《路基路面工程》课件-1.绪论

路基路面工程SubgradeandPavementEngineering

1.路基：在天然地表面上按照道路的设计路线位置和一定的技术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料铺筑而成的层状结构物。一基本概念

《路基路面工程》课程介绍

路基是路面结构的基础，承受由路面传来的行车荷载，坚强而又稳定的路基为路面结构长期承受行车荷载提供了重要的保证；路面结构的存在又保护了路基，使之避免直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。路基路面相辅相成，组成一不可分离的整体。3.路床：路面底面以下0.8m或1.2m范围内的路基部分，在结构上分为上路床（0－0.3m）及下路床（0.3－0.8m或1.2m）两层二本课程的主要内容1.路基工程部分

.概论

.一般路基设计

.路基稳定性分析计算

.路基防护与加固

.挡土墙设计

.路基路面排水设计2.路面工程部分.路面结构组成、行车荷载、环境因素及材料的力学性质.块料、碎砾石、无机结合料稳定材料及路面.沥青路面.沥青路面设计.水泥混凝土路面.水泥混凝土路面设计

三本课程的特点路基路面工程是有关道路结构设计与建筑的一门综合性的科学。隶属土木工程学科。路基路面工程课程特点：1.与其他学科密切相关以工程地质为基础，与土力学、结构工程、岩土工程、材料科学等相关，涉及到水力学、桥梁水文等学科。2.理论联系实际应用不仅有理论基础知识，还有相当多实际应用知识，包括技术要求、技术标准。四、本课程在教学体系中的位置五、本课程的内容主要以公路为主。1.1路基路面工程发展概况2.国外道路工程发展

1.拿破仑时代法国工程师特雷萨盖，1764年发明了新的筑路方法，10年后在法国获得普遍采用，建成了著名的法国道路网.法国尊称特雷萨盖为现代道路建设之父。首先用科学方法改善道路施工技术，筑路技术向科学化和近代化迈出了第一步。

2.英国的苏格兰工程师特尔福德，1815年建筑道路时，采用层式大石块基础的路面结构，大块石基础称为特尔福德基层。特尔福德以道路工程师的身份首先创办了土木工程师学会，并担任了终身的主席，逐渐发展成为国际上群众性学术团体。

3.英国苏格兰的工程师马克当，1816年取消特尔福德所发明的笨重的大石块基础而代之以小尺寸的碎石材料，今天道路工程界仍将这种碎石路面称为马克当路面。

马克当首先科学地阐述了路面结构的两个基本原则，至今犹为道路工程的工作者所肯定：

<1>道路承受交通荷载的能力，主要依靠天然土基，并强调土路基要具备良好的排水，当土路基处于干燥状态下，才能承受交通荷载而不致发生过大沉降；

<2>用有棱角的碎石，互相咬紧锁结成为整体，形成坚固的路面。4.1883年戴姆勒和1885年本茨分别发明汽车.5.1888年邓洛普发明充气轮胎.

加上马克当发明的碎石路面，成为近代道路交通的三大支柱。戴姆勒:德国工程师和发明家,现代汽车工业的先驱者之一。

1872年，戴姆勒设计出四冲程发动机。

1883年，他与好友著名的发明家迈巴赫合作，成功研制出使用汽油的发动机.1885年，将此发动机安装于木制双轮车上，从而发明了摩托车。

1886年，戴姆勒把这种发动机安装在他为妻子生日而购买的马车上，创造了第一辆戴姆勒汽车。

1926年，戴姆勒公司和奔驰公司合并，成立了在汽车史上举足轻重的戴姆勒－奔驰公司.本茨:德国机械工程师，汽油机的发明者和改进者之一。

1885年，本茨制成了单气缸二冲程三轮汽车。

1886年，本茨获得汽车制造的专利权。

1893年，制造出四轮汽车，

1899年，生产出第一辆赛车。

1900年，本茨公司已售出装有三马力发动机的汽车达4000辆，成为欧洲最大的汽车制造公司。

1.1901年中国开始有了两辆汽车。

2.“公路”一词的出现，1920年广东省成立“公路处”开始，以后各地沿用，遂普遍应用于国内。

3.孙中山先生倡言：“道路是文明之母和财富之脉”，并有百万英里碎石公路的设想。4.1934年公布《公路工程准则》，对于路线几何设计、路面和桥涵工程等都有规定，统一了公路工程的技术标准。《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)5.截至1945年抗战胜利，全国公路总里程为123720公里，1949年能通车的公路不过7.5万公里。3.国内道路工程发展7.波恩至科隆高速公路是世界上第一条高速公路，建于1932年。1988年上海至嘉定高速公路建成通车，结束了我国大陆没有高速公路的历史；1990年，被誉为“神州第一路”的沈大高速公路全线建成通车，标志着我国高速公路发展进入了一个新的时代；1993年京津塘高速公路的建成，我国拥有了第一条跨省市的高速公路。6.到2008年底，全国公路通车里程达到358.37万公里，其中高速公路总里程为6.03万公里，继续居世界第二位。

8.1990年，山东第一条高速公路“济青路”破土动工，1993年12月18日，全长318公里的济青高速公路建成通车。2015年底，全国公路通车里程达到457万公里，其中高速公路总里程为12万公里，居世界第一位。2018全国公路总里程477.35万公里高速公路13.65万公里2020全国公路总里程510万公里高速公路15.5万公里。9.2005年公布的高速公路网发展规划，加快国家高速公路网主骨架建设。到2020年，基本建成国家高速公路网.

中国高速公路通车总里程将达8.5万公里。新路网由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”2013年，国务院批准了《国家公路网规划（2013年—2030年）》，国家高速公路网（简称“71118网”）由7条首都放射线、11条南北纵线、18条东西横线，共36条主线，以及地区环线、并行线、联络线等组成，约11.8万公里。规划建设展望线约1.8万公里，总里程13.6万公里，连接全国地级行政中心、城镇人口超过20万的中等及以上城市、重要交通枢纽和重要边境口岸。10.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。

<5>.收费高在全美8.9万公里高速公路中，只有约8000公里是收费路段。中国成为世界上收费公路最多的国家。3.国外高速公路的发展趋势（1）相邻国家之间合作修建高速公路，形成国际高速公路网。更好地发挥高速公路效益，加强国际之间的公路运输联系。

（2）信息化公路将逐步实现。（2020年提出新基建工程建设）信息化公路将着眼于道路的多功能利用，不仅使用路面，还要利用空间，不仅具有运输人和物资的固有的交通功能，还有输送电力等能源及各种信息，加上其所派生出的美化环境、抗灾避难及作为建造其他建筑物的基础等空间功能。

（3）卫星检测及控制系统将得到广泛利用。交通控制中心将充分利用卫星地面系统转发的交通信息，按新的交通流理论，指挥汽车按最优路线行驶，既节约时间，又创造最大利益。1.2路基路面工程的特点一、路基路面工程的特点

1.工程量大、投资大路基与路面工程是道路工程的主要组成部分，工程量十分可观，例如微丘区的三级公路，每公里土石方数量约8000~16000m3；山岭、重丘区的三级公路每公里可达20000~60000m3；对于高速公路，数量更为可观。路面工程则需要大量的沥青、水泥和其他石料等，施工所耗费的材料、人工、机械台班的数量大，施工周期长。路面结构在道路造价中所占比重很大，一般都要达到30%左右。2.涉及面广、占地范围大路基路面是一项线型工程，延续数百公里，甚至上千公里，占用土地范围大。3.结构复杂多变公路沿线地形起伏、地质、地貌和气象特征多变，再加上沿线城镇经济发达程度与交通繁忙程度不一，路基断面形式、防护构造物应根据不同的情况设置。4.路基与路面相互制约合理设计路基，可以减少路面的厚度，降低路面造价。随着我国高等级公路建设的迅速发展，行车荷载、车辆密度和车速增大，对路基的强度、稳定性和沉降控制等要求也越来越高，因此，路基设计要与路面设计结合起来综合考虑。5.对公路的使用性能影响大路基与路面的强度和稳定性直接影响公路的质量和造价。许多公路出现各种各样的病害，相当多的情况是路面损坏、路基坍塌，有些软土地基地段，出现路基过大的沉陷，严重影响车辆通行和行车安全，增加了养护费用，路基路面在公路工程中占有重要的地位。研究路基路面工程的方法：1.概念判断是建立在试验、工程经验积累和大量的调查统计基础上，考虑对路基路面的各种影响因素，做出正确的判断和采取相应的技术措施；2.理论分析是建立在相关的力学理论知识基础上，并借助于各种计算手段，特别是应用电子计算机，对路基路面进行分析和计算。概念判断和理论分析两者是相辅相成、缺一不可。

1.3公路的自然区划

我国地域辽阔，从北向南分别处于寒带、温带和热带，从西部的青藏高原到东部的沿海高程相差4000m以上。不同地区自然条件差异很大。不同地区的温度和湿度差异引起的土基和路面材料的变化对路基路面构筑有明显影响，因此不同地区的路基路面的设计、施工及养护是不同的，根据《公路自然区划标准JTJ003-86》我国划分为七个大区。一、区划的原则和分级1.区划的原则

<1>.道路工程特征相似性原则；同样的自然因素下筑路具有相似性的地区，划分为同一区划内。<2>.地表气候区划差异性原则；地表气候相似的地区，划分为同一区划内。地表气候的差异分为地带性差异和非地带性差异。<3>.自然气候因素的综合性与主导性相结合的原则；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主导作用，将某种因素起主导作用的地区，划分为同一区划内。2.区划的分级：《公路自然区划标准JTJ003-86》1.一级区划——按照等温线将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带，然后根据水热平衡和地理位置，划分为七个大区。2.二级区划——在一级区划内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级（过湿，中湿，润湿，润干，中干，过干），分为33个二级区19个二级副区。潮湿系数K：降雨量R与年蒸发量Z之比。K=R/Z3.三级区划——按照两种划分依据，一是水热、地理、地貌；二是地表地貌、水文地质，由各省、自治区自行划定。Ⅰ北部多年冻土区；Ⅱ东部温润季冻区；Ⅲ黄土高原干湿过渡区Ⅳ东南湿热区；Ⅴ西南潮暖区；Ⅵ西北干旱区；Ⅶ青藏高寒区。Ⅰ北部多年冻土区中有：Ⅰ1连续多年冻土区，Ⅰ2岛状多年冻土区，Ⅳ7华南沿海台风区Ⅳ7a台湾山地副区Ⅳ7b海南岛西部润干副区Ⅳ7c南海诸岛副区Ⅱ东部温润季冻区中有：Ⅱ1东北东部山地润湿冻区Ⅱ1a三江平原副区Ⅱ2东北中部山前平原重冻区Ⅱ2a辽河平原冻融交替副区Ⅱ3东北西部润干冻区Ⅱ4海滦中冻区Ⅱ4a冀北山地副区Ⅱ4b旅大丘陵副区Ⅱ5鲁豫轻冻区Ⅱ5a山东丘陵副区Ⅴ西南潮暖区中有Ⅴ1秦巴山地润湿区Ⅴ2四川盆地中湿区Ⅴ2a雅安、乐山过湿副区Ⅴ3三西、贵州山地过湿区Ⅴ3a滇、南桂西润湿副区Ⅴ4川、滇、黔高原干湿交替区Ⅴ5滇西横断山地区Ⅴ5a大理副区Ⅲ黄土高原干湿过渡区中有Ⅲ1山西山地、盆地中冻区Ⅲ1a雁北张宣副区Ⅲ2陕北典型黄土高原中冻区Ⅲ2a楡林副区Ⅲ3甘东黄土山地区Ⅲ4黄渭间山地、盆地轻冻区Ⅵ西北干旱区中有Ⅵ1内蒙草原中干区Ⅵ1a河套副区Ⅵ2绿洲——荒漠区Ⅵ3阿尔泰山地冻土区Ⅵ4天山——界山山地区Ⅵ4a塔城副区Ⅵ4b伊黎河谷副区Ⅳ东南湿热区中有Ⅳ1长江下游平原润湿区Ⅳ1a盐城副区Ⅳ2江淮丘陵、山地润湿区Ⅳ3长江中游平原中湿区Ⅳ4浙闽沿海山地中湿区Ⅳ5江南丘陵过湿区Ⅳ6武夷南岭山地过湿区Ⅳ6a武夷副区Ⅶ青藏高寒区中有Ⅶ1祁连——昆仑山地区Ⅶ2柴达木荒漠区Ⅶ3河源山原草甸区Ⅶ4羌塘高原冻土区Ⅶ5川藏高山峡谷区Ⅶ6藏南高山台地区Ⅶ6a拉萨副区二、各自然区的特点Ⅰ区——北部多年冻土区北部为连续分布多年冻土，南部为岛状分布多年冻土。筑路时应以保护多年冻土层为原则。Ⅱ区——东部温润季冻区该区路面结构突出的问题是防止翻浆和冻胀Ⅱ5：鲁豫轻冻区：K0.5－1.0；年降雨量600－800mm；最大冻深10－40；地下水埋深2－3

主要自然病害：泥泞、水毁，鲁西南地震。局部轻微翻浆，公路修建较为有利，河漫滩地和凹地常遭水淹，暴雨影响公路畅通Ⅱ5a：山东丘陵副区：K0.75－1.25；年降雨量600－1000mm；最大冻深30－50；地下水埋深>3主要自然病害：泥石流、水毁，地震。路基强度高、筑路材料丰富，地势复杂，山洪对公路一定影响Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区该区特点是黄土对水分的敏感性，干燥土基强度高、稳定性好。在河谷盆地的潮湿路段以及灌区耕地，土基稳定性差，强度低，必须认真处理。Ⅳ区——东南湿热区该区雨量充沛集中，水毁、冲刷、滑坡是道路的主要病害，路面结构应结合排水系统进行设计。该区水稻田多，土基湿软。由于气温高、热季长，要注意黑色面层材料的热稳定性和防透水性。Ⅴ区——西南潮暖区该区山多，筑路材料丰富，对于水文不良路段，必须采取措施，稳定路基。Ⅵ区——西北干旱区该区大部分地下水位很低，道路冻害较轻。个别地区，如河套灌区，内蒙草原洼地，地下水位高，翻浆严重。丘陵区1.5m以上的深路堑冬季积雪厚，雪水浸入路面造成危害，所以沥青面层材料应具有良好的防透水性，路肩也应作防水处理。Ⅶ区——青藏高寒区该区局部路段有多年冻土，须按保温原则设计；气候寒冷，昼夜气温相差很大，日照时间长，沥青老化很快，路面易遭受冬季雪水渗入而破坏。冻土是指温度在0℃以下，并含有冰的各种岩土。土在冻结时的强度相当了次坚石，但含冰冻土一旦融化就完全丧失承载力。所以，冻土工程中温度是一个关键参数。青藏铁路是世界上海拔最高和线路最长的高原铁路，全长约1925公里，其中格拉段长约1118公里。穿越多年冻土区长度为632公里，高原、冻土和生态脆弱就成为青藏铁路修筑的三大难题，而冻土问题是青藏铁路成败的最关键问题。1.4路基土的分类和工程性质我国公路用土依据颗粒组成、土的塑性指数和土质化学成分为4类11种巨粒土：（颗粒>60mm）质量多余总质量的50％的土。

1.漂石：大于200mm颗粒的含量大于50％的土用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，不能用于路基填筑

2.卵石：大于200mm颗粒的含量小于等于50％的土用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，是强度和稳定性都好的路基填料，但是不能用于路基上层填筑粗粒土:

（0.074mm<颗粒<60mm）质量多余总质量的50％的土。1.砾类土：（2mm<颗粒<60mm）质量多余总质量的50％的土是强度和稳定性都好的路基填料，但是不建议用于路基上层填筑；级配和强度等性质优良的砾石或砂砾用作混合材集料（水泥混凝土或贫混凝土等）2.砂类土：（2mm<颗粒<60mm）质量小余总质量的50％的土（1）砂——纯粹的砂是强度和稳定性都好的路基填料，同时也用于其他混合材集料，细砂或粉砂容易产生被动水携带、砂土液化或管涌，不适用于高路堤、沿河路堤和堤坝（2）砂性土——是强度和稳定性都好的优良路基填料三.细粒土

（颗粒<0.074mm）质量多余总质量的50％的土。（1）塑性指数可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征。可塑性的大小用土处在塑性状态的含水量变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围愈大，土的可塑性愈好。

（2）液性指数

液性指数是表示天然含水量与界限含水量相对关系的指标，可塑状态的土的液性指数在0到l之间，液性指数越大，表示土越软；液性指数大于1的土处于流动状态；小于0的土则处于固体状态或半固体状态。粘性土的状态可根据液性指数IL

分为坚硬、硬塑、可塑、软塑和流塑，IL值

IL≤0

0<IL≤0.25

0.25<IL≤0.75

0.75<IL≤1.01.0<IL

状态坚硬硬塑可塑软塑流塑<1>.粉质土强度低，干缩，毛细作用强，毛细上升高度高，可达1.5m，是不良路基填料，粉质土含有较多的粉土颗粒，干时有粘性，易破碎；浸水时，易成为流动状态。<2>.粘性土粘性土含有较多的细颗粒，内摩擦系数小而粘聚力大，透水性小，吸水能力强，干缩湿胀，较大可塑性，不适用于水湿状况剧烈变化地区，可用于干旱地区路堤填筑或某些特殊部位，也可以用来与砂土拌合后形成砂性土使用<3>.有机质土——不宜用作路基填料四.特殊土

不宜用作路基填料<1>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。<2>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。<3>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

土作为路基的建筑材料，砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料，容易引起路基病害，一些特殊土类用于填筑路基必须采取相应的技术措施进行处理。1.5路基水温状况及干湿类型一、湿度对路基的影响路基的湿度状况变化是影响路基路面结构强度、刚度与稳定性的重要因素之一，应该尽量使路基平衡湿度（路基上部中心附近趋向稳定平衡的湿度）趋于较干燥或稳定的状态，使路基保持稳定。湿度的来源1.大气降水——大气降水通过路面，路肩边坡和边沟渗入路基；2.地面水——边沟的流水、地表泾流水因排水不良，形成积水、渗入