第二讲道路概况课件

道路分类道路分类 道路是提供各种车辆、行人等通行的工程设施，按其使用范道路是提供各种车辆、行人等通行的工程设施，按其使用范围分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。围分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。城市道路的分类城市道路的分类城市道路按其在城市道路系统中的地位及交通功能的不同分为城市道路按其在城市道路系统中的地位及交通功能的不同分为四类：四类：快速路：快速路：分向高速行驶、立体交叉、需控制出入，一般具有四分向高速行驶、立体交叉、需控制出入，一般具有四车道以上，设中央分隔带。车道以上，设中央分隔带。主干道：主干道：在城市道路网中起骨架作用、以解决区间交通联系及在城市道路网中起骨架作用、以解决区间交通联系及对外交通为主的道路对外交通为主的道路次干道：次干道：连接主干道之间的辅助性干道连接主干道之间的辅助性干道支路：支路：是次干道与街道的连接线，以服务功能为主，解决地区是次干道与街道的连接线，以服务功能为主，解决地区交通。交通。城市道路的分类城市道路的分类公路的行政等级公路的行政等级 我国的公路，按照其在国我国的公路，按照其在国家政治、经济、国防和区域家政治、经济、国防和区域行政管理中的重要性和使用行政管理中的重要性和使用性质的不同，可划分为性质的不同，可划分为国道、国道、省道、县道、乡道和专用公省道、县道、乡道和专用公路路等五个行政等级，其各自等五个行政等级，其各自的含义列示于下表。的含义列示于下表。公路的行政等级公路的行政等级第一章 总 论第一章第一章 总论总论第一节第一节 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 路基水温状况及干湿类型路基水温状况及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八节第八节 路面的等级与分类路面的等级与分类技术发展趋势：（1）服务功能方面：安全化（复杂路况、特殊灾害性天气条件、不良地质状况）、智能化（以人为本、彩色、荧光、融雪）、环保化（排水、降噪、低吸热、吸收汽车尾气）（2）技术性能方面：资源节约、环境友好、寿命延长、性能提升（高温、低温、水稳定性、疲劳）第二节第二节 路基路面工程的特点路基路面工程的特点 一、路基、路面的基本概念一、路基、路面的基本概念路基：是在天然地表面按照道路的设计线形（位置）和设计横断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填 而成的岩土结构物。路面：是在路基顶面的行车部分由各种混合料铺筑而 成的层状结构物。路基路面工程的特点及要求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）沿线经济程度和交通特点不一样路基路面的使用要求和特点路基路面的使用要求和特点全天候畅通全天候畅通高速高速安全安全舒适舒适经济经济路基路面的性能要求特点1、承载能力：承载能力：包括强度和刚度两个方面包括强度和刚度两个方面2、稳定性：稳定性：在地表上开挖或填筑路基，会改变原地面地在地表上开挖或填筑路基，会改变原地面地层结构的受力状态，从而造成路基失稳；大气降水、大气层结构的受力状态，从而造成路基失稳；大气降水、大气周期性变化对稳定性的影响。周期性变化对稳定性的影响。3、耐久性：耐久性：道路工程有较长的使用年限，因此路基路面道路工程有较长的使用年限，因此路基路面工程要求有很好的耐久性能。工程要求有很好的耐久性能。4、表面平整度：表面平整度：是影响行车安全，行车舒适性以及运输是影响行车安全，行车舒适性以及运输效益的重要使用性能效益的重要使用性能5、表面抗滑性能：表面抗滑性能：保证车轮与路面之间有足够的附着力保证车轮与路面之间有足够的附着力和摩擦力，以增加行车安全。和摩擦力，以增加行车安全。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一、主要影响因素（主要影响路基）一、主要影响因素（主要影响路基）1.地理条件地理条件2.地质条件地质条件3.气候条件气候条件4.水文和水文地质条件水文和水文地质条件5.土的类别土的类别1、地理条件、地理条件地形地貌地形地貌海拔高度海拔高度路线与地势地貌的结合程度路线与地势地貌的结合程度2、地质条件、地质条件岩石或土的种类与成因岩石或土的种类与成因地质走向与层理地质走向与层理有无软弱或软弱夹层有无软弱或软弱夹层有无地震、泥石流或岩溶等有无地震、泥石流或岩溶等不良地质情况不良地质情况3、气候条件、气候条件气温气温降水降水日照日照风力方向风力方向4、水文和水文地质条件地表水的水文条件地表水的水文条件1、地表积水水位与存水时间、地表积水水位与存水时间2、地表水的排泄、地表水的排泄3、河流的常水位与洪水水位、河流的常水位与洪水水位4、河流的河岸及河床的淤积、河流的河岸及河床的淤积地下水的水文地质条件地下水的水文地质条件1、地下水的移动规律、地下水的移动规律2、地质内的层间水、地质内的层间水、裂隙水、泉水的存在情况裂隙水、泉水的存在情况5、土的类别、土的类别土土 的不同颗粒组成形成不同的材料强度机理的不同颗粒组成形成不同的材料强度机理不同类别的土受水温影响的程度不同不同类别的土受水温影响的程度不同不同的土类有不同的工程特征与性质不同的土类有不同的工程特征与性质第四节第四节 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一、土的划分原则一、土的划分原则 不同的使用目的和场合，划分原则不同，如农业、公不同的使用目的和场合，划分原则不同，如农业、公路等路等 公路用路基土，世界各国大致相近，均依据土颗粒的公路用路基土，世界各国大致相近，均依据土颗粒的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量、土的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量、土的塑性指标塑性指标二、我国公路路基土的分类二、我国公路路基土的分类划分依据划分依据：土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机质存在情况质存在情况分类分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细分巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细分为为11类类不同粒组的划分界限及范围不同粒组的划分界限及范围路基土的分类按粒径组成、塑性指数(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土的工程性质巨粒土：高的强度和稳定性 填筑路基和砌筑边坡砾石(gravel)混合料（级配良好）：强度、稳定性、密实度高；填筑路基、铺筑中级路面、高级或次高级的基层或底基层砂土(sandy soil)：无塑性，透水、粘性小，易松散，但压实后稳定性好强度大、水稳定性好；压实困难（振动法、掺入少量粘土）路基土的分类砂性土砂性土(cohesionless soil)：粗细搭配，级配好，强度和粗细搭配，级配好，强度和稳定性高，稳定性高，理想的路基填筑材料理想的路基填筑材料粉性土粉性土(silty soil)：水稳定性差，毛细现象、易冻胀翻浆，水稳定性差，毛细现象、易冻胀翻浆，不可用，需处理不可用，需处理粘性土粘性土(cohesive soil)：粘性大，颗粒细，毛细现象，透粘性大，颗粒细，毛细现象，透水性差，可塑性强，干燥强度大，遇水承载力降低水性差，可塑性强，干燥强度大，遇水承载力降低 充分充分压实和良好的排水设计，可保证路基稳定压实和良好的排水设计，可保证路基稳定重粘土重粘土(heavy clay)：不透水，粘聚力强，施工干燥时，不透水，粘聚力强，施工干燥时，难以破碎；难以破碎；不可用不可用路基土的分类土的工程性质湿陷性黄土：湿陷性黄土：呈黄色或黄褐色，粉土含量占呈黄色或黄褐色，粉土含量占6060以上，含有以上，含有大量的碳酸大量的碳酸 盐、硫酸盐和可溶性盐类，天然孔隙比在盐、硫酸盐和可溶性盐类，天然孔隙比在1 1左右。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。破坏而发生显著附加下沉。膨膨 胀胀 土：土：粘性含量高，其中粘性含量高，其中0.002mm0.002mm的胶体颗粒一般的胶体颗粒一般超过超过2020，土的液限，土的液限wIwI40%,40%,塑性指数塑性指数IpIp1717，在，在22223535之间，之间，自由膨胀率自由膨胀率40%,40%,吸水膨胀，失水收缩，强度较高，压缩性吸水膨胀，失水收缩，强度较高，压缩性低，易被误认为是较好的土。低，易被误认为是较好的土。盐盐 渍渍 土：土：地表土层地表土层1m1m以内的土易溶盐含量大于以内的土易溶盐含量大于0.50.5根据其含盐根据其含盐 量可分为：氯盐渍及亚氯盐渍土、盐酸盐渍土量可分为：氯盐渍及亚氯盐渍土、盐酸盐渍土及亚盐酸盐渍土、碳酸盐渍土及亚盐酸盐渍土、碳酸盐渍土路基土的分类土的工程性质土的工程性质第五节第五节 公路自然区划公路自然区划一、制定自然区划的意义一、制定自然区划的意义二、制定自然区划的原则二、制定自然区划的原则1.道路工程特征相似的原则道路工程特征相似的原则2.地表气候区域差异性的原则地表气候区域差异性的原则3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则一级自然区划一级自然区划1、划分方法：、划分方法：在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值线和三阶梯的海拔高度线为主要标志，二条等高线：线和三阶梯的海拔高度线为主要标志，二条等高线：1000m、3000m等高线：等高线：1000m等高线沿东北大兴安岭、等高线沿东北大兴安岭、太行、伏牛、武当、雪峰、大朋、友谊关一线，走向北偏太行、伏牛、武当、雪峰、大朋、友谊关一线，走向北偏东；东；3000m等高线沿帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山、祁等高线沿帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山、祁连山、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；连山、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；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)二级自然区划二级自然区划在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级，在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级，并结合各大区的地理、气候特征、地貌类型、自然病害等并结合各大区的地理、气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为因素，将全国划分为33个二级区和个二级区和19个副二级区。个副二级区。潮湿系数潮湿系数K为年降雨量与年蒸发量之比。为年降雨量与年蒸发量之比。三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、地理、地三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、地理、地貌为依据，或是以地表的地貌、水文和土质依据，有各省、貌为依据，或是以地表的地貌、水文和土质依据，有各省、市、自治区自行划定。市、自治区自行划定。各个自然区划内路基路面设计的注意事项各个自然区划内路基路面设计的注意事项北部多年冻土区：北部多年冻土区：冻土、冻土退化冻土、冻土退化东部温润集结区：东部温润集结区：冻胀翻浆冻胀翻浆黄土高原干湿过渡区：黄土高原干湿过渡区：黄土（保持路基干燥）黄土（保持路基干燥）东南湿热区：东南湿热区：排水、湿软地基（暴雨多，滑坡，冲刷）排水、湿软地基（暴雨多，滑坡，冲刷）气温高，热季长，路面材料的热稳定性。气温高，热季长，路面材料的热稳定性。西南潮暖区：西南潮暖区：不良地质（喀斯特、滑坡）云、贵、川、不良地质（喀斯特、滑坡）云、贵、川、广西、（山多，多用当地材料）广西、（山多，多用当地材料）西北干旱区：西北干旱区：缺水、雪害（河套、内蒙草原）缺水、雪害（河套、内蒙草原）青藏高寒区：青藏高寒区：高寒、冻土、（昼夜温差大，日照时间长，高寒、冻土、（昼夜温差大，日照时间长，沥青老化快）沥青老化快）第六节第六节 路基水温状况及干湿类型路基水温状况及干湿类型一、路基湿度的来源一、路基湿度的来源n大气降水大气降水n地面水地面水n地下水地下水n毛细水毛细水n水蒸气凝结水水蒸气凝结水n薄膜移动水薄膜移动水二、路基水文状况及其变化二、路基水文状况及其变化 湿度和温度共同作用造成路湿度和温度共同作用造成路基湿度的变化，称为路基的水基湿度的变化，称为路基的水文状况，最典型的是路基的冻文状况，最典型的是路基的冻胀与翻浆现象。胀与翻浆现象。第六节第六节 路基水温状况及干湿类型路基水温状况及干湿类型大气温度及其对路基水温状况的影响大气温度及其对路基水温状况的影响温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀。温度造成路基体的膨胀与收缩，甚至引起路基的冻胀。温度造成水泥混凝土路面的温度应力及条块分割。温度造成水泥混凝土路面的温度应力及条块分割。温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。温度造成沥青混凝土路面的塑性变形累积及低温开裂。湿度对路基路面稳定的影响湿度对路基路面稳定的影响湿度对路基稳定的影响：湿度对路基稳定的影响：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制路基的干湿类型湿度对路面稳定的影响：湿度对路面稳定的影响：水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与刚度。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。造成路面破坏，并可进一步加剧路面透水性。路基的干湿类型路基的干湿类型三、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路基水温状况及干湿类型 1、对原有路面：路槽地面下80cm深度土的平均稠度 路基水温状况及干湿类型三、路基的干湿类型(subgrade dry-moist type)：2、对新建公路：路基临界高度(critical height of subgrade)：指保证路槽底80cm上部土层处于某种干湿状态，在最不利季节路槽地面距地下水位或地面积水位的最小高度。路基水温状况及干湿类型三、路基的干湿类型(subgrade dry-moist type)：路基水温状况及干湿类型三、路基的干湿类型(subgrade dry-moist type)：路面结构及层位功能一、路面横断面(cross fault)二、路拱横坡度(crown slope)1、作用：排除路面积水 2、形式：抛物线型直曲组合型折线型二次抛物线半立方抛物线y1=h（2x/B）2y1=h（2x/B）3/23、有中央分隔带(central reservation)的路拱设置路面结构及层位功能二、路拱横坡度(crown slope)路面结构分层路面结构分层通常按照层位功能的不同，分为三个层次：通常按照层位功能的不同，分为三个层次：面层、基层和垫层。面层、基层和垫层。路面结构分层及层位功能路面结构分层及层位功能1.面层面层【区别于路面区别于路面】基本特点：与外界直接接触。基本特点：与外界直接接触。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：水泥混合料、沥材料类型：水泥混合料、沥 青混合料及其他混合料青混合料及其他混合料结构组成：两层或三层结构组成：两层或三层2.基层基本特点：行车荷载扩散基本特点：行车荷载扩散功能要求：功能要求：结构性结构性材料类型：有机、无机结材料类型：有机、无机结合料稳定类合料稳定类结构组成：两层或三层结构组成：两层或三层3.垫层垫层基本特点：基本特点：承上启下（土基承上启下（土基与基层）与基层）功能要求：功能要求：改善土基的温度改善土基的温度和湿度状况，进一步扩散应和湿度状况，进一步扩散应力。力。材料类型：材料类型：水稳定性和隔温水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定土。性好的松散材料或稳定土。结构组成：结构组成：一般为一层。一般为一层。下列情况应设垫层下列情况应设垫层 地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿的路段，排水地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿的路段，排水不良的土质路堑；有裂隙水，泉眼水等水文不良情况的岩不良的土质路堑；有裂隙水，泉眼水等水文不良情况的岩石挖方路段；季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿石挖方路段；季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段；基层可能受污染的路段。路段；基层可能受污染的路段。修筑垫层的材料，强度不一定高，但水稳定性和隔热性较修筑垫层的材料，强度不一定高，但水稳定性和隔热性较好。好。松散粒料：砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层松散粒料：砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。道路常用层位及厚度道路常用层位及厚度 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：路面结构及层位功能第八节第八节 路面的等级划分路面的等级划分一、路面类型一、路面类型【按照材料组成分类按照材料组成分类】土路面土路面砂石路面砂石路面块体路面块体路面沥青路面沥青路面水泥路面水泥路面复合式路面复合式路面其他其他二、路面等级划分二、路面等级划分根据面层的使用品质、材料组成类型以及结构强度和稳定性，可以分为四个等级。路面等路面等级面面层类型型所适用的公路等所适用的公路等级高高级水泥混凝土、水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌青混凝土、厂拌沥青碎石、整青碎石、整齐石石块或条石或条石高速、一高速、一级、二、二级次高次高级沥青青贯入式、路拌入式、路拌沥青碎石、青碎石、沥青青表面表面处治、半整治、半整齐石石块二二级、三、三级中中级泥泥结或或级配碎配碎砾石、水石、水结碎石、不碎石、不整整齐石石块、其它粒料、其它粒料三三级、四、四级低低级各种粒料或当地材料改善土，如炉各种粒料或当地材料改善土，如炉渣土、渣土、砾石土和砂石土和砂砾土等土等四四级路面等级u 高级路面：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，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。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，二级适用等级：高速，一级，二级 u次高级路面：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，三级适用等级：二级，三级u中级路面：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，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，水结碎石面层类型：泥结碎石，级配碎石，水结碎石 适用等级：三级，四级适用等级：三级，四级 u低级路面：低级路面：特点：强度、刚度最低，水稳定性差，平整度差，低速，雨特点：强度、刚度最低，水稳定性差，平整度差，低速，雨季有时不通车。季有时不通车。面层类型：粒料，砂砾土面层类型：粒料，砂砾土 ，矿渣土，矿渣土 适用等级：四级适用等级：四级 路面等级(classification of pavement)的划分三、路面分类三、路面分类【按照力学特性分类按照力学特性分类】柔性路面柔性路面刚性路面刚性路面半刚性路面半刚性路面目前三者之间正在不断转化，无严格区分界限。u柔性路面柔性路面(flexible pavement)：总体刚度小，弯沉变形大，抗弯拉强度低总体刚度小，弯沉变形大，抗弯拉强度低 如：粒料基层如：粒料基层+沥青面层、碎（砾）石面层、块石面层沥青面层、碎（砾）石面层、块石面层u刚性路面刚性路面(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：水泥混凝土路面如：水泥混凝土路面 u半刚性路面半刚性路面(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，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。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如：用无机结合料和水硬性结合料修筑的基层 路面分类：按力学特性及设计方法路面分类：按力学特性及设计方法 例题 现有一段位于苏州市郊区的粉质中液限粘土基现有一段位于苏州市郊区的粉质中液限粘土基层，最高地下水位离地面层，最高地下水位离地面0.8m0.8m，路槽底高出地面，路槽底高出地面1.0m1.0m，试确定路基干湿类型并预测路基湿度。，试确定路基干湿类型并预测路基湿度。解：由区划图:苏州市属IV1区 H=1.0+0.8=1.8m 查表1-9 粉性土临界高度H1=1.92.1m H2=1.31.4m 再由上表H2HH1,属中湿类型 则wc1wc wc2查表可知：wc1=0.96 wc2=0.69因H偏近于H1故：估计路基上层80cm范围内平均稠度均为0.92 例题