《道路工程习题》PPT课件

主 讲 ： 罗 飞专 业 ： 土 木 工 程 本 书 内 容 ：路 基 工 程(subgrade project)路 面 工 程（ pavement project） 原 理设 计 方 法构 造 要 求施 工 技 术附 属 设 施 设 计 土 力 学 工 程 地 质 学 材 料 力 学 弹 性 力 学 土 木 工 程 材 料 施 工 技 术 工 程 管 理 机 电 工 程 测 量 学 路 线 (route) : 空 间 线 （ 平 面 、 纵 面 ） ， 决 定 行 车 的 安全 、 舒 适 、 经 济 、 快 捷 ； 路 基 (subgrade) ： 按 照 路 线 位 置 和 技 术 要 求 修 筑 的 作 为路 面 基 础 的 带 状 构 造 物 ； （ 承 受 荷 载 ） 路 面 (pavement) ： 用 硬 质 材 料 铺 筑 于 路 基 顶 面 的 层 状结 构 ； （ 承 受 荷 载 ） 三 者 的 关 系 ： 路 线 的 确 定 应 考 虑 路 基 的 稳 定 性 ； 路 面位 于 路 基 之 上 ， 强 度 和 稳 定 性 相 互 影 响 和 维 护 。 路 线 、 路 基 、 路 面 的 关 系 : 第 一 章 总 论路 基 路 面 工 程 结 构 的 功 能 要 求 路 基 路 面 结 构 及 层 位 功 能 路 基 土 的 分 类 及 其 工 程 性 质 路 基 的 水 温 状 况 、 干 湿 类 型 及 路基 临 界 高 度公 路 的 自 然 区 划 一 、 路 基 路 面 工 程 结 构 的 特 点 及 要 求u 工 程 特 点 (project feature) 土 石 方 工 程 量 大 ， 耗 费 大 量 材 料 ， 造 价 较 高 施 工 工 艺 较 简 单 ， 但 季 节 性 强 ， 讲 究 工 序 涉 及 面 广 ： 受 自 然 因 素 和 人 为 因 素 影 响 ， 变异 性 和 不 确 定 性 大 （ 水 文 地 质 情 况 复 杂 ， 气候 多 变 ） u 对 路 基 的 要 求 整 体 稳 定 足 够 的 强 度 (strength)， 允 许 小 变 形 (deformation) 水 温 稳 定 性 (stability) u 对 路 面 的 要 求 承 载 能 力 (bearing capacity) 稳 定 性 (stability) 耐 久 性 (lasting properties) 表 面 平 整 度 (surface evenness) 表 面 抗 滑 行 性 能综 上 ,路 基 路 面 工 程 的 基 本 性 能 ： 承 载 能 力 、 稳 定性 、 耐 久 性 、 表 面 平 整 度 、 表 面 抗 滑 性 。强 度 与 刚 度 (stiffness) 二 、 路 面 结 构 及 层 位 功 能u 路 基 路 面 横 断 面 (cross fault) 1、 沿 横 断 面 方 向 ： 行 车 道 、 中 间 带 和 路 肩 ；2、 路 基 横 断 面 ： 路 床 和 路 堤 ；槽 式 全 铺 式3、 路 面 横 断 面 ： 槽 式 和 全 铺 式 。 u 路 拱 横 坡 度 (crown slope) 1、 作 用 ： 排 除 路 面 积 水 2、 形 式 ：3、 选 取 原 则 ： 兼 顾 行 车 平 稳 和 横 向 排 水抛 物 线 型直 曲 组 合 型折 线 型 二 次 抛 物 线半 立 方 抛 物 线 u 路 基 路 面 结 构 分 层 及 层 位 功 能 为 什 么 要 对 路 基 路 面 结 构 分 层 ？ 一 共 分 为 基 层 ？ 各 结 构 层 的 特 点 ？ 三 、 路 面 分 层 及 层 面 功 能 1、 面 层 ： 特 性 ： 直 接 承 载 满 足 强 度 、 稳 定 性 要 求 ： 结 构 强 度 、 变 形 能 力 、 稳 定 性 、 耐 磨 、 抗 滑 平 整 材 料 ： 分 层 ： 上 、 （ 中 ） 、 下 （ 沥 青 或 混 凝 土 面 层 ） 23层 RC+ AC （ 复 合 路 面 ）水 泥 混 凝 土 (cement concrete)沥 青 混 凝 土 (asphalt concrete)沥 青 混 合 料 (bituminous mixture)碎 石 （ 掺 土 或 不 掺 土 ） 混 合 料 2、 基 层 ： 特 性 ： 承 载 、 传 递 、 扩 散 ； 材 料 分 层 ： 当 基 层 较 厚 时 ， 分 两 层 施 工 ： 上 基 层 ， 下 基 层 材 料 不 同 时 称 底 基 层 ， 设 在 基 层 之 下 ， 分 担 基 层 承 重 作 用粒 料 类 ： 碎 砾 石 材 料 ， 片 石 ， 圆 石 、 工 业 废 渣 和 土 、 砂无 机 结 合 料 类 ：沥 青 稳 定 类 ： 热 拌 沥 青 碎 石 ， 沥 青 灌 入 碎 石 ， 乳 化 沥青 碎 石 混 合 料 水 泥 稳 定 类 (cement-modified aggregate)石 灰 稳 定 类 (lime-treated aggregate)工 业 废 渣 (industrial solid waste)稳 定 类三 、 路 面 分 层 及 层 面 功 能 3、 垫 层 (bed course)： 土 基 与 基 层 之 间透 水 性 （ 松 散 类 ） ： 砂 ， 砾 石 ， 炉 渣稳 定 性 （ 稳 定 类 ） ： 水 泥 或 石 灰 稳 定 土作 用 ： 1、 改 善 土 基 的 温 湿 状 况 ； 2、 扩 散 和 传 递 由基 层 传 递 的 荷 载 应 力 ； 3、 防 止 路 基 土 挤 入 基 层材 料 ：要 求 ： 水 稳 定 性 、 隔 温 性 能三 、 路 面 分 层 及 层 面 功 能 u 路 面 的 分 类 按 材 料 按 力 学 特 性 沥 青 路 面 的 进 一 步 分 类 一 、 路 面 等 级 (classification of pavement)的 划 分u 高 级 路 面 ： 特 点 ： 强 度 高 ， 稳 定 性 好 ， 使 用 寿 命 长 ， 质 量 高 ， 初 期投 高 ， 行 车 舒 服 ， 高 速 ， 安 全 。 面 层 类 型 ： 水 泥 混 凝 土 ， 沥 青 混 凝 土 ， 沥 青 码 碲 脂 适 用 等 级 ： 高 速 ， 一 级 ， 二 级 u 次 高 级 路 面 ： 特 点 ： 强 度 刚 度 低 于 高 级 路 面 ， 寿 命 较 短 ， 适 应 交 通 量 小 面 层 类 型 ： 沥 青 灌 入 碎 石 ， 路 拌 沥 青 碎 石 ， 沥 青 表 面 处 理 适 用 等 级 ： 二 级 ， 三 级 u 中 级 路 面 ： 特 点 ： 强 度 刚 度 低 ， 稳 定 性 差 ， 使 用 期 限 短 ， 行 车 速 度低 ， 初 期 投 入 低 ， 养 护 工 作 量 大 面 层 类 型 ： 泥 结 碎 石 ， 级 配 碎 石 ， 水 结 碎 石 适 用 等 级 ： 三 级 ， 四 级 u 低 级 路 面 ： 特 点 ： 强 度 、 刚 度 最 低 ， 水 稳 定 性 差 ， 平 整 度 差 ， 低 速 ，雨 季 有 时 不 通 车 。 面 层 类 型 ： 粒 料 ， 砂 砾 土 ， 矿 渣 土 适 用 等 级 ： 四 级 二 、 按 力 学 特 性 及 设 计 方 法 u 柔 性 路 面 (flexible pavement)： 总 体 刚 度 小 ， 弯 沉 变 形 大 ，抗 弯 拉 强 度 低 如 ： 粒 料 基 层 + 沥 青 面 层 、 碎 （ 砾 ） 石 面 层 、 块 石 面 层u 刚 性 路 面 (rigid pavement) ： 抗 弯 拉 强 度 高 ， 整 体 刚 度 大 ，处 于 板 体 工 作 状 态 ， 竖 向 弯 沉 小 如 ： 水 泥 混 凝 土 路 面 u 半 刚 性 路 面 (semi-rigid pavement)： 前 期 具 有 柔 性 路 面 力学 性 质 ， 后 期 强 度 与 刚 度 均 大 幅 增 长 ， 但 仍 远 小 于 水泥 混 凝 土 半 刚 性 基 层 。 如 ： 用 无 机 结 合 料 和 水 硬 性 结 合 料 修 筑 的 基 层 三 、 路 基 土 的 分 类 及 其 工 程 性 质一 、 按 颗 粒 组 成 特 征 、 塑 性 指 数 、 有 机 质 (plastic index)：巨 粒 土漂石土 卵石土 粗 粒 土砾类土 砂类土 细 粒 土有机质土 粉质土粘质土 特 殊 土黄 土 盐渍土红粘土膨胀土 冻 土 二 、 土 的 工 程 性 质o 巨 粒 土 ： 高 的 强 度 和 稳 定 性 填 筑 路 基 和 砌 筑边 坡 ， 但 压 实 较 为 困 难 。o 砾 石 (gravel)混 合 料 （ 级 配 良 好 ） ： 强 度 、 稳 定性 、 密 实 度 均 能 满 足 要 求 ； 填 筑 路 基 、 铺 筑 中级 路 面 、 高 级 或 次 高 级 道 路 的 基 层 或 底 基 层o 砂 土 (sandy soil)： 无 塑 性 ， 透 水 、 粘 性 小 ， 易 松散 ， 压 实 困 难 （ 振 动 法 、 掺 入 少 量 粘 土 ） ， 但压 实 后 稳 定 性 好 强 度 大 、 水 稳 定 性 好 ； o 砂 性 土 (cohesionless soil)： 粗 细 搭 配 ， 级 配 好 ， 强度 和 稳 定 性 高 ， 理 想 的 路 基 填 筑 材 料o 粉 性 土 (silty soil)： 水 稳 定 性 差 ， 毛 细 作 用 强 烈 、易 冻 胀 翻 浆 ， 不 可 用 ， 需 处 理o 粘 性 土 (cohesive soil)： 粘 性 大 ， 颗 粒 细 ， 毛 细 现象 ， 透 水 性 差 ， 可 塑 性 强 ， 干 燥 强 度 大 ， 遇 水承 载 力 降 低 充 分 压 实 和 良 好 的 排 水 设 计 ， 可保 证 路 基 稳 定o 重 粘 土 (heavy clay)： 不 透 水 ， 粘 聚 力 强 ， 施 工 干燥 时 ， 难 以 破 碎 ； 不 可 用二 、 土 的 工 程 性 质 o 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 。 o 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 wI40%,塑 性 指 数 Ip17， 在 2235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 。 o 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 土二 、 土 的 工 程 性 质砂 性 土 最 优 ， 粘 性 土 次 之 ， 粉 性 土 和 重 粘 土 是 不良 的 路 基 土 四 、 路 基 的 水 文 状 况 、 干 湿 类 型 及 路 基 临 界 高 度自 然 因 素 ：地 理 条 件 ： 平 原 (plain)（ 保 证 排 水 设 计 和 最 小 填 土 高 度 ） 山岭 (mountain)地 质 条 件 (geologic condition) ： 岩 石 种 类 、 层 理 、 倾 向 、 夹层 、 断 层气 候 条 件 ： 温 度 、 湿 度 日 照 、 风 力 （ 材 料 老 化 和 地 下 水 位 )水 文 和 水 文 地 质 条 件 (hydrogeologic condition) ： 地 表 、 地 下材 料 类 别 ： 砂 类 土 、 粘 性 土 、 粉 性 土人 为 因 素 ： 设 计 、 施 工 方 法 和 养 护 与 管 理 措 施一 、 影 响 路 基 路 面 稳 定 的 因 素 p 大 气 降 水 p 地 面 水 p 地 下 水 p 毛 细 水p 水 蒸 气 凝 结 水 p 薄 膜 移 动 水二 、 湿 度 的 来 源 u冻 胀 (frost heave)： 积 聚 于 面 层 下 的 水 结 冰 后 体 积增 大 ， 使 路 基 隆 起 而 造 成 的 路 面 开 裂 等 破 坏 现 象 。u翻 浆 (frost boiling)： 冻 涨 土 在 温 度 升 高 后 融 解 ， 无法 迅 速 排 除 ， 在 行 车 荷 载 作 用 下 ， 路 基 路 面 结 构 产生 较 大 变 形 ， 湿 度 很 大 的 路 基 土 会 以 泥 浆 的 形 式 从冻 涨 后 开 裂 的 路 面 层 裂 隙 中 冒 出 或 挤 出 。三 、 季 节 性 冻 土 区 的 水 温 状 况 （ 温 度 变 化 的 影 响 ） 条 件 ： 粉 质 土 和 极 细 的 砂 温 度 变 化 地 下 水 位 高 四 、 路 基 的 干 湿 类 型 (subgrade dry-moist type)： u 划 分 标 准 ： 稠 度 ： 干 燥中 湿潮 湿过 湿 需 处 理固 态 半 固 态 塑 态 液 态 含 水 量WC=(WL-W)/(WL-WP) =(WL-W)/IP 已 知 区 某 改 建 公 路 ， 在 不 利 季 节 调 查 原 有 路 基路 槽 底 面 以 下 80cm深 度 内 土 ， 每 10cm为 一 层 ，天 然 含 水 量 分 别 为 15.0%， 14.0%、 14.0%、15.5%、 14.0%、 15.8%、 14.9%、 15.2%， 八 层土 质 均 匀 ， 其 液 限 含 水 量 L=15.8%， 其 塑 限 含水 量 p=8.8%。 干 燥 、 中 湿 、 潮 湿 和 过 湿 的 分 界稠 度 c1=1.08、 c2=0.86和 c3=0.77。 试 判 断 该 路基 土 所 处 的 状 态 。例 题 五 、 路 基 工 作 区 u 路 基 受 力（ 1） 路 基 路 面 自 重（ 2） 车 轮 荷 载 引 起 附 加 应 力（ 3） 分 布 特 点（ 4） 自 重 应 力 和 附 加 应 力 的 计 算u 路 基 工 作 区 （ 1） 哪 个 范 围 ？（ 2） 对 工 作 区 内 ， 土 质 选 择 ， 压 实 度 均 有 较 高 要 求 。 五 、 公 路 的 自 然 区 划 (climatic zoning for highway )二 、 区 划 定 制 原 则 ： u自 然 条 件 影 响 道 路 建 设u自 然 条 件 大 致 相 同 的 划 分 为 一 区 ， 在 该 区 内从 事 公 路 规 划 、 设 计 、 施 工 、 管 理 时 ， 可 相 互参 照一 、 区 划 定 制 原 因 ： u道 路 工 程 特 征 相 似 （ 同 一 自 然 因 素 ）u地 表 气 候 区 划 差 异 性u自 然 气 候 因 素 既 有 综 合 又 有 主 导 作 用 三 、 公 路 自 然 区 划 标 准 JTJ003-86 ： 三 级 进 行 区 划 ：七 个 一 级区 划 ：以 两 条 均 温等 值 线 和 两条 等 高 线 为标 志 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 润 区 西 南 潮 暖 区 西 北 干 旱 区 青 藏 高 寒 区 公 路 自 然 区 划 (climatic zoning for highway ) 33个 二 级 区 划 和 18个 副 区 ：以 潮 湿 系 数 （ K=年 降 雨 量 R/年 蒸 发 量 Z） 为 指标 ， 综 合 考 虑 气 候 、 地 貌 、 土 质 、 地 下 水 和 自然 病 害 等 多 个 因 素 划 分 的 。三 级 区 划 ： 由 各 省 、 市 和 自 治 区 自 行 划 定公 路 自 然 区 划 (climatic zoning for highway ) 三 、 公 路 自 然 区 划 标 准 JTJ003-86 ： 三 级 进 行 区 划 ：