路基路面概述

1、第一章 总论 1 路基路面应具有的基本性能:1)承载能力(结构承载能力包括强度和刚度)2)稳定性,水稳定性和温 度稳定性 3)耐久性 4)表面平整度 5)表面抗滑能力 2 影响路基路面稳定性的因素:1)地理条件 2)地质条件 3)气候条件 4)水温和水文地质条件 5)土的类 型 3 各类土的主要工程性能 1)巨粒土:有很高的强度和稳定性,用以填筑路基是良好的材料,亦可以用于砌筑边坡. 2)级配良好的砾石混合料:密实程度好,强度和稳定性均能满足要求,可填筑路基,铺筑中级路面,处理后可铺筑高级路面的基层,底基层. 3)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

2、,但粘结性差,易于松散,压实困难. 4)砂性土: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. 5)粉性土:干时有粘性,但易破碎,浸水时易成为流动状态.毛细作用强烈,毛细上升高度大.属于不良 公路用土. 6)粘性土:内摩擦系数小而粘聚力大,透水性好而吸水性强,毛细现象显著,有较大可塑性. 7)重粘土:不透水,粘聚力特强,塑性很大,干燥时很坚硬. 土作为路基建筑材料,砂性土最优,粘性土次之,粉性土,重粘土不是良好材料. 4 公路自然区划规定原则: 1)道路工程特征相似的原则:即在同一区划内,在同样的自然因素下筑路具有相似性. 2)地表气候区划差异性原则:即地表气候是地带性差异与非地

3、带性差异的综合结果. 3)自然气候因素既有综合又有主导作用的原则:即自然气候的变化是各种因素综合作用的结果,但其中又 有某种因素起着主导作用. 5 路基干湿类型划分: 1)路基按其干湿状态不同,分为四类:干燥,中湿,潮湿和过湿. (为保证稳定性,要求路基处于干燥或 中湿状态) 2)干湿类型以分界稠度 Wc1,Wc2,Wc3 来划分.稠度 Wc 定义为土的含水量 W 与土的液限 WL 之差. 3)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 H1 相对应于 Wc1,为干燥和中湿状态的分界标准;H2 相对应于 Wc2,为中湿和潮湿状态的分界标准; H3 相对应于 Wc3

4、,为潮湿和过湿状态的分界标准; 6 路面结构层功能和材料要求: 1) 面层:功能:承受较大的行车荷载的垂直力,水平力和冲击力作用,同时还受降水侵蚀和气温变化 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,且耐磨,不透 水,良好的抗滑性和 2) 基层: 功能: 主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力, 并将力扩散到下面的垫层和土基中去. 要求: 足够的强度和刚度,并具有良好的扩散应力的能力.足够的水温定性,较好的平整度. 3) 垫层:功能: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浸 状况变化所造成的不良影响, 将基层传下的车辆荷载应力加以

5、扩散, 以减少土基产生的应力和变形, 同时也能阻止路基土挤入土层中,影响基层结构性能. 要求:强度不一定高,但水稳定性和隔温性 能要好. 第二章 1 路基工作区:在路基某一深 Za 处,当车轮引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力相比所占比例很 小仅为 1/101/5 时,该深度 Za 范围内的路基称为路基工作区. 2 路基承载能力指标: 土基回弹模量, 1) 反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形能力 2) 地基反应模量, 压力 p 与弯沉 l 之比 K,表征土基承载力 3)加州承载比(CBR) ,表征材料抵抗局部荷载压入变形的能力. 3 路面常见危害及其成因: 1) 路基沉陷:指路基表面在

6、垂直方向产生较大沉落.路基本身的沉降:因路基填料选择不当,填筑方 法不合理,压实度不足,在路基堤身内部形成过湿的夹层等因素,在载荷与水温综合作用下,引起沉 降由于路基下部天然地面承载能力不足,在路基自重的作用下引起沉陷或向两侧挤出而造成下沉. 2) 边坡滑塌:溜方指边坡上表面土体下溜,由于流动水冲刷边坡或施工不当引起的.滑坡:指一部 分土体在重力作用下沿某一滑动面滑动,由于土体的稳定性不足引起的.路基边坡坡度过陡,或边坡 坡脚被冲刷掏空,或填土层次安排不当是路基边坡滑坡的原因,路堑边坡滑坡主要因为边坡高度和坡 度与天然盐土层次的性质不相适应. 3) 碎落和崩塌:碎落指路堑边坡风化岩层表面在大气

7、温度与湿度的交替作用下,以及雨水冲刷和动力作 用下,表面岩石从坡面上剥落下来,向下滚落.崩塌指大块岩石落离坡面沿边坡滚落 4) 路基眼上坡滑动:由于路基底部被水浸湿,坡脚又未进行必要的支撑 5) 不良地质和水文条件造成的路基破坏. 第三章 一般路基设计 1 路基基本类型与设计要点: (路堤,路堑,半填半挖路基) 1) 路堤(矮路堤,高路堤,一般路堤) 2 一般路基设计的主要内容:1)选择路基断面形式,确定路基宽度与路基高度;2)选择路基填料与压实 标准;3)确定边坡形状和坡度 4)陆基排水系统布置和排水结构设计 5)坡面防护和加固设计 6)附属设 施设计 3 路基高度:指路基的填筑高度和路堑的

8、开挖深度,是路基设计标高和地面标高之差.确定要点:路线纵坡要求,路基稳定性和工程经济等因素确定 路基宽度:行车道路面及其两侧路肩宽度之和.确定要点:根据设计通行能力及交通量大小确定,技术等级高的公路及城镇近郊的一般公路,路肩宽度尽可能增大,并铺筑硬质路肩,以保证路面行车不受干扰 边坡坡度:边坡高度 H 与边坡宽度 b 之比值并取 H=1.确定要点:边坡的土质,岩石的性质及水文地质条件等和边坡高度 4 路基压实机理:使土粒重新组合,彼此挤紧,空隙缩小,土的单位质量提高,形成密实整体,最终导致 强度增加,稳定性提高. 影响因素: 内因指土质和湿度 (最佳含水量时压实度最大, 效果最好, 水起润滑作

9、用) 外因指压实功能 , (如 机械性能,压实时间与速度,土层厚度)及压实的外界自然和人为的其他因素.提高压实功能可以提高路基强度或降低最佳含水量,但有一定的限度.压实的基本要领:最佳含水量是首要关键,然后采取分层填土,控制有效土层厚度,必要时适当增大压实功能. 方法: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,压实操作时宜选先轻后重, 先慢后快,先边缘后中间(超高路段等则宜采用先低后高) .压实时,相邻两次的轮迹应重叠轮宽的 1/3, 保持压实均匀,不漏压,对于压不到的边角,应辅以人力或小型机具夯实.压实安全过程中,经常检查含水量和密实度,以达到符合规定压实度的要求 第四章

10、 路基稳定性分析计算 1 土坡稳定性分析方法:直线,曲线,折线滑动面的边坡稳定性分析. 路基稳定性分析方法:工程地质法(比拟法) ,力学分析法和图解法 2 路基稳定性的决定因素:1)材料(土质)2)施工质量 3)特殊地质 控制指标:K=R(抗滑力)/T(滑动力),要求 K1. 第五章 1 路基破面防护的意义:保护路基坡表面免受雨水冲刷,减缓温差及温度变化的影响,防止和延缓软弱岩 土表面的风化,碎裂,剥蚀演变过程,从而保护路基边坡的整体稳定性,在一定程度上还可以兼顾路基美 化和协调自然环境. 措施:植物防护(种草,铺草皮,植树等)和工程防护(抹面,喷浆,勾缝,灌浆或嵌补,干砌片石护面, 浆砌片石

11、,护面墙) 应用场合:植物防护用于坡高不大,边坡比较平缓的土质破面;工程防护用于不宜使用植物防护或考虑就 地取材时. 2 路基冲刷防护的意义:防水治害和加固堤岸 措施:直护防护措施(植物防护,石砌防护或抛石与石笼防护,必须时设置的支挡结构物)间接防护措施 (导治构造物,主要是设坝;改河) 第六章 1 挡土墙的类型:1)按位置不同分为:路堑挡墙,路堤挡墙,路高档墙和山坡挡墙等. 2)按墙体材料不同:石砌挡墙,混凝土挡墙,钢筋混凝土挡墙等,砖砌挡墙,木质挡墙和钢板墙等 3)按结构形式不同:重力式,半重力式衡重式,悬臂式,扶壁式,锚杆式,拱式,锚定板式,桩板式和垛 式等 2 构造组成:1)墙身(墙脊

12、,墙面,墙顶,护栏)2)基础(基础的设计包括基础形式的选择和基础埋置 深度的确定)3)排水设施 4)沉降与伸缩缝 3 纵向布置内容:1)确定挡土墙的起点和墙长,选择挡土墙与路基或其他结构物的衔接形式 2)按地基及 地形情况进行分段,确定伸缩缝与沉降缝位置 3)布置各段挡土墙的基础 4)布置泄水孔的位置,包 括数量,间隔和尺寸等 4 设计原则与方法:按"极限状态分项系数法"进行设计. (极限状态分为承载力极限状态和正常使用极限 状态) 5 挡土墙稳定性增加措施:1)增加抗滑稳定性:a,设置倾斜路基 b 采用凸榫基础 2)增加抗倾覆稳定性:a,展宽墙趾 b,改变墙面及墙背坡度

13、c,改变墙身断面类型 第七章 1 排水的意义:将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内,保持路基常年处于干燥状态,确保路基 及路面具有足够的强度与稳定性,减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利. 2 水对路基的危害:地面水的冲刷可能导致路基整体性受损害,形成水毁现象.渗入能使路基强度降低; 地下水能使路基湿软,降低路基强度,重者可以引起冻胀,翻浆和边坡滑坍. 水对路面的危害:降低路面材料的强度,在水泥混凝土路面的接缝和路肩处造成唧泥 移动和在作用下引起唧泥和高压水冲刷,造成路面基层承载能力下降;在冻胀地区,融冬季节水会引起路 面承载能力的普遍下降. 3 路基排水设施:A 地面排水设

14、备 1)边沟:用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水; 设计要求:a 边沟排水量少,依沿线具体条件,选用标准横断面形式 b 边沟不宜过长,尽量使沟内水流就 近排至路弯自然水沟 c 边沟的纵坡一般与路线纵坡一致. 2 )截水沟:用以拦截并排除路基上方流行路基的地面径流,减轻边沟的水流负担,保证挖方边坡和填方 坡脚不受水流冲刷; 设计要点:a 截水沟与坡脚之间要有不小于 20m 的间距,并做成 2%的像沟倾斜横坡 b 截水沟的位置应尽量 与绝大多数地面水流方向垂直. 3)排水沟:用以引水,将路基范围内的各种水源的水流引至桥涵或路基范围以外的指定地点 . 设计要点:a 横断面一般用梯形,尺寸

15、根据设计流量定,底宽深度不宜小于 0.5m;土沟的边坡坡度约为 1 比 1 或 1 比 1.5. b 位置离路基尽可能远些 =2m. c 合适的纵坡. 4)跌水急流槽:用于纵坡大于 10%水头高差大于 1.0m 的陡坡地段. 5)倒虹吸与渡水槽 :当水流需横跨路基 同时受设计标高限制时. B 地下排水设备:1)盲沟:用以拦截流向路基的层间水,防止路基边坡滑塌和毛细水上升; 2)渗沟: 降低地下水或拦截地下水;3)渗井:穿过不透水层将路基范围内的上层地下水 引入更深的含水层中去. 4 路面排水方法:1)路面表面排水 2)中央分隔带排水 3)路面内部排水 4)边缘排水系统 5)排水基层的排水系统

16、第十二章 无机结合料稳定路面 1 石灰稳定类基层:在粉碎的土和原状松散的途中掺入适量的石灰和水,按照一定的技术要求,经拌和, 在最佳含水量下摊铺,压实以及养生,其抗压强度符合规定要求的路面基层. 石灰稳定类材料的适用场合:各级公路路面的底基层和二级以下公路的基层.强度形成原理:由于石灰与 土发生了一系列的相互作用(离子交换作用,结晶硬化作用,火山灰作用.碳酸化作用) ,从而使土的性质 发生了根本的改变.在初期主要表现为土的结团,塑性降低,最佳含水量增加和最大密实度减小等,后期 主要表现为结晶结构的形成,从而提高其板体性,强度和稳定性.影响因素:1)土质,粘性土较好;2) 灰质,石灰的质量;3)

17、石灰剂量,剂量增加则强度和稳定性提高,但超过范围则下降;4)含水量,最佳 含水量,水必须干净;5)密实度,密实度增大,强度提高;6)石灰土的龄期,强度随龄期增长而增长;7) 养生条件,温度不能低,潮湿条件下,形成的强度高. 配合比设计指标:强度,石灰剂量,最大干压密实 度,最佳含水量,压实度. 2 水泥稳定类基层:在粉碎的土和原状松散的途中掺入适量的水泥和水,按照一定的技术要求,经拌和摊 铺,在最佳含水量时压实以及养护成型,其抗压强度符合规定要求的路面基层. 适用场合:适用于各种不同的气候条件和水文地质条件,可用于路面机构的基层和底基层,禁止作为高速 公路或一级公路路面的基层,只能做底基层.强

18、度形成原理:水泥,土和水之间发生多种复杂的物理化学 作用,使土的性能发生明显的变化.1)水泥的水化作用,产生具有胶结能力的水化产物,这是水泥稳定土 强度的主要来源;2)离子交换作用,导致土的凝聚,从而改变土的塑性,使土具有一定的强度和稳定性; 3)化学激发作用,生成胶结物质包裹在粘土颗粒表面,与水泥的水化产物一起,将粘土颗粒粘结成一个整 体,进一步提高水泥稳定土的强度和水稳定性;4)碳酸化作用,碳酸钙生成过程中产生体积膨胀,可以对 土的基体起到填充和加固作用.影响因素:1)土质,级配碎石最好,其次是砂性土;2)水泥的成分和剂 量,强度随水泥剂量的增加而增加,但不宜过多,因为不经济;3)含水量,

19、最佳含水量;4)施工工艺过 程,施工时间尽可能短,但不能太短,温度越高,强度增加越快,还应有一定的湿度.配合比设计指标: 抗压强度,压实度,水泥剂量,最佳含水量,最大干压实密度. 第十三章 沥青路面 1 沥青路面损害类型:1)裂缝(横向裂缝,纵向裂缝,网状裂缝) ;2)车辙;3)松散剥落;4)表面磨光. 2 对路面的基本要求:高温稳定性,低温抗裂性,耐久性,抗滑能力,防渗能力. 3 沥青路面分类:1)按强度构成原理分为:密实型和嵌挤型;2)按施工工艺分为:层铺法,路拌法,厂 拌法;3)根据沥青路面技术特性分为:沥青混凝土,热拌沥青碎石,乳化沥青碎石,沥青贯入式,沥青表 面处治,沥青玛蹄脂碎石.

20、 4 沥青路面集中厂拌的施工工艺:1)沥青混合料的拌制与运输;2)铺筑:基层准备和放样摊铺碾 压接缝施工. 第十四章 沥青路面设计 1 沥青路面设计内容:原材料的调查与选择,沥青混合料配合比以及基层材料配合比设计,各项设计参数 的测试与选定,路面结构组合设计,路面结构层厚度验算以及路面机构方案繁荣比选等.基本原则:1)路 面设计应根据使用要求及气候,水温,土质等自然条件,密切结合当地实践经验,将路基路面作为一个整 体考虑,进行综合设计;2)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

21、术先进,经济合理,安全可靠的 方案; 应结合当地实践基础, 3) 积极推广成熟的科研成果, 积极, 慎重地运用行之有效的新材料, 新工艺, 新技术;4)路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护 ,自然生态的平衡,有利于施工,养护工作的健康 与安全(5)为确保工程质量 ,应尽可能选择有利于机械化 工厂化施工的设计方案. (6)对于地处不良地 基的路段 为了适应路基沉降 稳定周期较长的特点,路面结构可遵循"一次设计分期修建"的方案 2 沥青路面结构设计的理论和方法: (1)用弹性层状体系做力学分析的理论基础以双圆垂直均布荷载下的路面整体弯沉和结构层的层低拉应力作为设计指标,以疲劳效

22、应为基础,处理轴载标准化转换与 轴载多次重复作用效应(2)力学经经验法，利用力学原理分析路面结构在载荷和环境作用下的力学影响量,建立力学影响量与路面使用性能之间的关系明星,路面实际按使用要求,运用关系模型完成结构设计 3 标准轴载:以双轮组单轴载 100kn 为标准轴载 设计弯沉值:路面结构在经受设计使用期累计标准轴载通行次数后,路面状况优于各级公路极限状态标准 时,所必须具有的路面回弹弯沉值 路面设计年限根据公路等级 公路在路网中的功能定位 当地国民经济发展的需求以及投资条件等因素,经 综合论证后确定的公路使用年限4 沥青路面结构组合原则: (1)保证路面表面使用品质长期稳定(2)路面结构层

23、的强度,抗变形能力与各 层次力学影响相匹配(3)直接经受温度湿度等自然因素变化而造成强度 稳定性下降的结构层次应提高其 抵抗能力(4)充分利用当地材料 节约外运材料 做好优化选择 降低建设和养护费用 5 沥青路面设计指标:路表弯沉和沥青面层、半刚性基层层低拉应力作为设计控制指标 设计标准:控制指标的极限指标 厚度计算流程: (1)根据设计任务书的要求按设计回弹弯沉和允许弯拉应力俩个设计指标,分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次,确定交通量等级、面层类型 并计算设计弯沉值和允许弯拉应力(2)按路基土类和干湿类型及路基横断面设计,沿线将路基划分为若干路段 确定各路段的土基回弹模量(3)参考本地

24、区工程经验,拟定若干各路面结构组合和厚度方案,根据选用的材料进行配合比设计,测定各结构层材料的抗压回弹模量、弯拉模量与抗拉强度 确定各结构层的设计参数 Ei,sp(4)计算路面结构表面弯沉值 ls 以及结构层层低弯拉应力m(5)根据设计指标,采用各层弹性体系理论程序计算路面结构设计层厚度(6)对于季节性冰冻地区,应验算防冻层厚度是否满足要求.若不能满足,则可增加防冻层厚度达到 规定厚度 以满足防冻要求(7)进行技术经济比较,选定最佳路面结构方案. 第十五章 水泥混凝土路面常见的破坏类型:断裂,唧泥,错台,拱起,接缝挤碎等. 1 水泥路面下设置基层的目的:1)防唧泥 2)防水冻 3)减少路基顶面

25、的压应力 4)防水 5)为面层施工提 供方便 6)提高路面结构的承载能力,延长路面的使用寿命. 2 水泥路面接缝类型 1)横向接缝:缩缝,胀缝,施工缝 2)纵缝(可以用假缝形式,平头式纵缝,企口式 纵缝)构造形式. 3 滑模施工工艺流程 :1)安装模板;2)设置传力杆;3)混凝土的拌和与运送;4)混凝土的摊铺和振捣; 5)接缝的设置;6)表面整修;7)混凝土的养生与填缝. 4 水泥混凝土路面结构设计内容:1)里面结构组合设计 2)混凝土路面厚度设计 3)混凝土面板的平面尺 寸与接缝处理 4)路肩设计 5)混凝土路面的配筋率设计. 设计原则:1)路面结构设计应根据使用要求和气候,水文,土质等自然

26、因素,密切结合本地区实践经验, 将混凝土路面板安重要工程结构的要求完成设计,首先应保证工程质量与耐久性.2)在满足交通量与使用 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混凝土路面设计 方案的比较,选择技术先进,经济合理,安全可靠的方案 3)应结合当地实践基础,积极推广成熟的研究 成果,积极,慎重地运用行之有效的新材料,新工艺,新技术,以达到确保工程质量与耐久性的目的,4) 路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护,自然生态的平衡有利于施工,养护工作人员的健康与安全 5) 为确保工程质量,应尽可能选择有利于机械化,工厂化施工的设计方案 6)对于地处不良地基的路段

27、,应 采取有效措施加快稳定路基沉降,路基沉降速率达不到限定要求时,绝不仓促施工铺筑面板.对于确实在 短期时间内达不到限定沉降速率要求得到路段,可以先铺筑简易沥青路面,通车数年后,待路基沉降速率 满足稳定要求之后,在正式铺筑混凝土路面.总之,按设计使用年限标准设计的混凝土路面,施工时必须 创造条件,严格执行一次完成. 5 水泥混凝土路面设计理论: (有限大矩形薄板理论有限元解)弹性半空间地基上的小挠度弹性薄板理论. 设计方法:以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础,以 100KN 单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边 缘中部产生的最大荷载应力控制设计,采用了可靠度设计方法. 6 设计基准期:计算路

28、面结构可靠度时,考虑各项基本质量与时间关系所取用的基准时间.或为保证路面 结构达到规定可靠度指标的有效期限. 标准轴载:以 100KN 单轴双轮组荷载为标准轴载. 小挠度弹性薄板:具有相当的弯曲刚度,其挠度远小于厚度的薄板. 目标可靠度:在设计使用年限内,在将遇到的环境条件和荷载作用下,路面能够发挥其预期功能的概率. 2 路基高度:指路基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.确定要点:路线纵 坡要求,路基稳定性和工程经济等因素确定 3 路基宽度:行车道路面及其两侧路肩宽度之和.确定要点:根据设计通行能力及交通量大小确定,技术 等级高的公路及城镇近郊的一般公路,路肩宽度尽可能增大,并铺筑硬质路肩,以保证路面行车不受干扰 4 边坡坡度:边坡高度 H 与边坡宽度 b 之比值并取 H=1.确定要点:边坡的土质,岩石的性质及水文地质条 件等和边坡高度普通混凝土路面:除接缝