城市道路路面基本知识

第九章城市道路路面基本知识概述土路基和基层路面（面层）现有路面的维修和利用道路横断面综合设计第一节概述1概述城市道路的路面是由各种材料铺筑在路基上供车行、人行的层状构筑物。路面质量的好坏，直接影响到行驶安全、速度和运输成本。为满足城市道路的通畅、安全、舒适、经济，对道路路面就有一定的要求。1.1路面的基本要求城市交通要求道路路面能承受各种车辆行驶而不受破坏；能保证全天候通行；能在一定的通行速度下保证安全和舒适。因此，对城市道路的路面有以下要求：第一节概述1.1路面的基本要求城市交通要求道路路面能承受各种车辆行驶而不受破坏；能保证全天候通行；能在一定的通行速度下保证安全和舒适。因此，对城市道路的路面有以下要求：1.1.1强度和刚度路面应有足够的强度和刚度，以承受行车荷载的作用。车辆行驶，路面结构内会产生不同的压应力、拉应力和剪应力。如果路面的强度不足，不能抵抗这些应力的作用，路面就会出现断裂，凹陷（两侧隆起）、碎裂、波浪等破坏现象，影响正常行车。刚度是指路面抗变形的能力。强度与刚度是两个不同的特性，有联系，又有不同。同样强度的路面，刚度可能不同。在强度足够，刚度不足的情况下，也会使路面产生变形，如波浪、凹陷等破坏现象。第一节概述1.1.2稳定性路面暴露在自然环境中，在水分、温度的影响下，路面的性能会发生变化，影响路面的强度和刚度。为此，必须选择适合于当地情况的路面结构与材料，使其变化减少到最低。1.1.3平整度道路的平整度对使用的安全性和舒适性有很大的影响。平整度差会影响行车速度，同时因车辆颠簸会加快路面破坏和车辆损坏。道路路面要求有较好的平整度，行车速度越快，对平整度要求越高。第一节概述1.1.4粗糙度路面的粗糙度，是指路表面与行驶车辆轮胎之间应具备足够的摩擦阻力，以满足车辆滚动前进或制动停车的安全需要。光滑的路面使车轮缺少足够的摩阻力，容易空转打滑，导致交通事故。尤其在行车速度高，或是弯道、爬坡路段，更应保证足够的粗糙度。1.2路面结构组成城市道路路面结构根据受力状况和使用要求，采用不同强度、规格的材料来铺筑。路面通常分为面层、基层和垫层（如下图）。第一节概述路面结构层划分路面应力分布与结构第一节概述1.2.1面层面层是路面结构最上面一个层次，直接受行车、自然条件等因素的影响，并将荷载传递至基层。因此，要求面层有较好的强度和刚度，良好的水、热稳定性，耐磨不透水，其表面有良好的平整度和粗糙度。路面的使用品质主要取决于面层。修筑面层的材料主要有：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料、碎（砾）石掺土（或不掺土）混合料和块石等。第一节概述1.2.2基层基层在面层以下，是路面的主要承重层，主要承受由面层传递的荷载垂直力。因此，基层应有足够的强度和刚度，并有良好的扩散应力的性能。强基层才能薄面层。基层也应有平整的表面，以保证面层厚度均匀。它还可能受地表水或地下水侵入，所以应有足够的水稳定性，以防止受湿变形而影响强度。用作基层的主要材料有：碎石、砾石、石灰土和用水泥或沥青处治的碎（砾）石、工业废碴组成的混合料和片石、块石等。第一节概述1.2.3垫层垫层设置在基层以下与土基之间，作用主要是隔水、排水、防冻和扩散应力，改善土基和基层的工作条件。此外垫层还能阻止路基土挤入基层，起隔离作用，保证路面稳定性。用作垫层的材料强度不一定要求高，但水稳定性或隔热性能要好。常用材料有两种类型。一是松散颗粒材料，如砂、砾石、炉碴、片石等用于修筑透水性垫层；二是整体性材料，如用石灰土、炉碴石灰土等用于修筑稳定性垫层。第一节概述1.3路面分类按路面结构在行车荷载作用下的力学特征，分为柔性路面和刚性路面两类。1.3.1柔性路面柔性路面主要包括用各种块料面层、各类有机粘结料面层和各种基层（水泥混凝土基层除外）所组成的路面结构。其结构强度主要是依靠有颗粒级配的石料相互嵌挤密实，再加上适量有粘性、弹塑性的结合料共同作用而得的。从受力特点来看，柔性路面抗压，不抗弯拉。在行车荷载的作用下有一定的塑性，允许产生弯沉变形之后回复到原位时，残留一些微小的变形。但一旦累计变形过量，即引起柔性路面的破坏。第一节概述1.3.2刚性路面刚性路面主要指水泥混凝土作面层或基层的路面结构。由于水泥混凝土路面是整体的板块，其强度、特别是抗弯拉（抗折）强度，远高于其他路面材料。它的弹性模量也较其他各种路面材料大得多，呈现较大的刚性。所以，在行车荷载的作用下，垂直变形极小；荷载通过混凝土板体的扩散分布，传递到路基上的压力较柔性路面小得多。第一节概述1.4路面结构选择1.4.1机动车道车行道路面结构的选择，应根据城市道路的等级、承担的交通量、使用年限、当地气候、地质条件和当地材料情况等因素确定。一、沥青类路面沥青类路面表面平整、耐磨，行车舒适，施工期短，养护维修简便，宜于分期修建，可以适用于各种城市道路路面。在纵坡大于3%的路段，宜采用粗粒式沥青碎石或粗面式沥青表面处治。在纵坡大于6%路段，则不宜采用沥青路面。通行履带式车辆的道路也不宜采用沥青路面。第一节概述二、水泥混凝土路面水泥混凝土路面具有较高的承载能力、扩散荷载能力和较好的耐疲劳能力等特性。水泥混凝土路面的致命缺点是在遇到强烈地震后，路面板块翘曲变形，接缝间高低错落不平，无法通行救灾交通，事后翻建难度大。三、其他路面结构整齐块石铺砌的高级块石路面，坚固耐久，可以适应重交通，但必须要有很坚实的基层。块石路面施工速度慢，建设成本高，只适用于特殊的城市道路的车行道，如通行履带式车辆路段、铁路平交道口或陡坡路段等处。其他块料铺砌路面和碎石路面一般不适用于城市快速路、主次干路、支路和街坊道路的车行道面层，通常作为路面的基层和底基层使用。第一节概述1.4.2非机动车道非机动车道主要供自行车、客货三轮车行驶。由于荷载较轻，可采用简单路面结构，尽量采用地方材料（尤其是基层）。面层可以采用沥青混凝土、沥青碎石、沥青表面处治等；基层可采用石灰稳定类、天然砂砾等。1.4.3人行道城市道路上人行道铺装应平整、抗滑、耐磨、美观，其厚度应保证施工最小厚度的要求。面层可采用各种规格的预制混凝土方砖、预制混凝土联锁块、细粒式沥青混凝土、沥青石屑、水泥混凝土等。基层和土路基一定要有较高的强度和稳定性；否则基层容易产生不均匀下沉，雨后路面砌块缝间溅水，行人会走到车行道上，容易引发交通事故。第二节土路基和基层2.1土路基路基是路面的基础，一般由压实的自然土壤组成，又称土路基。路基坚强稳定，不仅有利于提高路面强度和道路的使用品质，还可以减薄路面结构层的厚度，降低路面工程造价。反之，若路基松软，在行车荷载的长期作用下，过量变形，会引起路面的不均匀沉陷，影响路面平整度，导致路面过早破坏。这在桥墩与路面的连接处表现得特别明显。土路基的品质主要取决于土路基的刚度和稳定性。第二节土路基和基层2.1.1土路基填料的选择一般不含有害杂质的土，大多均可用作路基填料。但各种填料的工程性质和运用性是有差别的：一、不易风化的石块透水性极大，强度高，水稳性好，使用场合和施工季节均不受限制，为最好的填料。但石块之间要嵌挤密实，以免在自重和行车荷载作用下石块松动位移产生凹坑变形。二、碎（砾）石土透水性大，内摩擦系数高，水稳性好，施工压实方便，是很好的填料，若细粒土含量增多，则透水性和水稳性就会下降。第二节土路基和基层三、砂无塑性透水性和水稳性均好，毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦系数。但其粘性小，易于松散，对流水冲刷和风蚀的抵抗能力弱。为克服该缺点，可适当掺一些粘性大的土，或将边坡表面予以加固，以提高路基稳固性。四、含低液限细粒土的砂（俗称砂性土）内摩擦系数较高，又有一定的粘结性，易于压实，使获得足够的强度和稳定性，是填筑路基的良好材料。五、低、中液限细粒土（俗称粉性土）因含有较多的粉粒，毛细现象严重，干时易被风蚀，浸水后很快被湿透，在季节性冰冻地区常引起冻胀和翻浆，水饱和时遇震动有砂土液化问题。粉质土，特别是粉土，是稳定性差的填料，不得已使用时，宜掺配其他材料，并加强排水与隔离等措施。第二节土路基和基层六、中、高液限细粒土（俗称粘性土）干燥时坚硬而不易挖掘，浸水后强度下降较多，干湿循环因胀缩引起的体积变化也大，过干或过湿时都不利施工。在给予充分压实和良好的排水条件下，可作路基填料。七、很高液限细粒土（俗称重粘土）几乎不透水，粘结力特强，干时难以挖，湿时膨胀性和塑性都很大，在重粘土中，以蒙脱土最差，不宜用来填筑路基。高岭土虽好，但它是瓷器原料，用之甚惜。八、易风化的软质岩石（如泥灰岩、硅藻岩等）浸水后易崩解，强度显著降低，变形量大，一般不宜用作路基填料。此外，泥岩腐植土及易溶岩（如石膏等）含量超过容许限度的土，均不宜用来填筑路堤。第二节土路基和基层2.1.2影响土路基刚度的主要因素及改善措施影响土路基刚度的主要因素是水的作用。水会导致土路基软化，引起刚度变化，稳定性下降。水的来源甚多（见下图），主要有：一、大气降水二、地下水和温度三、地下给、排水管道的渗漏第二节土路基和基层土路基湿度的来源第二节土路基和基层为调节不利土路基的水温湿度状况，避免产生上述侵害，对于城市道路路基，可以采用以下工程措施：一、加强路基路面排水二、压实土基三、换土四、石灰稳定第二节土路基和基层2.2路面基层2.2.1块石基层块石基层采用锥形块石、片石或圆石手工摆砌，并用石屑嵌缝压实而成。块石基层一般铺在砂、砂砾垫层上，当土基干燥良好时，也可直接铺在压实的土基上。铺筑时，块石大面朝下，尖端向上，石块排砌紧密，不得有叠铺现象（下图）。第二节土路基和基层块石基层第二节土路基和基层2.2.2碎石基层碎石基层是按嵌挤原理将碎石摊铺压实而成的一种基层。它的强度主要是依靠压实得到的碎石间的嵌挤锁结作用。嵌挤力的大小取决于石料的强度和形状、颗粒均匀性和施工时碾压程度。通常可作为沥青路面的基层。碎石的粒径分类见下表。第二节土路基和基层碎石颗粒分类碎石名称粒径范围（mm）用途1粗碎石75～50骨料2中碎石50～35骨料3细碎石35～25骨料4石碴15～5嵌缝料5石屑5～0嵌缝料6石粉封面料第二节土路基和基层所用的填充结合料及施工方法的不同，又可分为：一、填隙碎石基层二、泥结碎石基层三、泥灰结碎石基层四、沥青贯入式碎石基层五、级配砾（碎）石基层第二节土路基和基层2.2.3稳定土基层稳定土基层按土中所拌入的掺加剂不同，又分为:一、石灰稳定土类基层二、水泥稳定土基层三、沥青稳定土基层四、综合稳定土基层五、工业废渣基层第三节路面（面层）3.1沥青路面3.1.1概述沥青路面是泛指用沥青材料作结合料，铺筑成面层的路面结构。因其路面呈黑色，又称黑色路面。一、沥青路面的特点沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料，使经嵌挤压实的矿料之间的粘结力大大加强，路面的使用质量和耐久性都大为提高。沥青路面表面平整，坚实，无接缝，行车平稳，舒适，噪音小。沥青面层透水性小，特别是密实沥青混凝土面层透水性更小，能大大防止地表水进入路面基层和路基，从而使路面强度稳定。但沥青路面抗弯强度低，温度稳定性差，夏季高温曝晒，路面易变形而破坏；冬季低温时，沥青材料会变脆而开裂。另外，履带式车辆不能在沥青路面上行驶。第三节路面（面层）二、沥青路面的分类沥青路面主要类型有：沥青表面处治、沥青贯入式、沥青碎石、沥青混凝土四类。其中沥青混凝土和沥青碎石路面，承载能力大，可承受5000pcu/d以上交通量，一般使用寿命15～20年。沥青表面处治、沥青贯入式路面，承载能力较小，承受300～5000pcu/d的交通量，一般使用寿命在8～12年之间。在城市道路上，较多采用沥青混凝土和沥青碎石路面。第三节路面（面层）三、沥青路面的施工按施工工艺沥青路面可分为三类：（一）层铺法（二）路拌法（三）厂拌法第三节路面（面层）3.1.2沥青路面的结构组合沥青路面的结构组合基本原则如下：一、面层、基层的结构类