路基路面教案(1章总论)

内蒙古科技大学建筑与土木工程学院路基路面工程教案编制教师：高建红使用班级：土木、交通内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材2第一章总论§1-1道路工程发展概况一、道路的衍变道路的发展同人类社会文明的进步是一致的。从古到今，道路的发展可大致分为四个阶段：第一阶段：供行人和牛马及其它兽类行走、驮运货物的阶段。此时期的道路通常称为小路或小径(Trail)。第二阶段：供蓄力车辆和行人通行的大道(CartWay)阶段。尧舜时代，道路曾称作“康衢”；西周时人们将路分为三级：可并通行三辆马车的称为“路”、可并行两辆马车的称为“道”、仅能通行一辆马车的称为“途”，不能通行蓄力车辆而仅可供行人或骑马通过的称为“径”；秦朝时期则建成了以咸阳为中心遍及全国的驰道；清朝对道路网进行了整顿，把驿路分为三等：官马大路、大路和小路。在欧洲的古罗马，道路非常发达，有“条条大道通罗马”之称。第三阶段：行驶汽车的公路（Highway）阶段。内燃机汽车是由德国人高特列希×戴姆勒在1886年发明的，我国在1902年开始从国外引进汽车，1906年苏元春驻守广西时首建了龙州到镇南关的公路。第四阶段：以汽车分道高速度行驶为特征的高速公路阶段。也称为Freeway或Expressway。二、世界上道路发展的代表性事件1832年焦油沥青路面第一次在英国出现1876年发明燃气发动机1885年发明汽车1890年发明橡胶充气轮胎1929～1932年德国诞生第一条真正的高速公路1990年左右发达国家德国、美国、日本、意大利等的高速公路已经相当完善1984～1988年的沪嘉高速公路是我国大陆第一条高速公路，以后迅速发展，到目前中国高速公路仅用了10多年时间就走过了发达国家一般40年才能走过的进程。一些国家的道路交通事故已经渡过高峰期，呈下降或平稳态势，如德国、日本。我国目前道路交通事故不断上升。从理论和国外实际情况讲，高速公路的事故情况比普通公路要好得多，但在我国高速公路发展仅十多年历史，存在驾驶员、车辆适应性及高速公路规划、设计、管理的进一步发展，我国高速公路事故表现的异常严重。高速公路是普通公路事故发生率的8倍。三、我国路面发展的三个阶段第一阶段：恢复原有公路和加快建设一些干线公路，解决通车问题。代表性的正规路面：泥结碎石和级配砾石路面。第二阶段：内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材3公路里程迅速增长的同时，改善路面的行车质量，增加车速，减轻养护。出现渣油表处路面（低级，能阻止路面材料和土基中水分的蒸发）。援外工程中广泛采用：水泥稳定砂砾（土）基层（赞比亚、苏丹）级配碎石基层（索马里、马达加斯加）填隙碎石基层（索马里、尼泊尔）第三阶段：提高路线和路面等级，改建和新建高速公路。代表路面：半刚性基层路面。半刚性路面：将用水硬性结合料处治层的沥青路面正式命名为半刚性路面。四、道路的分类道路是供各种交通工具、行人等通行的工程设施，按其使用功能分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。Airportlane分类国家干线干线公路省干线公路县公路乡公路支线公路Road分级高速公路、一级公路（高等级公路）二级、三级、四级公路(其它公路)城市道路快速路主干道次干道支路其它道路内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材4§1-2路基路面工程的特点一、路基路面的功能及其作用路基：在地表按照路线位置和一定技术要求开挖或填筑而成的岩土结构物。作用：作为路面的支撑结构物。特点：（1）破坏了原地面的自然平衡状态（2）变异性大（3）投资、工程量大，占地多，工期长，二级公路8000-16000m3/km道路路基本体：路基断面中的填挖部分路基设施：为确保本体稳定采用的必要附属工程设施，排水、防护、支挡、加固设施路面：由多层次结构层组成、由各种混合料铺筑而成的层状结构物，垫层、基层、面层作用：保护路基不受车辆、大气的破坏，使之长期处于稳定状态，使行车经济、安全、快速、舒适特点：在道路造价中所占比重很大，约30%二、对路基路面的基本要求1、承载能力：包括强度和刚度两个方面强度：抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力，防压碎、拉断等。刚度：使得在车轮荷载作用下不发生过量的变形，防车辙、沉陷等。2、稳定性：道路改变了原有的自然平衡，且经常受到温度、湿度变化的影响而保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质的功能。3、耐久性：道路使用年限数10年，经常受到温度、湿度变化的影响，应具有耐久的性能。4、表面平整度：路基路面都要求。是影响行车安全、舒适、运输效益的重要使用性能。提高耐久性和平整度，除了精心设计、施工、选材外，还要长年养护、维修。5、表面抗滑性能：要求路面平整度好、但不光滑，多用摩擦系数表征。抗渗透性差会使路面剥落、坑槽、网裂等水损害。内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材5§1-3影响路基路面稳定的因素1、地理条件地形、地貌、海拔高度。平原、丘陵、山岭区2、地质条件岩石：种类、成因；走向、倾向、倾角3、气候条件气温、降水、湿度、冰冻深度、日照、风力等；气候的季节性变化。4、水文和水文地质条件地表水、河水、湖水等；地下水；水位、层间水、裂隙水、泉水等。5、土的类别砂土、粘土、粉土。内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材6§1-4路基土的分类一、分类的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，土的塑性指标。二、分类体系：四大类，12种，见图1-1和表1-11、巨粒土：漂石土、卵石土2、粗粒土：砾类土、砂类土3、细粒土：粉质土、粘质土、有机质土4、特殊土：黄土、膨胀土、红粘土、盐渍质土、冻土。土的基本代号见表1-2，p9。三、各类公路用土的工程性质1、巨粒土（d＞60mm，质量＞50%总）有很高的强度和稳定性，用以填筑路基是良好的材料。可砌筑边坡；做中级路面；基层、底基层。2、粗粒土（d=60～0.075mm，质量＞50%总）砾类土（d=2～60mm，＞50%总）级配良好时，密实度好，强度和稳定性能满足要求。砂类土（d=2～60mm，≤50%总）无塑性，透水性强，毛细上升高度小，具有较大的内摩擦系数，强度和水稳定性均好；但砂土粘性小，易松散，压实难，但经充分压实变形小、稳定好。可采用振动法压实，并掺少量粘土，以改善级配组成。砂性土含有一定数量的粗颗粒、细颗粒，级配适宜，强度、稳定性等都能满足要求，是理想的路基填筑材料。如细粒土质砂土，其粒径组成接近最佳级配，遇水不粘着，不膨胀，雨天不泥泞，晴天不扬尘，便于施工。3、细粒土（d＜0.075mm，＞50%总），见p10图1-3粉性土毛细作用强烈，毛细上升高度大(可达1.5m)，在季节性冰冻区易造成冻胀、翻浆等病害。粉性土属于不良的公路用土，如用，则应采取技术措施改良土质并加强排水。粘性土毛细现象显著，内摩擦系数小而粘聚力大，透水性小而吸水能力强，有较大的可塑性。在适当含水量时充分压实和设置良好的排水设施，筑成的路基也能获得稳定。重粘土工程性质与粘性土相似，但其含粘土矿物（蒙脱土、伊里土、高岭土）成分不同时，性质有很大差别。一般重粘土不透水，粘聚力特强，塑性很大，干燥时很坚硬，施工时难以挖掘与破碎。总之，土作为路基建筑材料，砂性土最优→粘性土次之→粉性土和重粘土，特别是蒙脱土属不良材料，最容易引起路基病害。此外，还有一些特殊土类，如有特殊结构的土(黄土)、含有机质的土(腐殖土)以及含易溶盐的土(盐渍土)等，用以填筑路基时必须采取相应技术措施。内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材7§1-5公路自然区划一、区划的原则与分级1、区划原则（1）道路工程特征相似的原则：在同一区划内，同样自然因素下，筑路特性具有相似性（2）地表气候区划差异性的原则地带性差异：地表气候随当地纬度而变非地带性差异：与高程变化有关，青藏高原与纬度相同的其他地区相比，更加寒冷（3）自然气候因素既有综合又有主导作用的原则自然气候的变化是各种因素综合作用的结果，但其中又有某种因素起着主导作用。2、区划分级（1）一级区划：将全国划分为7个大区。从p13的图1-5中找出包头地区所属区划。（2）二级区划：以潮湿系数为主要区分标志，在一级区划内进一步分为33个二级区和19个二级副区。（3）三级区划：二级区划的具体化，各省、自治区自行划定。二、各自然区划的筑路特点Ⅰ区—北部多年冻土区对于泥沼地多年冻土层——保温，不可轻易挖覆盖层对泥沼地非多年冻土层——需将泥炭层挖除，排干水分，填筑路堤Ⅱ区—东部湿润季冻区防止冻胀、翻浆，使路基尽量保持干燥。缺乏砂石，采用稳定土基层取得一定的经验。Ⅲ区—黄土高原干湿过渡区黄土对水分的敏感性。干燥土基强度高，稳定性好。潮湿土基差。Ⅳ区—东南湿热区雨量大、集中，路面结构应结合排水系统综合设计Ⅴ—西南潮暖区筑路材料丰富，充分利用Ⅵ—西北干旱区大部分地区地下水位低，道路冻害轻。由于气候干燥，砂石路面易松散，出现波浪、搓板等。Ⅶ—青藏高寒区局部路段有多年冻土，按保温原则设计。沥青老化快，易受冬季雪水浸入而破坏。内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材8§1-6路基水温状况及干湿类型一、路基湿度的来源见课本p15。二、大气温度及其对路基水温状况的影响1、路基的水温状况：由于温度与湿度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。2、水分积聚机理：3、冻胀：积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而面层开裂。翻浆：春暖化冻时积聚在路基上层的水分先融解，水分难以迅速排除，造成路基上层湿度增加，路面结构的承载能力大大降低。经重车反复作用，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成翻浆。冻胀与翻浆受土质、水文气候等因素影响。4、影响因素（1）土类：渗透性很高的砂性土及渗透性很低的粘性土——不易冻胀、翻浆粉性土、极细砂——极容易发生冻胀、翻浆（2）水源：地下水位高、湿度大，水源充足（3）气候：温暖、寒冷反复交替，路基冻结缓慢三、路基干湿类型1、路基按其干湿状态的不同分为四类：干燥、中湿、潮湿、过湿为保证路基路面结构的稳定性，要求路基处于干燥、中湿状态。过湿的路基须经处理以后才能修筑路面结构层。2、路基干湿类型的划分标准，稠度PLLc上式中包含了液限与塑限，能全面反映土的塑性特性。（1）pc即,0.1，为半固体与硬塑状的分界值（2）Lc即,0，可塑与流动状分界值（3）LPc即,0.10，土处于可塑状态说明稠度越小，土越湿。-3℃0℃正温区负温区内科大建工学院道路与交通工程系《路基路面工程》教案邓学钧（第三版）教材93、对原有公路：按不利季节路槽底面以下80cm深度内土的平均稠度确定。在0～80cm内，每10cm取土样测定其天然含水量，塑限和液限，计算稠度，即：piLiiLici平均稠度881icic然后，将c与分界稠度ωc1、ωc2、ωc3作比较，查相关表格，判断路基属于哪种干湿类型。例：给定Ⅲ区的粉质亚粘土路基，测出91.0c，试判断该路基的干湿类型。查表1-7（p17）知：1221,89.0,04.1ccccc则查表1-8（p18）知：路基属中湿类型。4、对于新建道路，路基尚未建成，无法按上述方法现场勘察路基的湿度状况，可用路基临界高度作为判别标准。临界高度：与分界稠度相对应的路槽底离地下水位或地表积水水位的高度。见p18图1-6H1——ωc1，干燥——中湿H2——ωc2，中湿——潮湿H3——ωc3，潮湿——过湿例：上海郊区，粉质粘土路基，最高地下水位离地面90cm，路基采用低矮填土。路槽底距地面30cm，确定路基干湿类型。解：1〉查p13图1-5区划图知是Ⅳ1区2〉路槽底距地下水位的高度H=90+30cm=1.2m3〉查p19表1-9（由Ⅳ1区和粘性土）知：H3＜H≤H24〉查p18表1-8可知：路基属于潮湿类型固态半固态可塑状态流动状态缩限塑限液限O过湿潮湿中