道路工程第六章道路结构设计与施工.ppt

第六章 道路结构设计与施工,第一节 一般路基设计,一路基理论 是道路工程的基础，是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载。 二路基工程的特点 1、结构简单； 2、受自然因素影响很大； 3、有大量土石方工程。,三、路基设计的内容 1、选择合理的路基断面形式； 2、选择路基填料与压实标准； 3、确定边坡形状和坡率； 4、路基排水系统设计和排水构造物设计； 5、防护加固工程设计。 四、路基的基本要求 1、要有足够的稳定性； 2、要有足够的强度； 3、要有足够的刚度； 4、要有足够的耐久生。,五、路基常见病害 1、路堤沉陷 2、路基边坡坍方 剥落 碎落 滑坡 崩塌 3、路基翻浆 4、路基沿山坡滑动,六、路基产生病害的原因 1、不良工程地质和水文地质条件； 2、不良水文、气候因素； 3、设计不合理； 4、施工不按操作规程和设计要求进行。 七、路基的断面形式 1、路基的基本断面形式： 路堤 路堑 半填半挖,2、路基横断面 公路路基设计规范（JTG D30-2004 ） 一般路堤 护坡道：一般公路12m, 高速公路3m. 河路堤 路基必须保持一定的高度。有防护工程。, 半填半挖路基 当自然横坡陡于1:5时，路堤基地应挖成台阶，宽1m，且有2-40%向内倾斜的坡度。挖方边坡上方5m以外设截水沟。,矮墙路基 用于土质松散处。矮墙用浆砌或干砌片石，高度不宜超过2m，顶宽0.5m-0.8m，墙内坡竖直，外坡为1:0.2-1:0.5填方矮 墙用浆砌片石，高不宜超过1.5m软土地或冰冻严重地段不宜采用。,护肩路基 用于坚硬岩石陡坡地段。 填方不大，不宜填筑时。 砌石路基 用于坚硬岩石地段， 填方较大不宜 建筑时采用。,土墙路基 脚路基 当山坡上的填路基 有斜坡下滑的倾向 时采用。,挖方路基,八、路基的干湿类型 1、湿度来源 大气降水 地面水 地下水 2、干湿类型 干燥 中湿 潮湿 过湿,3、划分依据 根据实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度 Wc ：,根据自然区划、土质类型。排水条件及路床表面距地下水位或地表积水位的高度按规范确定。,式中：Wc 土的平均稠度 WL100g平衡锥所测土样液限含水量（） WP100g平衡锥所测土样塑限含水量（） W路床80cm深度内的平均含水量（） 根据分界稠度WC1 ,WC2, WC3查表4.1 P125确定： 干燥WCWC1, 中温WC1WCWC2 潮湿， C2WCWC3 过湿， WCWC3,九、公路自然区划 指为了区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，并在路基路面的设计，施工和养护中采取合适的设计参数和技术措施，以保证路基路面的强度和稳定性，对全国进行了公路自然区划，即将自然条件相近的地区划分为同一自然区。,公路自然区划标准（JTJ00386）对我国进行了自 然区划，分为三个等级， 1.区 北部多年冻土区 2.区 东部温暖季冻区 3.区 黄土高原干湿过渡区 4.区东南湿热区 5.西南潮湿区 6. 西北干旱区 7. 青藏高寒区,15,十、路基土的强度指标 布西奈斯克公式： 式中：P集中力（kN） U0土的泊松比（0.35） E0土的弹性模量（pa） r距集中力作用的距离（） 距集中力为r的表面变化（）,1、当路基建成后，用刚性承载板测定 、 式中：E0土基回弹模量（pa）； D刚性承载板直径，D=30； 土基泊松地， =0.35； 回弹变形小于1mm的各级荷载单位压力总和; 各级荷载单位压力作用下，回弹变形小于 1mm的回弹变形总和。 2、当新路设计时，估算E0,十一 一般路基设计 一）、一般路基：是指在正常工程地质条件下修筑填挖高度不超过设计规范或技术手册所允许的范围，其设计可直接参照现行设计规范或标准图，不必个别论证和详细验算。 1、高路堤：填土高度超过18m，填石 高度超过20m。 2、深路堑：大于20 m的挖方。 二）、路基的基本构造： 1、路基宽度B，根据“路基横断面设计” 确定,2、路基高度H，是指路堤的填筑高度加上路面结构厚度或路堑的开挖深度，是道路中桩原地面标高与路基设计标高的相差值。 3、边坡坡度： 1： = 1：m 式中：b边坡宽度； H边坡高度。 4、其它设施： 取土坑； 弃土堆； 护坡道； 碎落台。,三）、路堤设计 1、路堤（路床）是指路面的基础，是路面 以下80范围内的路基部分，承受由路面 传来的荷载。 路床 a. 上路床： 0 30 b. 下路床： 30 80 路堤 a. 上路堤： 80 150 b. 下路堤： 再往下 2、地基的处理 原地面坡度陡于1：5时，应开挖台阶； 原地面坡度陡于1：2.5时，应采用石砌护脚。,3、路基填料 最理想的材料应当是稳定性好、压缩性小，便于施工压实及运距短的土、石材料。,填料分类 a.砾石（gravel），不易风化石块：渗水性强，水稳性好，强度高，塑性变形小。 b.碎石土（crushed stone）、卵石土、砾石土、粗砂、中砂。渗水性强、水稳性好。 c. 砂性土（sandy soil）良好强度及水稳生。 d. 粘性土 （cohesive soil） 渗水性差 e. 粉性土 （silty soil）干燥时易碎，潮湿时会形成水分积聚。 f.重粘土， 渗水性极差。 填料原则，应选用级配较好的粗粒土。 a.砾（角砾）类土、砂类土优先选用。 b.泥炭、淤泥、冻土、强膨胀土、易溶盐超过限量的土，不得直接用。 c. 冰冻地区路床及浸水部分路堤不能直接采用粉质土。 d. 强风化岩石、浸水后易崩解的岩石不宜作为浸水部分填料。 e. 细粒土含量超过最佳含水量两个百分点时应凉晒或掺入石灰、固化材料。 f.桥涵台背、挡土墙背填料应优先选用砾（角砾）类土、砂类土。,4、路堤边坡 side slope of subgrade 形式 a.直线形 b.折线形 C.台阶形,坡度，按规范选用,四）、路堑设计 1、路堑，是从天然地面开挖出来的路 基构造物。 2、边坡，按规范选用 3、排水 4、防护,十二 路基施工,一）、路基施工方法 1、人工施工 2、简易机械化施工 3、水力机械化施工 4、爆破法施工 5、机械化施工 选择施工方法，应根据工程性质、工程数量、施工期限，可获得人力及机械设备的条件来考虑。,二）、施工前的准备 1、施工测量和放样 2、路基横断面核查 3、施工前复查和试验（W，WP，WL） 4、试验路段 不同施工方案做试验路段，选择最佳方案； 位置选择具有代表性地段，路段长度不小于100m； 所用材料、机具与将来全线施工所用材料、机具相同； 施工完成后，检测有关指标，发现缺陷及时变更设计。,三）、路基的压实 1、压实度 式中： 工地试样干密度； 击实所得最大干密度； （标准查表P166） 2、压实土基的意义 提高土体密实度； 降低土本透水性； 减小毛细水上升高度； 防止水分积聚和侵蚀。,3、土基压实原理 土质学与土力学中已讲。 4、影响压实度的因素 含水量 土质 压实功能 压实机具 夯击式作用最深； 振动式次之； 碾压式最线。 压实方法 a.压实机具重量较小，作用时间较长，密实度高； b.碾压速度越高，压实效果越差。,四）、路基填方施工 1、基底处理及零填挖路床 基底处理 a.清除杂草，深度不小于15，清理后压实，在大于30，深 耕地段，应翻松、打碎、整平压实，特殊地基应做相应处理； b.地面横坡1：51：2.5时，挖成台阶，当陡于1：2.5时应做特 殊处理。 零填挖路床 a.030若原天然土密实度达不到要求时，应将地面翻挖压实， 达到要求密实度； b.易翻浆土层应挖除换土。 2、填料选择 3、最佳含水量确定 太干，用土前一天浇水； 太湿，晾晒。,4、填筑方法选择 水平分层法 竖向分层法 混合法 5、填方压实 压实机具先轻后重；碾压速度先慢后快； 碾压路线一般直线段先以路缘向路中心，再从中心向两侧顺次碾压；弯道没超高横坡度时，由低向高一侧碾压；碾压时相邻轮迹重叠左右（约1520）；振动压路机应重叠0.40.5。 经常检查土的W及K，并采取相应措施。压实机具的选择 a.砂性土优选振动式、夯击式次之，静压式较差； b.粘性土优选静压式和夯击式，振动式较差。 6、桥涵及构造物处填筑 填料的选择 砂性土及透水性材料。 填筑方法 排水 压实,五）、路基挖方 1、开挖注意事项： 不得乱挖、超挖；处理排水； 做好支挡工程； 提高生产效率； 移挖作填。 2、路堑开挖方案选择： 纵挖法 a.分段纵挖；用于路堑较长，运距较远。 b.分层纵挖，用于深度不大。 c.通道纵挖，用于土石方工程量集中段。 横挖法，适用于较短路堑。 石方开挖 爆破法；松土法。,第二节 沥青混凝土路面结构设计 2.1 概述,一路面 是位于路基上方，直接承受荷载和自然因素的作用，由各种材料接受不同比例拌和，铺筑而成的一种带状构造物。 二路面结构 1.面层 2.基层 3.垫层,三路面类型 1.按面层使用材料分： 沥青类 水泥砼 粒料 块料 2.按强度构成原理分： 嵌锁法 级配法 稳定法 铺砌法,3按荷载作用下的力学性质分： 柔性路面 : 各种基层（除水泥砼外) 各类沥青面层，碎石面层，块料面层. 刚性路面 ：水泥砼作面层或基层。 半刚性路面：以石灰水泥稳定土，石灰水泥处治碎石，含工业废渣基层。 4.常见路面结构层类型： 碎砾石类: a.泥结碎石：以碎石为骨料，黏土作填充料粘结料 经压实而成的路面结构层。适用于基层和中级路面 基层。,b.泥灰结碎石：以碎石为骨料，用一定数量的石灰和 作粘结料,经压实而成的路面结构,适用于基层。 c.级配碎（砾）石：由各种集料和土，按最佳级配原理 配制并铺压而成的路面结构. 适用于基层和中层路面面 层。 d.水结碎石：用大小不同的扎制碎石从大到小分层铺， 洒水碾压，依靠碎石嵌锁和石粉胶结作用形成的路面结 构层，适用于基层。 结合料稳定类： a.石灰（稳定）土：将一定量的石灰同粉碎土拌和，摊 铺，在最佳含水量时压实，经养生成型的路面结构，适 用于基，垫层。,b.水泥稳定土：在粉碎的和原来松散的土中掺 入适量的水泥和水经拌和，压实，养生成型 的路面结构层。适用于基，垫层。 c.沥青稳定土用沥青做结合料，与粉碎的土或 土集料 混合经拌和，铺压而成的路面结构. 用于基，垫层。 d.工业废渣:用石灰或石灰下脚料做结合料,与活 性材料及土或其他集料按一定配合比,加适量 水拌和，铺压，养生成型的路面结构层.适用 于基层，垫层。,沥青类 a.沥青表面处治：用沥青和矿料按层或拌和方法，铺筑厚度不大于3cm的一种薄层路面面层，防水层，磨耗层，防滑层。 b.沥青贯人碎石：用大小不同的碎石或砾石分层铺筑，颗粒尺寸自下而上逐层减小，同时分层贯人沥青，经分层压实而成的路面结构层。适用于次高级路面面层，高级路面基层，联结层。 c.沥青碎石：以一定级配的矿料用沥青做不结合料，按一定比例配合，拌匀，铺压而成的路面结构层。适用于高级，次高级路面面层，高级路面基层，联结层。 d.沥青砼：由适当比例的各种不同大小颗粒的矿料和沥 青在一定温度下拌和成混合料，经铺压而成的路面结构 层。, 水泥砼：以水泥与水合成水泥浆为结合料，碎（砾）石 为骨料，砂为填充料，按适当的配合比例，经加水拌和、摊 铺、振揭、整平、养生所筑成的路面结构层。适用于高级路 面面层、基层。 块料类 a.整齐块石 b.半整齐块石 c.水泥石砼联锁块 分别以加工的整齐块石、半整齐块石、预制的水泥砼联锁 铺砌而成的路面面层。分别适用于高级路面面层、次高等级 路面面层、高级路面面层。,四、路面等级 1、高级路面 公路等级：高速、一、二级公路用； 面层类型：沥青砼、水泥砼； 特点： a.强度、刚度高，稳定性好； b.使用寿命长，能适应较繁重的交通量； c.平整无尘，能保证高速行车； d.养护费用少，运输成本低； e.投资大。 2、次高级路面 公路等级：二、三级公路； 面层类型：沥青贯入式，沥青碎石、沥青表面处治；,特点： a.强度、刚度较高； b.使用寿命较长，适应交通量较多； c.行车速度较高； d.造价较低； e.费用和成本较高。 3、中级路面 公路等级：四级公路； 面层类型：碎（砾）石、半整齐块石、粒料类。 特点： a.强度、刚度低，稳定性差； b.平整度差，易扬尘； c.仅适应较小交通量； d.行车速度低，造价低； e.养护费用高、运输成本高。,4、低级路面 公路等级：四级公路； 面层类型：粒料、当地材料。 特点： a.强度、刚度最低； b.水稳性、平整度均差，易扬尘； c.仅适应较小交通量； d. 低速行车，适用较小交通量； e.造价低，养护运输成本高。,五.路面的基本要求 1.足够的强度刚度； 2.足够的稳定性； 3.足够的耐久性； 4.足够的表面平整度； 5.足够的表面挖滑性能； 6.足够的少尘性和低噪声。,2.2 沥青路面的设计与施工,一.沥青路面的设计 1.设计内容 材料的选择，混合料配合比设计、设计参数的测试 与确定； 路面结构层组合与厚度计算； 路面结构方案地选； 路面加宽加固设计； 路面排水系统设计。 2.设计原则 应根据使用要求及气候、水文、地质等自然条件， 密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计；,在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜 合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则。进行路 面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安 全可靠，有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。 结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有 效的新材料、新工艺、新技术，应在路面设计方案中积极、 慎重地加以应用。 应注意环保、施工人员健康和安全。 推广机械化施工； 高速、一级公路不宜分期修建。 对有可能产生较大沉降路段，宜按“分期修建”或“一次 设计分期实施”原则。,3.路面结构组合设计 路面等级与路面类型的选择,半刚性基层上沥青层推荐厚度,沥青层厚度确定,基层选择： a.有足够强度，水稳定性，抗冻性； b.收缩变形小，抗冲刷能力强； c.就地取材； d.确定合理配全地； e.每侧比路面宽至少25。 垫层选择： a.材料宜选用粗砂、砂砾、碎石、媒渣、矿渣等。 b.高速、一、二级公路排水垫层应铺至与路基同宽，三四级公路可比底基层每侧宽至少25。 路面总厚度应满足最小总厚度的要求。,最小防冻厚度（),4.新建路面厚度设计 设计步骤 a.根据设计任务书的要求，确定路面等级、 面层类型、设计年限内一个车道的累计当量轴次 和设计弯沉值； b.按路基土类和干湿类型，将路基划分为若 干路段，确定各路段EO。 c.根据设计弯沉值计算路面厚度； d.进行技术经济比较，确定采用的路面结构方 案。 设计标准 标准轴载BZZ-100,标准轴载计算参数,设计参数 a.累计当量轴次Ne 式中：Ne设计年限内一个车道上的累计当量 轴次； t 设计年限； N1第一年双向平均日当量轴次； Nt第t年双向平均日当量轴次； r 设计年限内交通量年半长率（%） 车道系数。 b.土基回弹模量EO； c.路面材料模量。,路面厚度计算 a.容许弯沉值（设计弯沉值） 式中： 容许弯沉值（0.01mm） 公路等级系数； 面层类型系数； 基层类型系数。 b.容许弯拉应力 式中： 容许弯拉应力值； 劈裂强度； 抗弯拉强度结构系数；,c.容许剪应力 式中： 容许剪应力； 抗剪裂强度； 抗剪结构强度系数； d.us/R作为控制指标确定路面厚度 计算图式,式中： 路面A点实测弯沉值； 标准轴载接地压强； 标准轴载当量圆半径； 土基回弹模量； 理论弯沉系数； 弯沉综合修正系数。 以 确定厚度,实际路面是一个多层体系，此时为了应用理论公式需将多层体系换算成三层体系：,e. 以 作为控制指示确定路面厚度。计算图式 式中： 最大拉应力 理论拉应力系数。 使 将多层体系换算为三层体系： 将多层体系换算为三层体系：,f. 以 作为控制指标确定路面厚度。计算图式 式中： 剪应力； 最大剪应力系数； 面层材料内摩擦角。 要求； 当有多层体系时，换算为三层体系的方法 同以 作为控制指标时的换算。 例4-1 指出如图路面结构体系中路表弯沉值最大值点位及第3层底面弯拉应力的最大值点位。并绘出各自的计算图式。,解： 当求路表弯沉值时：将多层体系换算为当量二层体系如下： =1014.217.319.9 =61.4 双轮轮隙中心A气为弯沉最大值。,当求第3层底面弯拉应力时,= 5.910.716 = 32.6,= 2219.1 = 41.1,最大值点C位于第三层底面双轮轮隙中心处。,例4-2 确定如图结构层路表弯沉和剪应力的最大值点位，并绘出计算图式。,解：当确定路表弯沉时：,=812.5415.02 =38.85,最大点A位于双轮轮中心处。 当求最大剪应力值时： 最大值D点位于车轮中心行车方向后方离车轮中 心距离为0.9处。,二、沥青路面施工 1、沥青表面处治： 层铺法，将沥青材料与矿质材料分层洒布与铺撒分层碾压成型。 拌和法； a.热拌热铺法；按热拌沥青混合料路面的规定执行。 b.冷拌冷铺法：按乳化沥青碎石混合料路面的规定执行。 2、沥青贯入式 撒料，撒铺应均匀，并不断检查松铺厚度和校验路拱。 碾压，先用68t 压路机以2km/h的初碾速度压34遍，使集料 稳定，无显著推移；碾压遍数一般为24遍。 浇洒第一遍沥青 撒布第一层嵌缝料 再碾压，立即用812t压路机碾压46遍，直到稳定； 浇洒第二层沥青撒布第二层嵌缝料碾压 3、热拌沥青混合料 混合料类型选择；拌制及运输；摊铺；压实及成型。,三、沥青路面防滑 1、提高沥青路面抗滑性能的措施 提高沥青混合料的抗滑性能； a.矿质骨料采用硬质粒料； b.矿料级配采用升级配； c.选用裹覆力大的较硬沥青； d.尽量减少沥青用量。 采用防滑封面结构 a.在沥青混合料碾压完成后，立即铺撒硬质矿料，并压入混 合料表面内； b.采用多孔沥青混合料铺成透水性面层，加速路面排水； 使用树脂系高分子材料对路面进行防滑处理，将粘结力强的 人造树脂涂布在清规戒律路面上，然后铺撒硬质粒料，在树脂 完全完全硬结之后，将未粘着的粒料的扫掉。 2、抗滑性能指标 高速、一级公路宜在竣工后第一个夏季采用磨擦系数测定 车，以（501）km/h的车速测定横向力系数SFC。 路面宏观构造深度 TD，在峻工后第一个夏季用铺砂法或激光 构造深度仪测定。 摆值Fb,3、评价路面抗滑能力指标的测定方法 铺砂法测定 TD a.手工铺砂法，将细砂铺在路面上，计算嵌入凸凹不平的表面空隙中的砂的体积与覆盖面积之比。将全部砂都填入凸凹不平空隙中。 b.电动铺砂法，用50ml砂，在玻璃板上铺50宽时，标定厚度与长度的关系。按同法在测试路面上铺砂，测定摊铺长度。TD为： 激光构造深度仪测定 TD 高速脉冲半导体激光器产生红外线投射到路表面，从投射面散射光线由接受透镜聚焦到以线性分布的光敏二级管上，按收光线最多的二级管位置给出这一瞬间道路表面的距离，通过计算得出TD。,摆式仪测定 BPN 根据摆锤位能的损失等于摆锤擦过路面克服路面所做的功。 磨擦系数测定车测SFC 承受恒定竖向荷载的测试轮与地面紧密接触，并与车辆前进方向 成20角，这样当车辆前进时在测试轮上产生一个横向摩阻力， 由压力传感器测得，则,第三节 水泥砼路面设计与施工,一、水泥砼路面的类型 1、普通砼（or 无筋砼or素砼） 是指除局部或接缝外均不配筋。 2、钢筋砼 是指板内配置纵、横钢筋或钢筋网。 3、碾压砼 是指水泥砼混合料经摊铺、碾压成型。 4、钢纤维砼 是指在砼中掺入钢纤维。 5、连续配筋砼 是指沿纵向配置连续钢筋。,二、水泥砼路面特点 1、强度高； 2、稳定性好； 3、耐久性好； 4、养护费用少，经济效益高； 5、利于夜间行车； 6、地水泥、水需要量大； 7、接缝产生不利影响； 8、开放交通迟； 9、修复困难。,三、水泥砼路面常见病害,1、断裂； 2、碎裂； 3、唧泥； 4、借台； 5、拱起； 6、剥落； 7、