路基路面工程教案

路基路面工程教案专业：交通工程专业姓名：尹振羽河南城建学院交通工程系教学要求1对于知识性较强、内容重要的章节采用以板书为主，做到把路基路面工程的基本知识讲清楚，学生学的扎实，及时布置课堂作与课后作业。2对于书中内容繁杂的部分，采用课堂授课与课后自学相结合的形式，要求学生在课后自学完成部分，提交自学总结报告。3对于实践性较强的施工部分，在本课程建设中采用多媒体进行教学，将路基施工、基层施工及面层施工过程录制教学图片，节省教学时间，加大授课的信息量，提高教学速率，同时还提高了学生的学习效果。4对于《路基路面工程》课程的考核方法，力求做到尽可能综合反应学生的整体素质，主要从两个方面对教学效果评价方式进行改革。一是作业形式的改革，课后作业中的基本理论题与计算题，按传统的方式以书面形式完成。针对现在教材中测定学生综合素质的作业缺少的情况，依据课程进展情况布置课后调研论文型题目，比如沥青路面施工部分，可让学生自主学习，利用图书馆和计算机网络查阅资料，总结世界先进的沥青路面施工工艺，提交自学总结和调查报告。二是考试采用闭卷与开卷相结合的方式，开卷考试能够体现学生的理解深度和掌握程度，在培养学生的自学能力方面有不可替代的优势。本课程开卷考试避免出现加大题量，多选用能综合体现学生学习深度和广度方面的内容，增加是非题、与实际工程密切相关的论述题等，培养学生联系实际、思考与解决问题的能力，使学生的成绩能够真正体现其综合素质。河南城建学院交通工程系教学安排教学内容学时讲授学时实践学时1总论442行车荷载、环境因素、材料力学性质443一般路基设计224路基边坡稳定性设计665路基防护与加固226挡土墙设计447路基路面排水设计2228土质路基施工229无机结合料稳定路面4410沥青路面44211沥青路面设计6612水泥混凝土路面44213水泥混凝土路面设计66总计60546河南城建学院交通工程系第一章总论教学目标掌握路基路面工程特点，路面结构基层位功能；熟悉路基的水温状况及干湿类型，路面的等级与分类；了解影响路基路面稳定的因素，公路自然区划，路基土的分类；重点：路面结构基层位的基本概念、功能。§1-1道路工程发展概况一、古代道路发展概况1.道路：4000多年前：车和行车的路商代：驿道传送西周：以都市为中心秦代：大修驰道、直道西汉：驿亭3万处唐代：以长安为中心的驿道网清末：修建了简陋的公路1912-1949：13万km，通车8万km2.路面结构：我国古代：条石、块石和石板欧洲：石料20世纪：形成新的学科分支二、我国路基路面工程的成果1.公路自然区划：7大区2.土的工程分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土3.路基强度与稳定性以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标。4.高路堤修筑技术与支挡结构5.软土地基稳定技术6.岩石路基爆破技术7.沥青路面结构：60年代初，揭开了用国产沥青筑路的序幕。早期的沥青路面薄层表面处治层。70年代末，逐步形成了以贯入式路面为主的沥青路面承重结构。80年代末采用总厚度超过70cm的重型沥青路面结构。形成了沥青路面整套技术。河南城建学院交通工程系8.水泥混凝土路面结构：70年代中期，采用水泥混凝土路面结构。在我国形成丁关于水泥混凝土路面结构的整套技术。9.柔性路面设计理论与方法：在力学理论基础方面，建立了弹性力学多层结构承受多个圆形荷载的分析系统。10.刚性路面设计理论与方法:在力学基础理论方面，运用解析法及有限元法建立弹性力学层状结构，弹性地基板体结构模型。11.半刚性路面结构:一种主要的结构型式。12.路面使用性能与表面特性:路面的平整度、破损程度、承载能力及抗滑性能。13.路面养护管理：路面管理网络系统、项目和路网级优化管理决策。三、引起重视的学科1.材料科学：材料微观结构研究，复合材料研究。2.岩土工程学：土力学、岩石力学、地质学、土质学、水文地质学等。3.结构分析理论：设计由经验为主演变成以结构分析理论为主。4.机电工程：施工装备的性能与施工工艺。5.自动控制与量测技术：在施工过程中严格控制各项指标。6.现代管理科学：大型的管理系统，对区域范围内路基路面工程各个阶段的信息进行跟踪、采集、存储、处理、定期作评估和预测。§1-2路基路面工程的特点1.路基定义：在天然地面上按道路的设计线形(位置)和设计横断面(几何尺寸)的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。2.路面定义：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。3.特点：路基是路面结构的基础，路面结构层的存在又保护了路基。路基和路面相辅相成。路基与路面工程工程数量十分可观。路面结构在道路造价中所占比重很大，达到30％左右。路基路面是一项线形工程，决定了路基与路面工程复杂多变的特点。一、承载能力要求路基路面结构整体及其各组成部分具有与行车荷载相适应的承载能力。结构承载能力包括强度与刚度两方面。河南城建学院交通工程系强度——抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力的性质。刚度——在车轮荷载作用下不发生过量的变形的性质。二、稳定性1.在地表上开挖或填筑，改变原地层结构。2.大气降水使得路基路面结构内部的湿度状态发生变化。3.大气温度周期性的变化对路面结构的稳定性有重要影响如冻胀、翻浆。三、耐久性路基路面工程从规划、设计、施工至建成通车需要较长时间，且投资大的工程应有较长的使用年限。因此路基路面工程应具有耐久的性能。四、路面表面平整度影响行车安全，行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。五、抗滑性能摩擦系数。§1-3影响路基路面稳定的因素1.地理条件：公路沿线的地形、地貌和海拔高度。平原区地势平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。2.地质条件：岩石的种类、成因、节理、风化程度和裂隙情况等。3.气候条件：气温、降水、湿度。4.水文和水文地质条件：河流洪水位，常水位。5.土的类别：不同的土类具有不同的工程性质。§1-4路基土的分类1.土的分类(1)分类体系划分依据：根据土的颗粒组成，塑性指数和土中有机质含量分类。分类：巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土。(2)分类方法1)按有机质含量：有机质土，无机质土。2)无机质土按粗粒含量：巨粒土、粗粒土、细粒土三类。3)巨粒土、粗粒土按其细粒含量和级配进一步细分（粒径大小、不均匀系数和曲率系数）。4)细粒土按塑指Ip和液限WL在塑性图上进一步细分。2.公路用土的工程性质巨粒土：高强度、稳定性。砾石混合料：强度、稳定性满足要求。河南城建学院交通工程系砂土：无塑性，压实困难。砂性土：粗、细颗粒适宜，理想材料。粉性土：粉土颗粒，毛细作用强烈。需改良使用。粘性土：细颗粒含量多。重粘土：不透水，粘聚力大，干燥时很坚硬，施工难易开挖与破碎。§1-5公路自然区划一、公路自然区划的制定原则1.道路工程特征相似性原则2.地表气候区域差异性原则3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则二、公路自然区划的划分我国公路自然区划分为三个等级。1.一级区划：七个一级区Ⅰ——北部多年冻土区；Ⅱ——东部温润季冻区；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。2.二级区划:依据潮湿系数K，将全国分为33个二级区和18个二级副区。3.三级区划：1）以水热、地理和地貌为依据，分为若干个具有相似性的区域单元；2）以地表的地貌、水文和土质为依据分为若干个类型单元。§1-6路基水温状况及干湿类型一、路基湿度来源(1)大气降水；(2)地面水；(3)地下水；(4)毛细水；(5)水蒸汽凝结水；(6)薄膜移动水。二、大气温度对路基水温状况的影响河南城建学院交通工程系冻胀:沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并积聚在该处。这种现象特别是在季节性冰冻地区尤为严重。积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。翻浆:春暖化冻时，路面和路基结构由上而下逐渐解冻，而积聚在路基上层的水分先融解，水分难以迅速排除，造成路基上层的湿度增加，路面结构的承载能力便大大降低。经重车反复作用，路基路面结构会产生较大的变形，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆。三、路基干湿类型1.干湿状态干燥、中湿、潮湿和过湿。要求路基处于干燥或中湿状态。2.分界标准干湿类型以分界稠度wc1、wc2和wc3来划分。稠度wc定义:土的含水量w与土的液限wl之差与土的塑限wp与液限之差wL的比值。即wc=(wL-w)/(wL-wp)（1.1）3.公路干湿类型确定:1)对于原有公路，按不利季节路槽底面以下80cm深度范围内路基土的平均稠度确定。2)对于新建道路，可用路基临界高度为标准来确定。路基临界高度:与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。§1-7路面结构及层位功能一、路面横断面1.槽式横断面2.全铺式横断面二、路拱横坡度路拱：横坡度横坡度：行车、排水三、路面结构分层及层位功能1.面层特点：直接同行车和大气接触，承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，受到降水的浸蚀和气温变化的影响。要求：具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，耐磨，不透水；其表面还应有良好的抗滑性和平整度。河南城建学院交通工程系材料：水泥混凝土、沥青馄凝土、沥青碎(砾)石混合料、砂砾或碎石掺土或不掺土的混合料以及块料等。分层：分两层或三层铺筑。水泥混凝土路面也有分上下两层铺筑。2．基层特点：承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。要求：是路面结构中的承重层，具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力，具有足够的水稳定性。材料：主要有各种结合料(如石灰、水泥或沥青等)稳定土或稳定碎(砾)石、贫水泥混凝土、天然砂砾、碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣(如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等)和土、砂、石所组成的混合料等。分层：分两层或三层。3．垫层特点：改善土基的湿度和温度状况；扩散基层传下的荷载应力。要求：水稳性、隔温性。材料：松散粒料，砂、砾石；稳定类垫层，水泥、石灰稳定。§1-8路面的等级与分类一、路面类型面层类型适用范围沥青混凝土高速公路、一级公路、二级公路、三级公路水泥混凝土高速公路、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三级公路、四级公路砂石路面四级公路二、路面分类1．柔性路面总体结构刚度较小，产生较大的弯沉变形，抗弯拉强度较低，土基承受较大的单位压力。主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。2．刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。抗弯拉强度高，较高的弹性模量，较大的刚性。竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载，通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的单位压力较柔性路面小得多。河南城建学院交通工程系3．半刚性路面用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层。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，但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。课后习题一、名词解释1.公路自然区划2.路基临界高度3.平均稠度4.路拱5.柔性路面6.刚性路面二、思考题1.简述路面结构层的特点、作用及材料。2.路基和路面在公路中各起什么作用？有哪些基本要求？3.判断土基干湿类型的分界稠度法和临界高度法各自的依据条件和资料有哪些？4.路基干湿类型有那些划分方法，干湿类型对路基有哪些影响？5.试述新建公路土基干湿类型的确定方法。6.为何要进行公路目然区划，制定自然区划的原则又是什么?试述公路自然区划的意义。7.影响路基路面的水有哪些？水对路基有哪些影响？8.试述地下水对路基的影响和气温对路面的影响。9.对路基填料有什么要求，对不同性质的土，填筑路堤时要注意哪些问题？10.为什么路面要划分结构层次，如何进行划分？11.试述面层的作用及对其基本要求。12.试述基层和垫层的作用及对各自的基本要求。13.试从材料，物理力学特性，行车性能和设计控制指标各方面讲