路面工程总论汇总

1、第8章路面工程总论第8.1 路面的使用性能及对路面的要求第8.2 路面的结构及组成第8.3 路面面层的适用范围与分类第8.4 行车荷载对路面结构的作用第8.5 温度和湿度对路面结构的影响2 2、结构性能、结构性能 路面保持其结构完好而不出现损坏的能力路面保持其结构完好而不出现损坏的能力。 （1 1）断裂和裂缝。路面结构整体性遭到破坏。）断裂和裂缝。路面结构整体性遭到破坏。 （2 2）永久变形类。保持整体性，形状发生改变。）永久变形类。保持整体性，形状发生改变。 (3) (3)耗损类。耗损类。 表面材料散失或磨损。表面材料散失或磨损。 沥青路面的损坏类型及成因沥青路面的损坏类型及成因1 1、裂缝

2、裂缝纵向裂缝纵向裂缝 longitudinal cracking沥青路面的损坏类型及成因沥青路面的损坏类型及成因2 2、车辙车辙定义定义：路面结构及土基在行车荷载作用下的补充压实，：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。车以及结构层中材料的侧向位移产生的累积永久变形。车辙是高级沥青路面的主要破坏型式。辙是高级沥青路面的主要破坏型式。原因原因：渠化交通；沥青混合料高温塑性变形累积；结构：渠化交通；沥青混合料高温塑性变形累积；结构层材料的变形累积。对于半刚性基层沥青路面，车辙主层材料的变形累积。对于半刚性基层沥青路面，车辙主要发生在面层内。要发生在

3、面层内。松散剥落松散剥落定义定义：沥青从矿料表面脱落，荷载作用下面层呈现松：沥青从矿料表面脱落，荷载作用下面层呈现松散现象，继而将出现坑槽破坏。散现象，继而将出现坑槽破坏。原因原因：沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、石料潮湿：沥青与矿料黏附性差（沥青粘性差、石料潮湿等）；沥青在施工中过度加热老化；水的作用。等）；沥青在施工中过度加热老化；水的作用。表面磨光表面磨光定义定义：沥青路面在使用过程中，集料表面被逐渐磨光，：沥青路面在使用过程中，集料表面被逐渐磨光，同时伴随沥青泛出，使得沥青面层表面光滑。同时伴随沥青泛出，使得沥青面层表面光滑。原因原因：集料软弱，宏观纹理和微观构造小；级配不当，：集料软

4、弱，宏观纹理和微观构造小；级配不当，粗料少，细料多；用油量偏大；沥青稠度太低等。粗料少，细料多；用油量偏大；沥青稠度太低等。6、足有足够的不透水性。7、具有低噪声及低扬尘性。8.28.2路面结构及其层位功能路面结构及其层位功能一、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。随路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随 道路等级不同而不同。道路等级不同而不同。 1 1、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 2 2、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建考虑远期路面的改扩建 低等级公路低等级公路路 面 横 断 面 形

5、 式 a) 槽式； b）全铺式 1路面；2土路肩； 3路基；4路缘石（侧石）； 5加固路肩路面横断面图路面横断面图 四、路面结构分层及层位功能四、路面结构分层及层位功能 行车荷载和自然因素对路面的影响，随深度的增加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，所以路面结构常分层铺筑，划分为面而逐渐减弱，所以路面结构常分层铺筑，划分为面 层、基层、垫层。层、基层、垫层。路面结构层次划分示意图 i路拱横坡度；1面层；2基层（有时包括底基层）；3垫层；4路缘石； 5加固路肩；6土路肩面层：面层：【区别于路面区别于路面】 基本特点：与外界直接接触基本特点：与外界直接接触 作用与功能：结构性

6、与功能性作用与功能：结构性与功能性 材料：水泥砼、沥青砼、沥青碎石混合料、砂砾或碎石材料：水泥砼、沥青砼、沥青碎石混合料、砂砾或碎石 掺土及块料掺土及块料 铺筑工艺：面层有时分两层或三层铺筑工艺：面层有时分两层或三层 基层 基本特点：基本特点： 行车荷载扩散行车荷载扩散 作用与功能：作用与功能： 承重层，承重层， 扩散应力，扩散应力， 结构性功能结构性功能 材料：各种结合料材料：各种结合料 铺筑工艺：铺筑工艺： 厚度大时，可分两厚度大时，可分两层或三层施工层或三层施工 垫层 n基本特点：承上启下基本特点：承上启下（路基与基层）（路基与基层） n功能要求：改善路基的功能要求：改善路基的温度和湿度

7、状况，进一温度和湿度状况，进一步扩散应力。步扩散应力。 n材料类型：水稳定性和材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或隔温性好的松散材料或稳定土。稳定土。 n结构组成：一般为一层结构组成：一般为一层。一、路面类型一、路面类型 【按照材料组成分类】 n土路面 n砂石路面 n块体路面 n沥青路面 n水泥路面 n复合式路面 n其他二、等级划分 按使用土质、材料组成及结构强度与稳定性，路面分为四级 路面等级路面等级 面层类型面层类型 所适用的公路等级所适用的公路等级 高级高级 水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青水泥混凝土、沥青混凝土、厂拌沥青碎石、整齐石块或条石碎石、整齐石块或条石 高速、一级、二级高速

8、、一级、二级 次高级次高级 沥青贯入式、路拌沥青碎石、沥青表沥青贯入式、路拌沥青碎石、沥青表面处治、半整齐石块面处治、半整齐石块 二级、三级二级、三级 中级中级 泥结或级配碎砾石、水结碎石、不整泥结或级配碎砾石、水结碎石、不整齐石块、其它粒料齐石块、其它粒料 三级、四级三级、四级 低级低级 各种粒料或当地材料改善土，如炉渣各种粒料或当地材料改善土，如炉渣土、砾石土和砂砾土等土、砾石土和砂砾土等 四级四级 分类分类 路面结构路面结构 结构特点结构特点 柔性路面柔性路面 各种未经处理的粒料基层各种未经处理的粒料基层和各种沥青面层、碎石面和各种沥青面层、碎石面层或块石面层组成层或块石面层组成 总体结

9、构刚度小，弯沉较大，抗弯总体结构刚度小，弯沉较大，抗弯拉强度低；靠抗压和抗剪强度承受拉强度低；靠抗压和抗剪强度承受荷载荷载 刚性路面刚性路面 水泥混凝土作面层或基层水泥混凝土作面层或基层 抗弯拉强度高，较大的刚性，弯沉抗弯拉强度高，较大的刚性，弯沉较小；靠混凝土的抗弯拉强度承受较小；靠混凝土的抗弯拉强度承受荷载荷载 半刚性路半刚性路面面用水泥、石灰等无机结合用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎（砾）石料处治的土或碎（砾）石及含有水硬性结合料的工及含有水硬性结合料的工业废渣修建的基层和沥青业废渣修建的基层和沥青面层面层 前期具有柔性路面的力学性质，后前期具有柔性路面的力学性质，后期强度和刚度较大

10、幅度增长，但仍期强度和刚度较大幅度增长，但仍远小于水泥混凝土。远小于水泥混凝土。 刚性路面、柔性路面和半刚性路面，这种以力学特性为标准刚性路面、柔性路面和半刚性路面，这种以力学特性为标准的分类方法主要是为了从功能原理和设计方法出发进行区分，并的分类方法主要是为了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。没有绝对的定量分界界限。 行车荷载行车荷载研究行车荷载的原因研究行车荷载的原因：1 1、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成、汽车是路基路面的主要服务对象，又是造成路基路面结构损坏的主要成因。路基路面结构损坏的主要成因。 2 2、汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、汽车对

11、路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量持续时间、在使用期内行车的变化情况及数量影响路面的使用性能。影响路面的使用性能。 要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进要做好路基路面结构设计，必须对行车荷载进行分析。行分析。 行车荷载的主要研究内容：车辆的种类；车辆的种类； 汽车的轴型；汽车的轴型； 汽车对道路的静态压力；汽车对道路的静态压力； 运动车辆对道路的动态影响；运动车辆对道路的动态影响； 交通分析。交通分析。一、车辆的种类道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。客车客车：小客车、中客车、大客车；：小客车、中客车、

12、大客车；货车货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。u汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构路面结构设计设计主要以主要以轴重轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的对路面的表面特性表面特性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。求。二、汽车的轴（轮）型汽车的重量通过车轴上的车轮作用于路面汽车的重量通过车轴上的车轮作用于路面 因此，路面结

13、构设计而言，因此，路面结构设计而言，应特别重视轴或应特别重视轴或 轮重和其作用次数轮重和其作用次数，而不是汽车种类和数量。，而不是汽车种类和数量。整车类：前轴、后轴。整车类：前轴、后轴。 u 牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：牵引式半拖车类：牵引车：前轴、后轴；拖车：后轴（单轴或双轴）。后轴（单轴或双轴）。 u 拖车类：由一辆或多辆组成，各配有前后二根拖车类：由一辆或多辆组成，各配有前后二根单轴或单前轴和双后轴。单轴或单前轴和双后轴。 轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力轴载的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度。各个国家均对轴重的最大限度有与结构强度。各个国家均对轴重的最

14、大限度有明确的规定。明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中我国公路与城市道路设计规范中均以均以100kN100kN作为标准轴重。作为标准轴重。目前我国公路是行目前我国公路是行使的车辆，后轴轴载一般在使的车辆，后轴轴载一般在6060130kN130kN范围内。范围内。 u 汽车货运朝大型重载方向发展，货车的汽车货运朝大型重载方向发展，货车的总重量有总重量有 增加趋势，超载运输问题在我增加趋势，超载运输问题在我国日益突出。国日益突出。 要发展多轴多轮。要发展多轴多轮。 u对对超载超载的定义：的定义：20002000年年2 2月，交通部月，交通部超超限运输车辆行驶公路管理条例限运输车辆行驶公路管理

15、条例规定：规定：“单轴（每侧单轮胎）载质量单轴（每侧单轮胎）载质量6000kg6000kg，单，单轴（每侧双轮胎）载质轴（每侧双轮胎）载质 量量10000kg10000kg，双联，双联轴（每侧双轮胎）载质量轴（每侧双轮胎）载质量 18000kg18000kg。”附附则第二十九条规定，单轴轴载最则第二十九条规定，单轴轴载最 大不得大不得超过超过13000kg13000kg。某某 高高 速速 公公 路路 上上 重重 载载 交交 通通 车车 辆辆某某 路路 上上 的的 载载 重重 车车 队队n在重载交通条件下，沥青路面主要损害类型表现在重载交通条件下，沥青路面主要损害类型表现 为行车道轮迹带车辙与裂

16、缝为行车道轮迹带车辙与裂缝( (龟裂与纵向裂缝龟裂与纵向裂缝) )； 若上述裂缝得不到即使的养护维修，在水的作用若上述裂缝得不到即使的养护维修，在水的作用 下将进一步发展为松散或坑槽等水损害。下将进一步发展为松散或坑槽等水损害。松散、坑槽松散、坑槽严重严重 三、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、水行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、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

17、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。 轮胎轮胎/ /路面接触面与接触应力路面接触面与接触应力轮迹 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，接触形状为圆形， 接触面上的压力为均匀分布接触面上的压力为

18、均匀分布 即即将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，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胎接触压力并采用轮胎内压作为轮胎接触压力p p。 四、汽车对路面的动态影响： 1、水平力 -纵向滑移路面附着系数 公路一般不考虑水平力 城市道路计算水平力，剪应力破坏转弯减速制动正常加速起动静止MAXQP 2、轮载的动态变动 ：呈正态分布 影响系数 （变异系数） 冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比 ： Kd=P动/P静 v50Km/h Kd1.3 3、轮载作用的瞬时性 :v=60Km/h S=0.01-0.03s平整度行车速度车辆振动特性滞后性滞后性五、交通分析：五、交通分析： 1、交

19、通量：指一定的时间间隔内各类车辆通过某一道路横断、交通量：指一定的时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。面的数量。 a、初始年平均日交通量、初始年平均日交通量 b、交通量年平均增长率、交通量年平均增长率 c、设计年限内累积交通量、设计年限内累积交通量 1365 11teNN1365 11teNNiNN3651i=1=/3653 3）轴载的换算）轴载的换算轴载换算的基本原则：等效破坏原则：同一种路面结构在不同轴载作用下在使用末期达到相同的损伤程度（破坏状态）；等厚度原则：用不同标准轴载设计的路面结构厚度相同。3 3）轴载换算系数公式：）轴载换算系数公式：()nsiiisNPNP3、轮迹横向

20、分布：、轮迹横向分布： 1） 车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心车辆在道路上行驶时候，车轮的轮迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摇摆，并按一定的规律分布在车道横线附近一定范围内左右摇摆，并按一定的规律分布在车道横断面上，称为车轮的横向分布。断面上，称为车轮的横向分布。 2）轮迹横向分布频率曲线影响因素：）轮迹横向分布频率曲线影响因素： 交通量、交通组成、车道宽度、交通管制。交通量、交通组成、车道宽度、交通管制。 113651teNN 环境因素的影响环境因素的影响 直接暴露于大气中，受温度、湿度影响大直接暴露于大气中，受温度、湿度影响大 温度湿度变化温度湿度变化体积变化体积变化

21、胀缩应力胀缩应力破坏破坏沥青面层日温度变沥青面层日温度变化曲线大于气温化曲线大于气温 水泥混凝土面水泥混凝土面层温度日变化层温度日变化一一 、路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间联系来、路面结构内温度变化可通过外部和内部影响因素之间联系来预估。预估。 方法方法1： 统计方法统计方法 路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测，收集当地气象路面结构层不同深处埋设测温元件连续观测，收集当地气象资料（气温、辐射热），对记录的路面温度和气象因素进行逐年资料（气温、辐射热），对记录的路面温度和气象因素进行逐年回归分析。回归分析。 特点：不包含所有复杂因素，精度有地区局限性，只可特点：不包含所有复杂

22、因素，精度有地区局限性，只可在条件相似的地区参考使用。在条件相似的地区参考使用。方法方法2： 理论法理论法 应用热传导理论方程式推导出。应用热传导理论方程式推导出。 各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度各种气象资料和路面材料热物理特性参数组成的温度预估方程。预估方程。 特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与特点：参数确定难度大，理论假设理想化，结果与实测有一定的误差。实测有一定的误差。温度、湿度温度、湿度 对路基的影响：北方对路基的影响：北方 冻胀翻浆冻胀翻浆 南方南方雨季积水湿软路基雨季积水湿软路基 Tmax 路面某一深度处的最高温度，路面某一深度处的最高温度，； Ta.max相应的日最高气温，相应的日最