刘萌成-路基路面工程-第01讲-绪论 [兼容模式].pdf

浙工大建工学院路基路面工程教案浙工大建工学院路基路面工程教案浙工大建工学院路基路面工程教案浙工大建工学院路基路面工程教案路基路面工程路基路面工程路基路面工程路基路面工程刘萌成刘萌成刘萌成刘萌成浙工大建工学院浙工大建工学院浙工大建工学院浙工大建工学院0571 883201530571-c u 00 63.co路基路面工程路基路面工程?路基工程路基工程路面工程路面工程?路面工程路面工程路基路基、路面概路面概念念、念念1.路基路基按照道路设计按照道路设计线形线形和和横断面横断面要求于天然地表要求于天然地表面面开挖开挖或或填筑填筑而成的而成的岩土构筑物岩土构筑物。面面开挖开挖或或填筑填筑而成的而成的岩土构筑物岩土构筑物。2.路面路面路面路面在路基顶面的在路基顶面的行车部分行车部分（即除人行道、路缘（即除人行道、路缘带和路肩带和路肩）用用路面材料路面材料铺筑而成的铺筑而成的层状结构物层状结构物。带和路肩带和路肩）用用路面材料路面材料铺筑而成的铺筑而成的层状结构物层状结构物。3 相互关系相互关系3.相互关系相互关系路基是路面的路基是路面的基础基础；路面承受主要荷载并路面承受主要荷载并保护保护路基。路基。路基路基、路面概路面概念念、念念16:17半刚性基层沥青路面典型结构半刚性基层沥青路面典型结构表面层表面层表面层表面层表面层表面层表面层表面层中面层中面层中面层中面层面层面层面层面层下面层下面层下面层下面层基基层层基基层层底基层底基层底基层底基层土土土土基基基基底基层底基层底基层底基层土土土土基基基基路肩路肩行车道行车道中央带中央带行车道行车道路肩路肩路基宽度路基宽度路肩路肩行车道行车道中央带中央带行车道行车道路肩路肩车道车道车道车道车道车道车道车道路缘带路缘带路缘带路缘带i1i1i0i0分隔带路缘带分隔带路缘带车道车道车道车道车道车道车道车道路缘带路缘带路缘带路缘带路缘带路缘带第第一一讲总论讲总论第讲总论第讲总论?第一节第一节道路工程发展概况道路工程发展概况第一节第一节道路工程发展概况道路工程发展概况?第二节第二节路基路面工程的特点路基路面工程的特点第三节第三节影响路基路面稳定的因素影响路基路面稳定的因素?第三节第三节影响路基路面稳定的因素影响路基路面稳定的因素?第四节第四节路基土的分类路基土的分类第四节第四节路基土的分类路基土的分类?第五节第五节公路自然区划公路自然区划第六节第六节路基的潮湿状况和干湿类型路基的潮湿状况和干湿类型?第六节第六节路基的潮湿状况和干湿类型路基的潮湿状况和干湿类型?第七节第七节路面结构及层位功能路面结构及层位功能?第七节第七节路面结构及层位功能路面结构及层位功能?第八节第八节路面的等级与分类路面的等级与分类学习要点学习要点学习要点学习要点?掌握路基掌握路基干湿类型干湿类型划分，路面结构划分，路面结构层位划分层位划分与与层位功能层位功能。层位功能层位功能。熟悉路基水温状况熟悉路基水温状况，路面等级与分类路面等级与分类。?熟悉路基水温状况熟悉路基水温状况，路面等级与分类路面等级与分类。?了解公路自然区划了解公路自然区划，路基土分类路基土分类。?了解公路自然区划了解公路自然区划，路基土分类路基土分类。第一节第一节道道路工程路工程发展发展概况概况道发展道发展发展历史发展历史1、建国前：1、建国前：维持通车维持通车8万万km，维持通车维持通车8万万km，全国全国1/3的县不通公路，西藏无公路。的县不通公路，西藏无公路。特点特点：数量少数量少，质量差质量差，标准低标准低。特点特点：数量少数量少，质量差质量差，标准低标准低。2、建国后（尤其1978年后）：2、建国后（尤其1978年后）：特点特点：特点特点：总里程剧增；总里程剧增；等级不断提高；高速公路从无到有。等级不断提高；高速公路从无到有。16:17第第一一节节 道道路路工工程程发展概况发展概况第节第节 道工发展概况道工发展概况发展规律发展规律1 低级低级高级高级2 简单简单复杂复杂材料演变材料演变：1.低级低级高级高级2.简单简单复杂复杂材料演变材料演变：天然地基材料天然地基材料砂砂石料石料无机结合料无机结合料（石灰、水泥）（石灰、水泥）沥青混合料或水泥混凝土沥青混合料或水泥混凝土沥青混合料或水泥混凝土沥青混合料或水泥混凝土路面结构演变：路面结构演变：人或车碾压成的土路人或车碾压成的土路碎石块石铺筑路面碎石块石铺筑路面泥结碎（砾）石路面泥结碎（砾）石路面无机结合料路面无机结合料路面水泥混凝土路面水泥混凝土路面沥青路面沥青路面路面设计方法的演变：路面设计方法的演变：无设计无设计经验设计法经验设计法弹性弹性力学理论设计法力学理论设计法无设计无设计经验设计法经验设计法弹性弹性力学理论设计法力学理论设计法存在问题存在问题早期破坏早期破坏存在问题存在问题早期破坏早期破坏16:17发展趋势发展趋势服务功能方面：服务功能方面：安全安全化化、智能化智能化、环保化环保化化化、智能化智能化、环保化环保化（排水、降噪、低吸（排水、降噪、低吸热热、吸收汽车尾气吸收汽车尾气）热热、吸收汽车尾气吸收汽车尾气）技术性能方面：技术性能方面：资源资源节约节约、环境友好环境友好、寿寿节约节约、环境友好环境友好、寿寿命延长、性能提升。命延长、性能提升。16:17第第二节 路基路面二节 路基路面工工程程特特点点1第第工特工特1一、路基路面工程特点一、路基路面工程特点1 工程数量可观工程数量可观1.工程数量可观工程数量可观耗材、耗资、耗劳力多耗材、耗资、耗劳力多路线长路线长,施工工期长。施工工期长。土石方量大，劳力机械用量多。土石方量大，劳力机械用量多。土石方土石方：平原平原、微丘微丘：80008000-1600016000米米3 3/公里公里，山岭山岭、重丘区重丘区：土石方土石方：平原平原、微丘微丘：80008000-1600016000米米/公里公里，山岭山岭、重丘区重丘区：20000-60000米20000-60000米3 3/公里。投资：占总投资/公里。投资：占总投资25-45%25-45%，个别达，个别达60%60%2.涉及面广，工程复杂多变涉及面广，工程复杂多变沿线沿线地形地形、地质地质、地貌地貌、气象气象特征特征多变多变沿线沿线地形地形、地质地质、地貌地貌、气象气象特征特征多变多变沿线经济程度不一，交通特点不统一沿线经济程度不一，交通特点不统一3 设计设计、施工施工、养护应有机结合养护应有机结合3.设计设计、施工施工、养护应有机结合养护应有机结合第二节路基路面工程特点第二节路基路面工程特点2二、路基路面基本要求二、路基路面基本要求1 承载能力承载能力：足够的足够的强度强度与与刚度刚度。1.承载能力承载能力：足够的足够的强度强度与与刚度刚度。强度：强度：抵抗各种应力，避免发生破坏。抵抗各种应力，避免发生破坏。刚度刚度：防止过量变形而形成车辙防止过量变形而形成车辙、沉陷沉陷、波浪等病害波浪等病害。刚度刚度：防止过量变形而形成车辙防止过量变形而形成车辙、沉陷沉陷、波浪等病害波浪等病害。2.稳定性：稳定性：外部因素作用下，性能不发生显著变化的性能。外部因素作用下，性能不发生显著变化的性能。结构整体稳定性结构整体稳定性、温度稳定性温度稳定性、水稳定性水稳定性。3 耐久性耐久性（使用寿命使用寿命）设计年限内设计年限内保持正常工作性能保持正常工作性能。3.耐久性耐久性（使用寿命使用寿命）：设计年限内设计年限内保持正常工作性能保持正常工作性能。不发生不发生疲劳破坏疲劳破坏和和累积变形累积变形破坏。破坏。4.表面平整度（行车表面平整度（行车舒适性舒适性）。）。5 表面抗滑性能表面抗滑性能（行车行车安全性安全性）：具有足够的摩擦阻力具有足够的摩擦阻力。5.表面抗滑性能表面抗滑性能（行车行车安全性安全性）：具有足够的摩擦阻力具有足够的摩擦阻力。裂缝相关照片-纵向裂缝裂缝相关照片-纵向裂缝裂缝相关照片-横向裂缝裂缝相关照片-横向裂缝裂缝相关照片-网裂裂缝相关照片-网裂沥青路面病害种类-车辙沥青路面病害种类-车辙沥青路面病害种类沥青路面病害种类-表面磨光表面磨光沥青路面病害种类沥青路面病害种类 表面磨光表面磨光第三节 影响路基路面稳定的因素第三节 影响路基路面稳定的因素1一、自然和环境因素一、自然和环境因素地理条件地理条件地质条件地质条件气候气候气候气候水文和水文地质水文和水文地质等等归纳为归纳为2个直接因素个直接因素水水温度温度温度温度第三节第三节 影响路基路面稳定的因素影响路基路面稳定的因素2第三节第三节 影响路基路面稳定的因素影响路基路面稳定的因素2二、土的类别因素二、土的类别因素?砂砂土:受水土:受水影响小影响小，不易压实不易压实。?粘粘土:受水影响大，例如土:受水影响大，例如软粘土软粘土和和硬粘土硬粘土。?粉土粉土：毛细现象毛细现象强烈强烈，影响路基影响路基强度和稳定性强度和稳定性。?粉土粉土：毛细现象毛细现象强烈强烈，影响路基影响路基强度和稳定性强度和稳定性。第四节 路基土的分类第四节 路基土的分类1?划分依据：粒径组成、矿物成分划分依据：粒径组成、矿物成分或塑性指标或塑性指标?粒组划分：粒组划分：巨粒组、粗粒组、细粒组和特殊土巨粒组、粗粒组、细粒组和特殊土60mm0.0746025的粘土）的粘土）。特殊土特殊土：膨胀土膨胀土、湿陷性黄土等湿陷性黄土等特殊土特殊土：膨胀土膨胀土、湿陷性黄土等湿陷性黄土等选用原则选用原则:砾砾石混合料石混合料砂性土砂性土粘性土粘性土不良材料处置土不良材料处置土选用原则选用原则:砾砾石混合料石混合料砂性土砂性土粘性土粘性土不良材料处置土不良材料处置土第五节 公路自然区划第五节 公路自然区划1一一、区划目的区划目的一一、区划目的区划目的区分区分自然条件自然条件对公路工程影响的对公路工程影响的差异性差异性；区分区分自然条件自然条件对公路工程影响的对公路工程影响的差异性差异性；以便采取以便采取适当适当技术措施技术措施和和设计参数设计参数。二、划分原则二、划分原则道路道路工程特征工程特征相似原则相似原则道路道路工程特征工程特征相似原则相似原则三三、区划分级区划分级：分分3级划分级划分三三、区划分级区划分级：分分 级划分级划分一级区划：按冻土情况和水热平衡及地理位置划分一级区划：按冻土情况和水热平衡及地理位置划分区区北部多年冻土区北部多年冻土区 区区东部温润季冻区东部温润季冻区区区黄土高原干湿过渡区黄土高原干湿过渡区 区区东南湿热区东南湿热区区区西南潮暖区西南潮暖区 区区西北干旱区西北干旱区区区西南潮暖区西南潮暖区 区区西北干旱区西北干旱区区区青藏高寒区青藏高寒区第六节 路基水温状况及干湿类型第六节 路基水温状况及干湿类型1一、路基湿度的来源一、路基湿度的来源?大气降水大气降水?大气降水大气降水?地面水地面水地面水地面水?地下水地下水?毛细水毛细水?水蒸气凝结水水蒸气凝结水?水蒸气凝结水水蒸气凝结水?薄膜移动水薄膜移动水16:17第六节 路基水温状况及干湿类型第六节 路基水温状况及干湿类型2二、大气温度对路基水温状况的影响二、大气温度对路基水温状况的影响?冻胀冻胀：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。：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。?翻浆翻浆：路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形：路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆成了翻浆。成了翻浆成了翻浆。温度梯度温度梯度车辆荷载车辆荷载泥浆喷出泥浆喷出面层面层温度温度T温度温度T0C温度梯度温度梯度dT/dz0面层面层基层基层x x车辆荷载车辆荷载贯穿裂缝贯穿裂缝粒料基层粒料基层保温隔热保温隔热面层面层基层基层y y路基路基贯穿裂缝贯穿裂缝保温隔热保温隔热冻结深度冻结深度16:17y y第六节 路基水温状况及干湿类型第六节 路基水温状况及干湿类型3三、路基干湿类型三、路基干湿类型必要性必要性：干湿状态干湿状态影响路基影响路基强度与稳定性强度与稳定性。必要性必要性：干湿状态干湿状态影响路基影响路基强度与稳定性强度与稳定性。划分类型划分类型：干燥干燥、中湿中湿、潮湿潮湿、过湿过湿划分类型划分类型：干燥干燥、中湿中湿、潮湿潮湿、过湿过湿度量变量度量变量：分界稠度或临界高度分界稠度或临界高度。度量变量度量变量：分界稠度或临界高度分界稠度或临界高度。稠度定义稠度定义：wc=(wL-w)/(wL-w)。稠度定义稠度定义：wc(wLw)/(wLwp)。稠度意义稠度意义：直观直观表征土的各种形态表征土的各种形态（软硬程度软硬程度）与湿度关系与湿度关系。稠度意义稠度意义：直观直观表征土的各种形态表征土的各种形态（软硬程度软硬程度）与湿度关系与湿度关系。第六节 路基水温状况及干湿类型第六节 路基水温状况及干湿类型4四、路基干湿具体分类四、路基干湿具体分类干燥干燥w wc cwwc1c1路基高度路基高度HHHH1 1c cc1c11 1中湿中湿w wc1c1wwc cwwc2c2路基高度路基高度H H2 2HHHH1 1潮湿潮湿w wc2c2wwc cwwc3c3路基高度路基高度H H3 3HHHH2 2过湿过湿w w ww路基高度路基高度H HH H过湿过湿w wc cwwc3c3路基高度路基高度H HH H3 3第六节 路基水温状况及干湿类型第六节 路基水温状况及干湿类型5五、路基五、路基干湿类型的干湿类型的平均稠度法平均稠度法适用于路基竣工道路适用于路基竣工道路1.测定参数：1.测定参数：取样位置取样位置:(:(不利季节不利季节)路槽路槽底面以下底面以下8080cmcm内内取样位置取样位置:(:(不利季节不利季节)路槽路槽底面以下底面以下8080cmcm内内取样频次：每取样频次：每10cm10cm取土样取土样测定内容：天然含水量测定内容：天然含水量、塑限、塑限p p和液限和液限l l2.2.计算各层稠度及平均值计算各层稠度及平均值w w：2.2.计算各层稠度及平均值计算各层稠度及平均值w wc c：cici=(=(LiLi-i i)/()/(LiLi-p pi i)；c=ci/8p p3.判别路基干湿类型：3.判别路基干湿类型：根据根据自然区划自然区划和路基和路基土的类别土的类别，查表查表1 1-7 7和和表表1 1-8 8，平均稠平均稠根据根据自然区划自然区划和路基和路基土的类别土的类别，查表查表1 1-7 7和和表表1 1-8 8 ，平均稠平均稠度度w wc c与分界稠度作比较，确定道路所属的路基干湿类型。与分界稠度作比较，确定道路所属的路基干湿类型。第六节 路基水温状况及干湿类型第六节 路基水温状况及干湿类型6六、临界高度法适用于路基尚未竣工道路六、临界高度法适用于路基尚未竣工道路临界高度临界高度H Hi i定义：参见课本定义：参见课本P18P18。路基干湿类型的临界高度法路基干湿类型的临界高度法步骤步骤：路基干湿类型的临界高度法路基干湿类型的临界高度法步骤步骤：根据根据路床顶面路床顶面与与地下水地下水或地表积水水位的高差确定或地表积水水位的高差确定H H；根据根据公路自然区划公路自然区划及路基及路基土类型土类型查表查表1 1-9 9获得临界高度获得临界高度根据根据公路自然区划公路自然区划及路基及路基土类型土类型查表查表1 1-9 9获得临界高度获得临界高度对比对比H H与临界高度与临界高度H H1 1、H H2 2、H H3 3关系关系，参照表参照表1 1-8 8确定路基干湿确定路基干湿对比对比H H与临界高度与临界高度H H1 1、H H2 2、H H3 3关系关系，参照表参照表1 1-8 8确定路基干湿确定路基干湿类型。类型。路床顶部路床顶部H HH HH H2 2H H1 1w wc1c1w wc2c2H HH H3 3w wc3c316:17地下水位地下水位第七节 路面结构及层位功能第七节 路面结构及层位功能1一、路面横断面类型一、路面横断面类型1 槽式槽式：1.槽式槽式：在路基开挖的在路基开挖的浅槽浅槽内铺筑路面（中、低等级公路常用）内铺筑路面（中、低等级公路常用）。路面路面土路肩路缘石路基路基加固路肩槽式路面槽式路面全铺式路面全铺式路面2.全铺式：全铺式：槽式路面槽式路面全铺式路面全铺式路面在路基全宽度范围内铺筑路面（高等级公路常用）。方在路基全宽度范围内铺筑路面（高等级公路常用）。方便后续道路便后续道路扩建扩建需要需要。便后续道路便后续道路扩建扩建需要需要。第七节 路面结构及层位功能第七节 路面结构及层位功能2二、路拱横坡度之一二、路拱横坡度之一1 路拱路拱：1.路拱路拱：目的：路面目的：路面及时排水及时排水路面2.横坡度：横坡度：路基高高等级路面等级路面平整度水稳性平整度水稳性好，常用好，常用直线型直线型路拱和路拱和较小较小横坡度横坡度。低低等级路面等级路面，常用常用抛物线型抛物线型路拱和路拱和较大较大横坡度横坡度。低低等级路面等级路面，常用常用抛物线型抛物线型路拱和路拱和较大较大横坡度横坡度。第七节 路面结构及层位功能第七节 路面结构及层位功能3二二、路拱横坡度之二路拱横坡度之二二二、路拱横坡度之二路拱横坡度之二1.各类路面路拱平均横坡度：各类路面路拱平均横坡度：参见课本参见课本P23表表1-102.横坡度选取准则：横坡度选取准则：利于利于行车平稳行车平稳和和横向排水横向排水；利于利于行车平稳行车平稳和和横向排水横向排水；路肩路肩横坡度一般较横坡度一般较路面路面横坡横坡大大11中央分隔带：中央分隔带：（1 1）无排水设施无排水设施，则则横坡横坡中间高两侧低中间高两侧低，（1 1）无排水设施无排水设施，则则横坡横坡中间高两侧低中间高两侧低，排水方向：由排水方向：由单向横坡单向横坡向向路肩排水路肩排水。（2）（2）有排水设施，有排水设施，则则两侧路面两侧路面分别设为分别设为中间高两侧低中间高两侧低排水方向排水方向：向向中央分隔带中央分隔带和和路肩路肩两方向两方向排水排水。排水方向排水方向：向向中央分隔带中央分隔带和和路肩路肩两方向两方向排水排水。第七节 路面结构及层位功能第七节 路面结构及层位功能4三、路面结构分层三、路面结构分层作用规律作用规律：行车荷载行车荷载和和自然因素自然因素对路面的对路面的影响影响，随随深度深度增加增加作用规律作用规律：行车荷载行车荷载和和自然因素自然因素对路面的对路面的影响影响，随随深度深度增加增加而逐渐而逐渐减弱减弱。匹配原则：与作用规律匹配，路面材料性能要求随深度匹配原则：与作用规律匹配，路面材料性能要求随深度增加增加而逐渐而逐渐降低降低。而逐渐而逐渐降低降低。技术经济原则：路面结构技术经济原则：路面结构分层铺筑，分层铺筑，技术上满足承载力要求技术上满足承载力要求，经济上经济上降低降低工程工程造价造价。按照层位功能按照层位功能，划分为划分为3 3个个层次层次，即即面层面层、基层基层和和垫层垫层。按照层位功能按照层位功能，划分为划分为3 3个个层次层次，即即面层面层、基层基层和和垫层垫层。第七节 路面结构及层位功能第七节 路面结构及层位功能5四、层位功能四、层位功能1.1.面层面层?基本作用基本作用：直接承受外界荷载直接承受外界荷载?基本作用基本作用：直接承受外界荷载直接承受外界荷载或环境因素作用。或环境因素作用。?功能要求：结构性及功能性功能要求：结构性及功能性材料类型材料类型：水泥混凝土水泥混凝土、沥沥?材料类型材料类型：水泥混凝土水泥混凝土、沥沥青混合料及其他材料青混合料及其他材料青混合料及其他材料青混合料及其他材料?结构组成：结构组成：2层或层或3层层16:17四、层位功能四、层位功能2.基层2.基层?基本作用：应力扩散基本作用：应力扩散功能要求功能要求：结构性结构性?功能要求功能要求：结构性结构性?材料类型材料类型：有机有机、无机无机材料类型材料类型：有机有机、无机无机结合稳定类材料结合稳定类材料?结构组成：2层或3层结构组成：2层或3层16:173.3.垫层垫层四、层位功能四、层位功能3.3.垫层垫层?基本特点：承上启下（土基本特点：承上启下（土基与基层）基与基层）?功能要求功能要求：改善土基温度改善土基温度?功能要求功能要求：改善土基温度改善土基温度和湿度状况，进一步扩散和湿度状况，进一步扩散应力应力。应力应力。?材料类型：水稳定性和隔材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定温性好的松散材料或稳定土土。土土。?结构组成：一般为1层结构组成：一般为1层。16:17第八节 路面等级与分类第八节 路面等级与分类1一、路面等级划分一、路面等级划分1 划分依据划分依据：参见课本参见课本P25表表1 111.划分依据划分依据：参见课本参见课本P25表表1-11通常按照路面面层的使用通常按照路面面层的使用强度品质强度品质，材料组成材料组成类型以及类型以及结构强度结构强度和和稳定性稳定性划分路面为划分路面为4 4个等级个等级。结构强度结构强度和和稳定性稳定性划分路面为划分路面为4 4个等级个等级。2.分类描述：分类描述：?高等级路面高等级路面强度强度高高刚度刚度大大寿命寿命长长行车速度行车速度高高通行能力通行能力强强次高等级路面次高等级路面强度强度较高较高刚度刚度较大较大寿命寿命较长较长行车速度行车速度较高较高?次高等级路面次高等级路面强度强度较高较高刚度刚度较大较大寿命寿命较长较长行车速度行车速度较高较高?中等级路面中等级路面强度强度低低刚度刚度小小寿命寿命短短行车速度行车速度低；低；?低等级路面低等级路面强度强度最低最低刚度刚度最小最小寿命寿命最短最短行车速度行车速度最低最低通行通行能力能力最差最差。能力能力最差最差。第八节 路面等级与分类第八节 路面等级与分类2二、路面分类二、路面分类划分依据划分依据：1.划分依据划分依据：通常按照路面通常按照路面结构力学特性结构力学特性和和设计方法设计方法的相似性划分为的相似性划分为通常按照路面通常按照路面结构力学特性结构力学特性和和设计方法设计方法的相似性划分为的相似性划分为柔性路面柔性路面、刚性路面刚性路面和和半刚性路面半刚性路面3个等级。3个等级。目前目前三者三者之间正在不断转化，无严格区分界限之间正在不断转化，无严格区分界限?2.分类描述：分类描述：参见课本参见课本P26