第五章路基设计与施工

第五章路基设计与施工第一页，共47页。

课程的具体内容路面工程部分路面结构组成、行车荷载、环境因素及材料的力学性质块料路面、碎砾石路面、无机结合料稳定材料路面沥青路面沥青路面设计水泥混凝土路面水泥混凝土路面设计第二页，共47页。四、路基路面工程建设相关的研究成果1）公路自然区划2）土的工程分类3）路基强度与稳定性4）高路堤修筑技术与支挡结构5）软土地基稳定技术6）岩石路基爆破技术7）沥青和水泥路面结构理论与设计方法8）路面使用性能、养护、管理与维修技术第三页，共47页。§1-2路基路面的特点及要求一、路基、路面的基本概念路基：是在天然地表面按照道路的设计线形（位置）和设计横断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面：是在路基顶面的行车部分，由各种混合料铺筑而成的层状结构物。第四页，共47页。路基是路面结构的基础。坚强而又稳定的路基为路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证；而路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。路基和路面相辅相成，实际上是不可分割的整体，应综合考虑它们的工程特点、综合解决两者的强度、稳定性等工程技术问题。第五页，共47页。路基路面是一项线性工程，公路沿线地形起伏，地质、地貌、气象特征多变，路基与路面工程复杂多变。工程技术人员必须掌握广博的知识，善于识别各种变化的环境因素，恰当地进行处理，建造出理想的路基路面工程结构。现代化公路运输，要求车辆能以一定的速度，安全，舒适而经济地在道路上运行，这就要求路面具有良好的使用性能，提供良好的行驶条件和服务条件第六页，共47页。二、路基路面工程的特点结构形式简单。路基工程土石方数量大。路面工程耗资多。工程复杂多变。作用的车辆荷载的随机性。材料差异性大，可靠性差。路基路面的损坏状态和原因，常是多种复杂的。影响因素多变、牵涉范围广、施工组织安排不易。第七页，共47页。第八页，共47页。三、路基路面的性能要求1.承载能力

包括强度和刚度两个方面。2.稳定性在地表上开挖或填筑路基，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

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。第九页，共47页。§1-3影响路基稳定性的因素1、地理条件2、地质条件3、气候条件4、水文和水文地质条件5、土的类别总之，地质条件是引起路基路面破坏的基本前提，水则是造成病害的主要原因。第十页，共47页。§1-4路基土的分类第十一页，共47页。分类的基本原则（1）应选用对土的工程性质、最能反映土的 基本属性和便于测定的指标作为分类依 据。（2）要有一定的逻辑性。（体系、简单易记）（3）应能反应土在不同工作条件下的特性。第十二页，共47页。1、土的分类标准公路用土一般根据土的颗粒粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量、土的塑性指标等进行划分；我国的公路用土依据土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机质存在的情况进行土类划分。土的种类：我国公路用土分类总体系包括巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类，并进一步细分为11种。一、路基土分类第十三页，共47页。2、土的粒组组成不同粒组的划分界限及范围

其中以0.074mm作为细粒组与粗粒组的分界，以60mm作为粗粒组与巨粒组的分界，而2mm是粗粒组中的砾与砂粒的区分界限，0.002mm是粘粒与粉粒的区分界限。一、路基土分类第十四页，共47页。3、各种土类的区分土类区分的依据一般以主成分粒组进行定义，控制主成分粒组的比例在50%以上；而特殊土则分为黄土、膨胀土、红粘土、盐渍土和冻土，前三者按特殊土塑性图上的位置定名，盐渍土按含盐百分率分类。碎石在土类中的位置碎石是人工开采的土类，一般与砾相近。第十五页，共47页。3、各种土类的区分第十六页，共47页。第十七页，共47页。二、各类土的工程性质1、巨粒土：强度和稳定性很高，是筑路的良好材料，也可用于砌筑边坡。2、级配良好的砾石混合料：除可填路基外，可用于中级路面或高级路面的基层、底基层。3、砂土：无塑性，强度与水稳性好，但粘结性小，易松散，可掺少量粘土，利于压实。4、砂性土：既有一定数量粗颗粒，又有一定数量的细粒，级配适宜，为理想的填料。第十八页，共47页。5、粉性土：毛细作用强烈，易造成冻胀翻浆，属于不良公路用土。6、粘性土：在适合含水量下应充分压实和在良好的排水条件下，筑成路基也能稳定。7、重粘土：不透水，粘聚力特大，塑性很大，干燥时很坚硬，施工难开挖与破碎。

作为路堤填料，砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料，重粘土也为不良材料。此外，还有一些特殊土类，如有特殊结构的土、含有机质的土以及易溶盐的土等，用以填筑路基时必须采取相应的技术措施。第十九页，共47页。§1-5公路自然区划一、区划目的

区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，便于道路工作者在路基路面结构类型选择以及设计、施工和养护中采取合适的设计参数和技术措施，保证路基路面的强度和稳定性。第二十页，共47页。二、区划原则以自然气候因素的综合性和主要性相结合为原则。1.道路工程特性相似性原则：即同一区划内，在同样自然因素下筑路具有相似性。2.地表气候区划差异性原则：即地表气候是地带性差异与非地带性差别的结果。3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则：即自然 气候变化是多种因素作用结果。但其中又有某些因素 起着主导作用。第二十一页，共47页。三、区划方法分三级区划：1.一级区划：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区；2.二级区划：在一级区划的基础上，以潮湿系数K（年降雨量R/年蒸发量Z）为主要指标（分6个等级），还考虑气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为33个二级区划和19个副区，共52个二级区划。3.三级区划：在二级区划基础上，由各地区根据当地具体情况再自行划定。第二十二页，共47页。全国公路自然区划图第二十三页，共47页。四、各自然区划的筑路特点Ⅰ区——北部多年冻土区：道路设计原则——保温。Ⅱ区——东部湿润季冻区：路面结构要突出——防冻胀 与翻浆。Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区：筑路的主要问题是黄土 的冲蚀与遇水湿陷。Ⅳ区——东南湿热区：筑路的主要问题是水毁、冲刷和 滑坡。Ⅴ区——西南潮暖：该区土基软湿，注意路基整体稳定 性。Ⅵ区——西北干旱区：气候干燥，可采用沥青混凝土层 解决砂石路面搓泥、松散。注意沙漠地区风蚀和沙埋。Ⅶ区——青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，且 沥青路面在日照下易老化。第二十四页，共47页。如不注意各区的筑路特点，则可能造成工程病害。由土体失稳造成的病害（一）第二十五页，共47页。由土体失稳造成的病害（二）第二十六页，共47页。

§1-6路基的水温状况及干湿类型一、路基湿度的来源1－大气降水，2－地面水，3－地下水，4－毛细水，5－水蒸气凝结的水，6－薄膜移动水2154 3

2地下水位第二十七页，共47页。二、水温状况变化对道路工程的影响

路基湿度除了水的来源之外，另一个重要因素是受当地大气温度的影响。由于湿度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并集聚在该处。这种现象在季节性冰冻地区最为严重。冻胀和翻浆就是路面在温度和湿度共同作用下产生的病害。第二十八页，共47页。冻胀与翻浆路面自由水位

毛细水路基冻胀过程冰晶体第二十九页，共47页。三、路基干湿类型第三十页，共47页。三、路基干湿类型第三十一页，共47页。1、土的稠度及其状态：稠度：ωc=(ωL-ω)/Ip（1）ωc＝1.0，即ω＝ωP时，为半固体与硬塑状的分 界值；（2）ωc

＝0，即ω＝ωL

时，为流塑与流动状的分界 值；（3）0＜ωc＜1，即ωP＜ω＜ωL时，土处于可塑状态。2、路基的干湿类型及划分 干燥、中湿、潮湿、过湿。 干湿类型由分界稠度ωC1、ωC2、ωC3来划分。 一般要求路基处于干燥与中湿状态，过湿状态的 路基必须处理。三、路基干湿类型第三十二页，共47页。四、路基干湿类型划分方法（1）已建公路：不利季节测定路床80cm内土层的含水 量，确定其平均稠度；按自然区划、土类查表确定 分界稠度；比较平均稠度与分界稠度，确定干湿类 型。平均稠度计算方法：于路槽底面以下80cm内，每10cm取土样测定其天然含水率、塑限含水率和液限含水率，按下式计算：第三十三页，共47页。与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。即：H1相对应于wc1，为干燥和中湿状态的分界标准；H2相对应于wc2，为中湿与潮湿状态的分界标准；H3相对应于wc3，为潮湿和过湿状态的分界标准。临界高度参考值（见教材P19）（2）新建公路：用路基的临界高度作为判别标准。新建道路时，按自然区划、土类查表确定分界路基临界高值，以此作为判别标准，与路基设计高度作比较，确定路基干湿类型。第三十四页，共47页。路基干湿类型路基平均稠度wc与分

界相对稠度的关系一般特性干燥wc

≥wc1路基干燥稳定，路面强度和稳定性不受地下水和地表积水影响。路基高度H≥H1中湿wc1>wc

≥wc2路基上部土层处于地下水或地表水影响的过渡带区内，路基高度

H2≤H<H1潮湿wc2

≥wc

≥wc3路基上部土层处于地下水或地表积水毛细影响区内，路基高度H3≤H<H2过湿wc

<wc3路基极不稳定，冰冻区春融翻浆，非冰冻区弹簧，路基经处理后方可铺筑路面，路基高度

H<H3原有公路新建公路第三十五页，共47页。讨论：路基干湿类型如何保证？

新建公路：路基处于设计阶段，如何保证路基满足规定的干湿类型？

已建公路：路基处于潮湿状态，如何使其满足干燥或中湿状态？第三十六页，共47页。§1-7路面结构及其层位功能一、路面横断面路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随道路等级不同而不同。二、横断面的形式1、槽式横断面形成方式：开挖，培槽2、全铺式横断面排水性路面考虑远期路面的改扩建低等级公路第三十七页，共47页。三、路拱横坡度路面表面应做成直线形或抛物线型的路拱。作用：为及时排出雨水，利于行车，需设路拱。取值：考虑雨水情况和行车速度确定i值。 高等级公路：常采用直线型或较小坡度。 低等级公路：一般采用抛物线型且横坡度较大。路肩横坡度比路面大1%，当采用与路面行车道相同结构时，应采用同一路面横坡度。第三十八页，共47页。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。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－土路肩第三十九页，共47页。面层：（区别于路面）基本特点：与外界直接接触作用与功能：结构性与功能性材料：水泥砼、沥青砼、沥青碎石混合料、砂砾或碎石掺土及块料铺筑工艺：面层有时分两层或三层第四十页，共47页。基本特点：

行车荷载扩散作用与功能：承重层，扩散应力，结构性功能材料：各种结合料铺筑工艺：厚度大时，可分两层或三层施工基层：（区别于路基）第四十一页，共47页。垫层基本特点：承上启下（土基与基层）功能要求：改善土基的温度和湿度状况，进一步扩散应力。材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定土。结构组成：一般为一层。第四十二页，共47页。一、路面类型【按照材料组成分类】土路面砂石路面块体路面沥青路面水泥路面复合式路面其他§1-8路面的等级与分类第四十三页，共47页。二、等级划分