《路基路面工程》PPT课件.ppt

路基路面工程于于 玲玲 目录目录 绪绪绪绪 论论论论 道路风景欣赏道路风景欣赏道路风景欣赏道路风景欣赏第一章第一章第一章第一章 路基路面路基路面路基路面路基路面第二章第二章第二章第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质行车荷载、环境因素、材料的力学性质行车荷载、环境因素、材料的力学性质行车荷载、环境因素、材料的力学性质第三章第三章第三章第三章 路基基本概念路基基本概念路基基本概念路基基本概念第四章第四章第四章第四章 路基边坡稳定性设计路基边坡稳定性设计路基边坡稳定性设计路基边坡稳定性设计第五章第五章第五章第五章 挡土墙设计挡土墙设计挡土墙设计挡土墙设计第六章第六章第六章第六章 路面基本概念路面基本概念路面基本概念路面基本概念第七章第七章第七章第七章 石料、稳定土与工业废渣路面及基层石料、稳定土与工业废渣路面及基层石料、稳定土与工业废渣路面及基层石料、稳定土与工业废渣路面及基层第八章第八章第八章第八章 沥青类路面沥青类路面沥青类路面沥青类路面第九章第九章第九章第九章 沥青路面设计沥青路面设计沥青路面设计沥青路面设计第十章第十章第十章第十章 水泥砼路面水泥砼路面水泥砼路面水泥砼路面图片2图片3图片4图片5北京道路风光 图片6北京道路风光 图片7图片8图片9图片10图片11图片12 绪 论一、我国公路发展情况 19911991年年“八五八五”计划用计划用3030年左右的时间建成年左右的时间建成1212条长条长度约度约3.53.5万千米的万千米的“五纵七横五纵七横”国道主干线。国道主干线。2000 2000年年1212月月3131日，全国总里程达到日，全国总里程达到167.98167.98万千米，全万千米，全国共有公路桥梁国共有公路桥梁27.8827.88万座，万座，1031.201031.20万延米；公路隧道万延米；公路隧道16781678处，处，62.4362.43万延米；全国公路密度为万延米；全国公路密度为17.5km/17.5km/百平方公百平方公里里.“十五十五”计划，公路方面重点建设计划，公路方面重点建设“一个系统三个网一个系统三个网络络”。即国道主干线系统，区域干线公路网络，县乡公路。即国道主干线系统，区域干线公路网络，县乡公路网络，公路运输服务网络。网络，公路运输服务网络。到到20052005年，全国公路总里程达到年，全国公路总里程达到160160万公里。其中万公里。其中高速公路超过高速公路超过2.52.5万公里，二级以上公路里程达到万公里，二级以上公路里程达到2828万公万公里，公路密度达到每百平方公里里，公路密度达到每百平方公里16.716.7公里，全国公里，全国99.5%99.5%的的乡镇和乡镇和93%93%的行政村通公路。的行政村通公路。到到20002000年底中国高速公路里程达到年底中国高速公路里程达到1.61.6万公里，万公里，位居世界第三位。中国用位居世界第三位。中国用1010年的时间走过了其他国年的时间走过了其他国家一般需要家一般需要4040年的发展里程。年的发展里程。各国公路总里程排行表（单位：公里）各国公路总里程排行表（单位：公里）我国路面发展的三个阶段第一阶段：第一阶段：恢复原有公路和加快建设一些干线公路，解决通车恢复原有公路和加快建设一些干线公路，解决通车问题。问题。代表性的正规路面：泥结碎石和级配砾石路面。代表性的正规路面：泥结碎石和级配砾石路面。第二阶段：第二阶段：公路里程迅速增长的同时，改善路面的行车质量，公路里程迅速增长的同时，改善路面的行车质量，增加车速，减轻养护。出现渣油表处路面（低级，能增加车速，减轻养护。出现渣油表处路面（低级，能阻止路面材料和土基中水分的蒸发）。阻止路面材料和土基中水分的蒸发）。援外工程中广泛采用：援外工程中广泛采用：水泥稳定沙砾（土）基层（赞比亚、苏丹）水泥稳定沙砾（土）基层（赞比亚、苏丹）级配碎石基层（索马里、马达加斯加）级配碎石基层（索马里、马达加斯加）填隙碎石基层（索马里、尼泊尔）填隙碎石基层（索马里、尼泊尔）第三阶段：第三阶段：提高路线和路面等级，改建和新建高速公路。提高路线和路面等级，改建和新建高速公路。代表路面：半刚性基层路面。代表路面：半刚性基层路面。最新由于交通量轴载的明显增大，沥青路面早最新由于交通量轴载的明显增大，沥青路面早损对沥青路面上行车的安全和降低噪音提出了更损对沥青路面上行车的安全和降低噪音提出了更高要求。一些新的表面层结构和新的沥青混合料高要求。一些新的表面层结构和新的沥青混合料面层在欧洲出现并推广。如多空隙沥青混凝土，面层在欧洲出现并推广。如多空隙沥青混凝土，开级配磨耗层，碎石沥青砂胶混凝土（开级配磨耗层，碎石沥青砂胶混凝土（SMASMA）。）。半刚性路面：将用水硬性结合料处治层的沥青半刚性路面：将用水硬性结合料处治层的沥青路面正式命名为半刚性路面。路面正式命名为半刚性路面。第一章 总论第一节 对路基路面的要求第二节 路基路面的构造 第一章第一章 总论总论第一节第一节 对路基路面的要求对路基路面的要求一、对路基和路面的使用要求：一、对路基和路面的使用要求：路基路面是道路的主要工程结构物。路基路面是道路的主要工程结构物。路基路基在地表按照道路的线型（位置）和断面（几在地表按照道路的线型（位置）和断面（几何尺寸）的要求开挖或者堆填而成的岩土结构物。何尺寸）的要求开挖或者堆填而成的岩土结构物。路面路面在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而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。成的层状结构物。现代化的汽车运输，不仅要求道路能全天侯通行，而且现代化的汽车运输，不仅要求道路能全天侯通行，而且要求车辆能以一定的速度安全舒适而经济地在道路上行驶，要求车辆能以一定的速度安全舒适而经济地在道路上行驶，要求道路提供良好的行驶条件和服务水平。要求道路提供良好的行驶条件和服务水平。（一）对路基的要求：（一）对路基的要求：路基是路面的支撑结构物，对路面的使用性能有重要影响。1 1、整体稳定、整体稳定 填挖引起路基失稳填挖引起路基失稳 软土上高路基软土上高路基 岩质土质山坡上开挖。岩质土质山坡上开挖。严重性：交通阻断，易引起交通事故。严重性：交通阻断，易引起交通事故。措施：正确设计，采取排水、防护和加固、支撑工程。措施：正确设计，采取排水、防护和加固、支撑工程。2 2、变形小、变形小 自重、车辆荷载作用下变形。自重、车辆荷载作用下变形。地基软弱、填土疏松、过分潮湿时产生沉陷和变形。地基软弱、填土疏松、过分潮湿时产生沉陷和变形。危害：导致路面出现过量的变形和应力增大。危害：导致路面出现过量的变形和应力增大。促使路面过早损坏并影响舒适性。促使路面过早损坏并影响舒适性。措施：争取合适填料充分压实，改善水温状况，加固软弱措施：争取合适填料充分压实，改善水温状况，加固软弱地基。地基。二、路面的功能及对路面的要求。1 1、功能：提供汽车在道路上全天候地行驶安全、舒适、快速、功能：提供汽车在道路上全天候地行驶安全、舒适、快速、经济。经济。路面的好坏直接影响车速、成本、行车安全和舒适性。路面的好坏直接影响车速、成本、行车安全和舒适性。路面在通车造价中占很大比例。约为路面在通车造价中占很大比例。约为20%70%20%70%。2 2、要求：、要求：1 1）强度和刚度）强度和刚度 路面受力：阻力、车轮水平力、垂直力、震动力、路面受力：阻力、车轮水平力、垂直力、震动力、冲冲击力、真空吸引力。击力、真空吸引力。强度：抵抗行车作用下产生的各种应力，避免破坏。强度：抵抗行车作用下产生的各种应力，避免破坏。刚度：防止产生过量的变形而形成车辙、沉陷、波浪等刚度：防止产生过量的变形而形成车辙、沉陷、波浪等破坏。破坏。2 2）稳定性）稳定性 温度水分变化情况下相对稳定。温度水分变化情况下相对稳定。沥青路面：高温稳定性和低温抗裂性需要提高。沥青路面：高温稳定性和低温抗裂性需要提高。水泥混凝土：高温拱胀、低温缩裂需要避免。水泥混凝土：高温拱胀、低温缩裂需要避免。3 3）耐久性）耐久性 重复荷载作用下产生疲劳破坏和变形累积。重复荷载作用下产生疲劳破坏和变形累积。需要足够的抗疲劳强度，抗老化，抗变形累积。需要足够的抗疲劳强度，抗老化，抗变形累积。4 4）表面平整度）表面平整度 不平整路面会增大行车阻力、行车颠簸，影响速度和安不平整路面会增大行车阻力、行车颠簸，影响速度和安全性。全性。5 5）表面抗滑性能）表面抗滑性能 安全性能指标：制动雨天危险安全性能指标：制动雨天危险 沥青路面：耐磨石料沥青路面：耐磨石料 水泥混凝土路面：刷毛刻槽。水泥混凝土路面：刷毛刻槽。第二节第二节 路基路面的构造路基路面的构造一、路基的断面形式一、路基的断面形式 常用横断面图案表示：路堤、路堑、半填半挖常用横断面图案表示：路堤、路堑、半填半挖三种。三种。1 1、路堤：路基顶面高于原地面的填高路基称为路堤。、路堤：路基顶面高于原地面的填高路基称为路堤。低矮路堤的两测设置边沟。低矮路堤的两测设置边沟。路堤的几种常见形式矮路堤一般路堤浸水路堤挖沟填筑路堤2、路堑：全部由地面开挖出的路基称为路堑。分为全路堑、半路堑和半山洞三种。（三）半填半挖（三）半填半挖 横断面上横断面上 ，部分为挖方部分为填方的路基称为，部分为挖方部分为填方的路基称为半填半挖路基，通常出现在地面横坡较陡时候，它半填半挖路基，通常出现在地面横坡较陡时候，它兼有上述路堤和路堑的构造特点和要求。兼有上述路堤和路堑的构造特点和要求。注：挖方边坡的坡脚设置边沟，汇集和排除路基范围内地表径流。上方设置截水沟拦截和排除流向路基的地表径流。挖方弃土堆在路堑的下方。坡体因开挖而可能失去稳定性时必须采用支挡结构物。边坡坡面易风化或有碎落物时，可设置碎落台也可坡面防护。二、路面的构造。（一）路面结构层划分：1 1、面层：、面层：1)1)特点：直接承受行车荷载作用大气降水和温度变化。特点：直接承受行车荷载作用大气降水和温度变化。要求：足够的结构强度、温度稳定性、耐磨、抗滑、平要求：足够的结构强度、温度稳定性、耐磨、抗滑、平整和不透水。整和不透水。2)2)结构：面层由一层或数层组成，顶面可加铺磨耗层，结构：面层由一层或数层组成，顶面可加铺磨耗层，底面可增设联结层。底面可增设联结层。3)3)材料：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料。材料：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料。2 2、基层、基层 1 1）特点：主要起承重作用（承受由面层传递来的车辆荷）特点：主要起承重作用（承受由面层传递来的车辆荷载垂直力，并把它扩散到垫层和土基中）。载垂直力，并把它扩散到垫层和土基中）。2 2）要求：足够的强度、刚度）要求：足够的强度、刚度 3 3）结构：有时需要设两层：上基层，底基层。）结构：有时需要设两层：上基层，底基层。4 4）材料：各种结合料（石灰、水泥、沥青）材料：各种结合料（石灰、水泥、沥青）。）。3 3、垫层、垫层 1 1）路基土质较差，水温状况不良时候宜设置垫层。）路基土质较差，水温状况不良时候宜设置垫层。2 2）作用：起排水（砂垫层）、隔水、防冻、防污或扩散）作用：起排水（砂垫层）、隔水、防冻、防污或扩散荷载应力（软基）等作用。荷载应力（软基）等作用。3 3）材料：水稳性和隔热性要好。）材料：水稳性和隔热性要好。松散材料：砂、砾石、炉渣、片石（透水性垫层）。松散材料：砂、砾石、炉渣、片石（透水性垫层）。整体性材料：石灰土、炉渣石灰土。整体性材料：石灰土、炉渣石灰土。（二）路拱和排水（二）路拱和排水 路拱作用：迅速排除降落在路面上的水。路拱作用：迅速排除降落在路面上的水。形式：直线型或抛物线形，其横坡随路面透水性增大而增形式：直线型或抛物线形，其横坡随路面透水性增大而增大。大。（三）路肩（三）路肩排除表面水。排除表面水。1 1、作用：、作用：1 1）承受车辆的偶然停留作用。）承受车辆的偶然停留作用。2 2）对路面基层和垫层起到支撑作用。）对路面基层和垫层起到支撑作用。2 2、路肩的横坡应略大于路面横坡，以利于迅速、路肩的横坡应略大于路面横坡，以利于迅速一、路基和路面的内容一、路基和路面的内容 包括：规划、设计、施工、养护、监测和管理包括：规划、设计、施工、养护、监测和管理等方面。等方面。（一）规划方面（一）规划方面 包括财政和项目两个方面，其内容为：包括财政和项目两个方面，其内容为：1 1、依据路网内路基和路面结构的现状，分析、依据路网内路基和路面结构的现状，分析达到规划期预定的目标所需要的资源（资金、达到规划期预定的目标所需要的资源（资金、材料、劳力）及其在时间和空间上的分配。材料、劳力）及其在时间和空间上的分配。2 2、计划在给定的预算水平下使路网的服务水、计划在给定的预算水平下使路网的服务水平最佳所需安排的新建和改建项目及其对策方平最佳所需安排的新建和改建项目及其对策方案。案。第三节 路基路面工程的内容和特点（二）设计方面1 1、路基设计：、路基设计：1 1）根据路线设计确定的路基填挖高度和顶宽，结合沿线）根据路线设计确定的路基填挖高度和顶宽，结合沿线岩质或土质情况，设计路基横断面形状和边坡坡度。岩质或土质情况，设计路基横断面形状和边坡坡度。2 2）根据沿线地形、地表径流和地下水情况，进行道路排）根据沿线地形、地表径流和地下水情况，进行道路排水系统的布置以及地面和地下排水系统构造物的设计。水系统的布置以及地面和地下排水系统构造物的设计。3 3）分析路基稳定性）分析路基稳定性 需要时采取坡面防护、支撑结构或地基加固措施设计。需要时采取坡面防护、支撑结构或地基加固措施设计。2 2、路面设计主要内容：、路面设计主要内容：1 1）提出路面结构层的选择和组合方案。）提出路面结构层的选择和组合方案。2 2）进行各结构层材料的组成设计。）进行各结构层材料的组成设计。3 3）设计各结构层尺寸。）设计各结构层尺寸。4 4）若干个方案进行经济分析、比较、选定实施方案。）若干个方案进行经济分析、比较、选定实施方案。（三）施工方面（三）施工方面1 1、准备工作：图纸、测量、准备工作：图纸、测量2 2、修筑路基路面。、修筑路基路面。3 3、施工管理：对施工质量进行控制、检查和验收。、施工管理：对施工质量进行控制、检查和验收。二、路基和路面施工特点。二、路基和路面施工特点。1 1、变异性和不确定性大。、变异性和不确定性大。2 2、它们的设计、施工、养护、监测是一个相互关联和、它们的设计、施工、养护、监测是一个相互关联和相互依存的系统。相互依存的系统。3 3、路基路面是一种复合结构，材料性状非线形，是应、路基路面是一种复合结构，材料性状非线形，是应力水平和温度的函数。分析设计复杂，有时不得不力水平和温度的函数。分析设计复杂，有时不得不依赖经验的补充。依赖经验的补充。第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质 第一节 行车荷载第二节 土基的荷载变形特性第三节 环境因素的影响第四节 路面材料的力学强度特性和变形 第一节 行车荷（vehicleload）路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车路面设计中，以轴重作为荷载标准，重型货车与大客车起决定作用。评定路面表面特征时，如路与大客车起决定作用。评定路面表面特征时，如路面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可面的平整度、防滑性，应考虑小客车的安全性和可靠性。靠性。一、一、车辆的种类（车辆的种类（vehicle types)vehicle types)(bus)(bus)客车 小客车小客车车速高，自重和满载重量小车速高，自重和满载重量小120km/h120km/h以以上上 中客车中客车620620个座位个座位 大客车大客车2020个座位以上，长途客运和城市公共个座位以上，长途客运和城市公共交通交通货车(truc(truck)k)整车整车货箱与汽车发动机一体。货箱与汽车发动机一体。牵引式挂车牵引式挂车牵引车与挂车分离牵引车与挂车分离牵引式半挂车牵引式半挂车牵引车与挂车分离，铰接。牵引车与挂车分离，铰接。二、汽车的轴型、轴载。二、汽车的轴型、轴载。轴重是路面设计的关键。轴重是路面设计的关键。整车客货车：整车客货车：1 1、前轴：两个单轮组成的单轴占约、前轴：两个单轮组成的单轴占约1/31/3。极少数为双轴单轮。约占极少数为双轴单轮。约占1/21/2。2 2、后轴：有单轴、双轴、三轴类型。、后轴：有单轴、双轴、三轴类型。大部分为双轴双轮。大部分为双轴双轮。三、汽车对道路的静力作用。三、汽车对道路的静力作用。1 1、定义：、定义：静止状态的汽车对道路的作用，称为静力作用，静止状态的汽车对道路的作用，称为静力作用，其大小主要取决于车轮总重。其大小主要取决于车轮总重。2 2、影响因素：、影响因素：1 1）汽车轮胎的内压力。）汽车轮胎的内压力。2 2）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。）轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状。3 3）轮载的大小。）轮载的大小。3 3、半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且、半径：轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，且a a、b b差别不差别不大。大。路面设计中，以圆形表示。路面设计中，以圆形表示。：双轮组车轴：每一侧双轮用一个圆表示，称为单圆荷载。每一侧双轮用两个圆表示，称为双圆荷载。双圆当量圆直径P作用在车轮 上的荷载,KN；p 轮胎接触压力,kPa;-接触面当量圆半径,m.单圆当量圆直径四、四、运动车辆对道路的动力作用。因为路面不平因为路面不平整车身震动，车整车身震动，车轮实际上是以一轮实际上是以一定的频率和振幅定的频率和振幅在路面上跳动，在路面上跳动，轮载成动态波动。轮载成动态波动。行车荷载的重复作用：行车荷载的重复作用：弹性材料：疲劳性质。弹性材料：疲劳性质。弹塑性材料：变形累积。弹塑性材料：变形累积。五、水平荷载：五、水平荷载：易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求面层材料有易使路面产生波浪、拥包、推挤等损坏，要求面层材料有足够的抗裂强度。足够的抗裂强度。六、交通分析：六、交通分析：1 1、交通量：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数、交通量：一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。对于路面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必须区量。对于路面结构设计，不仅要求收集交通总量，还必须区分不同的车型。分不同的车型。N1N1初始年平均日交通量；初始年平均日交通量；NiNi每日实际交通量；每日实际交通量；r r交通量年均增长率；交通量年均增长率；Ne Ne设计年限内累积交通量设计年限内累积交通量2 2、轴载的组成与等效换算：、轴载的组成与等效换算：标准：双轮组单轴载标准：双轮组单轴载100KN100KN作为标准轴载。作为标准轴载。等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同等效原则换算：某一种路面结构在不同荷载作用下达到相同的损坏程度为根据的。的损坏程度为根据的。新规范修订：新规范修订：1 1）近年交通量增长很快，重车增长多，货车超载现象严重，）近年交通量增长很快，重车增长多，货车超载现象严重，应考虑重车对路面的影响。应考虑重车对路面的影响。2 2）由于广泛采用半刚性基层结构，承载力提高，轻型车对路）由于广泛采用半刚性基层结构，承载力提高，轻型车对路面的疲劳损伤减小。本次修订取消了面的疲劳损伤减小。本次修订取消了60KN60KN的标准，统一采用的标准，统一采用100KN100KN的标准。的标准。标准轴载设计参考标准轴载设计参考：标准轴载：标准轴载：BZZ-100BZZ-100双轮组单轴载。双轮组单轴载。标准轴载标准轴载 P P（KNKN）100100轮胎接地压强轮胎接地压强 p(MPa)0.70 p(MPa)0.70单轮传压面当量圆直径单轮传压面当量圆直径d 21.30d 21.30两轮中心区两轮中心区 1.5d 1.5d1)1)当一设计弯沉作为指标及沥青层层底拉应力验算时。当一设计弯沉作为指标及沥青层层底拉应力验算时。凡轴载大于凡轴载大于25KN25KN的各级轴载（包括车辆的前、后车辆）的各级轴载（包括车辆的前、后车辆）p1p1的作的作用次数用次数n1n1，用下面的公式换算成标准荷载，用下面的公式换算成标准荷载p p的轴载当量作用次的轴载当量作用次数数式中：式中：NN标准轴载的当量轴次，次标准轴载的当量轴次，次/日；日；ni ni被换算车辆的各级轴载作用次数，次被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日；日；P P标准轴载，标准轴载，KNKN；Pi Pi被换算车辆的各级轴载，被换算车辆的各级轴载，KNKN；k k被换算车辆的类型数；被换算车辆的类型数；C1 C1轴载系数，轴载系数，C1=1+1.2 C1=1+1.2（m-1),mm-1),m是轴数。当轴间距大是轴数。当轴间距大于于3 3米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于米时，按单独的一个轴载计算，当间距小于3 3米时，应考米时，应考虑轴载系数。虑轴载系数。C2 C2轮组系数，单轮组为轮组系数，单轮组为6.46.4，双轮组为，双轮组为1 1，四轮组为，四轮组为0.380.38。2)2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN50KN的各级轴载换算。的各级轴载换算。C1轴载系数，C1=1+2（m-1),m是轴数。C2轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1.0，四轮组为0.093、轮迹横向分布：1）车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摇摆，并按一定的频率分布在车道横断面上，称为车轮的横向分布。2）轮迹横向分布频率曲线影响因素：交通量、交通组成、车辆高度、交通管制。4、累计当量轴次Ne在设计年限内考虑车道系数后，一个车道上的累计当量轴次之和。1）沥青路面：r设计年限内交通量年均增长率 N1路面竣工后第一年双向日交通量的当量轴次，次/日；Nt设计年限内末年的双向日交通量的轴载作用次数，次/日；t设计年限。车道系数2）刚性 二、土基的强度和刚度指标：回弹模量、地基反映模量、加州荷载比1、回弹模量：反映地基瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。测定方法：1）查表法：无实测条件是时采用。2）现场实测法：大型承载板法：测定土基在00.5mm的变形压力曲线.用弯沉仪测定.2、地基反应模量根据文克勒地基假定，土基顶面的沉降仅同该点的压力大小成正比，而同相临点处的压力无关，此时压力与沉降的比成为地基反映模量。3、加州荷载比：土基或基层、底基层材料的加利福尼亚州荷载比。其值以一标准面的贯入棒在一定速度下压入试其值以一标准面的贯入棒在一定速度下压入试样内，达到某一规定深度所许的压力与压入标准碎样内，达到某一规定深度所许的压力与压入标准碎石试样同一深度所需要的压力的百分比。石试样同一深度所需要的压力的百分比。室内实验：浸泡四天，饱水状态室内实验：浸泡四天，饱水状态 野外实验：施工时湿度状态。野外实验：施工时湿度状态。文克勒地基模型第二节 土基的荷载变形特性一.土基的力学强度特性（一）路基工作区：1、路基受力：自重 车辆荷载 P车轮荷载换算的均布荷载 KN/D圆形均布荷载作用面积的直径。Z应力作用点深度。r土的容重。2、正确的设计：应使路基所受的力在路基弹性限度范围内，即当车辆驶过后，路基能恢复变形。保证路基相对稳定，路面不致引起破坏。3、路基受力计算：车辆荷载为均布垂直荷载，路基为弹性均质半空间体。路基工作区：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为10%20%时候，该深度范围内的路基称为路基工作区。4、要求：1）对工作区深度范围内的土质选择，路基压实度提出较高要求。2）当工作区深度大于填土高度时，荷载不仅施加于路堤而且施加于天然地基上，所以天然地基也应充分压实。（二）路基土的应力应变特性 弹性变形和塑性变形 提高路基土的抗变形能力是提高路基路面整体强度和刚度重要方面。压入承载板试验三轴压缩试验土的应力应变关系曲线 非线性变形局部线性体 即在曲线的一个微小线段内近似视为直线，以其斜率为模量1、初始切线模量 应力值为零应力应变曲线斜率2、切线模量 某一应力处应力应变曲线斜率，反映该应力处变化3、割线模量 某一应力对应点与起点相连割线模量，反应该范围内应力应变平均状态4、回弹模量 应力卸除阶段，应力应变曲线的割线模量 总结：前三种应变包含回弹应变和残余应变 回弹模量则仅包含回弹应变，部分反映了土的弹性性质。第三节 环境因素的影响 直接暴露于大气中，受温度、湿度影响大 温度湿度变化体积变化胀缩应力破坏沥青面层日温度变化曲线大于气温 水泥混凝土面层温度日变化一、路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间联系来预估。方法1：统计方法 路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测，收集当地气象资料（气温、辐射热），对记录的路面温度和气象因素进行逐年回归分析。特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可在条件相似的地区参考使用。方法2：理论法 应用热传导理论方程式推导出。各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程。特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与实测有一定的误差。二温度对路基的影响：北方 冻胀翻浆三 南方雨季积水湿软路基 Tmax 路面某一深度处的最高温度，；Ta.max相应的日最高气温，；Q相应的太阳日辐射热，J/；a.b.c回归常数。第四节 路面材料的力学强度特性和变形路面材料按形态和成型性质分为三类：1、松散颗粒型材料及块料 密实型 2、沥青结合料类 嵌挤型 3、无机结合料类 稳定型一、力学强度特性1、抗剪强度：剪切破坏：路面结构层厚度较薄总体刚度不足 无机结合料基层层位不合理内部剪力过大 面层结构的材料抗剪强度较低高温条件下沥青面层 沥青材料抗剪：沥青的粘度、用量多下降。试验温度、加荷的速率有关。2、抗拉强度：气温变化收缩，湿度变化干缩产生拉应力 抗拉强度主要由混合料中结合料的粘结力提供试验：直接拉伸试验圆柱型试件、变形传感器、应力应变值。劈裂试验（间接拉伸）圆柱型试件、压条、试件开裂破坏。水泥混凝土劈裂抗拉强度采用边长150mm的立方体试件。3、抗弯拉强度 水泥混凝土、沥青混合料及半刚性路面材料修筑的结构层。车辆的荷载作用下处于受弯曲工作状态。试验：简支小梁试验评定 三分点加载混凝土抗折强度标准尺寸：150mm150mm550mm 集料粒径不大于40mm4应力应变特性：用于基层和底基层的碎砾石材料无法作成试件，但可由三轴试验可得到应力应变的非线性。、水泥混凝土、无机结合料处治的混合料。采用规则试件进行测定：三轴试验、单轴试验、小梁试验。、沥青混合料：低温（单轴或小梁试验）高温（温度敏感性强用三轴压缩试验）应力应变特性：随温度和加载时间变化的粘弹性体，用劲度模量来表示。沥青混合料劲度模量是在给定温度和加载条件下的应力应变的关系参数。试验表明：加载时间短或温度较低时（材料处于弹性状态）中间过程（弹粘性状态）加载时间很长或温度较高时（粘滞性状态）二、路面材料的累积变形与疲劳特性路面结构在荷载重复应力作用下，可能出现破坏极限状态有两类第一类：弹塑性工作状态：塑性变形累积到一定限度累积变形。第二类：弹性工作状态：内部微量损伤累积扩大，导致疲劳断裂破坏疲劳破坏。共同点：破坏极限的发生不仅同荷载应力大小有关，而且同荷载应力作用次数有关。水泥混凝土路面：弹性工作状态（疲劳破坏）沥青路面：低温弹性状态（疲劳破坏）高温弹塑性状态（累积变形形成车辙、沉陷等）半刚性路面（无机结合料）：早期弹塑性 后期弹性（疲劳破坏）以黏土为结合料的碎砾石路面：弹塑性状态（累积变形）第三章：路基基本概念第一节 路基土的分类和干湿类型、公路自然区划一、路基土的分类 1、基本类型：按土的粒径分为巨粒组、粗粒组和细粒组（特殊土）。分类总体系如下：粒粒 组组 划划 分分 表表 （单位：mm）200 60 20 5 2 0.5 0.25 0.74 200 60 20 5 2 0.5 0.25 0.74 0.020.02 巨粒组巨粒组巨粒组巨粒组 粗颗粒组粗颗粒组粗颗粒组粗颗粒组 细粒组细粒组细粒组细粒组漂石漂石漂石漂石块石块石块石块石卵石卵石卵石卵石小块石小块石小块石小块石 砾（角砾石）砾（角砾石）砾（角砾石）砾（角砾石）砂砂砂砂 粉粉粉粉 粒粒粒粒 粘粘粘粘 粒粒粒粒 粗粗粗粗 中中中中 细细细细 粗粗粗粗 中中中中 细细细细2、土的工程性质 1 1）砂性土：）砂性土：良好的修筑路基材料，含一定数量粗颗粒，使路基具有足良好的修筑路基材料，含一定数量粗颗粒，使路基具有足够的内摩擦力，不过分松散，雨天不混污，晴天不扬尘且易压够的内摩擦力，不过分松散，雨天不混污，晴天不扬尘且易压实。实。巨粒土包括漂石和卵石，有很高的强度，是良好的填筑路基材巨粒土包括漂石和卵石，有很高的强度，是良好的填筑路基材料，亦可用于砌筑边坡。料，亦可用于砌筑边坡。砾石：级配良好的，密实度好，强度稳定性好，可填筑路基基砾石：级配良好的，密实度好，强度稳定性好，可填筑路基基层、底基层（处理后）。层、底基层（处理后）。2 2）粉性土：）粉性土：最差的筑路材料，毛细水上升高度大，冬时冻胀，最差的筑路材料，毛细水上升高度大，冬时冻胀，春时翻浆又称翻浆土春时翻浆又称翻浆土 3 3）粘性土：）粘性土：透水性差，粘聚力大，干时坚硬不宜挖掘，有较透水性差，粘聚力大，干时坚硬不宜挖掘，有较大的可塑性、粘聚性和膨胀性，毛细现象显著，比粉性土好，大的可塑性、粘聚性和膨胀性，毛细现象显著，比粉性土好，但不如沙性土。但不如沙性土。3、路基土的工程分级：在施工中，路基土石按其开挖难易程度，分为六级即松土、普通土、硬土、软石、次坚石、坚石。1、路基潮湿来源：大气降水通过路面、路肩和边沟渗入路基。地面水边沟及排水不良时的地面积水渗入路基。地下水路基下面一定范围内的地下水浸入路基。根据不同水温状况采取不同措施 地下水位高的路段，适当提高路基。平原稻田地区，保持最小填土高度。地下水位深处，山岭重丘设为浅路堑 2、判断方法 分界稠度法 实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度。干湿类型干湿类型干湿类型干湿类型土组土组土组土组干燥状态干燥状态干燥状态干燥状态中湿状态中湿状态中湿状态中湿状态潮湿状态潮湿状态潮湿状态潮湿状态过湿状态过湿状态过湿状态过湿状态WcWcWC1WC1WC1WC1 Wc WcWC2WC2WC2WC2 Wc WcWC3WC3WcWcWC3WC3土质砂土质砂土质砂土质砂WcWc1.201.201.201.20 Wc Wc1.001.001.01.0 Wc Wc 0.85 0.85WcWc0.850.85粘性土粘性土粘性土粘性土WcWc1.101.101.101.10 Wc Wc0.950.950.950.95 Wc Wc0.800.80WcWc0.800.80粉质土粉质土粉质土粉质土WcWc1.051.051.051.05 Wc Wc0.900.900.900.90 Wc Wc0.750.75WcWc0.750.75 方法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面积水位高低等特征确定，即临界高度法。新建公路路基干湿类型确定新建公路路基干湿类型确定：可根据当地稳定的平均天然含水量、液限、塑限计算平均稠度，并考虑路基填土高度、有无地下水。地表积水的影响，论证地确定路基土的干湿类型。土基干湿类型 土基干湿类型土基干湿类型 c c与与ci ci 一般特征一般特征 干燥干燥 ccc c1 1 土基干燥、路面强度和稳定性不受土基干燥、路面强度和稳定性不受地下水和地表水影响。地下水和地表水影响。路基高度路基高度0 01 1 中湿中湿c c1 1 c c c c 2 2 土基上部处于地下水或地表积水影土基上部处于地下水或地表积水影响的过渡带区内响的过渡带区内 路基高度路基高度110 0 2 2 潮湿潮湿c c 2 2 c c c c 3 3 土基上部处于地下水或地表积水毛土基上部处于地下水或地表积水毛细影响区内，细影响区内，路基高度路基高度2 2 0 0 3 3 过湿过湿 ccc c 3 3路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区软弹土经处理后方可铺筑路面。冰冻区软弹土经处理后方可铺筑路面。路基高度路基高度0 0 3 30 为不利季节路床表面距地下或地表积水位的高度，地表积水指不利季节积水20天以上1，2，3分别为干燥、中湿、潮湿状态的路基临界高度，具体可查表划分土基干湿类型以平均稠度c为主，缺少资料时，可参考表中一般特征确定设计路基时，要求路基保持干燥和中湿状态设计路基时，要求路基保持干燥和中湿状态 公路自然区划我国公路自然区划分为三个等级。一级区划：首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带。一级自然区根据不同地理、气候、地貌界限的交错和叠合，我国7个一级区的代号为：区北部多年冻土区区东部温润季冻区区黄土高原干湿过渡区区东南湿热区区西南潮暖区区西北干旱区区青藏高寒区二级区划：在一级区划的基础上，以潮湿系数k为主进一步划分为33个二级区和19个副区共52个二级自然区。K=年降雨量 R/年蒸发量Z三级区划：1、按地貌、水文和土类将二级区进一步划分为若干单元。2、另一种是地理和地貌等特点将二级区细划为若干区域。第二节 路基的变形及破坏 一、路基的主要变形破坏 荷载因素：自重、行车荷载、自然因素 影响稳定性的因素：水分、温度变化（正温度、负温度）、风蚀作用。变形：弹性的、残留的（不能恢复的）1、路堤沉陷：垂直方向产生较大的沉落 原因：1）填料不当 2）填筑方法不合理：不同土混杂；未分层填筑、压实；土中有未经打碎的大块土或冻土块；荷载、水和温度综合变化；原地面软弱，如泥沼、流沙、垃圾堆积 未做处理等；冻胀、翻浆。2、路基边坡的滑塌（滑坡）常见的路基病害，也是水毁的普遍现象溜方：少量土体沿土质边坡向下移动而形成。边坡上表面薄层土体下溜。原因：流动水冲刷边坡、施工不当引起。滑坡：一不分土体在重力作用下沿某一滑动层滑动。原因：土体稳定性不足引起。3、碎落和崩塌 剥落和碎落：路堑边坡风化岩层表面，大气温度与湿度交替作用以及雨水冲刷和动力作用之下，表面岩石从坡面上剥落下来，向下滚落。大块岩石脱离坡面沿边坡滚落称为崩塌。崩塌：整体岩块在重力作用下倾倒、崩落。原因：岩体风化破碎，边坡较高。影响：危害较大的病害之一。比较：崩塌无固定滑动面。崩塌体各部分相对位置在移动过程中完全打乱。碎落 滑坡4、路基沿山坡滑动 原因：山坡较陡；原地面未清除杂草或人工挖台阶；坡脚未进行必要的支撑。5、不良地质和水文条件造成路基破坏 不良地质条件：泥石流、溶洞等。较大自然灾害：大暴雨地区。二、路基病害防治 提高路基稳定性，防止各种病害产生，采取措施：1、正确设计路基横断面。2、选择良好的路基用土填筑路基，必要时对填土作稳定处理。3、采取正确的填筑方法，充分压实路基，保证达到规定的压实度。4、适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。5、正确进行排水设计。6、必要时设计隔离层隔绝毛细水，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积。7、采取边坡加固、修筑挡土结构物、土体加固等防护技术措施，以提高其稳定性。第四章：一般路基设计一、一般路基：指在一般地区，填方高度和挖方深度小于规范规定的高度和深度的路基。可以结合当地地形，地质情况直接套用典型横断面或设计规定。特殊地质路段和高度（深度）超过规范规定的路基应进行个别设计和验算。二、一般路基设计的内容：1、结合路线几何设计要求和当地地形选择路基断面形式。2、选择路堤填料和压实标准。3、确定边坡形状和坡度。4、路基排水系统布置和排水结构物设计。5、坡面防护和加固设计。第一节：路堤设计路堤是由土石材料在地面上堆填起来的结构物。要求：结构稳定性和沉降变形量小。设计考虑：地基、填料、边坡形状和坡度、堤身压实度排水和坡面防护。一、地基1、要求：地基有足够的承载力和低压缩性2、经验：1）基岩、砾石土或一般砂土和粘性土地基，基本上符合支撑路堤的要求。2）潮湿的粘性土地基，粘结力小于2040kpa。往往承载力不足。处理：对地基进行钻探取样确定软弱地基的层厚及其物理力学性质，判断对路堤的支撑能力和沉降量。3、地基处理情况：顶面酌情处理 除去草根、树根、各种耕作物（防止腐烂后形成滑动面）冬