第1-3讲 公路路面结构图设计与识读

1、路面施工路面施工主讲：贾海艳主讲：贾海艳专业：道路桥梁工程技术专业：道路桥梁工程技术路面施工路面施工 本课程是道路桥梁工程技术专业的一门专业核本课程是道路桥梁工程技术专业的一门专业核心课程，其目标是在掌握路面工程施工的基本知识、心课程，其目标是在掌握路面工程施工的基本知识、实践技能的基础上，科学地总结当前路面工程施工实践技能的基础上，科学地总结当前路面工程施工新工艺、新技术，培养学生路面施工和组织能力，新工艺、新技术，培养学生路面施工和组织能力，以及运用国家现行施工规范、规程、标准能力，促以及运用国家现行施工规范、规程、标准能力，促进学生处理实际工程问题能力和施工组织管理能力进学生处理实际工程

2、问题能力和施工组织管理能力的提高。的提高。路面施工路面施工学习情境学习情境1：公路路面结构图设计与识读：公路路面结构图设计与识读学习情境学习情境2：路面施工准备工作：路面施工准备工作学习情境学习情境3：基层和垫层施工：基层和垫层施工学习情境学习情境4：沥青路面施工：沥青路面施工学习情境学习情境5：水泥混凝土路面施工：水泥混凝土路面施工学习情境学习情境6：路面实施性施工组织设计编制：路面实施性施工组织设计编制路面施工路面施工职业能力目标：职业能力目标： 1. 能进行道路面基（垫）层能进行道路面基（垫）层施工；施工；2.能进行水泥混凝土面层施工；能进行水泥混凝土面层施工； 3.能能进行沥青混凝土面

3、层施工；进行沥青混凝土面层施工； 4.能进行块料路能进行块料路面和人行道附属工程施工；面和人行道附属工程施工； 5.能在路面工程能在路面工程施工中进行进度、质量、成本、安全、环境保施工中进行进度、质量、成本、安全、环境保护控制，完成相应内业资料收集、填写、整理护控制，完成相应内业资料收集、填写、整理工作；工作； 6.能完成各项工程检验、验收及竣工能完成各项工程检验、验收及竣工交接工作。交接工作。路面施工路面施工学习情境学习情境1：公路路面结构图设计与识读公路路面结构图设计与识读工作任务一：工作任务一：认知公路路面结构组成认知公路路面结构组成工作任务二：工作任务二：认知对路面的基本要求认知对路面

4、的基本要求工作任务三：工作任务三：收集公路路面设计资料收集公路路面设计资料工作任务四：工作任务四：公路沥青路面结构图设计公路沥青路面结构图设计工作任务五：工作任务五：公路水泥混凝土路面结构图设计公路水泥混凝土路面结构图设计工作任务六：工作任务六：认知路面排水结构认知路面排水结构工作任务七：工作任务七：阅读与绘制公路路面结构图阅读与绘制公路路面结构图学习目标：学习目标： 知道公路路面工程的结构组成、路拱形式及路面类型；知道公路路面工程的结构组成、路拱形式及路面类型； 知道公路路面设计应收集的资料及分析、处理的方法；知道公路路面设计应收集的资料及分析、处理的方法； 能正确选用面层、基层、垫层的类型

5、；能正确选用面层、基层、垫层的类型； 知道公路沥青路面、水泥混凝土路面设计的基本原理、设计依据、知道公路沥青路面、水泥混凝土路面设计的基本原理、设计依据、内容和方法；内容和方法； 能根据具体条件选择路面结构形式；能根据具体条件选择路面结构形式； 根据设计资料和有关技术规范的要求，正确绘制常用沥青路面和水根据设计资料和有关技术规范的要求，正确绘制常用沥青路面和水泥混凝土路面结构图；泥混凝土路面结构图； 能读懂路面结构设计图表；能读懂路面结构设计图表； 会计算路面工程数量。会计算路面工程数量。项目：项目： o 任务任务1 1：沥青路面结构图设计；：沥青路面结构图设计；o 任务任务2 2：水泥混凝土

6、路面结构图设计。：水泥混凝土路面结构图设计。工作任务一：认知公路路面结构图组成工作任务一：认知公路路面结构图组成一、路面结构层次一、路面结构层次二、路拱及路拱横坡度二、路拱及路拱横坡度三、路面分类三、路面分类路路面的结构及组成面的结构及组成路面横断面：路面横断面：a a）槽式）槽式b b）全铺式）全铺式 路拱横坡度：路拱横坡度： 一、路面结构及层次划分一、路面结构及层次划分o 行车荷载和自然因素对路面的影响随深度行车荷载和自然因素对路面的影响随深度的增加而逐渐减弱。的增加而逐渐减弱。因此，对路面材料的强度、因此，对路面材料的强度、刚度及稳定性等要求也可随深度而逐渐降低。刚度及稳定性等要求也可随

7、深度而逐渐降低。为适应这一特点，路面结构通常按深度递减的为适应这一特点，路面结构通常按深度递减的原则采用不同的材料分层铺筑。原则采用不同的材料分层铺筑。现行路面设计现行路面设计规范规定，高级路面结构由规范规定，高级路面结构由面层、基层面层、基层和和垫层垫层组成，各层又可分为二至三层（图组成，各层又可分为二至三层（图1-2）。）。图图1-2 路面结构组成路面结构组成 1-面层；面层；2-基层；基层；3-垫层；垫层；4-水泥混凝土路面板；水泥混凝土路面板；5-路肩面层；路肩面层；6-路肩基层；路肩基层；7-路基；路基；8-路拱横坡；路拱横坡；9-路肩横坡；路肩横坡； 10-行车道宽度；行车道宽度；

8、11-路肩宽度；路肩宽度； 12-路基顶宽；路基顶宽；路面结构层位及其功能路面结构层位及其功能 面层：面层：强度、抗变形能力、水温稳定性、平整度强度、抗变形能力、水温稳定性、平整度和抗滑性，耐久性。和抗滑性，耐久性。 基层：基层：强度和刚度，扩散荷载能力、水温稳定性。强度和刚度，扩散荷载能力、水温稳定性。 垫层：垫层：水稳定性和隔温性能。水稳定性和隔温性能。结构层的基本要求结构层的基本要求o 面层面层面层是直接与行车和自然因素相面层是直接与行车和自然因素相接触的表面层次，其接触的表面层次，其主要作用主要作用是承受行车荷是承受行车荷载引起的垂直力、水平力、冲击力以及自然载引起的垂直力、水平力、冲

9、击力以及自然因素的作用。因素的作用。与其他层次相比，与其他层次相比，要求要求面层应面层应具有较高的结构强度、平整、耐磨、抗滑，具有较高的结构强度、平整、耐磨、抗滑，同时还应密实不透水，并且有良好的温度稳同时还应密实不透水，并且有良好的温度稳定性。定性。结构层的基本要求结构层的基本要求o 基层基层设置在面层之下，并与面层设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的作用传递到土基的结一起将车轮荷载的作用传递到土基的结构层。构层。基层的作用和要求基层的作用和要求视面层的类型视面层的类型不同而有所差异。不同而有所差异。基层：基层：在沥青路面结构中，直接位于路面在沥青路面结构中，直接位于路面面层之下的主要承

10、重层。面层之下的主要承重层。底基层：底基层：铺筑在基层下的次要承重层。铺筑在基层下的次要承重层。一般常将二者统称为基层。一般常将二者统称为基层。基层承受由面层传递而来的行车荷载垂直应基层承受由面层传递而来的行车荷载垂直应力作用，抵御环境因素的影响，是构成路面整体力作用，抵御环境因素的影响，是构成路面整体强度的主要组成部分，因此，基层既应具有足够强度的主要组成部分，因此，基层既应具有足够的强度，又应具有良好的水温稳定性和耐久性。的强度，又应具有良好的水温稳定性和耐久性。基层、底基层基层、底基层o 则由于面层则由于面层厚度较薄厚度较薄，刚度较小刚度较小，由其，由其传递给基层的传递给基层的荷载应力较

11、大荷载应力较大，因此，沥青路因此，沥青路面的基层是面的基层是承受车辆荷载作用承受车辆荷载作用的主层次，的主层次，一一般称之为般称之为承重层承重层。它要求材料具有它要求材料具有足够的强足够的强度度和和抗变形能力抗变形能力，具有良好的，具有良好的温度稳定性温度稳定性和和水稳定性水稳定性，为适应荷载和环境因素的作用，为适应荷载和环境因素的作用，还要求材料具有良好的还要求材料具有良好的耐久性耐久性。 （1）面层若为面层若为沥青路面沥青路面o 则由于路面板的刚度大，传递给基层的则由于路面板的刚度大，传递给基层的应力较小应力较小，此时基层的主要作用此时基层的主要作用不是承重，不是承重，而是而是保证整个路面

12、结构的整体刚度保证整个路面结构的整体刚度，防止出防止出现现面板断裂面板断裂、唧泥唧泥、错台错台等病害的重要等病害的重要支承支承层层。它要求基层它要求基层材料强度均匀，具有良好的材料强度均匀，具有良好的整体性和稳定性，表面平整，密实不透水。整体性和稳定性，表面平整，密实不透水。 （2）面层若为面层若为刚性路面刚性路面（水泥混凝土路面）（水泥混凝土路面）根据材料组成及使用性能的不同，基层分为：根据材料组成及使用性能的不同，基层分为：（1） 有结合料的稳定类有结合料的稳定类有机结合料有机结合料的稳定类基层：如沥青碎石、沥青的稳定类基层：如沥青碎石、沥青贯入式等贯入式等无机结合料无机结合料的稳定类基层

13、：如水泥、石灰、工的稳定类基层：如水泥、石灰、工业废渣等。业废渣等。（2） 无结合料的粒料类无结合料的粒料类半刚性基层：半刚性基层：是用无机结合料与集料或土组是用无机结合料与集料或土组成的混合料铺筑的，具有一定厚度的路面结构层成的混合料铺筑的，具有一定厚度的路面结构层是二级以上公路的主要基层类型。是二级以上公路的主要基层类型。特点：特点：整体性好、强度高、刚度大、水稳整体性好、强度高、刚度大、水稳定性好、经济效益佳。定性好、经济效益佳。分类：分类：按结合材料和强度形成机理的不同按结合材料和强度形成机理的不同分为分为水泥稳定类、石灰稳定类、工业废渣稳定类水泥稳定类、石灰稳定类、工业废渣稳定类。

14、结构层的基本要求结构层的基本要求o 垫层垫层垫层介于基层和土基之间，其主要垫层介于基层和土基之间，其主要作用作用是是调节土基的温度和湿度状态调节土基的温度和湿度状态。 a. 改善面层和基层的工作条件，改善面层和基层的工作条件，从而保从而保证面层和基层的强度、刚度、稳定性不受土证面层和基层的强度、刚度、稳定性不受土基水温状况的影响基水温状况的影响。 b. 垫层还可垫层还可扩散扩散由基层传递下来的车辆由基层传递下来的车辆荷载应力，以减小土基由此而产生的应力和荷载应力，以减小土基由此而产生的应力和变形。变形。 c. 同同时还可防止由于路基土与基层的相时还可防止由于路基土与基层的相互掺杂污染而对基层结

15、构性能的影响。互掺杂污染而对基层结构性能的影响。 垫层对材料的强度要求不一定高，但要求垫层对材料的强度要求不一定高，但要求其具有其具有良好的水稳定性和隔温性能良好的水稳定性和隔温性能，一般可，一般可选用松散砂砾、工业废渣或其他整体性材料。选用松散砂砾、工业废渣或其他整体性材料。 为排除路面路基中滞留的自由水，确保路面结为排除路面路基中滞留的自由水，确保路面结构处于干燥或中湿状态，需设置以下几种垫层：构处于干燥或中湿状态，需设置以下几种垫层： 排水垫层排水垫层 隔水垫层隔水垫层 防冻垫层防冻垫层 隔离防污垫层隔离防污垫层 在路面设计和施工中，在路面设计和施工中，为了为了加强沥青路面结构加强沥青路

16、面结构层的层间接触，避免层间滑动位移产生，保持路面层的层间接触，避免层间滑动位移产生，保持路面结构的整体性，在基层表面以及面层间设置的沥青结构的整体性，在基层表面以及面层间设置的沥青或沥青混合料联结层；或沥青混合料联结层；或为了或为了防止水分浸入而在沥防止水分浸入而在沥青面层或基层上铺筑的有一定厚度的沥青混合料薄青面层或基层上铺筑的有一定厚度的沥青混合料薄层，统称为层，统称为路面功能层路面功能层。 功能层功能层 路面功能层路面功能层包括透层、粘层和封层。包括透层、粘层和封层。 透层：透层：为使沥青面层与非沥青材料基层结合为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好，在基层上喷洒液体石油沥青或乳化沥青良

17、好，在基层上喷洒液体石油沥青或乳化沥青或煤沥青而形成的透入基层表面一定深度的薄或煤沥青而形成的透入基层表面一定深度的薄层，也称为层，也称为透层沥青或透层油。透层沥青或透层油。 功能层功能层 路面功能层路面功能层包括透层、粘层和封层。包括透层、粘层和封层。 粘层：粘层：为加强路面沥青层与沥青层之间、沥为加强路面沥青层与沥青层之间、沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青层与水泥混凝土路面之间的粘结而洒布的沥青材料薄层，也称为青材料薄层，也称为粘层沥青或粘层油。粘层沥青或粘层油。封层：封层：为封闭路面表面空隙、防止水分浸入而为封闭路面表面空隙、防止水分浸入而在沥青面层或基层上铺筑的有一定厚度的

18、沥青在沥青面层或基层上铺筑的有一定厚度的沥青混合料薄层，其中在沥青面层表层的混合料薄层，其中在沥青面层表层的为上封层为上封层，在沥青面层下面、基层表面的在沥青面层下面、基层表面的为下封层。为下封层。 功能层功能层 功能层功能层二、二、路面的等级与分类路面的等级与分类路面的分级路面的分级二、二、路面的等级与分类路面的等级与分类路面的分类路面的分类按力学特性分：按力学特性分：柔性路面、刚性路面、半刚柔性路面、刚性路面、半刚性路性路面按材料分：按材料分：水泥路面、沥青路面、砂石路面水泥路面、沥青路面、砂石路面路面分级路面分级o 分级依据：分级依据：道路技术标准、路面面层的使道路技术标准、路面面层的使

19、用品质、材料组成类型及其结构强度和稳定性。用品质、材料组成类型及其结构强度和稳定性。o （1 1）高级路面：）高级路面：具有强度高，刚度大，稳具有强度高，刚度大，稳定性好的特点，其使用寿命长，能承载繁重的定性好的特点，其使用寿命长，能承载繁重的交通，且平整无尘，能保证高速行车，且养护交通，且平整无尘，能保证高速行车，且养护费用少，运输成本低，费用少，运输成本低，但初期建设投资高，需但初期建设投资高，需采用高质量的材料修筑，一般适用于交通量大，采用高质量的材料修筑，一般适用于交通量大，行车速度高的道路。行车速度高的道路。路面分级路面分级o （2 2）次高级路面：）次高级路面：强度、稳定性及耐久性

20、均低强度、稳定性及耐久性均低于高级路面，所适应的交通量也较小，能保证于高级路面，所适应的交通量也较小，能保证车辆以较高速度行驶，车辆以较高速度行驶，但必须作经常性的养护但必须作经常性的养护和维修，其初期修建费用略低于高级路面，但和维修，其初期修建费用略低于高级路面，但使用期的养护费用较高。使用期的养护费用较高。表表1-1 路面等级及面层类型路面等级及面层类型路面等级 面层主要类型使用年限 （年）适应的道路等级高 级路 面沥青混凝土，厂拌沥青碎石 15高速、一级公路、城市快速路、主干路水泥混凝土 3040次 高 级路面沥青贯入碎、砾石，路拌沥青碎石 12汽车专用二级公路城市主干路、次干路沥青表面

21、处治 8中级路面级配砾石、泥结碎石及其它粒料 5一般二、三级公路，城市支路低级路面加固土或改善土 5四级公路o （3）中级路面：）中级路面：一般适应于中等交通的道一般适应于中等交通的道路，其强度低，平整度差，易扬尘，行车速路，其强度低，平整度差，易扬尘，行车速度低，需经常养护、维修，运输成本较高，度低，需经常养护、维修，运输成本较高，但可使用当地材料，造价较低。但可使用当地材料，造价较低。o （4）低级路面：）低级路面：仅适应于交通量很少的道仅适应于交通量很少的道路，与中级路面相比，其强度更低、稳定性路，与中级路面相比，其强度更低、稳定性和平整度也差，易扬尘，只能保证低速行车，和平整度也差，易

22、扬尘，只能保证低速行车，雨季通车困难，但可大量使用当地材料，造雨季通车困难，但可大量使用当地材料，造价低。价低。三、路面分类三、路面分类o 在进行路面结构设计时，主要依据在进行路面结构设计时，主要依据路面结构在行车荷载作用下的力学特征，路面结构在行车荷载作用下的力学特征，将路面分为将路面分为柔性路面柔性路面，刚性路面刚性路面和和半刚半刚性路面性路面三类。三类。三、路面分类o （1 1）柔性路面：柔性路面：主要包括由各种主要包括由各种未经处治未经处治的粒料基层的粒料基层和和各类沥青面层各类沥青面层及及碎（砾）石或块碎（砾）石或块石面层石面层组成的路面结构。组成的路面结构。其结构的总体刚度较其结构

23、的总体刚度较小，在车辆荷载作用下，产生较大的弯沉变形，小，在车辆荷载作用下，产生较大的弯沉变形，由于其结构本身的抗弯拉强度较低，它通过各由于其结构本身的抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较大的应力作用。大的应力作用。因此，土基的强度和稳定性对因此，土基的强度和稳定性对整个路面结构有较大影响。整个路面结构有较大影响。o （2）刚性路面：刚性路面：主要指用主要指用水泥混凝土水泥混凝土作面作面层或基层的路面结构，由于其板体有较高的刚层或基层的路面结构，由于其板体有较高的刚度和抗压强度，因而具有较大的扩散荷载的能度和抗压强度，因而具有

24、较大的扩散荷载的能力。力。在车辆荷载作用下，土基所承受的应力较在车辆荷载作用下，土基所承受的应力较小，且水泥混凝土结构层处于弹性工作状态，小，且水泥混凝土结构层处于弹性工作状态，结构产生的竖向变形也较小。结构产生的竖向变形也较小。三、路面分类o （3）半刚性路面：指用半刚性路面：指用石灰、水泥石灰、水泥或或其他其他工业废渣工业废渣作结合料的稳定土或稳定粒料作基层作结合料的稳定土或稳定粒料作基层的路面结构。的路面结构。这类基层完工初期具有柔软的工这类基层完工初期具有柔软的工作特性，但随着时间的延长，其强度逐步提高，作特性，但随着时间的延长，其强度逐步提高，板体性增加，刚度增大，故称之为半刚性基层

25、。板体性增加，刚度增大，故称之为半刚性基层。三、路面分类三、路面分类o 由于半刚性基层具有一系列良好的性能，由于半刚性基层具有一系列良好的性能，且能使用当地材料，成型工艺也较简单，目且能使用当地材料，成型工艺也较简单，目前已成为我国高级道路的主要类型。前已成为我国高级道路的主要类型。 三、路面分类三、路面分类o 柔性路面，刚性路面和半刚性路面，柔性路面，刚性路面和半刚性路面，这种这种以力学特征为标准的分类方法主要是为了便于以力学特征为标准的分类方法主要是为了便于从功能原理和设计方法出发进行区分，并没有从功能原理和设计方法出发进行区分，并没有绝对的定量分界界限。绝对的定量分界界限。三、路面分类三

26、、路面分类o 近年来材料科学的发展正在逐步改变这种属近年来材料科学的发展正在逐步改变这种属性，如性，如水泥混凝土的增塑研究水泥混凝土的增塑研究正在使它的刚性正在使它的刚性降低而保留它的高强性质。降低而保留它的高强性质。沥青的改性研究沥青的改性研究使使得沥青混凝土随气候而变化的力学性质趋向稳得沥青混凝土随气候而变化的力学性质趋向稳定，大幅度提高其刚度。定，大幅度提高其刚度。三、路面分类三、路面分类工作任务二：认知对路面的基本要求工作任务二：认知对路面的基本要求一、影响路面的主要因素一、影响路面的主要因素二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求一、影响路面结构稳定的因素分析一、影响路面结构稳定的因

27、素分析 o温度温度和和湿度湿度是影响路基路面结构稳定性的最是影响路基路面结构稳定性的最重要的自然因素。重要的自然因素。o路基路面结构直接承受自然因素的影响，路基路面结构直接承受自然因素的影响，其其结构内部的温度和湿度状况随自然环境的变结构内部的温度和湿度状况随自然环境的变化而变化，这些变化使路基路面体系的性质化而变化，这些变化使路基路面体系的性质与状态也发生相应变化。与状态也发生相应变化。o路基土和路面材料路基土和路面材料的强度和刚度随路基路的强度和刚度随路基路面结构内温度和湿度的变化而面结构内温度和湿度的变化而而膨胀或收而膨胀或收缩缩。o沥青混凝土的沥青混凝土的动弹性模量动弹性模量随温度升高

28、而急随温度升高而急剧降低。剧降低。o路基回弹模量路基回弹模量随湿度的增加而急剧下降。随湿度的增加而急剧下降。o路基路面结构内温度和湿度随环境而变化，路基路面结构内温度和湿度随环境而变化，并沿着结构深度不均匀分布，在不同的时间并沿着结构深度不均匀分布，在不同的时间和不同深度处，这种胀缩变化也不相同。和不同深度处，这种胀缩变化也不相同。o温度应力和湿度应力温度应力和湿度应力：路基路面结构内的不：路基路面结构内的不均匀胀缩变形受到各种因素的影响而不能实均匀胀缩变形受到各种因素的影响而不能实现时，路基路面结构内由此而产生的附加应现时，路基路面结构内由此而产生的附加应力。力。o路基土和路面材料的路基土和

29、路面材料的力学性质力学性质随温度和湿度而随温度和湿度而产生变化，使路基路面结构分析和计算复杂化，产生变化，使路基路面结构分析和计算复杂化，如不能充分估计自然因素变化对路基路面结构如不能充分估计自然因素变化对路基路面结构产生的影响并在设计计算时加以考虑，路基路产生的影响并在设计计算时加以考虑，路基路面结构则有可能在车辆荷载和自然因素的共同面结构则有可能在车辆荷载和自然因素的共同作用下，提前出现损坏，从而缩短路面的使用作用下，提前出现损坏，从而缩短路面的使用寿命。寿命。o因此，进行路基路面结构分析计算时，除充分考虑因此，进行路基路面结构分析计算时，除充分考虑车车辆荷载辆荷载的影响外，还应考虑的影响

30、外，还应考虑自然因素自然因素的影响。的影响。1、路面结构内的温度状况、路面结构内的温度状况 o 大气温度在一年四季和每昼夜内均发生周期性大气温度在一年四季和每昼夜内均发生周期性的变化，受大气直接影响的路面温度也相应地的变化，受大气直接影响的路面温度也相应地产生周期性变化。产生周期性变化。o 路表温度路表温度变化规律与大气温度变化大致相同。变化规律与大气温度变化大致相同。o 面层面层结构内不同深度处的温度同样随气温的变结构内不同深度处的温度同样随气温的变化而呈周期性变化化而呈周期性变化，但其变化幅度随深度的增，但其变化幅度随深度的增加而减小，峰值也随深度的增加而越来越滞后。加而减小，峰值也随深度

31、的增加而越来越滞后。o 温度随深度的变化一般呈曲线分布，面层顶面温度随深度的变化一般呈曲线分布，面层顶面与底面之间的温度坡差，在一昼夜间经历了由与底面之间的温度坡差，在一昼夜间经历了由顶面温度低于底面温度到顶面温度高于底面温顶面温度低于底面温度到顶面温度高于底面温度，再到顶面温度低于底面温度，度，再到顶面温度低于底面温度，即由即由负到正负到正再由正到负的循环变化再由正到负的循环变化。由这种温度梯度的变。由这种温度梯度的变化，具有与气温变化几乎同步的周期性特点。化，具有与气温变化几乎同步的周期性特点。1、路面结构内的温度状况路面结构内的温度状况 o 面层结构内不同深度处的温度除了昼面层结构内不同

32、深度处的温度除了昼夜间的变化外，还经历着随一年四季气温夜间的变化外，还经历着随一年四季气温变化而变化的过程。变化而变化的过程。1、路面结构内的温度状况路面结构内的温度状况 2、路面结构内温度状况分析、路面结构内温度状况分析影响路面结构内温度状况的因素：影响路面结构内温度状况的因素：o外部因素：外部因素：气候条件（太阳辐射、气气候条件（太阳辐射、气温、风速、水和蒸发量）。温、风速、水和蒸发量）。o内部因素：内部因素：路面结构层的热传导性能、路面结构层的热传导性能、热容量及对辐射热吸收能力。热容量及对辐射热吸收能力。o 热传导率：热传导率：单位温度梯度情况下，单位时单位温度梯度情况下，单位时间内垂

33、直通过单位面积的热量。热传导率的间内垂直通过单位面积的热量。热传导率的大小与材料的结构、孔隙率及湿度有关。大小与材料的结构、孔隙率及湿度有关。o 热容量：热容量：单位质量的物质产生单位温度变单位质量的物质产生单位温度变化时所需要的热量。化时所需要的热量。o 在影响路面结构内温度状况的内部因素和在影响路面结构内温度状况的内部因素和外部因素间建立起某种联系，可预测路面结外部因素间建立起某种联系，可预测路面结构内的温度状况。构内的温度状况。常用的方法有常用的方法有统计分析统计分析与与理论分析理论分析两类。两类。 o统计分析方法：统计分析方法：收集当地的气温和辐射热等气收集当地的气温和辐射热等气候资料

34、的同时，通过埋设在路面结构层内不同候资料的同时，通过埋设在路面结构层内不同深度处的深度处的测温元件测温元件，连续观测一年四季路面结连续观测一年四季路面结构内不同深度处在不同时刻的温度变化，并将构内不同深度处在不同时刻的温度变化，并将路面观测到的路面结构内温度与各气象因素进路面观测到的路面结构内温度与各气象因素进行逐步回归分析，可建立不同深度处路面结构行逐步回归分析，可建立不同深度处路面结构指标的回归方程。指标的回归方程。利用这些统计关系，由此即利用这些统计关系，由此即可根据以往的气象资料推算路面结构层内的温可根据以往的气象资料推算路面结构层内的温度状况。度状况。o 理论分析方法：理论分析方法：

35、即根据即根据气象资料气象资料用理论方法用理论方法估算路面结构内的温度状况。估算路面结构内的温度状况。o 假设路面结构内温度在平面方向上均匀分假设路面结构内温度在平面方向上均匀分布，则其温度场可用一维热传导方程表示。布，则其温度场可用一维热传导方程表示。应用不同的边界条件和方法，求解该偏微分应用不同的边界条件和方法，求解该偏微分方程，可得到温度场的解析式，或直接求得方程，可得到温度场的解析式，或直接求得不同时刻，在不同深度处的温度值。不同时刻，在不同深度处的温度值。二、二、对路面的对路面的基本要求基本要求o强度和刚度强度和刚度o水温稳定性水温稳定性o耐久性耐久性o表面平整度表面平整度o表面抗滑性

36、表面抗滑性o不透水性不透水性o （1）足够的强度和刚度）足够的强度和刚度 行驶在路面上的车辆，行驶在路面上的车辆，一方面一方面通过车轮将竖向压力传递通过车轮将竖向压力传递给路基路面，给路基路面，另一方面另一方面又使路面受到水平力的作用。在这些又使路面受到水平力的作用。在这些外力的作用下，路基路面结构内将产生不同性质和大小的应外力的作用下，路基路面结构内将产生不同性质和大小的应力、应变及位移，如果路基路面结构整体或某一部分强度或力、应变及位移，如果路基路面结构整体或某一部分强度或刚度不足以抵抗这些应力、应变及位移的作用，则路基路面刚度不足以抵抗这些应力、应变及位移的作用，则路基路面结构将出现结构

37、将出现断裂、碎裂或沉陷、波浪、磨损等损坏和变形断裂、碎裂或沉陷、波浪、磨损等损坏和变形现现象，使路况恶化，服务质量下降。象，使路况恶化，服务质量下降。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （1）足够的强度和刚度）足够的强度和刚度 因此，路基路面结构必须具有足够的强度以抵因此，路基路面结构必须具有足够的强度以抵抗荷载作用下产生的各种应力，并且有足够的刚度抗荷载作用下产生的各种应力，并且有足够的刚度以抵抗荷载长期作用下所产生的变形。以抵抗荷载长期作用下所产生的变形。 （2）足够的稳定性）足够的稳定性 路基路面结构袒露在大气中，经常受到大气路基路面结构袒露

38、在大气中，经常受到大气温度、湿度变化的影响，而路基路面材料对于气温度、湿度变化的影响，而路基路面材料对于气候和水分变化因素的影响又较为敏感，从而使其候和水分变化因素的影响又较为敏感，从而使其性能也随之发生变化，这些变化使路基路面结构性能也随之发生变化，这些变化使路基路面结构的强度和刚度也同时发生变化，这种变化幅度的的强度和刚度也同时发生变化，这种变化幅度的大小，称为大小，称为路基路面结构的稳定性。路基路面结构的稳定性。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （2）足够的稳定性）足够的稳定性 路基直接在天然地基上开挖或填筑而成，路基路基直接在天然地基上开挖或填筑而成，路基修建后改变了原地面的自

39、然平衡状态，也改变了原修建后改变了原地面的自然平衡状态，也改变了原地层结构的受力状况，有可能使原来处于稳定状态地层结构的受力状况，有可能使原来处于稳定状态的地层结构由于路基的开挖或填筑而引起不平衡，的地层结构由于路基的开挖或填筑而引起不平衡，导致路基失稳，导致路基失稳，如如路基沉陷、边坡的滑塌，溜方和路基沉陷、边坡的滑塌，溜方和滑坡以及边坡的剥落和碎落滑坡以及边坡的剥落和碎落等破坏现象。等破坏现象。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （2）足够的稳定性）足够的稳定性 路基路面结构在路基路面结构在地面水和地下水地面水和地下水的作用下，的作用下，其强度其强度也将发生显著降低现象，也将发生显著

40、降低现象，如大气降水使路如大气降水使路基路面结构内部湿度状态发生变化，如低洼地带基路面结构内部湿度状态发生变化，如低洼地带的矮路堤，因的矮路堤，因排水不良而引起的长期积水排水不良而引起的长期积水，将使，将使路基土软化路基土软化，失去承载能力失去承载能力，而山坡路基也会由，而山坡路基也会由于排水不良而引起于排水不良而引起滑坡或边坡滑塌滑坡或边坡滑塌；二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （2）足够的稳定性）足够的稳定性 水泥混凝土路面结构水泥混凝土路面结构中的水分若不能及时排中的水分若不能及时排出，将产生唧泥、错台等现象，进而出现板块碎出，将产生唧泥、错台等现象，进而出现板块碎裂现象，降低道

41、路的使用寿命；裂现象，降低道路的使用寿命；而沥青路面结构而沥青路面结构中的水分侵蚀，将引起沥青层剥落，结构松散等中的水分侵蚀，将引起沥青层剥落，结构松散等现象；现象；砂石路面砂石路面在雨季时，会因雨水渗入路面结在雨季时，会因雨水渗入路面结构而导致强度下降，产生构而导致强度下降，产生沉陷、波浪、车辙沉陷、波浪、车辙等病等病害。害。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 大气温度的周期变化对路面结构的稳定性有大气温度的周期变化对路面结构的稳定性有重要影响。重要影响。高温季节高温季节沥青路面软化，在车辆荷载沥青路面软化，在车辆荷载作用下将产生永久变形；作用下将产生永久变形；冬季低温时冬季低温时，又

42、可能由，又可能由于收缩变脆而开裂。于收缩变脆而开裂。水泥混凝土路面在温度变化水泥混凝土路面在温度变化时，板块将发生拱胀或翘曲现象。时，板块将发生拱胀或翘曲现象。另外，半刚性另外，半刚性基层路面结构基层路面结构在低温情况下，将由于低温收缩现在低温情况下，将由于低温收缩现象而产生大量裂缝，最终失去承载能力。象而产生大量裂缝，最终失去承载能力。而在北而在北方冰冻地区，方冰冻地区，低温引起的路基路面不稳定则是多低温引起的路基路面不稳定则是多方面的，如冬季冻胀、春融、翻浆等。方面的，如冬季冻胀、春融、翻浆等。 （3）耐久性）耐久性 路基路面结构在车辆荷载和气候因素的反复路基路面结构在车辆荷载和气候因素的

43、反复作用下，将逐渐出现作用下，将逐渐出现疲劳破坏疲劳破坏和和塑性变形塑性变形累积，累积，使道路使用性能逐年下降，路基路面材料的各项使道路使用性能逐年下降，路基路面材料的各项性能也将由于老化而衰变，这些都将增加道路养性能也将由于老化而衰变，这些都将增加道路养护工作量，缩短道路的使用寿命。护工作量，缩短道路的使用寿命。因此，因此，路基路路基路面结构必须具有面结构必须具有足够的抗疲劳、抗老化足够的抗疲劳、抗老化和和抗变形抗变形积累的能力。积累的能力。 二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求（4）表面平整）表面平整 不平整的路表面不平整的路表面将增大行车阻力，并使车辆将增大行车阻力，并使车辆产生附加

44、振动，这种振动作用将引起行车颠簸，产生附加振动，这种振动作用将引起行车颠簸，影响行车速度和行驶安全，并影响驾驶的平稳性影响行车速度和行驶安全，并影响驾驶的平稳性和乘车舒适性。和乘车舒适性。同时，振动作用同时，振动作用还会对路面施加还会对路面施加冲击力，从而加剧路面和汽车机件的损坏及轮胎冲击力，从而加剧路面和汽车机件的损坏及轮胎的磨损，并增大油料消耗。的磨损，并增大油料消耗。不平整的路表面不平整的路表面还将还将积渍雨水，加速路面的损坏。积渍雨水，加速路面的损坏。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （4）表面平整）表面平整 平整的路表面，平整的路表面，需依靠优良的施工设备、精需依靠优良的施工

45、设备、精细的施工工艺、严格的质量控制及经常而及时细的施工工艺、严格的质量控制及经常而及时的维修养护来保证，的维修养护来保证，同时，同时，路面的平整度还与路面的平整度还与整个路基路面结构和路基顶面的强度和抗变形整个路基路面结构和路基顶面的强度和抗变形能力有关，同结构层所用材料的强度、抗变形能力有关，同结构层所用材料的强度、抗变形能力及均匀性有很大的关系。能力及均匀性有很大的关系。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （4）表面平整）表面平整 强度和抗变形能力强度和抗变形能力不能满足要求的路基路不能满足要求的路基路面结构和面层混合料难以抵抗车辆荷载的反复面结构和面层混合料难以抵抗车辆荷载的反复

46、作用，极易出现作用，极易出现沉陷、车辙、波浪和推挤沉陷、车辙、波浪和推挤等破等破坏，从而形成不平整的路表面。坏，从而形成不平整的路表面。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求 （5 5）表面抗滑性能）表面抗滑性能 现代交通车速不断提高，对路面的抗滑能现代交通车速不断提高，对路面的抗滑能力提出了更高的要求，力提出了更高的要求，道路表面道路表面应具有应具有足够的足够的抗滑能力，抗滑能力，以保证在最不利情况下，车辆能高以保证在最不利情况下，车辆能高速安全行驶，而且在外界因素作用下，其抗滑速安全行驶，而且在外界因素作用下，其抗滑能力不致很快降低。能力不致很快降低。二、对路面的基本要求二、对路面的基本

47、要求 （5 5）表面抗滑性能）表面抗滑性能 道路表面的抗滑能力道路表面的抗滑能力可以通过采用坚硬、耐可以通过采用坚硬、耐磨、表面粗糙的粒料组成路面表层来实现，也可磨、表面粗糙的粒料组成路面表层来实现，也可以采用一些工艺措施来实现，以采用一些工艺措施来实现，如如水泥混凝土路面水泥混凝土路面表面的刷毛或刻槽等。表面的刷毛或刻槽等。此外，此外，路表面的积雪、浮路表面的积雪、浮冰、污染等也会降低路面的抗滑性能，必须及时冰、污染等也会降低路面的抗滑性能，必须及时予以清除。予以清除。二、对路面的基本要求二、对路面的基本要求工作任务三：收集公路路面设计资料工作任务三：收集公路路面设计资料一、路面设计的任务一

48、、路面设计的任务二、车辆荷载与交通调查二、车辆荷载与交通调查三、选定公路自然区划三、选定公路自然区划四、选择沥青路面使用性能的气候分区四、选择沥青路面使用性能的气候分区五、选择路面结构设计安全等级五、选择路面结构设计安全等级六、划分土质路基的干湿类型六、划分土质路基的干湿类型一、路面设计的任务一、路面设计的任务o 路面设计的路面设计的主要任务主要任务就是根据道路所在地就是根据道路所在地的交通情况、材料供应情况、施工技术条件的交通情况、材料供应情况、施工技术条件及投资水平等实际情况，为车辆全天候通行及投资水平等实际情况，为车辆全天候通行提供高速、安全、舒适、经济的路面结构，提供高速、安全、舒适、

49、经济的路面结构，要求路面结构在设计使用年限内，在车辆荷要求路面结构在设计使用年限内，在车辆荷载和多变的环境因素的重复交替作用下，仍载和多变的环境因素的重复交替作用下，仍具有满足使用要求的性能。具有满足使用要求的性能。 一、路面设计任务一、路面设计任务o 对于路面结构设计而言对于路面结构设计而言，它主要取它主要取决于决于行驶车辆轴载的大小和重复作用的行驶车辆轴载的大小和重复作用的次数，结构设计应通过多个设计方案进次数，结构设计应通过多个设计方案进行比较，选取与轴重及轴次相适应的最行比较，选取与轴重及轴次相适应的最佳方案，佳方案，路面结构设计的主要内容包括路面结构设计的主要内容包括如下几个方面：如

50、下几个方面：主要内容包括如下几个方面：主要内容包括如下几个方面： o （1）面层和其他各层结构的类型选择：面层和其他各层结构的类型选择：根根据道路等级、环境条件、路基潮湿类型及强据道路等级、环境条件、路基潮湿类型及强度、筑路材料和施工技术条件等情况进行选度、筑路材料和施工技术条件等情况进行选择。择。如为适应大交通量，重轴载汽车行驶的如为适应大交通量，重轴载汽车行驶的道路需要，应选择高标准的路面结构，而对道路需要，应选择高标准的路面结构，而对交通量较小，重轴汽车少的道路，则无需采交通量较小，重轴汽车少的道路，则无需采用标准过高的路面结构。用标准过高的路面结构。主要内容包括如下几个方面：主要内容包

51、括如下几个方面： o （2）结构层组合设计：结构层组合设计：体系理论确定各结体系理论确定各结构层的厚度和结构组合。构层的厚度和结构组合。o （3）结构层材料组成设计：结构层材料组成设计：路面结构层材路面结构层材料多为混合料，应根据当地环境条件、强度要料多为混合料，应根据当地环境条件、强度要求等进行混合料组成材料的配合比设计。求等进行混合料组成材料的配合比设计。 （4 4）排水设计：排水设计：必须综合考虑道路的路线走向、必须综合考虑道路的路线走向、路基横断面类型、路面类型等因素，组成完整而畅路基横断面类型、路面类型等因素，组成完整而畅通的排水系统，以保证路基路面的整体稳定性和行通的排水系统，以保

52、证路基路面的整体稳定性和行车安全。车安全。 （5 5）技术经济评价：技术经济评价：对于多个比较方案，根据对于多个比较方案，根据已有的统计资料作结构设计可靠度分析，对使用年已有的统计资料作结构设计可靠度分析，对使用年限内的投资效益和社会效益等进行综合评价，选择限内的投资效益和社会效益等进行综合评价，选择最佳方案。最佳方案。主要内容包括如下几个方面：主要内容包括如下几个方面： 一、路面设计的任务一、路面设计的任务 路面设计工作的具体任务是路面设计工作的具体任务是：（：（1）交通量）交通量调查、分析与预测；（调查、分析与预测；（2）公路沿线自然因素调）公路沿线自然因素调查；（查；（3）选择路面结构层

53、原材料；（）选择路面结构层原材料；（4）路面）路面混合料配合比设计；（混合料配合比设计；（5）路面材料参数的测试）路面材料参数的测试与确定；（与确定；（6）路面结构组合设计与厚度计算；）路面结构组合设计与厚度计算；（7）路面排水系统设计和其他路面工程设计等；）路面排水系统设计和其他路面工程设计等；（8）路面结构方案的技术经济综合必选，提出）路面结构方案的技术经济综合必选，提出推荐方案；（推荐方案；（9）绘制路面结构图）绘制路面结构图 二、车辆荷载与交通调查二、车辆荷载与交通调查 1、车辆的分类、车辆的分类 汽车的总质量通过车轴与车轮传递给路面，汽车的总质量通过车轴与车轮传递给路面，所以路面结构

54、的设计主要以轴重作为荷载标准。所以路面结构的设计主要以轴重作为荷载标准。 2、路面设计使用的汽车参数、路面设计使用的汽车参数 车身的全部重力都是通过车轴上的车轮传给车身的全部重力都是通过车轴上的车轮传给路面，轴重的大小直接关系到路面结构的设计路面，轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度。承载力与结构强度。二、车辆荷载与交通调查二、车辆荷载与交通调查 3、汽车荷载对路面作用分析、汽车荷载对路面作用分析 在路面设计时，一般考虑车辆荷载的下列因素在路面设计时，一般考虑车辆荷载的下列因素（1）汽车在路面上有停驻、行驶、制动、转向等状态，随着汽车在路面上有停驻、行驶、制动、转向等状态，随着汽

55、车在路面上运动状态变化，车轮荷载的作用方向和作汽车在路面上运动状态变化，车轮荷载的作用方向和作用力大小也将有所变化；（用力大小也将有所变化；（2）汽车停驻在路面上只考）汽车停驻在路面上只考虑车轮对路面的垂直作用力虑车轮对路面的垂直作用力P；（；（3）汽车行驶时对路面）汽车行驶时对路面除了除了P还有水平力还有水平力Q；（；（4）汽车在不平整路面上还有振）汽车在不平整路面上还有振动力和冲击力动力和冲击力。二、车辆荷载与交通调查二、车辆荷载与交通调查 4、交通调查与轮迹横向分布、交通调查与轮迹横向分布 1）交通量调查：）交通量调查：单位时间内通过公路某一单位时间内通过公路某一横断面的往返车辆数称为交

56、通量。路面设计采横断面的往返车辆数称为交通量。路面设计采用年平均日（昼夜）交通量。用年平均日（昼夜）交通量。 2）轮迹横向分布规律：）轮迹横向分布规律：路面使用寿命不直路面使用寿命不直接与交通量发生关系，而是与车轮实际作用次接与交通量发生关系，而是与车轮实际作用次数（数（指在路面某一点上车轮碾压的实际次数指在路面某一点上车轮碾压的实际次数）有关。有关。二、车辆荷载与交通调查二、车辆荷载与交通调查 4、交通调查与轮迹横向分布、交通调查与轮迹横向分布 有研究发现：有研究发现：一是路面宽度内各部分经受的车轮碾一是路面宽度内各部分经受的车轮碾压次数不均等；二是路面中间部分车轮碾压概率值最大。压次数不均

57、等；二是路面中间部分车轮碾压概率值最大。 因此，因此，为了考虑以上因素影响，在路面设计时，必为了考虑以上因素影响，在路面设计时，必须对路面全宽范围车轮实际作用总次数乘上一个系数，须对路面全宽范围车轮实际作用总次数乘上一个系数，使之折算为相应于不同宽度（或不同车道数）的路面行使之折算为相应于不同宽度（或不同车道数）的路面行车最集中部分的车轮实际作用次数，该系数称为车最集中部分的车轮实际作用次数，该系数称为轮迹横轮迹横向分布系数（车道系数）。向分布系数（车道系数）。三、选定公路自然区划三、选定公路自然区划 我国幅员辽阔，各地自然条件和道路工程性我国幅员辽阔，各地自然条件和道路工程性质差异很大，为此

58、按自然条件大致相近划分为质差异很大，为此按自然条件大致相近划分为主，使在同一区划内从事公路规划、设计、施主，使在同一区划内从事公路规划、设计、施工及管理有许多共性因素可相互参照。我国现工及管理有许多共性因素可相互参照。我国现行的行的公路自然区划标准公路自然区划标准（JTJ003-86）分）分三三级区划：级区划：一级区划一级区划根据地理、地貌、气候、土根据地理、地貌、气候、土质等因素将我国划分为质等因素将我国划分为7个大区；个大区；二级区划二级区划以气以气候和地形为主导因素；候和地形为主导因素；三级区划三级区划则以行政区域则以行政区域作为界限。作为界限。三、选定公路自然区划三、选定公路自然区划

59、根据根据1987年交通部的年交通部的公路自然区划标准公路自然区划标准（JTJ003-86）分）分三级区划：三级区划： 一级区划一级区划根据地理、地貌、气候、土质等因根据地理、地貌、气候、土质等因素将我国划分为素将我国划分为7个大区；个大区； 二级区划二级区划以气候和地形为主导因素；以气候和地形为主导因素； 三级区划三级区划则以行政区域作为界限。则以行政区域作为界限。三、选定公路自然区划三、选定公路自然区划 一级自然区一级自然区 根据全国大范围内对公路根据全国大范围内对公路建设具有控制作用的地理建设具有控制作用的地理气候因素，并适当气候因素，并适当考虑土质和其他自然因素，将全国划分为冻土、考虑土

60、质和其他自然因素，将全国划分为冻土、温湿、干湿过渡、湿热、潮暖、干旱和高寒七温湿、干湿过渡、湿热、潮暖、干旱和高寒七个大区。个大区。 在该七个自然区内，路基路面结构设计应在该七个自然区内，路基路面结构设计应重点考虑的特点各不相同。重点考虑的特点各不相同。三、选定公路自然区划三、选定公路自然区划 （1）I区区 北部多年冻土区北部多年冻土区 该区北部为连续分布该区北部为连续分布的多年冻土，南部为岛状分布多年冻土。对于地沼地的多年冻土，南部为岛状分布多年冻土。对于地沼地带多年冻土层，应使路基下部保持冻结状态而不受到带多年冻土层，应使路基下部保持冻结状态而不受到大气热量的影响，保温是道路设计的重要原则