

二．路面结构

1.面层2.基层3.垫层三．路面类型

1.按面层使用材料分：

①沥青类②水泥砼③粒料④块料

2.按强度构成原理分：

①嵌锁法②级配法③稳定法④铺砌法

3．按荷载作用下的力学性质分：

①柔性路面:各种基层（除水泥砼外)各类沥青面层，碎石面层，块料面层.②刚性路面：水泥砼作面层或基层。③半刚性路面：以石灰水泥稳定土，石灰水泥处治碎石，含工业废渣基层。

4.常见路面结构层类型：

①碎砾石类:a.泥结碎石：以碎石为骨料，黏土作填充料粘结料经压实而成的路面结构层。适用于基层和中级路面基层。b.泥灰结碎石：以碎石为骨料，用一定数量的石灰和作粘结料,经压实而成的路面结构,适用于基层。c.级配碎（砾）石：由各种集料和土，按最佳级配原理配制并铺压而成的路面结构.适用于基层和中层路面面层。d.水结碎石：用大小不同的扎制碎石从大到小分层铺，洒水碾压，依靠碎石嵌锁和石粉胶结作用形成的路面结构层，适用于基层。②结合料稳定类：a.石灰（稳定）土：将一定量的石灰同粉碎土拌和，摊铺，在最佳含水量时压实，经养生成型的路面结构，适用于基，垫层。

b.水泥稳定土：在粉碎的和原来松散的土中掺入适量的水泥和水经拌和，压实，养生成型的路面结构层。适用于基，垫层。c.沥青稳定土用沥青做结合料，与粉碎的土或土集料混合经拌和，铺压而成的路面结构.用于基，垫层。d.工业废渣:用石灰或石灰下脚料做结合料,与活性材料及土或其他集料按一定配合比,加适量水拌和，铺压，养生成型的路面结构层.适用于基层，垫层。

③沥青类

a.沥青表面处治：用沥青和矿料按层或拌和方法，铺筑厚度不大于3cm的一种薄层路面面层，防水层，磨耗层，防滑层。b.沥青贯人碎石：用大小不同的碎石或砾石分层铺筑，颗粒尺寸自下而上逐层减小，同时分层贯人沥青，经分层压实而成的路面结构层。适用于次高级路面面层，高级路面基层，联结层。c.沥青碎石：以一定级配的矿料用沥青做不结合料，按一定比例配合，拌匀，铺压而成的路面结构层。适用于高级，次高级路面面层，高级路面基层，联结层。d.沥青砼：由适当比例的各种不同大小颗粒的矿料和沥青在一定温度下拌和成混合料，经铺压而成的路面结构层。

④水泥砼：以水泥与水合成水泥浆为结合料，碎（砾）石为骨料，砂为填充料，按适当的配合比例，经加水拌和、摊铺、振揭、整平、养生所筑成的路面结构层。适用于高级路面面层、基层。⑤块料类a.整齐块石b.半整齐块石c.水泥石砼联锁块分别以加工的整齐块石、半整齐块石、预制的水泥砼联锁铺砌而成的路面面层。分别适用于高级路面面层、次高等级路面面层、高级路面面层。四、路面等级1、高级路面①公路等级：高速、一、二级公路用；②面层类型：沥青砼、水泥砼；③特点：a.强度、刚度高，稳定性好；b.使用寿命长，能适应较繁重的交通量；c.平整无尘，能保证高速行车；d.养护费用少，运输成本低；e.投资大。2、次高级路面

①公路等级：二、三级公路；②面层类型：沥青贯入式，沥青碎石、沥青表面处治；③特点：a.强度、刚度较高；b.使用寿命较长，适应交通量较多；c.行车速度较高；d.造价较低；e.费用和成本较高。3、中级路面①公路等级：四级公路；②面层类型：碎（砾）石、半整齐块石、粒料类。③特点：a.强度、刚度低，稳定性差；b.平整度差，易扬尘；c.仅适应较小交通量；d.行车速度低，造价低；e.养护费用高、运输成本高。4、低级路面①公路等级：四级公路；②面层类型：粒料、当地材料。③特点：a.强度、刚度最低；b.水稳性、平整度均差，易扬尘；c.仅适应较小交通量；d.低速行车，适用较小交通量；e.造价低，养护运输成本高。五.路面的基本要求1.足够的强度刚度；2.足够的稳定性；3.足够的耐久性；4.足够的表面平整度；5.足够的表面挖滑性能；6.足够的少尘性和低噪声。2.2沥青路面的设计与施工一.沥青路面的设计1.设计内容①材料的选择，混合料配合比设计、设计参数的测试与确定；②路面结构层组合与厚度计算；③路面结构方案地选；④路面加宽加固设计；⑤路面排水系统设计。2.设计原则①应根据使用要求及气候、水文、地质等自然条件，密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计；②在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则。进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠，有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。③结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术，应在路面设计方案中积极、慎重地加以应用。④应注意环保、施工人员健康和安全。⑤推广机械化施工；⑥高速、一级公路不宜分期修建。⑦对有可能产生较大沉降路段，宜按“分期修建”或“一次设计分期实施”原则。3.路面结构组合设计

①路面等级与路面类型的选择公路等级路面等级面层类型设计年限(年)设计年限内累计标准轴次(万次/一车道)高速公路一级公路高级路而沥青混凝土l5＞4∞二级公路高级路面沥青混凝土12＞200次高级路面热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式10100～200三级公路扶高级路面乳化沥青碎石混合料、沥青表面处治10～100蹬级公路中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎(砾)石、半整齐石块路面≤10低级路面粒料改善土半刚性基层上沥青层推荐厚度公路等级沥青层推荐厚度(㎝)公路等级沥青层推荐厚度(㎝)高速12～18三2～4一10～15四1～2,5二5～10②沥青层厚度确定③基层选择：

a.有足够强度，水稳定性，抗冻性；b.收缩变形小，抗冲刷能力强；c.就地取材；d.确定合理配全地；e.每侧比路面宽至少25㎝。④垫层选择：

a.材料宜选用粗砂、砂砾、碎石、媒渣、矿渣等。b.高速、一、二级公路排水垫层应铺至与路基同宽，三四级公路可比底基层每侧宽至少25㎝。

⑤路面总厚度应满足最小总厚度的要求。最小防冻厚度（㎝)

土质粘性土、细亚砂土粉性土路基类型基、垫目类道路冻深(㎝)砂石类稳定土类工业废料类砂石类稳定土类工业废料类50～10040～4535～4030～3545～5040～4530～40100～15045～5040～4535～4050～6045～5040～45中湿150～20050～6045～5540～5060～7050～6045～50大于20060～7055～6550～5570～7560～7050～6560～10045～5540～5035～4550～6045～5540～50100～15055～6060～7055～6550～60潮湿150～20060～705S～6550～5570～8065～7060～65大干20070～8065～7555～7080～lOO70～9065～804.新建路面厚度设计①设计步骤a.根据设计任务书的要求，确定路面等级、面层类型、设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值；b.按路基土类和干湿类型，将路基划分为若干路段，确定各路段EO。c.根据设计弯沉值计算路面厚度；d.进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。②设计标准标准轴载BZZ-100标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ一100标准轴载P(kN)100单轮传压当量圆直径d(mm)21.30轮胎接地压强p(MPa)070两轮中心距(㎝)1.5d③设计参数

a.累计当量轴次Ne

式中：Ne——设计年限内一个车道上的累计当量轴次；t——设计年限；N1——第一年双向平均日当量轴次；Nt——第t年双向平均日当量轴次；r——设计年限内交通量年半长率（%）η——车道系数。b.土基回弹模量EO；c.路面材料模量。④路面厚度计算a.容许弯沉值（设计弯沉值）式中：——容许弯沉值（0.01mm）——公路等级系数；——面层类型系数；——基层类型系数。b.容许弯拉应力

式中：——容许弯拉应力值；——劈裂强度；——抗弯拉强度结构系数；

c.容许剪应力式中：——容许剪应力；——抗剪裂强度；