第九章路面工程概论ppt课件

1、第九章第九章 路面工程概论路面工程概论第一节第一节 我国公路路面工程发展概况我国公路路面工程发展概况第二节第二节 对路面的基本要求对路面的基本要求 第三节第三节 路面结构及其层次的划分路面结构及其层次的划分第四节第四节 行车荷载对路面的影响行车荷载对路面的影响第五节第五节 自然因素对路面的影响自然因素对路面的影响第一节第一节 我国公路路面工程发展概况我国公路路面工程发展概况一、设计一、设计 实际：实际： 沥青路面采用的是弹性层状体系理论沥青路面采用的是弹性层状体系理论 水泥混凝土路面采用的是弹性地基板理论水泥混凝土路面采用的是弹性地基板理论规范：规范：公路路基设计规范公路路基设计规范(JTG

2、D30-2019) (JTG D30-2019) 公路水泥混凝土路面设计规范公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2019JTG D40-2019公路沥青路面设计规范公路沥青路面设计规范JTJ 014-2019JTJ 014-2019公路加筋土工程设计规范公路加筋土工程设计规范JTJ 015-91JTJ 015-91公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范JTJ 016-93JTJ 016-93公路软土地基路堤设计与施工技术规范公路软土地基路堤设计与施工技术规范JTJ 017-96JTJ 017-96公路排水设计规范公路排水设计规范JTJ 018-96JTJ 018

3、-96公路土工合成材料应用技术规范公路土工合成材料应用技术规范JTJ/T 019-98JTJ/T 019-98二、材料发展二、材料发展 沥青沥青 改性改性 水泥水泥 添加剂添加剂 土质土质 纤维或其他添加剂纤维或其他添加剂 基层基层 石灰石灰 粉煤灰粉煤灰 水泥水泥 碎石碎石 材料规范修订：材料规范修订：公路土工试验规程（公路土工试验规程（JTG E402019JTG E402019），公路工程沥青），公路工程沥青及沥青混合料试验规程及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000JTJ 052-2000公路工程水泥及水泥混凝土试验规程公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG E30-2019JTG

4、 E30-2019公路工程岩石试验规程公路工程无机结合料稳定材料试验规公路工程岩石试验规程公路工程无机结合料稳定材料试验规程程JTG E41-2019JTG E41-2019公路工程集料试验规程公路工程集料试验规程JTG E42-2019JTG E42-2019公路土工合成材料试验规程公路土工合成材料试验规程JTJ/T 060-98JTJ/T 060-98三、施工三、施工 规范：规范： JTJ 035-91 JTJ 035-91 公路加筋土工程施工技术规范公路加筋土工程施工技术规范JTJ 034-2000JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范公路路面基层施工技术规范JTG F30-2

5、019JTG F30-2019公路水泥混凝土路面施工技术规范公路水泥混凝土路面施工技术规范JTJ 037.1-2000JTJ 037.1-2000公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范JTG F40-2019JTG F40-2019公路沥青路面施工技术规范公路沥青路面施工技术规范JTG F80-2019JTG F80-2019公路工程质量检验评定标准公路工程质量检验评定标准JTJ 076-95JTJ 076-95公路工程施工安全技术规程公路工程施工安全技术规程JTJJTJ交通部和交通部和JTGJTG国标国标四、检测四、检测 JTJ 059-95JTJ 059-95

6、公路路基路面现场测试规程公路路基路面现场测试规程 检测设备检测设备 落锤式弯沉仪落锤式弯沉仪 雷达测试系统雷达测试系统第二节第二节 对路面的基本要求对路面的基本要求路面工程路面工程定义：在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成定义：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。的层状结构物。路面的功能：良好的路面，就能够保证车辆高速、安路面的功能：良好的路面，就能够保证车辆高速、安全而且舒适地行驶，还可较多地节约运输费用，全而且舒适地行驶，还可较多地节约运输费用， 对路面的要求：对路面的要求：1. 1. 承载能力：强度与刚度承载能力：强度与刚度 强度：抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应

7、力，如强度：抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力，如压应力、拉应力、剪应力等，保证不发生压碎、拉压应力、拉应力、剪应力等，保证不发生压碎、拉断、剪切等各种破坏。断、剪切等各种破坏。刚度：在车轮荷载作用下不发生过量的变形，保证不刚度：在车轮荷载作用下不发生过量的变形，保证不发生车辙、沉陷或波浪等各种病害。发生车辙、沉陷或波浪等各种病害。2. 2.稳定性稳定性 （1 1结构稳定性结构稳定性保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质，保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质，（2高温稳定性沥青路面：泛油 车辙 波浪 推挤 结构使用功能下降水泥路面拱起、开裂（3低温抗裂性沥青路面）（4水温稳定性 剥

8、离、松散 冻胀 翻浆（5具有足够的大气稳定性抗老化能力沥青路面开裂、剥落、甚至大面积松散破坏。3.耐久性寿命）4.表面平整度舒适性、表面特性） 5.表面抗滑性能安全性、表面特性）6.具有尽可能低的扬尘性7.满足规范要求第三节第三节 路面结构及其层次的划分路面结构及其层次的划分一、路面横断面一、路面横断面路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随道路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随道 路路等级不同而不同。等级不同而不同。槽式横断面槽式横断面 形成方式：开挖，培槽形成方式：开挖，培槽 全铺式横断面全铺式横断面 排水性路面排水性路面 考虑远期路面的改扩考虑远期路面的改扩建建 低等级公路低等级

9、公路二、路拱横坡度二、路拱横坡度路拱的作用：横向排水路拱的作用：横向排水外形：直线和抛物线外形：直线和抛物线大小影响因素：大小影响因素：路面等级或类型等级越高，横坡度越小路面等级或类型等级越高，横坡度越小降雨、积雪、结冰状况降雨、积雪、结冰状况纵坡纵坡公路等级公路等级 等级越高，横坡度越小等级越高，横坡度越小方向：方向：无中央分隔带：向两侧排水无中央分隔带：向两侧排水有中央分隔带：该处没有排水设施，中间高，两侧有中央分隔带：该处没有排水设施，中间高，两侧低，反之，两侧路面分别做成中间高两边低的路低，反之，两侧路面分别做成中间高两边低的路拱。拱。路拱横坡的取值路拱横坡的取值路面类型路面类型路拱平

10、均横坡度表路拱平均横坡度表(%)(%)沥青混凝土、水泥混凝土沥青混凝土、水泥混凝土1212厂拌沥青碎石、路拌沥青碎石、沥青贯入厂拌沥青碎石、路拌沥青碎石、沥青贯入碎石、沥青表面处治、整齐石块碎石、沥青表面处治、整齐石块1.52.51.52.5半整齐石块、不整齐石块半整齐石块、不整齐石块2323碎石、砾石碎石、砾石2.53.52.53.5炉渣土、砾石土、砂砾土炉渣土、砾石土、砂砾土3434路肩横披度较路面横坡大路肩横披度较路面横坡大1 1。各类路面的路拱平均横坡度各类路面的路拱平均横坡度三、路面结构分层及层位功能三、路面结构分层及层位功能分层原因：行车荷载和自然因素的影响随深度的增加而减小。分层

11、原因：行车荷载和自然因素的影响随深度的增加而减小。面层【区别于路面】面层【区别于路面】基本特点：与外界直接接触。基本特点：与外界直接接触。功能：车辆行驶的表面，承重功能：车辆行驶的表面，承重要求：承载能力高要求：承载能力高 水稳定性好水稳定性好 温度稳定性好温度稳定性好 不透水不透水 平整平整 抗滑性能好抗滑性能好材料类型：水泥混合料、沥材料类型：水泥混合料、沥 青混合料及其他混合料青混合料及其他混合料结构组成：两层或三层结构组成：两层或三层基层基层功能：承重，扩散荷载功能：承重，扩散荷载要求：要求： 承载能力高；承载能力高； 扩散应力的能力大；扩散应力的能力大；水稳定性好；水稳定性好；平整平

12、整材料类型：材料类型：稳定碎石，天然碎石，稳定稳定碎石，天然碎石，稳定土，工业废渣等。土，工业废渣等。结构组成：一层或二层结构组成：一层或二层垫层垫层基本特点：承上启下土基与基本特点：承上启下土基与基层）基层）功能：功能： 改善土基的温度和湿度状况，改善土基的温度和湿度状况，具有防止毛细水上升，增加具有防止毛细水上升，增加防冻厚度的作用；扩散荷载；防冻厚度的作用；扩散荷载； 阻止路基土渗入基层。阻止路基土渗入基层。要求：水稳定性和隔温性能好。要求：水稳定性和隔温性能好。材料类型：水稳定性和隔温性材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定土。好的松散材料或稳定土。结构组成：一般为一层。结构组成

13、：一般为一层。联接层联接层位置：联接层是在面层和基层之间设置的一个层次。位置：联接层是在面层和基层之间设置的一个层次。主要作用：是加强面层与基层的共同作用或减少基层的反主要作用：是加强面层与基层的共同作用或减少基层的反射裂缝。射裂缝。留意：留意： 不是任何路面结构都需要上述几个层次，而应根据具体不是任何路面结构都需要上述几个层次，而应根据具体情况设定，而且层次的划分也不是一成不变的。情况设定，而且层次的划分也不是一成不变的。 为了保护沥青路面的边缘，一般要求基层较面层每边宽为了保护沥青路面的边缘，一般要求基层较面层每边宽出出25cm25cm；垫层也要较基层每边宽出；垫层也要较基层每边宽出25c

14、m25cm或与路基同宽。或与路基同宽。 第四节 行车荷载对路面的影响考虑行车荷载原因：考虑行车荷载原因：汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、平安、平稳地通行。长期保证车辆快速、平安、平稳地通行。汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。一、汽车对道路的静态压力一、汽车对道路的静态压力 1 1、汽车对道路的作用、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。 行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、行驶状态：对道路的作

15、用力为动态垂直压力、水平力、 振动力。振动力。 2 2、汽车对道路的静态压力、汽车对道路的静态压力 静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。 影响静态垂直压力大小的因素：影响静态垂直压力大小的因素： （1 1汽车轮胎的内压力汽车轮胎的内压力pi pi； （2 2轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状；轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状； （3 3轮载的大小。轮载的大小。在工程设计中，对接触压力进行如下简化：在工程设计中，对接触压力进行如下简化： 以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即p=pip=pi， 接触形状为圆形，接触形状为

16、圆形， 接触面上的压力为均匀分布接触面上的压力为均匀分布, ,即将车轮荷载简化成即将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压作为轮当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压作为轮胎接触压力胎接触压力p p。 轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，在设计中以圆轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，在设计中以圆形接触面积来表示。该圆称为当量圆。形接触面积来表示。该圆称为当量圆。标准轴载标准轴载BZZBZZ100100的设计参数：轮载的设计参数：轮载P P1001004kN4kN，p=700kPap=700kPa，双圆均布荷载的当量圆直径为：，双圆均布荷载的当量圆直径为：dd0.213m0.213m。D-0.3

17、02mD-0.302m单圆图示：单圆图示： dpPD2=8=双圆图示：双圆图示： pP = pPd4=mkpapKNP3 3、 运动车辆对道路的动态影响运动车辆对道路的动态影响 （1 1水平力与运动状态有关）水平力与运动状态有关） 运动状态运动状态方向方向大小大小汽车等速行驶汽车等速行驶 与汽车行驶方向相反与汽车行驶方向相反 较小较小 加速和上坡行驶加速和上坡行驶 与汽车行驶方向相反与汽车行驶方向相反 最大最大 减速和下坡行驶减速和下坡行驶 与汽车行驶方向相同与汽车行驶方向相同 最大最大 在弯道上行驶在弯道上行驶 与汽车行驶方向垂直与汽车行驶方向垂直 较大较大 QmaxP-QmaxP-纵向滑移

18、路面附着系数路面类型，湿度，干纵向滑移路面附着系数路面类型，湿度，干；VV）前进方向上的水平力和转弯时的侧向水平力。前进方向上的水平力和转弯时的侧向水平力。水平力对路面造成的影响：当路面面层材料抗剪强度不足水平力对路面造成的影响：当路面面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。辙等破坏。公路一般不考虑水平力公路一般不考虑水平力 城市道路计算水平力，剪应力破坏城市道路计算水平力，剪应力破坏（2 2行驶荷载的特性行驶荷载的特性 振动性振动性 平整度：平整度越差，变异系数越大平整度：平整度越差，变异系数越大行车速度：

19、车速越高，变异系数越大行车速度：车速越高，变异系数越大（变异系数（变异系数) )车辆振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效车辆振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数越小。果越好，变异系数越小。冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比瞬时性瞬时性 车轮通过路面上任意一点的时间，约为车轮通过路面上任意一点的时间，约为0.010.010.1s0.1s左右，由于左右，由于路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒完成的，当应力出路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒完成的，当应力出现的时间很短时，则来不及传递分布，其变形特性不能像现的时间很短时，则来不及传递分布，其

20、变形特性不能像静载作用那样完整表现出来。动载作用下，路面变形量的静载作用那样完整表现出来。动载作用下，路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者路面结减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者路面结构强度的相对增大。构强度的相对增大。重复性：路面材料产生疲劳破环的主要原因。路面承受一次重复性：路面材料产生疲劳破环的主要原因。路面承受一次和多次重复荷载的效果不一样，弹性和多次重复荷载的效果不一样，弹性疲劳疲劳 弹塑性弹塑性变变形形第五节第五节 自然因素对路面的影响自然因素对路面的影响环境因素影响主要表现在温度和湿度。环境因素影响主要表现在温度和湿度。影响机理：路基土和路面材料的体

21、积会随着路基路面影响机理：路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的，但这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不同的，但这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度应力和湿度应力。进而对路基路面产生破坏。即温度应力和湿度应力。进而对路基路面产生破坏。一、温度与温度变化对路基路面的影响一、温度与温度变化对路基路面的影响 温度影响规律温度影响规律顶面与底面之间的温差，在一