[]路基路面工程-绪论

1路基路面工程SubgradeandPavementEngineeringxxxxxx建筑工程学院2第一篇路基工程第一章绪论3第一节道路工程概述一、道路工程的发展情况1.道路是一个狭长的带状构造物。2.道路按使用特点分为公路、城市道路、林区道路、厂矿道路及乡村道路等。二、公路的主要组成部分1.空间体决定的图：平面图、纵断面图、横断面图。2.公路的基本组成部分：路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、防护与加固工程、排水设施、山区特殊构造物等。附属工程等。3.路基、路面、路床、路肩、边坡、挡土墙、排水设施等概念。4.如图所示：456三、路基工程的特点（一）土石方工程巨大，沿线分布不均，与路基排水、防护与加固工程相互制约，设计中需要综合考虑。（二）路基工程项目繁杂，涉及土方、石方、污工砌体等多种结构的设计和施工，施工安排十分不易。（三）路基工程对于原来的生态、水土保持和农田水利等环境影响巨大，工程方案应该经过仔细权衡并采取一定的技术措施以避免对于环境的破坏。（四）路基工程的质量对于道路的使用品质和路面的使用寿命影响十分明显。四、路基设计的基本内容1.路基主体工程2.路基排水3.路基防护与加固4.路基工程的附属设施7第二节路基的强度（一）行车荷载和自重是作用在路基的两种主要外力，对于路基都按照竖直荷载考虑？（二）行车荷载产生附加应力，对于路基的扰动影响随深度降低；自重应力随深度变大（三）附加应力作用是瞬时的，自重应力作用是永久的（四）行车荷载或车轮荷载可变，对于某一深度的路基土体影响较大，我们将这样的深度叫做路基工作区，确切深度大约在附加应力为自重应力的1/10～1/5左右。σ1σ2σ1+σ2P一、路基受力状况8σ1——车轮荷载引起的附加应力（1-1-2）1212.5()pzD2zσ2——路基自重应力（1-1-3）Za——路基工作区（1-1-4）3aKnpz路基工作区内，土基的强度和稳定性对保持路面结构的强度和稳定性极为重要，所以对路基工作区深度范围内的路基结构层（路床和上路堤）的密实程度和含水量都做相对下层更加严格的限制9二、路基土的应力应变特性σ1-σ3ε总变形残余变形回弹变形由于车辆荷载作用的瞬时性，土基在大多数情况下接近弹性工作状态，我们应用弹性力学的理论来分析土基受力，因此我们最关心回弹模量10三、土基的力学模型与荷载——变形关系（一）Boussinesq地基模型Plrr200(1)rPErl1.点荷载下的荷载－弯沉关系11（1）单圆荷载——柔性板圆形均布荷载的压强为p，半径为，利用集中荷载公式，通过积分建立距荷载中心点r处的弯沉。压强pwr=00200)1(2Epwr=2002(1)pwE当r≤时)256564341()1(26422mmmEplr当r≥时)1283162()1(2532mmmEplr2.圆形均布荷载作用下的荷载－弯沉关系12（2）单圆荷载——刚性板刚性板的板底压强呈鞍形分布，平均为柔性板的，故其板底弯沉为单圆柔性板中心处的/4/4等值弯沉lP4)1(22Epl本方法便于应用于实际中测定土基回弹模量，采用类似逐级加载的方法，对其试验曲线进行直线回归后用如下公式计算回弹模量iilpDE4)1(213（3）双圆荷载712.0)1(22Eple双圆荷载中心处14（二）winkler地基模型——稠密液体地基pkl表征参数——地基反应模量形式简单，不涉及泊松比，适用于刚性路面分析p15（三）加州承载比（CBR——CaliforniaBearingRatio）贯入度（in）0.10.20.30.40.5标准压（kpa）703010550133601617018230pi、ps——相同惯入量时的测试材料和标准碎石的单位压力，Mpa.适用于CBR经验路面设计法，或用于对土或其他筑路材料以及土基本身进行强度评价。可以与弹性模量建立相关性很好的换算关系。3in2标准压头，以0.05in/min压入土体，记录每压入0.1in时的单位压力，直至深度达到0.5in为止。100%ispCBRp16四、影响路基强度和稳定性的因素五、保证路基强度和稳定性的措施（一）合理选择路基断面形式，正确确定边坡坡度（二）选择强度和水温稳定性良好的土质填筑路堤，并采取正确的施工方法（三）充分压实土基，提高土基的强度和稳定性（四）做好地面和地下排水，保证水流畅通，防止路基过湿或水毁（五）保证路基有足够的高度，使路基工作区保持干燥状态（六）设置隔水层或隔温层，切断毛细水上升，减少水分副温迁移的影响（七）采用合理的边坡加固与防护措施，和适当的支挡结构物（一）工程地质条件（二）水文与气候条件（三）路基设计（四）路基施工（五）养护措施17181920第三节公路自然区划（一）地区的温度和湿度差异引起的土基和路面材料的变化对路基路面构筑有明显影响（二）我国路面设计方法决定一、区划的目的二、区划的原则和分级1.道路工程特征相似性原则；2.地表气候区划差异性原则；3.自然气候因素的综合性与主导性相结合（水与温度），综合考虑地表气候的地带性（纬度）和非地带性（海拔高程）。（一）区划的原则（二）区划的分级1.一级区划——按照等温线将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带，然后根据水热平衡和地理位置，划分为七个大区。2.二级区划——在一级区划内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级（过湿，中湿，润湿，润干，中干，过干），分为33个二级区19个二级副区。潮湿系数K：降雨量R与年蒸发量Z之比。K=R/Z3.三级区划——按照两种划分依据，一是水热、地理、地貌；二是地表地貌、水文地质，由各省、自治区自行划定。21《公路自然区划标准》（JTJ003-86）。22二、各自然区的特点一级区名称公路工程的自然条件特点路基路面的设计要求Ⅰ区北部多年冻土区多年冻土层春夏有热融发生，降低土基强度；秋季层上水由上至下冻结，形成承压水；冬季产生冻胀。路面设计重要原则是维持冻稳性，保护冻土上限不至下降；路基设计宁填勿切，填土最好为冻稳定性好的土或砂砾Ⅱ区东部湿润季冻区冬季冻胀，春季翻浆，夏秋水毁和泥石流有一定影响。地形以平原和丘陵为主。路基填土高度应符合要求；应采取措施隔温、排水、截断毛细水上升；应用水稳性冻稳性好的材料做路面基层。Ⅲ区黄土高原干湿过渡区为东部温润季冻区向西北干旱区和西南潮暖区的过渡区。地下水位深，干燥土基强度较好，但粉质大孔性黄土易冲蚀和遇水湿陷。选择不透水的面层或上封闭层，以防雨水下渗造成黄土失陷；潮湿地段注意排水；掺灰类结构层是稳定的路面基层，或在石料基层下设砂砾底基层23一级区名称公路工程的自然条件特点路基路面的设计要求Ⅳ区东南湿热区雨量充沛，雨型季节性强，台风暴雨多；地温高，易引起沥青路面泛油，加大水泥路面翘曲应力；水稻田多，土基湿软，强度低。注意黑色面层材料的热稳定性和防透水性；沥青材料宜选用较高标号，保证基垫层稳定性；加强公路排水设施；水稻田、软土和潮湿路段应处理。Ⅴ区西南湿暖区雨期较长，蒸发较少，渗透较大，故土基较湿；石质路基和部分干湿季节分明地区，土基强度较高。保证其湿稳性；过湿地区已采用路堤，并使边坡符合要求；石料丰富，有利于设计中就地取材。Ⅵ区西北干旱区土基强度和水文状况均佳，筑路砂石材料较多；中级路面易搓板松散和扬尘；高山区有风雪流危害；灌区和绿洲有冻胀翻浆。保证其干稳定性，改建沥青路面为有效方法；绿洲灌区应充分利用就近所产砂砾、石料进行处理；还应注意风蚀和沙埋的防治。Ⅶ区青藏高原区滑坡、崩塌、泥石流等极严重；沥青老化快；公路通过条件困难。按保温原则设计，保证路基稳定性；沥青路面设计应采取措施。24三、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：冻土、冻土退化（全球气温升高）•东部温润集结区：冻胀翻浆•黄土高原干湿过渡区：黄土•东南湿热区：排水、湿软地基•西南潮暖区：不良地质（喀斯特、滑坡）•西北干旱区：缺水、雪害•青藏高寒区：高寒、冻土、25第四节路基干湿类型二、湿度的来源和变迁一、湿度对路基的影响路基的湿度状况变化是影响路基路面结构强度、刚度与稳定性的重要因素之一，应该尽量使路基平衡湿度（路基上部中心附近趋向稳定平衡的湿度）趋于较干燥或稳定的状态，使路基保持稳定。（一）大气降水——大气降水通过路面，路肩边坡和边沟渗入路基；（二）地面水——边沟的流水、地表泾流水因排水不良，形成积水、渗入路基；（三）地下水——路基下面一定范围内的地下水浸入路基；（四）毛细水——路基下的地下水，通过毛细管作用，上升到路基；（五）水蒸汽凝结水——在土的空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结成水；（六）薄膜移动水——在土的结构中水以薄膜的形成从含水量较高处向较低处流动，或由温度较高处向冻结中心周围流动。（七）水的负温迁移——在负温和毛细作用下由下向上的迁移2627渗入路面渗入路肩地下水位由下层土水汽移动由地下水地下水位变动28（一）路基干湿类型1.分类2.指标三、路基水湿状况评估2)、路基的相对含水量：yx——土的算术平均含水量%；wy——土的液限含水量wpLLc1）、土的平均稠度为——土的平均含水量%；wL——土的液限含水量%；wp——土的塑限含水量%ww3）、地下水位高度路槽底面离开地下水位或附近地表长期积水位的高度。路基的干湿类型是以不利季节路槽表面以下80厘米深度内土的平均稠度Wc来划分，分为干燥、中湿、潮湿、过湿四类。29按照经验，给出wc1wc2wc3,,分别对应做为干燥、中湿、潮湿、过湿的分界标准，叫做分界稠度。并通过针对各种土类的试验，确定类似下图的关系确定相应的分界相对含水量w1、w2、w3,和临界高度h1、h2、h33.标准地下水位高度地下水位与土的平均稠度地下水位与土的相对含水量路基路面30路基干湿类型依据平均稠度依据相对含水量依据临界高度干燥Wc≥Wc1Wx≤w1H≥H1中湿Wc1≥Wc≥Wc2W1≤Wx≤W2H1≥H≥H2潮湿Wc2≥Wc≥Wc3W2≤Wx≤W3H2≥H≥H3过湿WcWc3Wx≥W3HH34.应用1）既有路基或挖方路基可以采用稠度和相对含水量与相应土质的分界稠度和分界含水量进行干湿状况评价2）新建路基采用地下水位高度与拟采用的填土的临界高低进行干湿状况评价3）通常应该使路基处于干燥或中湿状况，并因评价结果采取相应的施工养护（换填、排水蔬干等）措施或设计方案（抬高路线设计标高）31例题1•1．已知金华市区拟新建公路位于公路自然区划区Ⅳ4，地基和路基填土均为粘性土，该地段地表长期积水，路面表面距地下水位高度为1.58m，路面设计厚度为50cm。粘性土的路基临界高度H1＝1.7—1.8(m)，H2＝1.0一1.2(m)，H3＝0.8—1.0(m)。试确定该公路路基的干湿类型。32•解：•路床项面距地下水位高度为1.58—0.5＝1.08(m)。•金华市地区位于公路自然区划Ⅳ4，粘性土的路基临界高度为H1＝1.7—1.8(m)，H2＝1.0一1.2(m)，H3＝0.8—1.0(m)，则•H3max＝1．0＜H=1.08＜H2max＝1．2•故判断该路基处于潮湿状态。33例题2•1．某公路路基在最不利季节现场测得路床顶以外80cm内各土层的含水量如表-1所示。深度（cm）0-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-80含水量（%）23.023.423.523.723.824.524.624.8表-1实测路床顶以下80cm内各土层的含水量已知填土的稠度度分界值为Wc1=1.1，Wc2=0.95Wc3=0.80。现在测得其平均液限为30%，塑性为16%，试按平均稠度法判断路基的干湿类型。34•解：W=（23.0+23.4+23.5+23.7+23.8+24.5+24.6+24.8）/8=23.91%•Wc=(Wl-W)/(Wl-Wp)=(30-23.91)/(30-16)=0.435Wc3=0.80•故判断该路基处于过湿状态。35第五节路基土的分