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文档简介
1、第一章路基:路基是在天然地表面按照道路的设计线形(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。路面:路面是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。对路基的特点基本要求1、具有足够的整体结构稳定性2、具有足够的强度3、具有足够的水稳定性路基路面要求具有的基本性能1. 足够的承载能力2. 足够的稳定性3. 耐久性4. 优良的表面平整度5. 较高的表面抗滑性能影响路基路面稳定的因素1、地理条件2、地质条件3、气候条件4、水文和水文地质条件5、土的类别路基土的分类:我国公路用土依据土的颗粒组成特性,土的塑性指标和土中有机质存在情况,分为巨粒土、粗粒土、细粒土、和特殊土四
2、类,并进一步细分为11种土。各类公路用土具有不同的工程性质,在选择路基填筑材料,以及修筑稳定土路面结构层时,应根据不同的土类分别采取不同的工程技术措施。(也可见课本11页)巨粒土包括漂石(块石)和卵石(块石),有很高的强度和稳定性,是用以填筑路基的良好材料;亦可用于砌筑边坡。级配良好的砾石混合后,密实程度好,强度和稳定性均能满足要求。除了填筑路基之外,可以用于铺筑中级路面,经适当处理后,可以铺筑高级路面的基层、底基层。 砂土无塑性,透水性强,毛细上升高度小,具有较大的内摩擦系数,强度和水稳定性均好,但砂土粘结性小,易于松散,压实困难,但是经过充分压实的砂土路基,压缩变形小,稳定性好。为了加强压
3、实和提高稳定性,可以采用振动法压实,并可掺加少量粘土,以改善级配组成。 砂性土含有一定数量的粗颗粒,又含有一定数量的细颗粒;级配适宜,强度、稳定性等都能满足要求,是理想的路基填筑材料。如细粒土质砂土,其粒径组成接近最佳级配,遇水不粘着,不膨胀,雨天不泥泞,晴夭不扬尘,便于施工。 粉性土含有较多的粉土颗粒,干时虽有粘性,但易于破碎,浸水时容易成为流动状态。粉性土毛细作用强烈,毛细上升高度大(可达1.5m),在季节性冰冻地区容易造成冻胀、翻浆等病害。粉性土属于不良的公路用土,如必须用粉性土填筑路基,则应采取技术措施,如改良土质,并加强排水、采取隔离水等。 粘性土中细颗粒含量多,土的内摩擦系数小而粘
4、聚力大,透水性小而吸水能力强,毛细现象显著,有较大的可塑性。粘性土干燥时较坚硬,施工时不易破碎,浸湿后能长期保持水分,不易挥发,因而承载力小。对于粘性土如在适当含水量时加以充分压实和设置良好的排水设施,筑成的路基也能获得稳定。重粘土工程性质与粘性土相似,但其含粘土矿物成分不同时,性质有很大差别。粘土矿物主要包括蒙脱土、伊利土、高岭土。蒙脱土主要分布在东北地区,其塑性大,吸湿后膨胀强烈,干燥时收缩大,透水性极低,压缩性大,抗剪强度低。高岭土分布在南方地区,其塑性较低,有较高的抗剪强度和透水性,吸水和膨胀量较小。伊利土分布在华中和华北地区,其性质介于上述两者之问。重粘土不透水,粘聚力特强,塑性很大
5、,干燥时很坚硬,施工时难以挖掘与破碎。 总之,土作为路基建筑材料,砂性土最优,粘性土次之,粉性土属不良材料,最容易引起路基病害。重粘土,特别是蒙脱土也是不良的路基土。此外,还有一些特殊土类,如有特殊结构的土黄土)、含有机质的土(腐殖土)以及含易溶盐的土(盐渍土)等,用以填筑路基时必须采取相应的技术措施。公路自然区划划分的原则:1. 道路工程特征相似的原则2. 地表气候区划差异性的原则3. 自然气候因素既有综合作用又有主导因素的原则潮湿等级:过湿、中湿、润湿、润干、中干、过干。潮湿系数k为年降雨量r与年蒸发量z之比,即:k=r/z。干湿类型:路基的干湿类型是指路基在最不利季节所处的干湿状态。路基
6、的干湿类型划分为干燥、中湿、潮湿和过湿四类。干湿类型的判断见课本16页。路面横断面形式:1.槽式横断面 2.全铺式横断面路拱横坡形式:直线形 抛物线形路面结构分层:面层、基层、垫层。面层的要求:面层是直接与行车和大气接触的表面层次。与基层和垫层相比,承受行车荷载较大的垂直压力、水平力和冲击力的作用,还受降水和气温变化的影响。应具有较高的结构强度、抗变形能力和水温稳定性,耐磨,不透水,表面还应具有良好的平整读和粗糙度。垫层的作用、分类。作用:垫层介于土基与基层之间,它的功能是改善土基的湿度和温度状况,以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性不受土基水温状况变化所造成的不良影响。另一方面的功能是将基层
7、传下的车辆荷载应力加以扩散,以减小土基产生的应力和变形。同时也能阻止路基土挤人基层中,影响基层结构的性能。分类:常用的垫层材料分为两类,一类是由松散粒料,如砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层;另一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。路面分类:路面类型可以从不同角度来划分,但是一般都按面层所用的材料区划,如水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。但是在工程设计中,主要从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发,将路面划分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面三类。路面等级:通常按路面面层的使用品质,材料组成类型以及结构强度和稳定性,将路面分为四个等级:高级路面、次高级路面、中级路面、低级路面。第二章
8、.标准轴载:路面设计以汽车双轮组单轴载100kn为标准轴载,用bzz-100表示,需要将混合交通的各种轴载和通行次数按照等效损坏的原则换算为标准轴载的通行次数。当量圆: 变异系数影响的因素:变异系数(标准离差与轮载静载之比)主要随下述三因素而变化: (1) 行车速度。车速越高,变异系数越大; (2) 路面的平整度。平整度越差,变异系数越大; (3) 车辆的振动特性。轮胎的刚度低,减振装置的效果越好,变异系数越小。 正常情况下,变异系数一般均小于 0.3。交通量是指一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。各级轴载所占的比例,即轴载组成或轴载谱。车辆在道路上行驶时,车轮的轨迹总是在横断面中
9、心线附近一定范围内左右摆动。由于轮迹的宽度远小于车道的宽度,因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置,也不可能平均分配到每一点上,而是按一定规律分布在车道横断面上,称为轮迹的横向分布。在路基某一深度 za 处,当车轮荷载引起的垂直应力z 与路基土自重引起的垂直应力b 相比所占比例很小,仅为 1/5-1/10 时,该深度 za 范围内的路基称为路基工作区。土基在重复荷载作用下产生的塑性变形积累,最终将导致何种状况,主要取决于: (1) 土的性质(类型)和状态(含水量、密实度、结构状态); (2) 重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到的极限强度之比来表示,即相对荷载(3) 荷载作用
10、的性质,即重复荷载的施加速度、每次作用的持续时间以及重复作用的频率。用于表征土基承载力的参数指标有回弹模量、地基反应模量和加州承载比(cbr)等。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征,并采用高质量标准碎石为标准,以它们的相对比值表示 cbr 值。cbr=p/psp对应于某一贯入度的土基单位压力,kpa; ps相应贯入度的标准压力(见表 2-5),kpa。出现疲劳破坏的重复应力值即疲劳强度对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时,可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏,这种材料强度的降低现象称为疲劳。疲劳的出现,是由于材料微结构的局部不均匀,诱发应力集中而出现微损伤,在应力重复作
11、用之下微量损伤逐步累积扩大,终于导致结构破坏,称为疲劳破坏。第三章路基横断面的典型形式,可归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。在工程地质和水文地质条件良好的地段修筑的一般路基设计包括以下内容:(1) 选择路基断面形式,确定路基宽度与路基高度;(2) 选择路堤填料与压实标准;(3) 确定边坡形状与坡度;(4) 路基排水系统布置和排水结构设计;(5) 坡面防护与加固设计;(6) 附属设施设计。路基高度是指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度,是路基设计标高和地面标高之差。第四章直线法适用于砂土和砂性土(两者合称砂类土),土的抗力以内摩擦力为主,粘聚力甚小。边坡破坏时,破裂面近似平面。圆弧法适用于粘土,
12、土的抗力以粘聚力为主,内摩擦力力较小。边坡破坏时,破裂面近似圆柱形。边坡滑塌的主要原因:坡度、几何形状、土质、水的活动、活荷载的增加、地震及其它动力荷载。软土地基的特征:我国各地的软土都有近于相同的共性,主要表现在: (1)天然含水量高、孔隙比大。(2)透水性差。 (3)压缩性高(4)抗剪强度低。 (5)具有触变性。(6)流变性显著。路基防护与加固的方法有哪些:路基防护与加固措施,主要有边坡坡面防护、沿河路堤河岸冲刷防护与加固以及湿软地基的加固。常用的坡面防护措施有植物防护(种草、铺草皮、植树等)和工程防护(抹面、喷浆、勾缝和石砌护面等)。前者可视为有“生命”(成活)防护,后者属无机物防护。堤
13、岸防护与加固设施,有直接和间接两类。直接防护与加固设施中包括植物防护和石砌防护与加固两种,常用的有植树、铺石、抛石或石笼等。间接防护主要是指导流结构物,如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等;必要时进行疏浚河床.改变河道,目的是为了改变流水方向,避免或缓和水流对路基的直接破坏作用。地基的加固有换填土层法、辗压夯实法、排水固结法、挤密法、化学加固法。顺坝大致与堤岸平行,主要作用为导流、束水、调整流水曲度、改善流态。丁坝大致与堤岸垂直或斜交,将水流挑离堤岸束河归槽,改善流态。顺坝亦称导流坝,丁坝亦称挑水坝。换填土层法,即将基底下一定深度范围的湿软土层挖去,换以强度较大的砂、碎(砾)石、灰土或素土,以及其他
14、性能稳定、无侵蚀性的土类,并予以压实。换填土层法适用情况见课本111页第六章按照墙的设置位置,挡土墙可分为路肩挡墙、路堤挡墙、路堑挡墙和山坡挡墙等类型。按结构形式分为重力式挡土墙、半重力式、锚杆式、薄壁式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚定板式、拱式、桩板式、垛式。常用的挡土墙一般是由墙身、基础、排水设施和伸缩缝等部分组成。排水设施作用:挡土墙应设置排水措施,以疏干墙后填料的水分,防止地面水下渗造成墙后积水,使墙身承受额外的静水压力,消除粘性土填料因含水量增加而产生的膨胀压力,减少季节性冰冻地区填料的冻胀压力。为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂,应根据地质条件及墙高、墙身断面的变化情况设置沉降缝。
15、为了减小圬工砌体因硬化收缩和温度变化而产生裂缝,应设置伸缩缝。挡土墙的布置:横向布置、纵向布置、平面布置。库仑土压力的三种类型:主动土压力、静止土压力、被动土压力重力式挡土墙验算内容:挡土墙稳定性验算1. 抗滑稳定性验算2. 抗倾覆稳定性验算基底应力及合力偏心距验算3. 基础地面的压应力4. 基底合力偏心距5. 地基承载力抗力值墙身截面强度验算1.强度计算2.稳定计算3.正截面直接受剪时验算增强抗滑稳定性的方法1.设置倾斜基底2.采用凸榫基础增强抗倾覆稳定性的方法1.展宽墙趾2.改变墙面及墙背坡度:俯斜该为仰斜,减少土压力3.改变墙面断面类型第七章 路基路面排水设计影响路基路面的水流可分为地面
16、水和地下水两大类,与此相适应的路基排水工程,则分为地面排水和地下排水。常用的路基地面排水设备,包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等,必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。常用的路基地下排水设备有:盲沟、渗沟和渗井等,其特点是排水量不大,主要是以渗流方式汇集水流,并就近排出路基范围以外。对于流量较大的地下水,应设置专用地下管道予以排除。沿路面边缘设置由透水性填料集水沟、纵向排水沟、横向出水管和过滤织物组成的边缘排水系统,该系统是将渗入路面结构内的自由水,先沿路面结构层间空隙或某一透水层次横向流入纵向集水沟和排水管,再由横向出水管排引出路基。这种方案常用于基层透水性小的水泥混凝土路面,特别是用于改
17、善排水状况不良的旧水泥混凝土路面。第八章 土质路基施工 路基施工的基本方法,按其技术特点大致可分为:人工及简易机械化、综合机械化、水力机械化和爆破方法等。 施工前的准备工作:内容较多,大致可归纳为组织准备工作、技术准备工作和物质准备工作三个方面。路堤填筑方法: 土质路堤(包括石质土),按填土顺序可分为分层平铺和竖向填筑两种方案。分层平铺是基本的方案如符合分层填平和压实的要求,则效果较好,且质量有保证,有条件时应尽量采用。竖向填筑是在特定条件下,局部路堤采用的方案。 分层平铺,有利于压实,可以保证强度不同用土按规定层次填筑。竖向填筑,指沿路中心线方向逐步向前深填。路堑开挖方法:土质路堑开挖,根据
18、挖方数量大小及施工方法的不同,按掘进方向可分为纵向全宽掘进和横向通道掘进两种,同时又可在高度上分单层或双层和纵横掘进混合等(以上掘进方向,依路线纵横方向命名)。 纵向全宽掘进是在路线一端或两端,沿路线纵向向前开挖。横向通道掘进,是先在路堑纵向挖出通道,然后分段同时向横向掘进。土基野外施工,受种种条件限制,不能达到室内标准击实试验所得的最大干容重0,应予适当降低。令工地实测干容重为,它与0值之比的相对值,称为压实度,已知0值,规定压实度,则工地实测干容重值,应符合下列要求 : 0 影响压实效果的主要因素 对于细粒土的路基,影响压实效果的因素有内因和外因两方面。内因指土质和湿度,外因指压实功能(如
19、机械性能、压实时间与速度、土层厚度)及压实时的外界自然和人为的其他因素等。详情见课本236页。 碾压原则 实践经验证明:土基压实时,在机具类型、土层厚度及行程遍数已经选定的条件下,压实操作时宜先轻后重、先慢后快、先边缘后中间(超高路段等需要时,则宜先低后高)。 第十章 碎、砾石路面碎、砾石路面通常是指水结碎石路面、泥结碎石路面以及密级配的碎(砾)石路面等数种,这类路面通常只能适应中低等交通量的公路。第十一章 块料路面块料路面的基层材料一般采用粒料基层和半刚性基层。不同的基层类型,块料路面的破坏特征不同。粒料基层主要表现为使用年限内产生的永久变形量lp大于根据使用要求确定的容许值、铺面结构的最大
20、回弹弯沉值大于结构承载能力容许的回弹弯沉值;而半刚性基层主要是基层底面的弯拉应力超过材料的疲劳强度。第十二章 块料路面无机结合料稳定路面(优缺点)具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点,但其耐磨性差,因此广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。对稳定粒料类,三类半刚性材料的干缩特性的大小次序为:石灰稳定类水泥稳定类石灰粉煤灰稳定类。 对于稳定细粒土,三类半刚性材料的收缩性的大小排列为:石灰土水泥土和水泥石灰土石灰粉煤灰土。在粉碎的土和原状松散的土(包括各种粗、中、细粒土)中、掺入适量的石灰和水,按照一定技术要求,经拌和,在最佳含水量下摊铺、压实及养生,其抗压强度符合规定要求的路面基层称为
21、石灰稳定类基层。石灰剂量是石灰质量占全部土颗粒的干质量的百分率,即石灰剂量石灰质量干土质量。石灰稳定土强度形成原理 :在土中掺入适量的石灰,并在最佳含水量下拌匀压实,使石灰与土发生一系列的物理、化学作用,从而使土的性质发生根本的变化。一般分四个方面:一是离子交换作用,第二是结晶硬化作用,第三是火山灰作用,第四是碳酸化作用。石灰稳定土基层防治缩裂的措施有: 1)控制压实含水量:石灰稳定土因含水量过多产生的干缩裂缝显著,因而压实时含水量一定不要大于最佳含水量,其含水量应略小于最佳含水量。 2)严格控制压实标准,实践证明,压实度小时产生的干缩要比压实度大时严重,因此,应尽可能达到最大压实度。 3)温
22、缩的最不利季节是材料处于最佳含水量附近,而且温度在0-10时。因此施工要在当地气温进入0前一个月结束,以防在不利季节产生严重温缩。 4)干缩的最不利情况是石灰稳定土成型初期,因此,要重视初期养护。保证石灰土表面处于潮湿状况,禁防干晒。 5)石灰稳定土施工结束后要及早铺筑面层,使石灰土基层含水量不发生大变化,可减轻干缩裂隙。 6)在石灰稳定土中掺加集料(砂砾、碎石等),使其集料含量为 6070%,使混合料满足最佳组成要求,不但提高强度和稳定性,而且具有较好的抗裂性。 7)基层的缩裂会反射到面层,为了防止基层裂缝的反射,国内外常采取以下措施: (1)设置联结层。设置沥青碎石或沥青贯入式联结层,是防
23、止反射裂缝的有效措施。 (2)铺筑碎石隔离过渡层。在石灰土与沥青面层间铺筑厚1020cm的碎石层或玻璃纤维网格,可减轻反射裂缝出现。 石灰粉煤灰(简称二灰)基层是用石灰和粉煤灰按一配比,加水拌和、摊铺、碾压及养生而成型的基层。在二灰中掺入一定量的土,经加水拌和、摊铺、碾压及养生成型的基层,称二灰土基层。石灰煤渣(简称二渣)基层是用石灰和煤渣按一定配合比,加水拌和、摊铺、碾压、养生而成型的基层。二渣中如掺入一定量的粗骨料便称三渣。掺入一定量的土,便成为石灰煤渣土。第十三章 沥青路面车辙是路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实,以及结构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形。这种变形出现在行车轮带
24、处,即形成路面的纵向带状凹陷。车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。根据沥青路面车辙形成的原因不同,可将其分为失稳型车辙、结构型车辙和磨耗型车辙。沥青玛蹄脂碎石路面是指用沥青玛蹄脂碎石混合料作面层或抗滑层的路面。沥青玛蹄脂碎石混合料(简称sma)是以间断级配为骨架,用改性沥青、矿粉及木质纤维素组成的沥青玛蹄脂为结合料,经拌和、摊铺、压实而形成的一种构造深度较大的抗滑面层。它具有抗滑耐磨、孔隙率小、抗疲劳、高温抗车辙、低温抗开裂的优点,是一种全面提高密级配沥青混凝土使用质量的新材料。适用于高速公路、一级公路和其他重要公路的表面层。沥青路面分类:(1)按强度构成原理可将沥青路面分为密实类和嵌挤类两大类
25、。沥青混合料的典型组成结构有密实悬浮结构、骨架空隙结构和密实骨架结构。(2)按施工工艺的不同,沥青路面可分为层铺法、路拌法和厂拌法三类。 层铺法是用分层洒布沥青,分层铺撒矿料和碾压的方法修筑,其主要优点是工艺和设备简便、功效较高、施工进度快、造价较低,其缺点是路面成型期较长,需要经过炎热季节行车碾压之后路面方能成型。路拌法可以缩短路面的成型期。但因所用的矿料为冷料,需使用粘稠度较低的沥青材料,故混合料的强度较低。厂拌法使用较粘稠的沥青材料,且矿料经过精选,因而混合料质量高,使用寿命长,但修建费用也较高。(3)根据沥青路面的技术特性,沥青面层可分为沥青混凝土热拌沥青碎石乳化沥青碎石混合料、沥青贯
26、入式、沥青表面处治五种类型。此外,沥青玛蹄脂碎石近年在许多国家也得到广泛应用。沥青表面处治路面是指用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超过3cm的沥青路面。沥青表面处治的厚度一般为1.53.0cm。层铺法可分为单层、双层、三层。单层表处厚度为1.01.5cm,双层表处厚度为1.52.5cm ,三层表处厚度为2.53.0 cm。沥青表面处治适用于三级、四级公路的面层、旧沥青面层上加铺罩面或抗滑层、磨耗层等。沥青表面处治可采用拌和法或层铺法施工。第十四章 沥青路面设计 沉陷是路面在车轮作用下表面产生的较大凹陷变形,有时凹陷两侧伴有隆起现象出现。造成路面沉陷的主要原因是路基土的压缩。当路基土
27、的承载能力较低,不能承受从路面传至路基表面的车轮压力,便产生较大的垂直变形即沉陷。路面结构组合设计中要遵循下列原则:1. 适应行车荷载作用的要求2. 在各种自然因素作用下稳定性好3. 考虑结构层的特点路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标, 它是根据设计年限内一个车道上预测通过的累计当量轴次、公路等级、面层和基层类型而确定的路面弯沉设计值,是路面厚度计算的主要依据。弹性层状体系理论基本假设:1各层是连续的,完全弹性的,均匀的,各向同性的,位移和变形是微小的;2最下一层在水平和垂直方向为无限大,其上各层厚度为有限,水平方向为无限大;3各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处,其应力,形变
28、,位移为零;4层间接触情况,或者位移完全连续,或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力;5不计自重。第十五章 水泥混凝土路面设计 水泥混凝土路面,包括普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混凝土等面层板和基(垫)层所组成的路面。目前采用最广泛的是就地浇筑的普通混凝土路面,简称混凝土路面。混凝土路面优点: (1)强度高,混凝土路面具有很高的抗压强度和较高的抗弯拉强度以及抗磨耗能力。 (2)稳定性好,混凝土路面的水稳性、热稳性均较好,特别是它的强度能随着时间的延长而逐渐提高,不存在沥青路面的那种“老化”现象。 (3)耐久性好,由于混凝土路面的强度和稳定性好,所以它
29、经久耐用,一般能使用 2040 年,而且它能通行包括履带式车辆等在内的各种运输工具。 (4)有利于夜间行车,混凝土路面色泽鲜明,能见度好,对夜间行车有利。混凝土路面缺点: (1)对水泥和水的需要量大,修筑 0.2m 厚、7m 宽的混凝土路面,每 1000m要耗费水泥约 400500t 和水约250t,尚不包括养生用的水在内,这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。 (2)有接缝,一般混凝土路面要建造许多接缝,这些接缝不但增加施工和养护的复杂性,而且容易引起行车跳动,影响行车的舒适性,接缝又是路面的薄弱点,如处理不当,将导致路面板边和板角处破坏。 (3)开放交通较迟,一般混凝土路面完工后,要经过 28 天的湿治养生,才能开放交通,如需提早开放交通,则需采取特殊措施。 (4)修复困难,混凝土路面损坏后,开挖很困难,修补工作量也大,且影响交通。为什么设接缝:混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成,它具有热胀冷缩的性质。由于一年四季气温的变化,混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。而在一昼夜中,白天气温升高,混凝土板顶面温度较底面为高,这种温度坡差会形成板的中部隆起的趋势。夜间气温降低,板顶面温度较底面为低,会使板的周边和角隅发生翘起的趋势这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力,以及板的自重车轮荷载
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