道路工程基础

1、北京市政路桥股份有限公司北京市政路桥股份有限公司讲授讲授: 周世生周世生F参考教材参考教材：道路勘测设计道路勘测设计、土质土力学土质土力学、 路基路面工程路基路面工程、 公路施工测量百问公路施工测量百问F上课不要随意讲话、接手机上课不要随意讲话、接手机谢谢合作！谢谢合作！一、道路工程概述一、道路工程概述（一）（一） 道路工程组成道路工程组成（二）（二） 道路线形（平面、纵断面、横断面）道路线形（平面、纵断面、横断面）（三）（三） 路基结构路基结构二、路基土二、路基土（一）土的概念与来源（一）土的概念与来源（二）土的分类（二）土的分类（三）土的三相组成（三）土的三相组成（四）土颗粒分类（四）土颗

2、粒分类（五）土的物理性质（五）土的物理性质第一部分第一部分 道路工程基础道路工程基础主要内容主要内容二、路基土二、路基土（六）土的干湿类型（六）土的干湿类型（七）土的压实原理（七）土的压实原理（八）挡土墙压力（八）挡土墙压力（九）边坡稳定分析（九）边坡稳定分析三、路面三、路面（一）路面分类和分级（一）路面分类和分级（二）结构组成（二）结构组成（三）（三） 路面结构层及其功能特点路面结构层及其功能特点（四）路面结构要求和设计步骤（四）路面结构要求和设计步骤 （五）沥青混合料力学特性（五）沥青混合料力学特性第一部分第一部分 道路工程基础道路工程基础主要内容主要内容三、路面三、路面（六）沥青混合料设

3、计（六）沥青混合料设计（七）水泥混凝土路面（七）水泥混凝土路面（八）水泥稳定类基层（八）水泥稳定类基层（九）二灰土底基层（九）二灰土底基层四、工程测量四、工程测量（一）测量基础知识（一）测量基础知识（二）施工测量术语（二）施工测量术语（三）施工测量内容（三）施工测量内容第一部分第一部分 道路工程基础道路工程基础主要内容主要内容（一）道路工程组成（一）道路工程组成中短中短隧道隧道道路道路线形线形路基路基路面路面走走向向形形状状结结成成组组构构中小中小桥涵桥涵交通交通附属附属设施设施一、道路工程概述道路工程概述 道路工程组成道路工程组成中线中线道路线形道路线形一、一、道路工程概述道路工程概述（二）

4、（二）平面线形平面线形 - 道路中线在水平面上的投影。线形要素：直道路中线在水平面上的投影。线形要素：直 线、缓和曲线和圆曲线线、缓和曲线和圆曲线 。 纵断面线形纵断面线形- -沿着中线竖直剖切，再按高程展开。线形要沿着中线竖直剖切，再按高程展开。线形要 素：纵坡线和竖曲线素：纵坡线和竖曲线 。横断面线形横断面线形- -中线各点的法向切面。线形要素：边坡线、中线各点的法向切面。线形要素：边坡线、 边沟线边沟线 、地面线和路基顶面线、地面线和路基顶面线 。 道路线形道路线形一、道路工程概述（二）（二）平面线型平面线型1、圆曲线、圆曲线-圆曲线半径的计算公式与半径选圆曲线半径的计算公式与半径选用用

5、)(1272biVR式中式中 ： R圆曲线半径圆曲线半径，m； V行车速度行车速度，km/h； 横向力系数横向力系数； b超高横坡度超高横坡度，%曲线内侧 曲线外侧 图1-1由汽车在曲线上行驶受力分析图XY 横向力系数可近似为单位车重上受到的横向力。横向力系数可近似为单位车重上受到的横向力。 横向力的存在对行车产生不利影响，而且越大越不利，主横向力的存在对行车产生不利影响，而且越大越不利，主要表现在以下几方面：要表现在以下几方面： 考虑汽车行驶的横向稳定性考虑汽车行驶的横向稳定性 考虑驾驶员操作考虑驾驶员操作考虑燃料消耗和轮胎磨损考虑燃料消耗和轮胎磨损考虑乘车的舒适性考虑乘车的舒适性关于横向力

6、系数关于横向力系数2. 2.缓和曲线缓和曲线特点特点: :主要特征是曲率均匀变化主要特征是曲率均匀变化, ,故回旋线作为缓和曲线故回旋线作为缓和曲线（1 1）控制离心加速度增长率，满足旅客舒适要求。）控制离心加速度增长率，满足旅客舒适要求。（2 2）满足驾驶员操作方向盘所需经行时间，）满足驾驶员操作方向盘所需经行时间， 一般认为汽车一般认为汽车在缓和曲线上行驶时间最少在缓和曲线上行驶时间最少 3s 3s 。 （3 3）根据超高渐变率适中。超高渐变率（即超高附加纵坡）根据超高渐变率适中。超高渐变率（即超高附加纵坡）是指超高后的外侧路面边缘纵坡比原设计纵坡增加的纵坡。是指超高后的外侧路面边缘纵坡比

7、原设计纵坡增加的纵坡。 标准标准规定：直线与需设超高的圆曲线半径相衔接处，规定：直线与需设超高的圆曲线半径相衔接处，应设置缓和曲线（回旋线）。四级公路的直线与需设超高的应设置缓和曲线（回旋线）。四级公路的直线与需设超高的圆曲线半径相衔接处，可不设置缓和曲线（回旋线），用超圆曲线半径相衔接处，可不设置缓和曲线（回旋线），用超高、加宽缓和段径相连接。高、加宽缓和段径相连接。回旋线长度回旋线长度yxS2S121R1=32=290 (R+P)tana2qThE0aJD0aRRR+PR+PPL0R=R=ZHHZYHHYQZ带有缓和曲线的平曲线图带有缓和曲线的平曲线图qtgpRTH2RaL1802sHLR

8、L21802平曲线几何要素计算平曲线几何要素计算 平曲线切线长平曲线切线长： 平曲线中的圆曲线长：平曲线中的圆曲线长： 外距外距： 平曲线总长平曲线总长： 切曲差切曲差：RpREH2secHHHLTD 2 3. 3.超高超高 单向横坡超高是通过在圆曲线两端的超高缓和段（或单向横坡超高是通过在圆曲线两端的超高缓和段（或缓和曲线）来实现过渡的。超高的过渡方式，根据超高旋缓和曲线）来实现过渡的。超高的过渡方式，根据超高旋轴在公路横断面上的位置，分为下列几种：轴在公路横断面上的位置，分为下列几种： （1 1）无中间带的公路）无中间带的公路内边缘旋转；内边缘旋转； 中线旋转；中线旋转； 外边缘旋转。外边

9、缘旋转。 （2 2）有中间带的公路）有中间带的公路 绕中间带的中心线旋转。绕中间带的中心线旋转。4. 4.行车视距行车视距 停车视距：汽车行驶时，自驾驶员看到障碍物时起，停车视距：汽车行驶时，自驾驶员看到障碍物时起，至在障碍物前安全停止，所需要的最短距离。至在障碍物前安全停止，所需要的最短距离。 会车视距：在同一车道上两对向汽车相遇，从互相发会车视距：在同一车道上两对向汽车相遇，从互相发现起，至同时采取制动措施使两车安全停止，所需要的现起，至同时采取制动措施使两车安全停止，所需要的最短距离。最短距离。 错车视距：在没有明确划分车道线的双车道公路上，错车视距：在没有明确划分车道线的双车道公路上，

10、两对向行驶的汽车相遇，发现后即采取减速避让措施安两对向行驶的汽车相遇，发现后即采取减速避让措施安全错车所需要的最短距离。全错车所需要的最短距离。 超车视距：在双车道公路上，后车超越前车时，从开超车视距：在双车道公路上，后车超越前车时，从开始驶离原车道之处起，至相遇之前，完成超车安全回到始驶离原车道之处起，至相遇之前，完成超车安全回到自己的车道，所需要的最短距离。自己的车道，所需要的最短距离。一、道路工程概述停 车 视 距s1s2s0=5 m - 1 0 m汽车1汽车1汽车1汽车1汽车1汽车2汽车2汽车2汽车3汽车3S2S1SCS0S3一、道路工程概述一、道路工程概述 道路结构组成包含路基路面结

11、构、排水设施、防护支挡设道路结构组成包含路基路面结构、排水设施、防护支挡设施（边坡和行车安全）。施（边坡和行车安全）。（四）路基结构（四）路基结构1 1、一般路基设计包括以下内容、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。 水对路面的危害可以表现为：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；车辆荷载作用下引起的唧泥和高压水冲刷，造成路面基层承载能力下降；在冻胀地区，融冻季节水会引起路面承载能力的普遍下降。 路基排水的任务，就是

12、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、路面具有足够的强度与稳定性。 路基设计时，必须考虑将影响路基稳定性的地面水，排除和拦截于路基用地范围以外，并防止地面水漫流、滞积或下渗。对于影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引导至路基范围以外的适当地点。2 2、路基排水系统设计、路基排水系统设计 路基防护与加固设施，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处治。 坡面防护，主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度

13、上还可兼顾路基美化和协调自然环境。坡面防护设施，不承受外力作用，必需要求坡面岩土整体稳定牢固。 常用的坡面防护设施有植物防护(种草、铺草皮、植树等)和矿料防护(抹面、喷浆、勾缝、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。有“生命”防护以土质边坡为主，无机物防护以石质路堑边坡为主。在一定程度上，有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防护。3、路基防护与加固、路基防护与加固3、路基防护与加固、路基防护与加固 堤岸防护与加固主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路基边旁的防护堤岸等，起防水治害和加固堤岸双重功效。 堤岸防护与加固设施，有直接

14、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。间接防护主要指导治结构物，如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等。 湿软地区修筑路基时，地基加固关键在于治水和固结。各种加固方法，可归纳成换填土、辗压夯实、排水固结、振动挤密、土工格栅加筋和化学加固等五类。其他还有石灰桩、砂桩与砂井等。 湿软地基的加固，亦可采用强夯法，利用重锤的强大冲击力，以达到地基排水固结提高承载能力的目的。铺草皮铺草皮平铺草皮平铺草皮叠铺草皮叠铺草皮适用于需要快速绿化，且坡率缓于适用于需要快速绿化，且坡率缓于1 1：1 1的土质边坡和严重风的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡。不宜采

15、用喜水、生长在泥沼地的草皮化的软质岩石边坡。不宜采用喜水、生长在泥沼地的草皮方格草皮方格草皮适用于坡率缓于适用于坡率缓于1 1：1.51.5和边坡或再边坡以外的河岸及漫滩地。和边坡或再边坡以外的河岸及漫滩地。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。应选用根深叶密的低矮灌木。注意视距和风沙、风雪流问题。植树植树带状植树带状植树连续植树连续植树横断面示意图横断面示意图三维植被网防护三维植被网防护 适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于1 1：0.750.75的边坡防护；三维植被网中的回填土通常采用客土。的边坡防护；三维植被网中的回填土通常

16、采用客土。适用于缓于适用于缓于1 1：0.750.75的土质和全风化岩石边坡。当坡面受的土质和全风化岩石边坡。当坡面受水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于水冲刷严重或潮湿时，坡度应缓于1 1：1 1截水骨架防护截水骨架防护浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护浆砌片石或水泥混凝土骨架植物防护路基边坡坡面防护 植物防护植物防护 骨架植物防护骨架植物防护 圬工防护圬工防护 抹面、捶面抹面、捶面 植草植草 铺草皮铺草皮 植树植树 喷播喷播 三维网（垫）植草三维网（垫）植草 土工格室植草土工格室植草 湿式喷播湿式喷播 客土喷播客土喷播 人工种植人工种植 浆砌片石（混凝土）骨架植物浆砌片石（混凝土）骨架植物 多边形

17、混凝土空心块植物多边形混凝土空心块植物 锚杆混凝土框骨架植物锚杆混凝土框骨架植物 喷护喷护 喷掺砂水泥土喷掺砂水泥土 喷浆喷浆 喷射混凝土喷射混凝土 锚杆挂网喷浆（混凝土）锚杆挂网喷浆（混凝土） 护坡护坡 干砌片石护坡干砌片石护坡 浆砌片石护坡浆砌片石护坡 水泥混凝土预制块护坡水泥混凝土预制块护坡 浆砌片石护面墙浆砌片石护面墙 实体式护面墙实体式护面墙 窗孔式护面墙窗孔式护面墙 拱式护面墙拱式护面墙 适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于适用于砂性土、土夹石及风化岩石，且坡率缓于1:0.751:0.75边坡；边坡； 适用于土质边坡、严重风化岩石的坡率缓于适用于土质边坡、严重风化岩石的坡率缓

18、于1:0.51:0.5的路堑的路堑 ；适用于风化岩石、养分较少的土壤、硬质土壤；适用于风化岩石、养分较少的土壤、硬质土壤；适用于需要快速绿化的边坡，且坡率缓于适用于需要快速绿化的边坡，且坡率缓于1:11:1的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡的土质边坡和严重风化的软质岩石边坡 适用于坡率缓于适用于坡率缓于1:1.51:1.5的边坡的边坡 适用于缓于适用于缓于1:0.751:0.75土质和全风化的岩石边坡；土质和全风化的岩石边坡； 适用于坡度缓于适用于坡度缓于1:0.751:0.75土质边坡和全强风化的岩石路堑边坡；土质边坡和全强风化的岩石路堑边坡； 适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的

19、岩石路堑边坡适用于土质边坡和坡体中无不良结构面、风化破碎的岩石路堑边坡； 适用于坡率缓于适用于坡率缓于1:0.51:0.5、易风化但未遭强风化的岩石边坡、易风化但未遭强风化的岩石边坡。 适用于坡面为碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层适用于坡面为碎裂结构的硬质岩石或层状结构的不连续地层 以及坡面岩石与基岩分开并有可能下滑的挖方边坡。以及坡面岩石与基岩分开并有可能下滑的挖方边坡。 适用于坡度缓于适用于坡度缓于1:1.251:1.25的土（石）质路堑边坡；的土（石）质路堑边坡； 适用于坡度缓于适用于坡度缓于1:11:1的易风化的岩石和土质路堑边坡。的易风化的岩石和土质路堑边坡。 适用于石料缺乏

20、地区的路基边坡防护；适用于石料缺乏地区的路基边坡防护； 边坡不宜陡于边坡不宜陡于1:0.51:0.5。 边坡不应陡于边坡不应陡于1:0.751:0.75； 适用于边坡下部岩层较完整而上部需防护的路段，适用于边坡下部岩层较完整而上部需防护的路段，边坡应缓于边坡应缓于1:0.51:0.5。 4、挡土墙、挡土墙 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的设置位置，挡土墙可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等类型 . 路肩墙或路堤墙设置在高填路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路基边坡或基底滑动，确保路基稳定，同时可收缩填土坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，以及保护临近线路

21、的既有重要建筑物。滨河及水库路堤，在傍水一侧设置挡土墙，可防止水流对路基的冲刷和浸蚀，也是减少压缩河床或少占库容的有效措施。 路堑挡土墙设置在堑坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡，同时可减少挖方数量，降低边坡高度。山坡挡土墙设在堑坡上部，用于支挡山坡上可能坍滑的覆盖层，有的也兼有拦石作用。 此外，设置在隧道口或明洞口的挡土墙，可缩短隧道或明洞长度，降低工程造价。设置在桥梁两端的挡土墙，作为翼墙或桥台，起着护台及连接路堤的作用。而抗滑挡土墙则用于防治滑坡。4、挡土墙、挡土墙 （1）挡土墙的作用）挡土墙的作用 路基位于陡坡地段或岩石风化的路堑边缘地段； 为避免大量挖方及降低边坡高度的路堑

22、地段； 可能产生塌方、滑坡的不良地质路段； 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段； 为节约用地、减少拆迁或少占农田的地段； 为保护重要建筑物、生态环境或其它特殊需要的地段 。4、挡土墙、挡土墙 （2）挡土墙的设置）挡土墙的设置 对于土质地基，基础埋置深度应符合下列要求： 无冲刷时，应在天然地面以下至少1m； 有冲刷时，应在冲刷线以下至少1m； 受冻胀影响时，应在冻结线以下不少于0.25m。当冻深超过1m时，采用1.25m，但基底应夯填一定厚度的砂砾或碎石垫层，垫层底面亦应位于冻结线以下不少于0.25m。 碎石、砾石和砂类地基，不考虑冻胀影响，但基础埋深不宜小于1m。 （3）挡土墙基础埋置深

23、度）挡土墙基础埋置深度 挡土墙应设置排水措施，以疏干墙后土体和防止地面水下渗，防止墙后积水形成静水压力，减少寒冷地区回填土的冻胀压力，消除粘性土填料浸水后的膨胀压力。 为防止水分渗入地基，下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料反滤层反滤层，以免孔道阻塞。当墙背填土透水性不良或可能发生冻胀时，应在最低一排泄水孔至墙顶以下0.5m的范围内铺设厚度不小于0.3m的砂卵石排水层。 干砌挡土墙因墙身透水，可不设泄水孔。 （4）挡土墙排水设施）挡土墙排水设施图 泄水孔及排水层 设置向内倾斜的基底：可以增加抗滑力和减少滑动力，从而增加了抗滑稳定性。 采用

24、凸榫基础：与基础连成整体，利用榫前土体产生的被动土压力以增加挡土墙的抗滑稳定性。 （5）增加挡土墙抗滑稳定性的措施增加挡土墙抗滑稳定性的措施 为增加抗倾覆稳定性，应采取加大稳定力矩和减小倾覆力矩的办法。 展宽墙趾基础。是增加抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较陡处，会由此引起墙高增加。 改变墙面及墙背坡度。改缓墙面坡度可增加稳定力臂，改陡俯斜墙背或改缓仰斜墙背可减少土压力。在地面纵坡较陡处，均须注意对墙高的影响。 改变墙身断面类型。当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立。 （6）增加挡土墙抗倾覆稳定性的措施增加挡土墙抗倾覆稳定性的措施二、路基土 （一）土的概念与来源：（一）土的概念与来源： 在土

25、木工程领域，土是指覆盖在地表的没有胶结和弱胶结的颗粒堆积物，土与岩石的区分仅在于颗粒胶结的强弱，所以，有时也会遇到难以区分的情况。 土根据来源可分为土根据来源可分为 无机土：岩石风化、天然土 ，土是岩石风化的产物。 有机土：腐殖土，由植物完全或部分分解的堆积物具有高压缩性、低强度。（二） 土的分类土的分类按照粒径大小分类按照粒径大小分类细细中中粗粗细细中中粗粗粘粒粘粒粉粒粉粒砂砂砾（角砾）砾（角砾）卵石卵石（小块石）（小块石）漂石漂石（块石）（块石）细粒组细粒组粗粒组粗粒组巨粒组巨粒组20060207420.002（mm）注：除细粒按照含量超过注：除细粒按照含量超过25%

26、,其余按照大于该粒径的颗粒含量超过其余按照大于该粒径的颗粒含量超过50归类归类土土巨粒土巨粒土特殊土特殊土细粒土细粒土粗粒土粗粒土漂石土漂石土卵石土卵石土砾类土砾类土砂类土砂类土粉质土粉质土粘质土粘质土 有机质土有机质土黄土黄土膨胀土膨胀土红粘土红粘土盐渍土盐渍土1 1、巨粒土、巨粒土（1 1）漂石）漂石用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，不能用于路基填筑。料，不能用于路基填筑。（2 2）卵石）卵石用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，是强度和稳定性都好的路基填料，但是不能用于路基上料，是强度和稳定性

27、都好的路基填料，但是不能用于路基上层填筑。层填筑。 2 2、粗粒土、粗粒土（1 1）砾类土）砾类土是强度和稳定性都好的路基填料，但是不建议是强度和稳定性都好的路基填料，但是不建议用于路基上层填筑；级配和强度等性质优良的砾石或砂砾用用于路基上层填筑；级配和强度等性质优良的砾石或砂砾用作混合材集料（水泥混凝土或贫混凝土等）。作混合材集料（水泥混凝土或贫混凝土等）。（2 2）砂类土）砂类土 砂砂纯粹的砂是强度和稳定性都好的路基填料，同时也纯粹的砂是强度和稳定性都好的路基填料，同时也用于其他混合材集料，细砂或粉砂容易产生被动水携带、砂用于其他混合材集料，细砂或粉砂容易产生被动水携带、砂土液化或管涌，不

28、适用于高路堤、沿河路堤和堤坝。土液化或管涌，不适用于高路堤、沿河路堤和堤坝。 砂性土砂性土是强度和稳定性都好的优良路基填料。是强度和稳定性都好的优良路基填料。（三）（三） 土的三相组成土的三相组成 土是由固体颗粒和颗粒之间的孔隙所组成，而孔隙中通常土是由固体颗粒和颗粒之间的孔隙所组成，而孔隙中通常存在着水和空气两种物质，因此，土是固体颗粒、水、空存在着水和空气两种物质，因此，土是固体颗粒、水、空气组成的混合物，常称为土的三相系。气组成的混合物，常称为土的三相系。 饱和土：土骨架孔隙全部被水占满时。饱和土：土骨架孔隙全部被水占满时。 干土：土骨架的孔隙仅含空气干土：土骨架的孔隙仅含空气 湿土：地

29、下水位以上，地面以下一定深度内兼含空气和水，湿土：地下水位以上，地面以下一定深度内兼含空气和水，属三相系。属三相系。3 3、细粒土、细粒土（1 1）粉质土）粉质土强度低，干缩，毛细作用强，是不良路基填料。强度低，干缩，毛细作用强，是不良路基填料。（2 2）粘质土）粘质土透水性小，干缩湿胀，不适用于水湿状况剧烈透水性小，干缩湿胀，不适用于水湿状况剧烈变化地区，可用于干旱地区路堤填筑或某些特殊部位，也可以变化地区，可用于干旱地区路堤填筑或某些特殊部位，也可以用来与砂土拌合后形成砂性土使用。用来与砂土拌合后形成砂性土使用。（3 3）有机质土）有机质土不宜用作路基填料。不宜用作路基填料。4 4、特殊土

30、、特殊土不宜用作路基填料。不宜用作路基填料。（四）（四） 土颗粒结构土颗粒结构 单粒结构单粒结构 特点：土粒间存在点与特点：土粒间存在点与点的接触，随着它的形点的接触，随着它的形成条件的不同，可形成成条件的不同，可形成密实的或者疏松的状态。密实的或者疏松的状态。 絮状结构絮状结构 特点：微小的粘粒，重特点：微小的粘粒，重量极轻，靠其自重在水量极轻，靠其自重在水中下沉，极为缓慢，土中下沉，极为缓慢，土粒表面常带有同号电荷，粒表面常带有同号电荷，因而悬浮在水中作分子因而悬浮在水中作分子热运动，不能相互碰撞热运动，不能相互碰撞结成粒团下沉。结成粒团下沉。（五）物理性质指标（五）物理性质指标密密度度单

31、位体积土的质量，用单位体积土的质量，用 表示表示定义：定义：单位：单位： Mg/mMg/m3 3或或 g/cmg/cm3 3表达式：表达式：awsawsVVVmmmVm容容重重定义：单位体积土的重量，用定义：单位体积土的重量，用 表示表示单位：单位：KN/mKN/m3 3表达式：表达式：gVgmVW1、试验直接测定的、试验直接测定的:土的比重Gs 定义：定义： 土的质量（或重量）与同体积土的质量（或重量）与同体积44时纯水的质量之比时纯水的质量之比（无因次）（无因次） 表达式表达式 ：cwscwsssVmG44)()(cwsssVgmG4)( 测定方法：测定方法： 比重瓶法，事先将比重瓶注满纯

32、水，称瓶加水的质比重瓶法，事先将比重瓶注满纯水，称瓶加水的质量量m m1 1。然后把烘干土若干克。然后把烘干土若干克( (m ms s) )装入空比重瓶内，再加装入空比重瓶内，再加纯水至满，称瓶加水加土的质量纯水至满，称瓶加水加土的质量m m2 2，按下式计算土粒，按下式计算土粒比重比重21mmmmGsss土的含水率土的含水率 含水率：含水率： 土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示土中水的质量与土粒质量之比，以百分数表示 表达式：表达式： %100swmmw 测定方法：测定方法： 烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，烘干法。先称出天然湿土的质量，然后放在烘箱里，在在1001001

33、05105下烘干，称干土的质量。下烘干，称干土的质量。 定义：定义： 土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示土中孔隙的体积与土粒的体积之比，以小数表示 表达式：表达式： svVVe （五）物理性质指标（五）物理性质指标2、间接换算的、间接换算的:孔隙比e孔隙率n 定义：定义： 土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示土中的孔隙的体积与土的总体积之比，以百分数表示 表达式：表达式： %100VVnv饱和度Sr 定义：定义： 土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示土中孔隙水的体积与孔隙体积之比，以百分数表示 表达式：表达式： %100vwrVVS干密度d干容重dVmsdgVgmds

34、d 定义：单位体积内土粒的质量或重量定义：单位体积内土粒的质量或重量 表达式：表达式： 土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土烘干，体积要减小，因而土的干密度不等于烘干土的密度。土的密度。 土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密土的干密度或干容重是评价土密实程度的指标，干密度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用度或干容重越大表明土越密实，反之越疏松。常用它来控制填土工程的施工质量。它来控制填土工程的施工质量。 饱和密度sat与饱和容重sat 定义：定义： 土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土中孔隙完全被水充满，土处于饱和状态时单位体积土的质量或重量土的质量或重

35、量 表达式：表达式： VVmwvssatgVVWsatwvssat浮密度 与浮容重 定义：定义： 单位体积内土粒质量与同体积水质量之差单位体积内土粒质量与同体积水质量之差 表达式：表达式： VVmwsswsatgdsat 粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，粘性土从一种状态转变为另外一种状态是逐渐过渡的，并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验并无明确的界限。目前工程上只是根据某些通用的试验方法测定这些界限含水率。方法测定这些界限含水率。 液塑限测定方法：液塑限测定方法： 搓滚法：搓滚法：调制均匀的湿图样，在毛玻璃上搓滚成调制均匀的湿图样，在毛玻璃上搓滚成3 3毫米直毫米直

36、径的土条，若这个时刻恰好出现裂缝，就把径的土条，若这个时刻恰好出现裂缝，就把土条的含水土条的含水率定为塑限。率定为塑限。 液塑限联合测定法：液塑限联合测定法：取代表性试样，加入不同数量的纯取代表性试样，加入不同数量的纯水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥水，调制成三种不同稠度的试样，用电磁落锥测定圆锥在自重作用下经在自重作用下经5 5秒后沉入试样的深度。以含水率为横坐秒后沉入试样的深度。以含水率为横坐标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲标，圆锥入土深度为纵坐标，在双对数纸上绘制关系曲线。线。入土深度入土深度2 2毫米所对应的含水率为塑限。毫米所对应的含水率为塑限。土工试

37、验土工试验方法标准方法标准（GB/T50123-1999GB/T50123-1999）规定）规定入土深度恰好为入土深度恰好为1717毫米所对应的含水率为毫米所对应的含水率为1717毫米液限，入土深度恰好为毫米液限，入土深度恰好为1010毫米所对应的含水率为毫米所对应的含水率为1010毫米液限。毫米液限。3、粘性土的液塑限粘性土的液塑限液限和塑限之差的百分数值（去掉百分号）称为塑性指数。表示处于可塑状态时土的含水率可变化幅度。塑性指数越大，可塑状态含水率变化范围也大。塑性指数是反映粘性土性质的一个综合性指标。一般地，塑性指数越高，土的粘粒含量越高。pI4、塑性指数5、液性指数PPPLPLIwww

38、wwwI液性指数表征了土的天然含水率与界限含水率之间的相对关系，表达了天然土所处的状态。Pww 0LI土处于坚硬状态 LPwww0 . 10LI土处于可塑状态 wwL0 . 1LI土处于流动状态 （六）六）粘性土干湿类型粘性土干湿类型1 1、路基水的来源和变迁、路基水的来源和变迁（1 1）大气降水）大气降水大气降水通过路面，路肩边坡和边沟渗入；大气降水通过路面，路肩边坡和边沟渗入；（2 2）地面水）地面水边沟的流水、地表泾流水因排水不良，形成积水、边沟的流水、地表泾流水因排水不良，形成积水、 渗入路基；渗入路基；（3 3）地下水）地下水路基下面一定范围内的地下水浸入路基；路基下面一定范围内的地

39、下水浸入路基；（4 4）毛细水）毛细水路基下的地下水，通过毛细管作用，上升到路路基下的地下水，通过毛细管作用，上升到路 基；基；（5 5）水蒸汽凝结水）水蒸汽凝结水在土的空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结成在土的空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结成 水；水；（6 6）薄膜移动水）薄膜移动水在土的结构中水以薄膜的形成从含水量较高在土的结构中水以薄膜的形成从含水量较高 处向较低处流动，或由温度较高处向冻结中心周围流动。处向较低处流动，或由温度较高处向冻结中心周围流动。（7 7）水的负温迁移）水的负温迁移在负温和毛细作用下由下向上的迁移在负温和毛细作用下由下向上的迁移. .渗入路面渗入路肩由路肩由边沟由较高处渗

40、入地下水位由下层土水汽移动由地下水地下水位变动土中孔隙毛细水通道自由水上升毛细管水表面张力重力2、毛细水上升原理、毛细水上升原理（1）毛细水上升高度因素 孔隙大小和形状、 粒径尺寸、 水的表面张力（2）毛细管水压力wcchP负孔隙水压力 可使土粒相互挤紧，可使无粘性土也象有粘聚力似得。由毛细管水压力所造成无粘性土间的连接力，称之为假粘聚力 。沙坑倒塌 路基按其干湿状态不同分为四类：干燥、中湿 、潮湿和过湿。一般要求路基处于干燥或中湿状态。 上述四种干湿类型以分界稠度 , 和 来划分。稠度 定义为土的含水量 与土的液限 之差与土的塑限 与液限 之差的比值。 即 当 , 即 ，为半固体与硬塑状的分

41、界值； 当 ,即 ，为流塑与流动状的分界值。（六）（六）粘性土干湿类型粘性土干湿类型PLLcwwwwwPLPLwwwwI1PLPPLLLcwwwwwwwwIw0 . 1cwPww 0cwLww 1cw2cw3cwcwwLwpw3、路基干湿类型、路基干湿类型路基干湿类型的确定新路：以路基临界高度为判别标准 土的压实性指在一定的含水率下，以人工或机械的方法，使土体能够压实到某种密实程度的性质。 在实验室内研究土的密实性是通过击实试验进行的。 （七）土的压实性（七）土的压实性 1、压实原理、压实原理轻型：粒径小于5毫米重型：粒径小于40毫米3947cmV KgG5 . 2cmH5 .3025下，分三

42、层击实32104cmV KgG5 . 4cmH7 .4556下，分5层击实2 2、路基压实、路基压实（1 1）压实土的特性：）压实土的特性： 进行压实进行压实提高抗变形能力提高抗变形能力水稳定性水稳定性压实时的压实时的含水量含水量土的土的压实效果压实效果最佳含水量最佳含水量最大密实度最大密实度影影响响 路堤、路堑路堤、路堑均需分层压实，能防止水分干湿作用引起均需分层压实，能防止水分干湿作用引起的的自然沉陷自然沉陷和行车荷载反复作用产生的和行车荷载反复作用产生的压密变形压密变形，确保路，确保路面的使用品质和使用寿命。面的使用品质和使用寿命。（2 2）图为粉质土的一组密实度、压实时含水量和）图为粉

43、质土的一组密实度、压实时含水量和抗变形能力抗变形能力的试验结果。的试验结果。 假定假定 0 0 为最佳含水为最佳含水量量：S、 0 0 ，水润，水润滑，利于土的移动，滑，利于土的移动，压实程度（干密度）压实程度（干密度），抗变形能力，抗变形能力；S、 0 0 曲线存曲线存在一峰值，水占孔在一峰值，水占孔隙大部分体积不易隙大部分体积不易压缩，抗变形能力压缩，抗变形能力反而随压实程度反而随压实程度（干密度）（干密度）而而. .（3 3）用标准击实试验确定的）用标准击实试验确定的最大干密度与最佳含水量最大干密度与最佳含水量是一是一种种理想的状态理想的状态。实际。实际工程施工时工程施工时很难完全达到百

44、分之百的最很难完全达到百分之百的最大干密度，或者需要付出过多的压实功能才能达到，这从经大干密度，或者需要付出过多的压实功能才能达到，这从经济上考虑也是不可取的。济上考虑也是不可取的。 （4 4）压实度是以实际达到的干密度绝对值与标准击实法得）压实度是以实际达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大干密度之比值的百分率表征到的最大干密度之比值的百分率表征 。%100maxddK K实际上是土在压实际上是土在压实后实后接近最大密实接近最大密实度的程度。度的程度。（5 5）密实度）密实度是指单位体积内土颗粒排列紧密的程度，即是指单位体积内土颗粒排列紧密的程度，即单单位体积土的质量位体积土的质量，常用，

45、常用不包括土体中水分质量的单位体积质不包括土体中水分质量的单位体积质量量，即，即干密度干密度作为密实度的指标。作为密实度的指标。（八）挡土墙压力（八）挡土墙压力 结构位移对土压力的影响及三种土压力 土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关还与挡土墙的刚度及其位移关系密切。主动被动1、静止土压力 E02、主动土压力 Ea3、被动土压力 Ep（八）挡土墙压力（八）挡土墙压力 若墙后填土为均匀体，则单位面积上静止土压力为 静止土压力合力为1/3H1、静止土压力 E0（八）挡土墙压力（八）挡土墙压力 2、朗肯主动土压力、朗肯主动土压力 Ea（1）无粘性土的主动土压力计算（八）挡土墙压力

46、（八）挡土墙压力 2、朗肯主动土压力、朗肯主动土压力 Ea（2 2）粘性土的主动土压力计算）粘性土的主动土压力计算ea=0（八）挡土墙压力（八）挡土墙压力 （九）边坡稳定分析（九）边坡稳定分析 边坡指具有倾斜坡面的岩土体（天然边坡、人工边边坡指具有倾斜坡面的岩土体（天然边坡、人工边坡）。坡）。 由于边坡表面倾斜，边坡丧失其原有稳定性，一部分由于边坡表面倾斜，边坡丧失其原有稳定性，一部分岩土体相对另一部分岩土体发生滑动的现象称为滑坡岩土体相对另一部分岩土体发生滑动的现象称为滑坡（土坡、岩坡）。（土坡、岩坡）。 引起滑坡的原因：在于土体内部某个面上的剪应力达引起滑坡的原因：在于土体内部某个面上的剪

47、应力达到了它的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。剪应力达到到了它的抗剪强度，稳定平衡遭到破坏。剪应力达到抗剪强度的起因有二：抗剪强度的起因有二： （1）剪应力增加；）剪应力增加； （2）土）土体本身抗剪强度减小体本身抗剪强度减小（九）边坡稳定分析（九）边坡稳定分析1、无粘性土坡稳定分析、无粘性土坡稳定分析 由于无粘性土土粒之间无粘聚力，因此，只要位于坡面由于无粘性土土粒之间无粘聚力，因此，只要位于坡面上的土单元能够保持稳定，则整个土坡就是稳定的。上的土单元能够保持稳定，则整个土坡就是稳定的。2 2、粘性土坡整体圆弧滑动、粘性土坡整体圆弧滑动 粘性土由于土粒间存在粘聚力，发生滑坡时是整块土体向下滑粘性

48、土由于土粒间存在粘聚力，发生滑坡时是整块土体向下滑动，坡面上任一单元体的稳定条件不能用来代表整个土坡的稳动，坡面上任一单元体的稳定条件不能用来代表整个土坡的稳定条件。定条件。 按平面问题考虑，将滑动面以上土体看作刚体，并以它为脱离按平面问题考虑，将滑动面以上土体看作刚体，并以它为脱离体，分析在极限平衡条件下其上各种作用力，而以整个滑动面体，分析在极限平衡条件下其上各种作用力，而以整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义土坡的安全系数。上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义土坡的安全系数。（九）边坡稳定分析（九）边坡稳定分析 常用的稳定分析方法是条分常用的稳定分析方法是条分法，具体有：瑞

49、典条分法；法，具体有：瑞典条分法；简化的简化的bishop条分法；杨条分法；杨布条分法；不平衡推力法。布条分法；不平衡推力法。（一（一 ）路面分类和分级）路面分类和分级 1 1、分类、分类路面等路面等级级面层类型面层类型适用的公路等级适用的公路等级高级高级水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青碎石、整齐石块或条水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青碎石、整齐石块或条石石高速、一级、二高速、一级、二级级次高级次高级沥青贯入碎沥青贯入碎( (砾砾) )石、路拌沥青碎石、路拌沥青碎( (砾砾) )石、沥青表面处治、石、沥青表面处治、半整齐石块半整齐石块二级、三级二级、三级中级中级泥结或级配碎泥结或级配碎( (砾

50、砾) )石、水结碎石、不整齐石块、其他粒料石、水结碎石、不整齐石块、其他粒料三级、四级三级、四级低级低级各种改善土，如炉渣土、砾石土和砂砾土各种改善土，如炉渣土、砾石土和砂砾土四级四级 2、分级、分级按照力学特性分类按照力学特性分类刚性路面、柔性路面、半刚性路面刚性路面、柔性路面、半刚性路面 按照面层材料分类按照面层材料分类沥青路面、水泥路面、块料路面、砂石沥青路面、水泥路面、块料路面、砂石 路路面面. .三、路面三、路面路缘石路缘石面层面层硬路肩硬路肩土路肩土路肩拦水带拦水带基层基层垫层垫层纵向排水渗沟纵向排水渗沟路缘带路缘带三、路面三、路面 （二）路面结构组成：（二）路面结构组成：（三）路

51、面结构层及其功能特点（三）路面结构层及其功能特点（1 1） 面层的功能特点：面层的功能特点： 与大气直接接触的表层，直接承受行车荷载，直接与大气直接接触的表层，直接承受行车荷载，直接受到降雨侵蚀和温度变化影响，较高的强度和温度性、受到降雨侵蚀和温度变化影响，较高的强度和温度性、不透水、耐磨，并有较好的抗滑性几平整度，保证行车不透水、耐磨，并有较好的抗滑性几平整度，保证行车通畅保证行车平稳舒适。通畅保证行车平稳舒适。 1 1、面层、面层 （2 2） 面层的材料构成：面层的材料构成： 多层沥青混合料、双层水多层沥青混合料、双层水泥混凝土、复合式结构、带有泥混凝土、复合式结构、带有磨耗层或保护层的砂

52、石结构。磨耗层或保护层的砂石结构。 2 2、 基层基层（1 1）基层的作用）基层的作用: :承受面层传下的行车垂直荷载，向垫层和土基扩散荷载。承受面层传下的行车垂直荷载，向垫层和土基扩散荷载。（2 2）对基层的要求）对基层的要求足够的刚度和强度，足够的抗水性，与面层相同的横坡，足够的刚度和强度，足够的抗水性，与面层相同的横坡， 比比面层宽。面层宽。（3 3） 基层种类基层种类稳定类、粒料类稳定类、粒料类3 3、 垫层垫层（1 1）垫层的作用）垫层的作用 排水、隔水、防冻、防基层污染、扩散应力排水、隔水、防冻、防基层污染、扩散应力（2 2）垫层材料）垫层材料 颗粒材料、结合料稳颗粒材料、结合料稳

53、定土定土 用于表征土基承载力的参数指标有回弹模量、地基反应模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量和加州承载比(CBR)(CBR)等。等。 （1 1）土基回弹模量）土基回弹模量 回弹模量可以反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性回弹模量可以反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。通常都以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。有两质。通常都以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。有两种承载板可以用于测定土基回弹模量，即柔性压板与刚性压板。种承载板可以用于测定土基回弹模量，即柔性压板与刚性压板。 （2 2）地基反应模量）地基反应模量 用温克勒用温克勒(E.Winkle

54、r)(E.Winkler)地基模型描述土基工作状态，压力地基模型描述土基工作状态，压力p p与与弯沉弯沉l l之比称为地基反应模量之比称为地基反应模量K K。地基反应模量。地基反应模量K K值用承载板试值用承载板试验确定。承载板的直径规定为验确定。承载板的直径规定为76cm76cm。采取一次加载到位的方法。采取一次加载到位的方法。 （3）加州承载比）加州承载比(CBR) 加州承载比是早年由美国加利福尼亚州加州承载比是早年由美国加利福尼亚州(California)提出的提出的一种评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵一种评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入

55、变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标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准，以它们的相对比值表示CBR值。值。 4 4、 土基土基（1 1）强度和刚度强度和刚度；（；（2 2）水温稳定性水温稳定性；（；（3 3）耐久性）耐久性（4 4）平整性）平整性 ；（；（5 5）抗滑性）抗滑性 ；（；（6 6）环保性环保性。（四）（四） 路面结构基本要求和组合设计步骤路面结构基本要求和组合设计步骤 1 1、 路面结构基本要求路面结构基本要求 2 2、路面结构组合设计的基本步骤、路面结构组合设计的基本步骤（1 1）确定交通等级和面层类型）确定交通等级和面层类型

56、应根据公路等级、使用要求、设计年限、标准轴载累计当应根据公路等级、使用要求、设计年限、标准轴载累计当时轴次以及筑路材料、施工机具和自然条件等确定。时轴次以及筑路材料、施工机具和自然条件等确定。（2 2）确定基层类型）确定基层类型 首先应根据交通等级进行比选，同时考虑地基支撑的可能首先应根据交通等级进行比选，同时考虑地基支撑的可能性以及路基的水温状况、路基排水与路基稳定的可靠程度作性以及路基的水温状况、路基排水与路基稳定的可靠程度作不同方案进行比选。不同方案进行比选。（3 3）确定是否设置垫层及垫层类型）确定是否设置垫层及垫层类型（4 4）确定路面结构层次和初拟各结构层厚度。）确定路面结构层次和

57、初拟各结构层厚度。 沥青混合料是一种弹性沥青混合料是一种弹性粘塑性材料，有时主要呈现为粘塑性材料，有时主要呈现为弹性性质，有时则主要呈粘塑弹性性质，有时则主要呈粘塑性性质。而大多数情况下，几性性质。而大多数情况下，几乎同时综合呈现上述性质。呈乎同时综合呈现上述性质。呈现何种性质与荷载作用时间和现何种性质与荷载作用时间和沥青粘滞度（温度）相关。其沥青粘滞度（温度）相关。其应力应力应变关系要考虑以上应变关系要考虑以上两种情况，以劲度模量表征：两种情况，以劲度模量表征：,t Tt TS加荷时间t 破坏点 e （五）沥青混合料力学特性（五）沥青混合料力学特性 表征沥青混合料力学强度的参数是：抗压强度、

58、抗剪强度表征沥青混合料力学强度的参数是：抗压强度、抗剪强度和抗拉（包括抗弯拉）强度。一般沥青混合料均具有较高的抗和抗拉（包括抗弯拉）强度。一般沥青混合料均具有较高的抗压强度，而抗剪和抗拉强度则较低。因此，沥青路面的损坏，压强度，而抗剪和抗拉强度则较低。因此，沥青路面的损坏，往往是由拉裂或滑移开始而逐渐扩展往往是由拉裂或滑移开始而逐渐扩展.1 1、沥青混合料的应力应变特性、沥青混合料的应力应变特性2 2、沥青混合料强度特性、沥青混合料强度特性 沥青混合料的抗剪强度沥青混合料的抗剪强度主要取决于沥青与矿料相互作用而产生主要取决于沥青与矿料相互作用而产生的粘结力，以及矿料在沥青混合料中相互嵌挤而产生

59、的内摩阻角。的粘结力，以及矿料在沥青混合料中相互嵌挤而产生的内摩阻角。 沥青混合料的粘结力沥青混合料的粘结力取决于许多因素，其中最主要的是沥青粘取决于许多因素，其中最主要的是沥青粘滞度，沥青含量与矿粉含量的比值、以及沥青与矿料相互作用的滞度，沥青含量与矿粉含量的比值、以及沥青与矿料相互作用的特性。矿料的级配、颗粒的形状和表面特性，都对沥青混合料的特性。矿料的级配、颗粒的形状和表面特性，都对沥青混合料的内摩阻力产生影响。内摩阻力产生影响。 沥青混合料的抗弯拉强度沥青混合料的抗弯拉强度，取决于所用材料的性质（沥青的性，取决于所用材料的性质（沥青的性质、沥青的用量、矿料的性质、混合料的均匀性）及结构

60、破坏过质、沥青的用量、矿料的性质、混合料的均匀性）及结构破坏过程的加荷状况（重复次数、应力增长速度等）。此外，计算时期程的加荷状况（重复次数、应力增长速度等）。此外，计算时期的温度状况对抗弯拉强度也有很大的影响。的温度状况对抗弯拉强度也有很大的影响。 （六）（六） 沥青混合料设计沥青混合料设计1 1、沥青路面使用的材料、沥青路面使用的材料（1 1）道路石油沥青）道路石油沥青道路石油沥青的性能主要取决于油源道路石油沥青的性能主要取决于油源气候气候沥青沥青沥青路面类型沥青路面类型分区分区种类种类沥青表面沥青表面处治处治沥青贯入式及沥青贯入式及上拌下贯式上拌下贯式沥青碎石沥青碎石沥青混凝土沥青混凝土