路面工程

《路基路面工程》1第二篇路面工程第十一章路面工程总论学习目标：1、了解路面工程的特点、面层类型及适用范围；2、掌握路面功能要求，结构及组成；3、了解影响路面结构稳定的各种因素。§11-1路面工程的特点与等级分类一、路面工程的特点二、路面工程的等级分类1）路面等级面层类型适用范围沥青混凝土高速、一级、二级、三级、四级公路水泥混凝土高速、一级、二级、三级、四级公路沥青贯入式、沥青碎石、沥青表处三级、四级公路砂石路面四级公路2）路面分类1．柔性路面①定义：整体刚度小，抗弯拉强度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。《路基路面工程》2②结构：各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层、块石面层组成的路面结构。③特点：刚度小，在荷载作用下产生的弯沉变形较大，车轮通过各结构层向下传递到土基的压应务较大。④要求：对土基的强度和稳定性较高。2．刚性路面①定义：水泥混凝土作面层或基层的路面结构。②特点：刚度与强度很高，弹性模量大，结构呈板体性，分布到土基的荷载面较宽，传递到土基的应力较小。3．半刚性路面①定义：由无机结合料基层和铺筑在它上面的沥青面层组成的路面结构。②特点：前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但最终的强度和刚度远小于砼。《路基路面工程》3§11-2路面工程的功能要求与结构组成一、路面工程的功能要求1）具有足够的强度和刚度1．强度：抵抗车轮荷载引起的应力，不发生压碎、拉断、剪切破坏。2．刚度：在车轮荷载作用下不发生过量的变形，如车辙、沉陷、波浪现象。2）具有足够的稳定性1．气稳定性：沥青路面在夏季高温时会变软而产生车辙和推挤，冬季低温时又可能因收缩或变脆而产生开裂；砼路面在高温时可能发生拱胀现象，温度急剧变化时会翘曲而产生破坏；2．水稳定性：砂石路面在雨季时因雨水渗入路面结构而强度下降，产生沉陷、车辙或波浪；路基在季节性冰冻地区，会发生周期性冻融，形成冻胀和翻浆，使强度下降。3）具有足够的耐久性路面结构承受行车荷载和冷热、干湿气候因素的多次重复作用，逐渐产生疲劳破坏和塑性变形累积，路面材料由于老化衰变而导致破坏。应具备抗疲劳、抗老化、抗变形能力。4）具有良好的表面抗滑性能光滑路面带来的影响：雨天打滑、速度降低、油料消耗，引起交通事故。5）具有良好的环保性6）表面平整度它反映行车安全、舒适性指标。不平整路面带来的影响：增大行车阻力、《路基路面工程》4加剧轮胎磨损、增大油料消耗、积滞雨水。二、路面的结构及组成1）路拱1．为何设路拱？——保证路面上雨水及时排出，减少雨水对路面的浸润和渗透而减弱路面结构强度，路面表面应做成直线形或抛物形的路拱。2．路拱横坡度何时取高值和低值？——低值：干旱、积雪、浮冰地区；纵坡大、路面宽、行车速度高、交通量大；——高值：多雨地区；纵坡小、路面窄、行车速度慢、交通最小。2）路面结构1．路面结构分层示意图2．层位功能（1）面层：①作用：直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响；②要求：强度、稳定性、耐磨、不透水、抗滑性、平整度③材料：水泥砼、沥青砼、沥青碎石混合料、块料等④分层：表面层、中面层、下面层（2）基层：①作用：承受荷载并扩散下去；②要求：强度、刚度、水稳定性③材料：各种稳定土、粒料类《路基路面工程》5④分层：基层、底基层（3）垫层：①作用：改善湿度和温度状况②要求：水稳定性、隔温性③材料：松散粒料（砂、砾石和炉渣组成的透水性垫层）整体性材料（石灰土或炉渣石灰土等组成的稳定性垫层）④分类：隔离层（地下水位较高地区铺设起隔水作用）防冻层（冰冻较深地区铺高起防冻作用）反滤层（基层排水层、垫层采用密级配材料）封层（为上面层次施工提供工作面的垫层）§11-3影响路面结构稳定的因素分析一、大气水分与路基的湿度状况二、气温周期性变化三、冰冻与融冻本章重点：路面功能要求、结构及组成设计。本章难点：影响路面结构稳定的因素分析。《路基路面工程》6第十二章路面基（垫）层设计学习目标：1、了解路面基（垫）层的分类、特点及设计理论基础要求；2、掌握稳定类基（垫）层混合料的配合比设计及施工材料的选配方法及相关要求。§12-1路面基（垫）层分类及特点一、路面垫层分类及特点1）设置路段1．地下水位高，排水不良，路基处于潮湿、过湿路段；2．排水不良的土质路堑，有泉眼的岩石路堑；3．需设防冻层路段；4．基层受污染或路基软弱路段。2）垫层分类1．按材料分：透水性垫层、稳定性垫层2．按作用分：稳定层、隔离层、防冻层、防污层、整平层、辅助层3）垫层特点及有关要求二、路面基层分类及特点1）基层分类1．按材料力学分：半刚性类、柔性类、刚性类2．按材料组成分：有结合料稳定类、无结合料稳定类、《路基路面工程》73．按组成状态分：骨架密实类、骨架空隙类、悬浮密实类、均匀密实类2）基层特点《路基路面工程》8§12-2碎（砾）石基（垫）层一、强度形成原理1）纯碎石材料1．嵌挤原则：采用分层撒铺矿料（每层矿料的粒径基本相同）并经严格碾压而成的路面结构层（或采用尺寸大致均一的开级配矿料进行拌和）。用这种方法修筑的路面，其强度构成主要依靠矿料之间相互嵌挤锁结作用而产生的较大的内摩阻力。粘结力仅起着辅助作用。因此，采用这种方法修筑的路面，必须使用强度较高的石料，每层矿料粒径大小均匀，带有棱角，表面粗糙。各种矿料的尺寸自下而上逐渐减小，粗料作主层料，细料作各级嵌缝料。为了增加其联结强度，可在矿料掺入不同的结合料使其产生粘结力。2．级配原则：采用颗粒大小不同的矿料按一定比例配合，并掺入一定数量的结合料，拌制成混合料，经过摊铺、碾压而形成的路面结构层。这种混合料符合最佳级配原理，具有较大的密实度。按级配原则修筑的路面结构，其强度来源于内摩擦力和粘结力，但由于矿料没有较强的嵌挤锁结作用，以及受结合料的影响，其内摩阻力小。2）土-碎（砾）石混合料1．不含或很少含细料的混合料①强度形成：依靠颗粒之间的摩阻力。②特点：密度低，透水性好，不易冰冻，施工困难。2．含有足够的细料的混合料①强度形成：依靠颗粒接触。②特点：密度较高，透水性低，施工易压实。3．含有大量的细料的混合料《路基路面工程》9①强度形成：依靠细料的粘结力。②特点：密度低，易冰冻，难透水，施工易压实，易受含水量影响。二、碎（砾）石基层1）泥结碎石基层1．定义：以碎石作为骨料，粘土作为填充料和结合料，经压实修筑成的一种结构层。2．强度形成：嵌锁原则，但在使用过程中由于行车荷载的反复作用，会向密级配转化。3．结构层厚度：8~20cm4．特点：水稳定较差、抗磨耗能力差5．适用范围：四级公路中级路面的面层，并宜在其上设置砂土磨耗层和松散保护层，可作二级以下公路次高级路面的基层，但只能用于干燥路段。2）填隙碎石基（垫）层1．定义：用大小不同的轧制碎石从大到小分层铺筑，洒水或不洒水碾压形成的一种结构层。2．强度形成：嵌锁原则，用单一尺寸的粗碎石作主骨料，形成嵌锁结构，起承受和传递车轮荷载的作用，用石屑作填隙料，填满碎石间的孔隙，增加密实度和稳定性。3．结构层厚度：10~12cm4．适用范围：各级公路的底基层和三、四级公路的基层5．要求：填隙碎石层上不能直接通车，它上面必须有面层。填隙碎石基层质量好坏的两个关键是，从上到下粗碎石间的空隙一定要填满，过到规定的密实度很重要；表面粗碎石间的空隙既要填满，填隙料又不能覆盖粗碎石而自成一层，表面应看得见粗碎石，可保证薄沥青面层与基《路基路面工程》10层粘接良好，避免薄沥青面层在基层顶面发生推移破坏。6．缺点：潮湿的填隙料实际上不可能靠振动压路机将空隙填满。如企图用过多遍数的振动碾压使潮湿填料下移，往往可能使主骨料浮到填隙料层上并严重失稳。3）级配碎石基（垫）层1．定义：粗、中、小碎石集料和石屑各占一定比例的混合料，当其颗粒组成符合规定的密实级配要求时。2．强度形成：密实级配原则3．适用范围：可用作各级公路路面的基层和底基层。4）级配砾石基（垫）层1．定义：粗、中、小砾石集料和砂各占一定比例的混合料，当其颗粒组成符合规定的密实级配要求且塑性指数和承载比均符合规定要求时。2．强度形成：密实级配原则3．适用范围：可用作二级和二级以下公路路面的基层，也可作各级公路路面的底基层。《路基路面工程》11§12-3无机结合料稳定类基（垫）层一、无机结合料稳定类基（垫）层类型1）石灰稳定土基层1．概述2．强度形成形成原理①离子交换作用②结晶作用③火山灰作用④碳酸化作用3．影响石灰土强度的因素①土质②灰质③石灰剂量④拌和及压实⑤含水量⑥养生条件与龄期4．石灰稳定土基层缩裂防治①控制压实含水量②严格控制压实标准③温缩的最不利季节控制④干缩的最不利季节控制⑤及时铺筑面层⑥采用粒料稳定的半刚性基层⑦防止基层裂缝的反射《路基路面工程》12a.设置联结层b.铺筑碎石隔裂过渡层5．石灰土基层的应用2）水泥稳定类基层1．概述2．强度形成原理①水泥的水化作用②离子交换作用③化学激发作用④碳酸化作用3．影响强度的因素：①土质②水泥类型与剂量③含水量④施工工艺过程及养生4．减少水泥稳定土基层收缩裂缝的措施①控制集料中细料的含量和塑性指数②控制干缩系数③采用最小水泥剂量④改善集料级配，减少水泥剂量⑤掺入缓凝阻裂剂⑥严格控制施工碾压的含水量⑦及时铺筑面层3）综合稳定土类基层1．概述2．综合稳定类基层《路基路面工程》13①石灰粉煤灰稳定类②水泥石灰综合稳定类4）工业废渣稳定土类基层本章重点：无机结合料稳定类基（垫）层强度形成原理和配合比设计，材料的选配。本章难点：无机结合料稳定类基（垫）层强度形成原理。《路基路面工程》14第十三章沥青路面设计学习目标：掌握沥青路面设计的内容、原理以及结构设计理论和方法。§13-1沥青路面的设计内容与原则一、沥青路面设计内容1．调查与收集有关交通量及其组成资料，重视调查当地轴载谱分布资料。2．收集当地气候、水文资料，了解沿线地质、路基填挖及干湿状况，通过试验或论证确定路基回弹模量。3．设计人员应认真做好路用各种材料的调查，并取样试验，根据试验结果，选定路面各结构层所采用的材料。4．当材料具备时宜进行沥青混合料、半刚性基层混合料的配合比设计，并测试材料设计参数，确定材料回弹模量设计值。5．拟定几个路面结构组合，采用专用程序计算厚度。6．对路面结构方案进行技术经济比较，提出推荐的设计方案。二、沥青路面设计应遵守原则1．密切结合当地实践经验，采取必要的路基处理措施，进行路基路面综合设计。2．遵循因地制宜、含理选材、节约投资的原则。3．推广新材料、新工艺、新技术，并认真铺筑试验路，总结经验，不断完善、逐步推广。4．注意施工中废弃料的处理。积极推动旧面层和再生利用，以及保护施工人《路基路面工程》15员的健康和安全。§13-2沥青路面的分类及特点一、基本特征二、沥青路面的分类及特点1）按强度构成原理分：1．密实类密实类沥青路面要求集料的级配按最大密实原则设计，其强度和稳定性主要取决于混合料的粘聚力和内摩阻力。这类路面的空隙率较小（不大于10%），混合料致密耐久，但热稳定性差。2．嵌挤类嵌挤式路面要求采用颗粒尺寸较为均一的集料，路面的强度和稳定性主要依靠骨料之间相互嵌挤产生的内摩阻力，而粘结力则起次要作用。按嵌挤原则修筑的路面，其热稳定性好，但应空隙较大，易渗水，因而耐久性较差。2）按施工工艺分类1．层铺法①方法：用分层洒布沥青、分层撒铺和碾压的方法修筑。一般采用先油后料。②优点：工艺和设备简便，工效较高，施工进度快，造价低廉。③缺点：路面成型期较长，质量不易保证，需要经过炎热季节行车碾压之后路面才能完全成型。④类型：层铺法沥青表处、沥青贯入式⑤施工程序：备料——清理基层及放样——浇洒透层沥青——洒布第一次沥青——铺撒第一层矿料——碾压——洒布第二次沥青——铺撒第《路基路面工程》16二层矿料——碾压——初期养护2．路拌法①方法：在路上用机械或人工将集料和沥青材料就地拌和，摊铺和碾压密实而成的沥青路面。②优点：沥青材料在集料分布均匀，成型快。③缺点：集料冷料，沥青材料稠度低，混合料强度低。④类型：路拌沥青碎砾石、路拌沥青稳定土（即将淘汰）3．厂拌法①