路基路面工程概述ppt课件(PPT 78页)

1、路基路面工程Subgrade and Pavement Engineering张锐（副教授）第1页，共78页。第2页，共78页。第3页，共78页。第4页，共78页。第5页，共78页。第6页，共78页。第7页，共78页。主要内容(Contents)本课程的设置及其重要性第一章 概述(Introduction)第8页，共78页。 本课程的设置及其重要性 1、本课程在教学体系中的位置 公共课程数学、英语、人文 等 基础课程工程力学、结构力学、弹性力学 等 专业基础课程土木工程材料、测量学、土力学与土质学、水力学、交通工程基础等； 专业课程道路勘测设计、路基路面工程、桥梁工程、结构设计原理、基础工程

2、等 专业提高课程众多选修课程 第9页，共78页。 本课程的设置及其重要性2、本课程在工程实践中的重要性实践环节室内试验 确定路面结构设计的主要参数 等； 野外试验 确定交通参数、路面结构参数 等； 结构综合设计 进行路面结构设计、施工组织设计第10页，共78页。 本课程的设置及其重要性3、本课程的内容路基路面工程路基工程路面工程机场道基公路路基机场道面公路路面第11页，共78页。 课程的具体内容路基土的特性及设计参数(Characteristics and Design parameters)路基设计(Embankment Design)路基防护与支挡设计(design of retainin

3、g wall )路基施工(construction) 路基工程部分概论第12页，共78页。交通荷载及路面设计参数(ESAL and Parameters)路面基层(Base)沥青路面设计 (Asphalt Pavement Design)水泥混凝土路面设计(Cement Concrete Pavement Design)路面施工(Construction)路基路面养护与管理(Maintenance and rehabilitations) 路面工程部分 课程的具体内容第13页，共78页。第一章 概论第14页，共78页。第一章 概论(Introduction)第一节 路基路面工程发展概况(Dev

4、elopment)第二节 路基路面工程的特点与性能要求(Characteristics) 第三节 路基路面结构及层位功能(Pavement layers)第四节 路基路面结构的影响因素(Factors)第五节 公路自然区划 (Nature Categories)第15页，共78页。第一节 路基路面工程发展概况核心内容：道路的衍变道路的分类我国公路建设成果国家高速公路网命名路基路面建设的技术成果交叉学科的发展第16页，共78页。道路的发展可粗分为四个阶段：第一阶段：供行人和牛马及其他兽类行走、驮运货物的阶段。此时期的道路通常称为小路或小径(Trail)。第二阶段：供蓄力车辆和行人通行的大道(Ca

5、rt Way)阶段。在中国，有“康衢”、“路”、“驰道”、“驿道”等名称；在欧洲，罗马道路非常发达，有“条条大道通罗马”之说。1、道路的衍变第17页，共78页。古罗马道路和结构 1、道路的衍变第18页，共78页。第三阶段：行驶汽车的公路（Highway）阶段。内燃机汽车是德国在1886年由高特列希戴姆勒发明，我国在1902年从国外引进汽车，1906年苏元春驻守广西时首建了龙州到镇南关的公路。1、道路的衍变通向柏林的A9公路(东德)，使用时间超过50年，图中为第一阶段的水泥路面第19页，共78页。第四阶段：以高速度分车道行驶为特征的高速公路阶段。也称为Freeway或Expressway。1、道

6、路的衍变第20页，共78页。 道路是供各种车辆、行人等通行的工程设施，按其使用范围分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。 机场Airport 分类 干线公路： 国家干线 省干线 公路 县公路 乡公路 支线公路 分级 高速公路、一级公路 二级、三级、四级公路Highway公路 城市道路 快速路 主干道 次干道 支路及街道 其他道路2、道路分类厂矿道路林区道路第21页，共78页。7 条北京放射线9 条纵向路线18 条横向路线 到2020年，高速公路总规模约8.5 万公里，其中主线6.8 万公里，地区环线、联络线等其它路线约1.7万公里。3、我国公路建设成果高速公路“7918”网第22

7、页，共78页。3、我国公路建设成果普通国道网（2013年-2030年） 第23页，共78页。3、我国公路建设成果7条：北京哈尔滨（G1）、北京上海（G2）、北京台北（G3）、北京港澳（G4）、北京昆明（G5）、北京拉萨（G6）、北京乌鲁木齐（G7）9条：鹤岗大连（G11)、沈阳海口(G15)、长春深圳(G25)、济南广州(G35)、大庆广州（G45）、二连浩特广州(G55)、包头茂名(G65)、兰州海口(G75)、重庆昆明(G85) 18条：绥芬河满洲里（G10）、珲春乌兰浩特(G12)、丹东锡林浩特(G16)、荣成乌海(G18)、青岛银川(G20)、青岛兰州(G22)、连云港霍尔果斯(G30

8、)、南京洛阳(G36)、上海西安(G40)、上海成都(G42)、上海重庆(G50)、杭州瑞丽(G56)、上海昆明(G60)、福州银川(G70)、泉州南宁(G72)、厦门成都(G76)、汕头昆明(G78)、广州昆明(G80)此外，国家高速公路网还包括辽中环线、成渝环线、海南环线、珠三角环线、杭州湾环线等共5条地区环线，2段并行线和37段联络线。高速公路“7918”网第24页，共78页。3、我国公路建设成果第25页，共78页。3、我国公路建设成果第26页，共78页。3、我国公路建设成果229.51万km中有64.19万km沥青229.51万km中有165.32万km水泥简50.35万km 143.

9、89万km 有铺装+简易铺装279.86万km+未铺装149.07万Km=总里程423.75万Km 2012年底资料第27页，共78页。4、国家高速公路网命名数字及数字与字母编号首都放射线编号为1位数，由正北开始按顺时针方向升序编排，编号区间为19。纵向路线编号为2位奇数，由东向西升序编排，编号区间为1189。横向路线编号为2位偶数，由北向南升序编排，编号区间为1090。并行路线的编号采用主线编号后加英文字母“E”、“W”、“S”、“N”组合表示；“E”、“W”、“S”、“N”分别表示并行路线在主线的东、西、南、北方位。地区环线的编号按照由北向南的顺序排列，编号区间为9199。第28页，共78

10、页。5、路基路面建设的技术成果公路自然区划土的工程分类路基强度与稳定性高路堤修筑技术与支挡结构软土地基稳定技术岩石路基爆破技术沥青路面结构水泥混凝土路面结构沥青路面设计理论与方法水泥混凝土路面设计理论与方法半刚性基层沥青路面结构沥青路面材料组成设计路面使用性能与表面特性绿色道路路面建设技术路面养护管理第29页，共78页。6、交叉学科的发展材料科学岩土工程学结构分析理论机电工程自动控制与量测技术现代管理科学节尾第30页，共78页。第二节 路基路面的工程特点核心内容路基路面的工程特点路基路面的使用要求路基路面的性能要求第31页，共78页。路线长、工程量大；沿线地形起伏变化大，地质、地貌、气象特征多

11、变；沿线经济程度和交通特点不一样。 1、路基路面的工程特点第32页，共78页。全天候畅通高速安全舒适经济即：结构与功能两个方面要求 2、路基路面的使用要求第33页，共78页。 公路路基是路面的基础，是公路工程的重要组成部分，它是按照路线位置和一定的技术要求修筑的带状构造物，与路面共同承受交通荷载的作用。作为路面的支承结构物，路基必须具有足够的强度、稳定性和耐久性(Strength, Stability, Durability)。（1）路基工程 3、路基路面的性能要求一般路基冻土区通风管路基第34页，共78页。（1）路基工程-冻土冻土区路基冻土区冻土区冻土区第35页，共78页。（1）路基工程-防

12、护与加固冻土区铁路路基路基防护第36页，共78页。（1）路基工程-防护与加固第37页，共78页。 公路路面是直接承受交通荷载、大气温度及雨水作用的结构，应具有良好的稳定性和足够的强度、刚度，其表面还应满足平整、抗滑和排水的要求。因此，公路路面应根据交通量及其组成情况和公路等级、使用任务、功能、当地材料及自然条件，结合路基进行综合设计。 各级公路的行车道、路缘带、匝道、变速车道、爬坡车道、硬路肩和应急停车带等均应铺筑路面。（2）路面工程 3、路基路面的性能要求第38页，共78页。1.承载能力 (Bearing Capacity) 包括强度和刚度两个方面。2.稳定性 (Stability) 在地表

13、上开挖或填筑路基，会改变原地面地层结构的受力状态，从而造成路基失稳；大气降水、大气周期性变化对稳定性的影响。3.耐久性( Durability) 道路工程有较长的使用年限，因此路基路面工程要求有很好的耐久性能。4.表面平整度 (Surface Smoothness) 是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。5.表面抗滑性能 (Skid Resistance) 保证车轮与路面之间有足够的附着力和摩擦力，以增加行车安全。 3、路基路面的性能要求节尾第39页，共78页。第三节 路基路面结构及层位功能核心内容路基横断面路面横断面路拱横坡度路面结构分层及层位功能路面面层类型及适用范围路面分

14、类第40页，共78页。1、路基横断面第41页，共78页。1、路基横断面第42页，共78页。1、路基横断面第43页，共78页。1、路基横断面图14d 城市道路典型路基横断面第44页，共78页。2、路面横断面槽式横断面全铺式横断面第45页，共78页。3、路拱横坡度形式：一次式：直线形、折线形 二次式：2次抛物线形， 三次式：3次线形方程目的：为了保证路面上雨水及时排出，减少雨水对路面的浸润和渗透而减弱路面结构强度，路面表面应做成直线形或抛物线形的路拱。 要求：第46页，共78页。4、路面结构分层及层位功能面层基层垫层（必要时）路基沥青混凝土路面沥青混凝土路面水泥混凝土路面 （1）路面分层第47页，

15、共78页。面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响，因此，同其他层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性，且应耐磨、不透水，表面还应有良好的抗滑性与平整度。基层（含底基层）：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的路基（含垫层及土基），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有足够的水稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。4、路面结构分层及层位功能 （2

16、）路面各层的要求第48页，共78页。 4、路面结构分层及层位功能垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形。按其作用可分为排水层、隔离层、防冻胀层等。路基处于下列状况的路段应设置垫层：地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿状态的路段；排水不良的土质路堑；有裂隙水，泉眼水等水文不良情况的岩石挖方路段；季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段；基层可能受污染的路段。（2）路面各层的要求第49页，共78页。4、路面结构分层及层位功能（2）路面各层的要求第50页，

17、共78页。面 层基 层路 基上路床下路床上路堤下路堤上基层下基层（底基层）上面层（表面层）中面层下面层30cm50cm70cm2040cm45cm56cm68cm7080cm（3）沥青路面分层4、路面结构分层及层位功能第51页，共78页。面 层基 层路 基上路床下路床上路堤下路堤上基层下基层（底基层）砂石材料改良土或改善土水泥混凝土级配碎石CTB、LFTB改良土或改善土（4）水泥路面分层4、路面结构分层及层位功能第52页，共78页。沪宁高速拓宽铣刨断面4、路面结构分层及层位功能第53页，共78页。5、路面面层类型及适用范围面 层 类 型适 用 范 围沥青混凝土路面高速公路、一级公路、二级公路、

18、三级公路、四级公路水泥混凝土路面高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路沥青贯入路面沥青碎石路面沥青表面处治路面三级公路、四级公路砂石路面四级公路第54页，共78页。6、路面分类柔性基层沥青路面半刚性基层沥青路面组合式基层沥青路面复合式路面（或刚性基层沥青路面）水泥混凝土路面节尾第55页，共78页。第四节 路基路面结构的影响因素核心内容路基路面稳定性影响因素路基路面工程的环境因素影响第56页，共78页。1、路基路面稳定性影响因素地理条件地质条件气候条件水文和水文地质条件土的类别第57页，共78页。地形地貌海拔高度路线与地势地貌的结合程度（1）地理条件第58页，共78页。岩石或土的种类与

19、成因地质走向与层理有无软弱层或软弱夹层有无地震、泥石流或岩溶等不良地质情况（2）地质条件第59页，共78页。气温（季节性与地形性）降水日照风力风向（3）气候条件第60页，共78页。地表水的水文条件1）地表积水水位与存水时间 2）地表水的排泄 3）河流的常水位与洪水水位 4）河流的河岸及河床的淤积地下水的水文条件 1）地下水的移动规律 2）地质内的层间水、裂隙水、泉水的存在情况（4）水文条件第61页，共78页。1）土的不同颗粒组成形成不同的材料强度机理2）不同类别的土受水温影响的程度不同2）不同的土类有不同的工程特征与性质（5）土的类别第62页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响路基路面结

20、构的温度和湿度状况变化第63页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响大气温度的年周期变化和日周期变化第64页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响大气温度的年周期变化和日周期变化第65页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响路面结构内温度随深度的分布状况第66页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响路面结构内温度随深度的分布状况第67页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响路面结构内温度随深度的分布状况第68页，共78页。2、路基路面工程的环境因素影响分析方法：路面结构内的温度和湿度状况，可通过在外部和内部影响因素之间建立联系的方法来预估。这种方法有两类，即统计方法和理论方

21、法。 统计方法（公式）Tmax=a+bTamax+cQ 理论方法采用有限元技术进行分析与计算热传导理论分析法节尾第69页，共78页。第五节 公路自然区划道路工程特征相似的原则地表气候区划差异性原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则1、公路区划依据的意义2、公路区划依据的原则第70页，共78页。3、一级区划指标1、全年均温-2等值线。在一般情况下，地面大气温度达到-2时，地面土开始冻结。因此，它是区分多年冻土和季节冻土的界线。2、一月份均温0等值线。是区分季节冻土和全年不冻的界线。3、我国地势的三级阶梯的两条等高线。第71页，共78页。4、二级区划指标二级区划仍以气候和地形为主导因素，但具体标志与一级区划有显著差别。二级区划因区而异，将一级区划指标具体化或加以补充，分为六个等级，主要指标是潮湿系数K。结合各个大区的地理、气候特征(如雨季、冰冻深度)地貌类型，自然病害等因素。 第72页，共78页。我国的公路自然区划分为三级：一级区划按多年冻土、季节冻土及全年不冻土三大地带考虑冰冻、水热平衡和地理位置分为北部多年冻土区、东部温润季冻区、黄土高原干湿过渡区、东南湿热区、西南潮暖区、西北干旱区和青藏高寒区等七个大