路基路面工程_绪论

路基路面工程前言 道路勘设计、路基、路面的关系道路勘设计、路基、路面的关系: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。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质土力学地质学材料力学弹性力学工程材料施工技术工程管理 机电工程 测量学第一章绪论我国公路发展概况1 路基路面工程特点路基路面工程特点2路基土的分类及工程性质3 公路自然区划公路自然区划4路基的破坏及措施5路面结构及等级分类6第一节 我国公路发展概况鲁迅世上本没有路，走的人多了，也就成了路一、公路发展简史远古尧舜时期：黄帝造车，任重致远。少昊时略加牛，禹时奚仲加马康衢 都市为中心的道路体系 西周东周时期 “车同轨”，兴路政，最宽敞的道路，称为驰道，即天子驰车之道。汉朝开通丝绸之路，唐朝时筑路五万里，称为驿道。元明形成了以北京为中心的稠密的驿路交通网。秦始皇统一中国后 1902年，汽车输入我国，通行汽车的公路开始发展起来。1913年，长潭公路开始修建。到1949年底，全国公路通车里程仅有8.1万公里。本世纪 为了迅速恢复和发展国民经济，巩固国防，国家对公路建设作出了许多努力，取得了显著成就，特别是改革开放后的十几年来，公路建设迅速发展。中华人民共和国成立以后中华人民共和国成立以后沪嘉高速公路（中国的第一条高速公路）1984年12月21日开始建造，1988年10月31日通车沈大高速公路(神州第一路)：我国第一条长距离高速 公路沈大高速公路第一条全部以高速公路标准贯通的国道主干线京珠高速公路我国第一条沙漠高速公路全线长134.174公里、总投资达18.1714亿元的陕西省公路重点工程靖榆高速公路，于2003年8月底全线开通。靖榆高速公路青藏公路世界上海拔最高的公路世界上最长的跨海大桥，全长三十六公里杭州湾大桥年份年份公路总里程（万公公路总里程（万公里）里）二级以上公路里程二级以上公路里程（万公里）（万公里）高速公路里程（公高速公路里程（公里）里）19498001978891.001987982.9019901034.7522200014018.9163142011398.485000我国公路里程增长情况九十年代，交通部在参考国外公路交通发展经验及研究分析我国的经济发展布局后提出了国道主干线系统规划。该国道主干线系统的总规模为3.5万公路左右，以专供汽车行驶的高速公路和一级公路为主组成，总体布局上可分为“五纵七横”共十二条路线，连接全国43%的城市。2005年将其调整为国家高速公路网，采用放射线与纵横网格相结合的布局，由7条首都放射线、9条南北纵线和18条东西横线组成，简称“7918”网，总规模约8.5万公里。二、我国路基路面工程的成果（1）公路自然区划 （2）土的工程分类 （3）路基强度与稳定性 （4）高路堤修筑技术与支挡结构 （5）软土地基稳定技术 （6）岩石路基爆破技术（7）沥青路面结构 （8）水泥混凝土路面结构（9）柔性路面设计理论与方法：（10）刚性路面设计理论与方法:（11）半刚性路面结构:一种主要的结构型式。（12）路面使用性能与表面特性:（13）路面养护管理：第二节 路基路面工程点及设计内容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对路面的要求强度与刚度(stiffness)承载能力(bearing capacity)稳定性(stability)耐久性(lasting properties)表面平整度(surface evenness)表面抗滑行性能沙尘，噪音低 影响路基路面稳定的因素自然因素：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（合理与否）施工方法和养护与管理措施第三节 路基土的分类及工程性质土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物土是岩石经过风化后在不同条件下形成的自然历史的产物搬运、沉积搬运、沉积形成过程形成过程形成条件形成条件物理、力物理、力学性质学性质 风化风化岩石岩石地球土土地球影响影响一、土的形成二、土的分类土的分类标准我国的公路用土依据土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机质存在的情况进行土类划分（公路公路工程土工试验规程工程土工试验规程）。土的种类我国公路用土分类总体系包括巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类，计12种。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按粒径组成、塑性指数(plastic index)：土类区分的依据 一般以主成分粒组进行定义，控制主成分粒组的比例在50%以上，而特殊土则分为黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土和冻土，前三者按特殊塑性图上的位置定名，盐渍土按含盐百分率分类。巨粒土和粗粒土巨粒土和粗粒土粒组含量粒组含量级配指标级配指标细粒土细粒土塑性图塑性图其中以0.075mm作为细粒组与粗粒组的分界，以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界，而2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限，0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。不同粒组的划分界限及范围M巨粒土粗粒土细粒土特殊土 巨粒巨粒组组 15%（60mm60mm）粗粒粗粒组组50%50%（0.074-600.074-60）细细粒粒组组50%50%（0.0740.074）巨粒土巨粒土粗粒土粗粒土细粒土细粒土例题：大连市预修建开发区某段公路，现场实际考察采取现场土样，筛分试验结果如下表：试确定该地土质情况。筛孔（mm）2006020.0740.002筛底筛余（g）050.3464.7342.4127.515.4解：土样的总质量为解：土样的总质量为粗粒组含量为（粗粒组含量为（464.7+342.4）/1000.3=80.7%所以属于粗粒土，又砾粒组含量所以属于粗粒土，又砾粒组含量2.01级过湿2.0K1.52级中湿1.5K1.03级润湿1.0K0.54级润干0.5K0.255级中干0.25K6级过干3、我国的公路自然区划七个一级自然区区-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GBJ25-90湿陷性黄土地区建筑规范区-东南湿热区区-西南潮暖区区-西北干旱区区-青藏高寒区4、区划与路基路面设计的相关性不同地区自然条件的差异同公路建设关系密切路基路面与地势地貌、地质、水文、水热及土质等不同区划特征紧密相关各区划有各自不同的设计注意点二、路基湿度状况（1）路基水的来源 原始土具有的自然含水量；大气降水；地面水；地下水；毛细上升水；水蒸汽凝结水；薄膜移动水（2）路基水温状况及其变化地下水与温度共同作用造成路基湿度的变化，最典型的是路基冻胀与翻浆现象。冻胀丘冻胀丘热融热融（3）湿度对路基路面稳定的影响湿度对路基的影响：湿软、冰冻及整体不稳定，需设置良好的排水设施，并控制路基的干湿类型。湿度对路面的影响：水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度，造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性。（4）路基干湿类型 干燥、中湿、潮湿、过湿干燥、中湿、潮湿、过湿 路基在最不利季节所处的干湿状态路基在最不利季节所处的干湿状态 注意：为了保证路基路面结构的稳定性，一般注意：为了保证路基路面结构的稳定性，一般 要求路基处于干燥或要求路基处于干燥或 中湿状态。中湿状态。（5）路基干湿类型的确定原有公路稠度 方法：按不利季节路床表面以下80cm深度内的原状土的平均稠度与分界稠度相比较来确定。平均稠度：于路床表面以下80cm内，每10cm取土样测定其天然含水量、塑限含水量和液限含水量用下式确定。分界稠度分界稠度：判断土体干燥与中湿、或中湿与潮湿、潮湿：判断土体干燥与中湿、或中湿与潮湿、潮湿与过湿的分界值。与过湿的分界值。路基干湿类型稠度：土的含水量与土的液限之差除以土的塑限与液限之差。塑限塑限p液限液限l稠度界限稠度界限粘性土的稠度反映土中水的形态粘性土的稠度反映土中水的形态固态或固态或半固态半固态塑态塑态 流态流态 强结合水膜最大强结合水膜最大出现自由水出现自由水强结合水强结合水弱结合水弱结合水自由水自由水稠度状态稠度状态含水量含水量土中水的形态土中水的形态w缩限缩限s对于对于不同的粘土，含水量相同，稠度可能不同稠度可能不同不同的粘土，p、L 大小不同wpwwL液性指数液性指数定义：定义：IL1坚硬状态坚硬状态可塑状态可塑状态流流 态态0.00 0.250.25-0.750.75 1.00硬塑硬塑可塑可塑软塑软塑天然稠度天然稠度用于划分路基的干湿状态用于划分路基的干湿状态塑性指数塑性指数吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映粘土颗粒含量吸附结合水的能力；粘性大小；大致反映粘土颗粒含量 路基干湿类型的划分标准表1-7路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面，路基高度过湿路基上部土层处于地下水或地表积水毛细影响区内，路基高度潮湿路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内，路基高度中湿路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表积水影响。路基高度 干燥一般特性路基平均稠度路基平均稠度 与分与分界相对稠度的关系界相对稠度的关系路基干湿类型计算示例（例）某公路位于浙江省温州市某地区，在最不利季节，现场测得路床顶下80cm内各土层的含水量(如表2-3-1)。已知路基采用粘性土填筑，己测得其塑限为23，液限为33，试判断路基的干湿类型。解：平均含水量为新建公路方法：路床表面距离地下水位或地表长期积水水位的高度与路基临界高度相比较。路基临界高度：在不利季节当路基分别处于干燥、中湿和潮湿状态时，路床表面距离地下水位或地表长期积水水位的最小高度H，查表1-9得到。路基临界高度与土的分界稠度是相互对应的，根据H判断路基的干湿类型见表1-6（根据和路基填土高度比较）讨论：路基干湿类型如何保证？新建公路：路基处于设计阶段，如何保证路基满足规定的干湿类型？已建公路：路基处于潮湿状态，如何使其满足干燥或中湿状态？第五节 路基变形、破坏与措施一、翻浆（1）定义：指路面出现弹簧、破裂、冒浆的现象。（2）措施：加强排水二、松散、剥落（1）定义：指路面材料（集料和沥青）逐渐从路面脱开病散失。（2）措施：控制施工质量三、坑槽（1）定义：指路面中出现碗状坑洞。（2）措施：清理穴坑填满穴坑压实四、泛油（1）定义：指路面混合料中的沥青向上迁移到路表面，形成一层有光泽的沥青膜。（2）措施：根据泛油程度分别撒铺碎石并碾压五、波浪壅包（1）定义：指路表面有规律的纵向起伏；混合料的积聚。（2）措施：喷洒沥青病均匀撒上碎石第六节 路面结构、等级与分类一、路面横断面二、路拱横坡度有中央分隔带的横坡度三 、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 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 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 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：改善土基的温湿状况；扩散和传递由基层传递的荷载应力；防路基土挤入基层材料：要求：水稳定性、隔温性能 1.路面并不一定具有图示结构层次，可增可减 2.路面结构层次的划分并非一成不变（旧路改造 补强）3.为保护沥青路面边缘，一般基层应较面层每边宽约0.25m，垫层较基层每边宽0.25m。缓冲层：防止基层开裂反射面层连结层：防止沥青面层沿基层滑移注意：四 、路面等级划分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 五、路面分类：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