《路基路面工程》重点难点分析(共81页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 总论 1-1 道路工程发展概况一、古代道路发展概况1.道路：4000多年前：车和行车的路商代：驿道传送西周：以都市为中心秦代：大修驰道、直道西汉：驿亭3万处唐代：以长安为中心的驿道网清末：修建了简陋的公路1912-1949：13万 km，通车8万km。2.路面结构：我国古代：条石、块石和石板欧洲：石料20世纪：形成新的学科分支二、我国路基路面工程的成果1.公路自然区划：7大区2.土的工程分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土3.路基强度与稳定性：以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标。4.高路堤修筑技术与支挡结构：5.软土地基稳定技术： 6.岩石路基爆破技

2、术： 7.沥青路面结构：60年代初，揭开了用国产沥青筑路的序幕。早期的沥青路面薄层表面处治层。70年代末，逐步形成了以贯入式路面为主的沥青路面承重结构。80年代末采用总厚度超过70cm的重型沥青路面结构。形成了沥青路面整套技术。8.水泥混凝土路面结构：70年代中期，采用水泥混凝土路面结构。在我国形成丁关于水泥混凝土路面结构的整套技术。9.柔性路面设计理论与方法： 在力学理论基础方面，建立了弹性力学多层结构承受多个圆形荷载的分析系统。10.刚性路面设计理论与方法: 在力学基础理论方面，运用解析法及有限元法建立弹性力学层状结构，弹性地基板体结构模型。 11.半刚性路面结构:一种主要的结构型式。12

3、.路面使用性能与表面特性: 路面的平整度、破损程度、承载能力及抗滑性能。13.路面养护管理：路面管理网络系统、项目和路网级优化管理决策三、引起重视的学科1材料科学：材料微观结构研究，复合材料研究。2岩土工程学：土力学、岩石力学、地质学、土质学、水文地质学等。3结构分析理论：设计由经验为主演变成以结构分析理论为主。4机电工程：施工装备的性能与施工工艺。5自动控制与量测技术：在施工过程中严格控制各项指标。6.现代管理科学：大型的管理系统，对区域范围内路基路面工程各个阶段的信息进行跟踪、采集、存储、处理、定期作评估和预测。1-2 路基路面工程的特点1.路基定义：在天然地表面按道路的设计线形(位置)和

4、设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。2.路面定义：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。3.特点：路基是路面结构的基础，路面结构层的存在又保护了路基。路基和路面相辅相成。路基与路面工程工程数量十分可观。路面结构在道路造价中所占比重很大，达到30左右。路基路面是一项线形工程，决定了路基与路面工程复杂多变的特点。一、承载能力要求路基路面结构整体及其各组成部分具有与行车荷载相适应的承载能力。结构承载能力包括强度与刚度两方面。强度抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力。刚度在车轮荷载作用下不发生过量的变形。二、稳 定 性1.在地表上开挖或填筑，改变原地层结构。2.大气

5、降水使得路基路面结构内部的湿度状态发生变化。3.大气温度周期性的变化对路面结构的稳定性有重要影响如冻胀、翻浆。三、耐久性 路基路面工程从规划、设计、施工至建成通车需要较长的时间，因此路基路面工程应具有耐久的性能。四、路面表面平整度影响行车安全，行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。五、抗滑性能：摩擦系数。1-3 影响路基路面稳定的因素1地理条件：公路沿线的地形、地貌和海拔高度平原区地势平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。2地质条件：3气候条件：气温、降水、湿度4水文和水文地质条件：河流洪水位，常水位5.土的类别：不同的土类具有不同的工程性质。1-4 路基土的分类1.土的分类2.公路用土的工程

6、性质巨粒土：高强度、稳定性。砾石混合料：强度、稳定性满足要求。砂土：无塑性，压实困难。砂性土：粗、细颗粒适宜，理想材料。粉性土：粉土颗粒，毛细作用强烈。需改良使用。粘性土：细颗粒含量多重粘土：1-5 公路自然区划一、公路自然区划的制定原则1.道路工程特征相似性原则 2.地表气候区域差异性原则 3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 二、公路自然区划的划分我国公路自然区划分为三个等级。1.一级区划：七个一级区北部多年冻土区；东部温润季冻区；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:依据潮湿系数K，将全国分为33个二级区和18个二级副区。3.三级区划：1）

7、以水热、地理和地貌为依据，分为若干个具有相似性的区域单元；2）以地表的地貌、水文和土质为依据分为若干个类型单元。 1-6路基水温状况及干湿类型一、路基湿度来源(1)大气降水；(2)地面水；(3)地下水；(4)毛细水；(5)水蒸汽凝结水；(6)薄膜移动水。二、大气温度对路基水温状况的影响冻胀:沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并积聚在该处。这种现象特别是在季节性冰冻地区尤为严重。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:春暖化冻时，路面和路基结构由上而下逐渐解冻，而积聚在路基上层的水分先融解，水分难以迅速排除，造成路基上层的

8、湿度增加，路面结构的承载能力便大大降低。经重车反复作用，路基路面结构会产生较大的变形，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。三、路基干湿类型1.干湿状态干燥、中湿、潮湿和过湿。要求路基处于干燥或中湿状态。2.分界标准干湿类型以分界稠度wc1、wc2和wc3来划分。稠度wc定义:土的含水量w与土的液限wl之差与土的塑限wp与液限之差wL的比值。即 wc= (wL- w)/(wL- wp) （1.1）3.公路干湿类型确定:1)对于原有公路，按不利季节路槽底面以下80cm深度范围内路基土的平均稠度确定。2)对于新建道路，可用路基临界高度为标准来确定。路基临界高度:与分界稠度相对应的路

9、基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。 1-7路面结构及层位功能一、路面横断面1.槽式横断面2.全铺式横断面二、路拱横坡度路拱： 横坡度：行车、排水三、路面结构分层及层位功能1.面层特点：直接同行车和大气接触，承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，受到降水的浸蚀和气温变化的影响。要求：具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，耐磨，不透水；其表面还应有良好的抗滑性和平整度。材料：水泥混凝土、沥青馄凝土、沥青碎(砾)石混合料、砂砾或碎石掺土或不掺土的混合料以及块料等。分层：分两层或三层铺筑。水泥混凝土路面也有分上下两层铺筑。2基层特点：承受由面层传来的

10、车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。要求：是路面结构中的承重层，具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力，具有足够的水稳定性。 材料：主要有各种结合料(如石灰、水泥或沥青等)稳定土或稳定碎(砾)石、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣(如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等)和土、砂、石所组成的混合料等。 分层：分两层或三层。3垫层特点：改善土基的湿度和温度状况；扩散基层传下的荷载应力。要求： 要求：水稳性、隔温性。材料：松散粒料，砂、砾石；稳定类垫层，水泥、石灰稳定。1-8路面的等级与分类一、路面类型面 层 类 型适 用 范 围沥 青 混 凝 土

11、高速公路、一级公路、二级公路、三级公路水 泥 混 凝 土高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路沥青贯入、沥青碎石沥青表面处治三级公路、四级公路砂 石 路 面四级公路二、路面分类 1柔性路面总体结构刚度较小，产生较大的弯沉变形，抗弯拉强度较低，土基承受较大的单位压力。主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。2刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。抗弯拉强度高，较高的弹性模量，较大的刚性。竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载，通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的

12、单位压力较柔性路面小得多。3半刚性路面用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层。前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。第二章 行车荷载、环境因素、材料的力学性质2-1 行车荷载一、车辆的种类分为客车与货车两大类。客车：小客车、中客车与大客车。货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。路面结构设计轴重作为荷载标准。二、车辆的轴型 我国公路与城市道路路面设计规范中以100kN作为设计标准轴重。三、汽车对道路的静态压力1.汽车处于停驻状态下静态压力。垂直压力P：与汽车轮胎的内压力Pi、轮胎的刚度和

13、轮胎与路面接触的形状、轮载的大小等有关。轮胎与路面接触面上的压力p1.25稳定。2.圆弧法适用于边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹没、均质土坝，局部发生渗漏、边坡为折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。 1)圆弧法的基本原理与步骤 圆弧法：将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力，然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。 假定：土为均质和各向同性；滑动面通过坡脚；不考体的内应力分布及各土条之间相互作用力的影响，土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的切线方向平行。圆弧法的基本步骤如下：(1)通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB，其半径为R，沿路线

14、纵向取单位长度1m。将滑动土体分成若干个一定宽度的垂直土条，其宽一般为2-4m，如图所示。(2)计算每个土条的土体重G(包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内)。G法向分力Ni、切向分力Ti；为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角。(3)计算每一小段滑动面上的反力(抵抗力)。(4)计算滑动力矩和抗滑力矩。滑动力矩 抗滑力矩 (5)求稳定系数值 2)假定几个可能的滑动面，按上述步骤计算对应的稳定系数。在圆心辅助线MI上绘出，稳定系数对应于圆心的关系曲线，在该曲线最低点作圆心辅助线MI的平行线，与曲线相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心，对应的滑动面为极限滑动面，相应的稳定系数为极限稳定

15、系数，其值应在1.25-1.5之间。3)确定圆心辅助线(1)45H法(2)36线法4稳定系数K取值：1.25-1.53.表解法均质、直线形边坡路堤，滑动面通过坡脚，坡顶为水平并伸至无限延远。4-2 陡坡路堤稳定性一、陡坡路堤当陆地修筑在陡坡上，且地面横破大于1：2.0或在不稳固的山坡上，路基不仅要分析路堤边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。陡坡路堤边坡稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下滑，边坡稳定性分析方法可按滑动面形状的不同分为直线和折线两种方法。二、陡坡路堤边坡稳定性分析方法1.直线法基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑时，可用直线滑动面法。公式：()costg+cL

16、/ ()sinQ 对于以基底接触面为滑动面者，等于路堤自重；对于以基底以下软弱面为滑动面者，等于路堤连同其下不稳定土体的自重力，kN；P路堤顶面的换算土柱荷载，kN；滑动面对水平面的倾斜角，滑动面上软弱土体的内摩擦角，c滑动面上软弱土体的单位粘聚力，kN；L滑动面的全长，m。2.折线法定义：滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，将滑动面上土体折线划分为若干条块，自上而下分别计算每个土体的剩余下滑力，根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整体稳定性。剩余下滑力等于或小于零时，认为稳定；大于零时则不稳定，必须采取稳定措施。4-3 浸水路堤稳定性一、渗透动水压力的作用浸水路堤：受到季节性或长期浸水的沿河路

17、堤、河滩路堤等均称为浸水路堤。河滩路堤：承受普通路堤所承受的外力及自重力、浮力及渗透动水压力的作用。特点：1.水位上升时，土体除承受竖向的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，其作用方向指向土体内部。2.当水位骤然下降时，其渗透动水压力的方向指向土体外面，剧烈破坏路堤边坡的稳定性，产生边坡凸起和滑坡现象。3.在高水位时，如路堤两侧边坡上的水位不一致，产生横穿路堤的渗透。4.凡是用粘性土填筑的浸水路堤(不包括渗透性极小的纯粘土)，都必须进行渗透动水压力的计算。二、渗透动水压力的计算渗透动水压力计算公式： D=B0式中：D 作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力； 渗流水力坡降(取用浸润曲线的平均

18、坡降)； B浸润曲线与滑动弧之间的面积； 0 水的容重。三、浸水路堤边坡稳定性分析浸水路堤的破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。采用圆弧法进行浸水路堤边坡稳定性分析，其稳定系数K计算与一般路堤相同。第五章 路基防护与加固5-1 概述1.由岩土所筑成的路基发生的变化：浸水后湿度增大，土的强度降低；岩性差的岩体，在水温变化条件下，加剧风化；路基表面在温差作用下形成胀缩循环，在湿差作用下形成千湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁病害；沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，易遭破坏；湿软地基承载力不足，易导致路基沉陷。所有这些均取决于岩土

19、的物理力学性质及自然因素，且与路基承受行车荷载的情况密切相关。2.合理的路基设计：应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考虑。3.为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固，是不可缺少的工程技术措施。4.路基防护与加固设施：边坡坡面防护沿河路堤河岸冲刷防护与加固湿软地基的加固处治。1）坡面防护：作用：保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。特点：不承受外力作用，要求坡面岩土整体稳定牢固。分类：植物防护(种草、铺草皮、植树等)有“生命”(成活)防护土质

20、边坡工程防护(抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等)无机物防护石质路堑边坡。在一定程度上，有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防护。2）堤岸防护与加固：作用：对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路基边旁的防护堤岸等。特点：主要针对水流的破坏作用而设，起防水治害和加固堤岸双重功效。分类：直接和间接两类。直接防护与加固设施植物防护、石砌防护与加固两种植树、铺石、抛石或石笼等。间接防护导治结构物，如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等，疏浚河床、改变河道。 3）湿软地基加固：作用：防止路基沉陷、滑移或产生其他病害。特点：湿软地基加固，规模大，造价高，应注意方案比较，研究技术和经济方面的可行性，力求从简，尽量就地取材。加固方法：换填土、辗压夯实、排水固结、振动挤密、土工格栅加筋和化学加固等五类。5-2 坡面防护一、植物防护作用：可美化路容，协调环境，调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边坡的作用。适用条件：坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面。方法：种草、铺草皮和植树。1.种草：适用边坡坡度不陡于1：1，土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地面径流速度0.6ms的边坡。2.铺草皮：坡面冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度0.6ms，容许最大速度为1.8m