路基路面工程 01概述.ppt

路基路面工程 SubgradeandPavementEngineering 张锐 副教授 长沙理工大学交通运输工程学院 主要内容 Contents 本课程的设置及其重要性第一章概述 Introduction 本课程的设置及其重要性 1 本课程在教学体系中的位置公共课程 数学 英语 人文等基础课程 工程力学 结构力学 弹性力学等专业基础课程 土木工程材料 测量学 土力学与土质学 水力学 交通工程基础等 专业课程 道路勘测设计 路基路面工程 桥梁工程 结构设计原理 基础工程等专业提高课程 众多选修课程 本课程的设置及其重要性 2 本课程在工程实践中的重要性实践环节 室内试验确定路面结构设计的主要参数等 野外试验确定交通参数 路面结构参数等 结构综合设计进行路面结构设计 施工组织设计 本课程的设置及其重要性 3 本课程的内容 课程的具体内容 路基土的特性及设计参数 CharacteristicsandDesignparameters 路基设计 EmbankmentDesign 路基防护与支挡设计 designofretainingwall 路基施工 construction 路基工程部分 概论 交通荷载及路面设计参数 ESALandParameters 路面基层 Base 沥青路面设计 AsphaltPavementDesign 水泥混凝土路面设计 CementConcretePavementDesign 路面施工 Construction 路基路面养护与管理 Maintenanceandrehabilitations 路面工程部分 课程的具体内容 第一章概论 第一章概论 Introduction 第一节路基路面工程发展概况 Development 第二节路基路面工程的特点与性能要求 Characteristics 第三节路基路面结构及层位功能 Pavementlayers 第四节路基路面结构的影响因素 Factors 第五节公路自然区划 NatureCategories 第一节路基路面工程发展概况 核心内容 道路的衍变道路的分类我国公路建设成果国家高速公路网命名路基路面建设的技术成果交叉学科的发展 道路的发展可粗分为四个阶段 第一阶段 供行人和牛马及其他兽类行走 驮运货物的阶段 此时期的道路通常称为小路或小径 Trail 第二阶段 供蓄力车辆和行人通行的大道 CartWay 阶段 在中国 有 康衢 路 驰道 驿道 等名称 在欧洲 罗马道路非常发达 有 条条大道通罗马 之说 1 道路的衍变 古罗马道路和结构 1 道路的衍变 第三阶段 行驶汽车的公路 Highway 阶段 内燃机汽车是德国在1886年由高特列希 戴姆勒发明 我国在1902年从国外引进汽车 1906年苏元春驻守广西时首建了龙州到镇南关的公路 1 道路的衍变 通向柏林的A9公路 东德 使用时间超过50年 图中为第一阶段的水泥路面 第四阶段 以高速度分车道行驶为特征的高速公路阶段 也称为Freeway或Expressway 1 道路的衍变 道路是供各种车辆 行人等通行的工程设施 按其使用范围分为公路 城市道路 机场跑道 厂矿道路 林区道路等 机场Airport分类干线公路 国家干线省干线公路县公路乡公路支线公路分级高速公路 一级公路二级 三级 四级公路Highway公路城市道路快速路主干道次干道支路及街道其他道路 2 道路分类 厂矿道路 林区道路 7条北京放射线 9条纵向路线 18条横向路线 到2020年 高速公路总规模约8 5万公里 其中主线6 8万公里 地区环线 联络线等其它路线约1 7万公里 3 我国公路建设成果 高速公路 7918 网 3 我国公路建设成果 普通国道网 2013年 2030年 3 我国公路建设成果 7条 北京 哈尔滨 G1 北京 上海 G2 北京 台北 G3 北京 港澳 G4 北京 昆明 G5 北京 拉萨 G6 北京 乌鲁木齐 G7 9条 鹤岗 大连 G11 沈阳 海口 G15 长春 深圳 G25 济南 广州 G35 大庆 广州 G45 二连浩特 广州 G55 包头 茂名 G65 兰州 海口 G75 重庆 昆明 G85 18条 绥芬河 满洲里 G10 珲春 乌兰浩特 G12 丹东 锡林浩特 G16 荣成 乌海 G18 青岛 银川 G20 青岛 兰州 G22 连云港 霍尔果斯 G30 南京 洛阳 G36 上海 西安 G40 上海 成都 G42 上海 重庆 G50 杭州 瑞丽 G56 上海 昆明 G60 福州 银川 G70 泉州 南宁 G72 厦门 成都 G76 汕头 昆明 G78 广州 昆明 G80 此外 国家高速公路网还包括辽中环线 成渝环线 海南环线 珠三角环线 杭州湾环线等共5条地区环线 2段并行线和37段联络线 高速公路 7918 网 3 我国公路建设成果 3 我国公路建设成果 3 我国公路建设成果 229 51万km中有64 19万km沥青 229 51万km中有165 32万km水泥 简50 35万km 143 89万km 有铺装 简易铺装279 86万km 未铺装149 07万Km 总里程423 75万Km 2012年底资料 4 国家高速公路网命名 数字及数字与字母编号 首都放射线编号为1位数 由正北开始按顺时针方向升序编排 编号区间为1 9 纵向路线编号为2位奇数 由东向西升序编排 编号区间为11 89 横向路线编号为2位偶数 由北向南升序编排 编号区间为10 90 并行路线的编号采用主线编号后加英文字母 E W S N 组合表示 E W S N 分别表示并行路线在主线的东 西 南 北方位 地区环线的编号按照由北向南的顺序排列 编号区间为91 99 5 路基路面建设的技术成果 公路自然区划土的工程分类路基强度与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沥青路面结构水泥混凝土路面结构沥青路面设计理论与方法 水泥混凝土路面设计理论与方法半刚性基层沥青路面结构沥青路面材料组成设计路面使用性能与表面特性绿色道路路面建设技术路面养护管理 6 交叉学科的发展 材料科学岩土工程学结构分析理论机电工程自动控制与量测技术现代管理科学 节尾 第二节路基路面的工程特点 核心内容路基路面的工程特点路基路面的使用要求路基路面的性能要求 路线长 工程量大 沿线地形起伏变化大 地质 地貌 气象特征多变 沿线经济程度和交通特点不一样 1 路基路面的工程特点 全天候畅通高速安全舒适经济 即 结构与功能两个方面要求 2 路基路面的使用要求 公路路基是路面的基础 是公路工程的重要组成部分 它是按照路线位置和一定的技术要求修筑的带状构造物 与路面共同承受交通荷载的作用 作为路面的支承结构物 路基必须具有足够的强度 稳定性和耐久性 Strength Stability Durability 3 路基路面的性能要求 一般路基 冻土区通风管路基 冻土区路基 冻土区 冻土区 冻土区 冻土区 铁路路基 路基防护 公路路面是直接承受交通荷载 大气温度及雨水作用的结构 应具有良好的稳定性和足够的强度 刚度 其表面还应满足平整 抗滑和排水的要求 因此 公路路面应根据交通量及其组成情况和公路等级 使用任务 功能 当地材料及自然条件 结合路基进行综合设计 各级公路的行车道 路缘带 匝道 变速车道 爬坡车道 硬路肩和应急停车带等均应铺筑路面 2 路面工程 3 路基路面的性能要求 1 承载能力 BearingCapacity 包括强度和刚度两个方面 2 稳定性 Stability 在地表上开挖或填筑路基 会改变原地面地层结构的受力状态 从而造成路基失稳 大气降水 大气周期性变化对稳定性的影响 3 耐久性 Durability 道路工程有较长的使用年限 因此路基路面工程要求有很好的耐久性能 4 表面平整度 SurfaceSmoothness 是影响行车安全 行车舒适性以及运输效益的重要使用性能 5 表面抗滑性能 SkidResistance 保证车轮与路面之间有足够的附着力和摩擦力 以增加行车安全 3 路基路面的性能要求 节尾 第三节路基路面结构及层位功能 核心内容路基横断面路面横断面路拱横坡度路面结构分层及层位功能路面面层类型及适用范围路面分类 1 路基横断面 1 路基横断面 1 路基横断面 1 路基横断面 图1 4d城市道路典型路基横断面 2 路面横断面 槽式横断面全铺式横断面 3 路拱横坡度 形式 一次式 直线形 折线形二次式 2次抛物线形 三次式 3次线形方程 目的 为了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线形的路拱 要求 4 路面结构分层及层位功能 面层基层垫层 必要时 路基 沥青混凝土路面 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面 面层 面层是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 因此 同其他层次相比 它应具有较高的结构强度 抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性 且应耐磨 不透水 表面还应有良好的抗滑性与平整度 基层 含底基层 主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的路基 含垫层及土基 因此 它也应具有足够的强度与刚度 并应具有良好的扩散应力的能力 基层受大气影响较面层小 但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿 故也应具有足够的水稳定性 同时 为保证面层平整 它还应具有较好的平整度 4 路面结构分层及层位功能 4 路面结构分层及层位功能 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 使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态 同时 也可扩散基层传递的荷载应力 减小土基的应力与变形 按其作用可分为排水层 隔离层 防冻胀层等 路基处于下列状况的路段应设置垫层 地下水位高 排水不良 路基经常处于潮湿状态的路段 排水不良的土质路堑 有裂隙水 泉眼水等水文不良情况的岩石挖方路段 季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿 潮湿路段 基层可能受污染的路段 4 路面结构分层及层位功能 70 80cm 4 路面结构分层及层位功能 面层 基层 路基 上路床 下路床 上路堤 下路堤 上基层 下基层 底基层 砂石材料 改良土或改善土 水泥混凝土 级配碎石 CTB LFTB 改良土或改善土 4 路面结构分层及层位功能 沪宁高速拓宽铣刨断面 4 路面结构分层及层位功能 5 路面面层类型及适用范围 6 路面分类 柔性基层沥青路面半刚性基层沥青路面组合式基层沥青路面复合式路面 或刚性基层沥青路面 水泥混凝土路面 节尾 第四节路基路面结构的影响因素 核心内容路基路面稳定性影响因素路基路面工程的环境因素影响 1 路基路面稳定性影响因素 地理条件地质条件气候条件水文和水文地质条件土的类别 地形地貌海拔高度路线与地势地貌的结合程度 1 地理条件 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 2 地质条件 气温 季节性与地形性 降水日照风力风向 3 气候条件 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地下水的水文条件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 4 水文条件 1 土的不同颗粒组成形成不同的材料强度机理2 不同类别的土受水温影响的程度不同2 不同的土类有不同的工程特征与性质 5 土的类别 2 路基路面工程的环境因素影响 路基路面结构的温度和湿度状况变化 2 路基路面工程的环境因素影响 大气温度的年周期变化和日周期变化 2 路基路面工程的环境因素影响 大气温度的年周期变化和日周期变化 2 路基路面工程的环境因素影响 路面结构内温度随深度的分布状况 2 路基路面工程的环境因素影响 路面结构内温度随深度的分布状况 2 路基路面工程的环境因素影响 路面结构内温度随深度的分布状况 2 路基路面工程的环境因素影响 分析方法 路面结构内的温度和湿度状况 可通过在外部和内部影响因素之间建立联系的方法来预估 这种方法有两类 即统计方法和理论方法 统计方法 公式 Tmax a bTa max cQ理论方法采用有限元技术进行分析与计算热传导理论分析法 节尾 第五节公路自然区划 道路工程特征相似的原则地表气候区划差异性原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 1 公路区划依据的意义 2 公路区划依据的原则 3 一级区划指标 1 全年均温 2 等值线 在一般情况下 地面大气温度达到 2 时 地面土开始冻结 因此 它是区分多年冻土和季节冻土的界线 2 一月份均温0 等值线 是区分季节冻土和全年不冻的界线 3 我国地势的三级阶梯的两条等高线 4 二级区划指标 二级区划仍以气候和地形为主导因素 但具体标志与一级区划有显著差别 二级区划因区而异 将一级区划指标具体化或加以补充 分为六个等级 主要指标是潮湿系数K 结合各个大区的地理 气候特征 如雨季 冰冻深度 地貌类型 自然病害等因素 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北部多年冻土区 东部温润季冻区 黄土高原干湿过渡区 东南湿热区 西南潮暖区 西北干旱区和青藏高寒区等七个大区 二级区划是在一级区划内再以潮湿系数为依