路基路面工程概论.

课程性质：是道桥及渡河工程、交通土建等专业必修的一门专业主干课程，主要讲述公路与城市道路路基工程、路面工程的基本理论和基本知识。与其他课程的关系：《结构力学》、《土力学》、《工程地质学》、《道路建筑材料》。现代路基路面工程的特点：1.适应人类社会建设与发展的要求；2.满足快速、安全、舒适的行车要求；3.满足环保、友好、低能耗的现代功能要求；主要参考教材：《路基路面工程》（黄晓明编著）主讲内容目录第一章概论第二章路基土的特性及设计参数第三章路基设计第四章路基防护与支挡结构设计第五章路基施工第六章交通荷载及路面设计参数第七章路面基层主讲内容目录第八章沥青路面设计第九章水泥混凝土路面设计第十章路面施工第十一章路基路面养护与管理第一章概论1.1路基路面工程发展概况1.2路基路面工程的特点与性能要求1.3路基路面结构及层位功能1.4路基路面结构的影响因素1.5公路自然区划1.1路基路面工程发展概况1.1路基路面工程发展概况1.1路基路面工程发展概况古罗马道路和结构1.1路基路面工程发展概况图为通向柏林的A9公路，使用时间超过了50年，图中为第一阶段的水泥路面。1.1路基路面工程发展概况1.1路基路面工程发展概况二我国路基路面工程建设和研究的成果：●公路自然区划♦土的工程分类●路基的强度和稳定性♦高路堤修筑技术与支挡结构●软土地基稳定技术♦岩石路基爆破技术1.1路基路面工程发展概况二我国路基路面工程建设和研究的成果：●沥青路面结构♦水泥混凝土路面结构●半刚性路面结构♦柔性路面、刚性路面设计理论与方法●路面使用性能与表面特性♦路面养护管理1.2路基路面工程特点与性能要求一特点1.路基：在天然地表面按照道路的设计线型（位置）和设计断面（几何尺寸）的要求开挖或者堆填而成的岩土结构物。2.路面：在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。1.2路基路面工程特点与性能要求二要求路面具有以下使用要求全天候畅通高速安全舒适经济功能与结构两方面的要求1.2路基路面工程特点与性能要求三要求路面具有以下性能要求强度：抵抗行车作用下产生的各种应力避免破坏；承载能力刚度：防止产生过量的变形而形成车辙、沉陷、波浪等破坏；1.承载能力1.2路基路面工程特点与性能要求二要求路面具有以下性能要求天然地表面因修建道路而导致地表失衡，在达到新的平衡之前，道路处于暂时不稳定状态。对路面结构的稳定性有重要影响的有：（1）大气降水：使结构内部湿度发生变化，低洼处排水不良，长期积水会使得较矮的路堤软化，导致路面失去承载力。而且处于某一深度的地下水可以通过毛细润湿和渗透进入路基。2.稳定性1.2路基路面工程特点与性能要求三要求路面具有以下性能要求2.稳定性（2）大气温度：同一路面，在炎热的夏季和严寒的冬天可能有不同的使用品质，就是在一天内，路面的工作状态也是有差异的。路面的温度还受地温和周围环境的影响，例如公路的绿化、建筑群与公路的距离等。1.2路基路面工程特点与性能要求三要求路面具有以下性能要求一般的道路工程投资很大,从一开始的规划到设计，再到最后的修建通车，这个过程是需要一定年限的。一般来说，道路的正常使用年限在20年以上，所以路基路面工程应具有耐久的性能，需要抗老化、抗变形累积。3.耐久性1.2路基路面工程特点与性能要求三要求路面具有以下性能要求4.表面平整度是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要性能。5.路面抗滑性路面表面要求平整，但不宜光滑，若太光滑，会减小车轮与路面之间的附着力和摩擦力。通常用摩擦系数表征抗滑性能，摩擦系数小，则抗滑能力低，容易引起滑溜交通事故。对于沥青路面而言，应多采用耐磨石料，对水泥混凝土路面而言，应进行刷毛刻槽。1.3路基路面结构及层位功能二路面横断面槽式全铺式1--路面；2-路肩；3-路基；4-路缘石；5-加固路肩一路基横断面1.3路基路面结构及层位功能二路面横断面1.槽式横断面在工程实际中，槽式横断面的路槽可以采用开挖的方法，也可以采用培槽（先做路基顶面，在路基的两侧用土堆成两条路肩，形成路槽）的方法。1.3路基路面结构及层位功能二路面横断面2.全铺式横断面在高等级公路中有时为了排水，在全宽范围内铺筑基层材料，保证水分由横向排入边沟。有时为了适应交通的增长，需对原有道路进行扩建，比如把四车道拓宽为八车道，将硬路肩及土路肩全部按照行车道标准铺筑标准层面。1.3路基路面结构及层位功能三路拱横坡度等级高的道路一般采用直线形路拱和较小的路拱横坡度。等级低的路面一般采用抛物线形路拱和较大的路拱横坡度。路面类型路拱平均横坡度（%）厂拌沥青碎石、路拌沥青碎（砾）石、沥青贯入碎石1.5—2.5沥青砼、水泥砼1—2半整齐石块、不整齐石块2—3碎石、砾石等2.5—3.5炉渣土、砾石土、砂砾土等3—41.3路基路面结构及层位功能四路面结构分层通常按照层位功能的不同，分为三个层次：面层、基层和垫层。1.3路基路面结构及层位功能五路面结构层的功能及特点面层：面层是路面结构层的最外层，直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响。基层：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力，并将力扩散到下面的垫层及土基，因此它是路面结构的承重层，应具有足够强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力。1.3路基路面结构及层位功能五路面结构层的功能及特点垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况。路基处于下列状况的路段应设置垫层：1.地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿状态的路段，防止路基的湿度变化影响路面和路基；2.排水不良的土质路堑；3.有裂隙水，泉眼水等水文不良情况的岩石挖方路段；4.季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段；5.基层可能受污染的路段。1.3路基路面结构及层位功能五路面结构层的功能及特点沥青道路常用层位及厚度1.3路基路面结构及层位功能五路面结构层的功能及特点水泥路面各层位常用材料1.3路基路面结构及层位功能六路面面层类型及适用范围面层类型适用范围沥青混凝土路面高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路水泥混凝土路面高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路沥青贯入、沥青碎石、沥青表面处治路面三级公路、四级公路砂石路面四级公路1.4路基路面结构的影响因素1地理条件地形地貌海拔高度路线与地势地貌的结合程度一路基路面稳定性影响因素1.4路基路面结构的影响因素2地质条件岩石或土的种类与成因地质走向与层理有无软弱层或软弱夹层有无地震、泥石流或岩溶等不良地质情况1.4路基路面结构的影响因素3气候条件气温（季节性与地形性）降水日照风力风向冰冻的湿度和深度康藏铁路康定海拔4270米折多山口1.4路基路面结构的影响因素4水文和水文地质条件1地表水的水文条件（1）地表积水水位与存水时间；（2）地表水的排泄；（3）河流的常水位与洪水水位；（4）河流的河岸及河床的淤积；2地下水的水文地质条件（1）地下水的移动规律；（2）地质内的层间水、裂隙水、泉水的存在情况；1.4路基路面结构的影响因素5土的类别土是修筑路基路面最基本的材料，不同的土具有不同的工程性质，所以土的类别直接影响到路基路面的强度和稳定性。1.4路基路面结构的影响因素二路基路面工程的环境因素影响1湿度对路面的影响路基湿度对路基路面的影响面层的透水性对路基路面湿度的影响1.4路基路面结构的影响因素2温度对路面的影响沥青面层温度日变化曲线水泥砼面层温度日变化曲线1.4路基路面结构的影响因素2温度对路面的影响一天内不同时刻沿水泥砼面层深度的温度变化曲线水泥砼面层温度梯度与气温的日变化曲线1.4路基路面结构的影响因素2温度对路面的影响cQbTaTamax.max路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间建立联系的方法来预估。1）统计方法特点：局限性1.4路基路面结构的影响因素2温度对路面的影响2）理论法应用热传导理论方程式推演出各项气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程。特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与实测有一定的误差。1.5公路自然区划一公路区划依据的意义二公路区划依据的原则道路工程特征相似的原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则地表气候区划差异性的原则1.5公路自然区划三我国的公路区划分级我国的公路自然区划分为三级：一级区划按多年冻土、季节冻土及全年不冻土三大地带考虑冰冻、水热平衡和地理位置分为七个大区。Ⅰ北部多年冻土区Ⅱ东部湿润季冻区Ⅲ黄土高原干湿过渡区Ⅳ东南湿热区Ⅴ西南潮暖区Ⅵ西北干旱区Ⅶ青藏高寒区1.5公路自然区划三我国的公路区划二级区划是在一级区划内再以潮湿系数为依据分为过湿、中湿、润湿、润干、中干和过干等六个等级，结合各区的地理、气候特征等因素进行二级区（33个）和二级副区（19个）的划分：潮湿系数K=年降雨量R/年蒸发量Z三级区划是二级区划的具体化。划分的方法有两种：一种是以水热、地理和地貌为依据，一种是以地表的地貌、水文和土质为依据，有各省市自行划定。1.5公路自然区划三我国的公路区划1.5公路自然区划四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