路基路面工程第四版期末复习大总结主编黄晓明

./第一章概论第二节路基路面工程的特点与性能要求一、路基路面工程的特点路基：路基是在天然地表面按照道路的设计线性和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物路面：路面是在路基顶面用各种筑路材料铺设的层状结构物。二、路基路面工程的性能要求承载能力、稳定性、耐久性、表面平整度、路面抗滑性第三节路基路面结构及层位功能一、路基横断面填方路基结构0~30cm范围称为路床,30～80cm称为下路床,80~150cm称为上路堤,150cm以下称为下路堤。二、路面横断面槽式横断面、全铺式横断面四、路面结构分层及层位功能面层、基层、路基。面层：沥青面层材料主要考虑抗车辙和抗剪切基层：基层是是路面结构中的承重层,应具有一定的强度和刚度,并具有良好的抵抗疲劳破坏的能力垫层：水稳定性和隔温性能要好五、路面面层类型及适用范围沥青混凝土路面：高速公路、一级公路~四级公路水泥混凝土路面：高速公路、一级公路~四级公路六、路面分类按面层材料区分：水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面按力学特性区分：柔性路面〔沥青混凝土路面、复合式路面、刚性路面按基层材料类型及组合形式的不同,可将沥青混凝土路面划分为：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〔刚性基层沥青路面第四节路基路面结构的影响因素一、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、土的类别二、路基路面工程的环境因素路基土和路面材料的体积随路基路面结构内温度和湿度的升降而引起膨胀和收缩保持路基干燥的主要方法是设置良好的地面排水设施和路面结构排水设施路基路面结构的强度、刚度、及稳定性,在很大程度上取决于路基的湿度变化第五节公路自然区划区划的三个原则：道路工程特征相似的原则、地表气候区划差异性的原则、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则一、一级区划的主要指标"公路自然区划"分三级进行区划,一级区划是首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带,然后根据水热平衡和地理位置,划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒七个大区。二、二级划分的主要指标潮湿系数K第二章路基土的特性及设计参数第一节路基土的分类及工程特性一、路基土的分类巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土。土的颗粒组成特征用不同粒径粒组在土中的百分含量表示二、路基土的工程性质巨粒土：良好的路基材料,亦可用于砌筑边坡砾石混合料：填筑路基、铺筑中级路面,适当处理后可以铺筑高级路面的基层、底基层砂性土：理想的路基填筑材料粉性土：不良公路用土黏性土：筑成的路基能获得稳定三、路基填料的选择漂石、卵石〔巨粒土与粗砾石：性能评定为优,施工性评定为中土石混合料：性能评定为优,施工性评定为良砾类土、砂类土：性能评定为优,施工性评定为优粉质土：性能评定为差,施工评定为良黏质土：性能评定为良,施工性评定为良第二节路基水温状况及干湿类型一、路基湿度的来源大气降水、地面水、地下水、毛细水、水蒸气凝结水、薄膜移动水二、大气温度及其对路基水温状况的影响冻胀：积聚的水冻结后体积增大,使路基隆起而造成层面开裂即冻胀现象,形成冻胀。翻浆：经重车反复作用,路基路面结构产生较大变形,严重时,路基土以泥浆形式从涨裂的路面缝隙中冒出,形成翻浆。三、路基干湿类型路基按其干湿状态不同,分为干燥、中湿、潮湿、过湿四种。以分界稠度来划分干湿类型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四、路基土的基质吸力与饱和度基质吸力：压力势与重力式差值第三节路基的力学强度特性一、路基受力状况二、路基工作区在路基某一深度处,当车轮何在引起的垂直应力与路基土自重应力引起的垂直应力相比所占比例很小,仅为1/5~1/10时,该深度范围内的路基称为路基工作区。三、路基土的受力特性第四节路基的承载能力及材料参数一、路基的承载力参数路基回弹模量：反映路基所具有的部分回弹性质路基反应模量：表征路基的承载力加州承载比〔CBR：评定路基路面材料承载能力的指标第三章路基设计第一节路基概念及构造一、路基基本概念公路路基是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构筑物,是路面的基础,承受由路面传来的行车荷载并将其扩散至地基。高于原地面高程的填方路基称为路堤低于原地面高程的挖方路基称为路堑二、路基的类型与构造路堤、路堑、半填半挖路基三、路基附属设施取土坑与弃土堆、护坡道与碎落台、堆料坪与错车道第二节路基的主要病害类型及原因一、路基沉陷二、边坡塌方三、路基沿破面滑动五、防治措施：设计、排水、施工、防护与支挡第三节路基横断面设计一、路基宽度路基宽度为行车道路面及其两侧路肩宽度之和二、路基高度路基高度指的是路堤的填筑高度和路堑的开挖深度,是路基设计高程〔标高和原地面高程〔标高之差。三、路基边坡坡度路堤边坡、路堑边坡第五节路基边坡稳定性分析一、直线滑动面的边坡稳定性分析试算法、解析法二、折线滑动面的边坡稳定性分析剩余下滑力：三、曲线滑动面的边坡稳定性分析4.5H法、基于条分的极限平衡法原理、瑞典条分法、简化毕肖普法四、软土地基的地基稳定性分析临界高度的计算、路基稳定性的计算方法、五、浸水路堤的稳定性分析渗透水压力计算、假想摩擦角法、悬浮法、条分法六、路基边坡抗震稳定性分析震害与震力第七节路基排水设计地面排水、地下排水一、路基排水设施的构造与布置地面排水设施：边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽、倒虹吸与渡水槽、蒸发池边沟的横断面形式：梯形、矩形、三角形、流线型地下排水设施：盲沟、渗沟、渗水隧洞、渗井第四章路基防护与支挡结构设计第一节路基坡面防护一、坡面防护坡面防护主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷,减缓温差几湿度变化的影响,防止和延缓软弱岩土表面的风华、碎裂、剥蚀演变过程,从而保护路基边坡的整体稳定性,在一定程度上,还可兼顾路基美化和协调自然环境。常用坡面防护措施：植物防护、工程防护工程防护：砂浆抹面、勾缝、喷涂、石砌护坡、护面墙二、冲刷防护直接防护措施：植物防护、石砌防护、抛石与石笼防护、支挡结构物〔驳岸间接防护措施：丁坝、顺坝、格坝第二节支挡结构的类型和构造一、支挡结构的用途支挡结构包括：挡土墙、抗滑桩、预应力锚索二、支挡结构的类型和适用范围按支挡结构的位置不同分为：路堑挡土墙、路堤挡土墙、路肩挡土墙、山坡挡土墙按支挡结构的墙体材料不同：石砌挡土墙、混凝土挡土墙、钢筋混凝土挡土墙、砖砌挡土墙、木质挡土墙、钢板墙根据其结构形式和作用机理：重力式挡土墙、悬臂式挡土墙、扶壁式挡土墙、锚杆式挡土墙、抗滑桩、土钉墙、预应力锚索。三、支挡结构的构造墙身：墙背、墙面、墙顶、护栏排水设施：墙身排水、地面排水第三节挡土墙结构布置一、挡土墙的横向布置二、挡土墙的纵向布置三、挡土墙的平面布置第四节挡土墙结构的土压力计算一、作用在挡土墙上的力系按力的作用性质分为：主要力系、附加力、特殊力三、黏性土土压力计算1、等效内摩擦角；2、力多边形；四、不同土层的土压力计算五、有限范围填土的土压力计算六、被动土压力计算七、车辆荷载换算及计算参数八、浸水土墙土压力计算九、地震作用下土压力计算第五节挡土墙设计二、挡土墙的设计原则按照"极限状态分项系数法"进行设计三、挡土墙设计〔一挡土墙稳定性验算1.抗滑稳定性验算2.抗倾覆稳定性验算〔二基底应力及合力偏心距验算1.基础底面的压应力2.基底合力偏心距3.地基承载力抗力值〔三墙身截面强度验算1.强度计算2.稳定计算3.当e超过规定时,还可以利用玩去抗拉极限强度R进行验算或确定截面尺寸4.正截面直接受剪时验算四、增加挡土墙稳定性的措施〔一增加抗滑稳定性的方法1.设置倾斜基底2.采用凸榫基础〔二增加抗倾覆稳定性的方法1.展宽墙趾2.改变墙面及墙背坡度3.改变墙身断面类型五、重力式挡土墙第六章路基施工第一节概述一、路基施工的重要性二、路基施工的基本方法路基施工的基本方法,按其技术特点大致可分为：人工及简易机械化、综合机械化、水利机械化和爆破方法等。三、施工前的准备工作组织准备工作、技术准备工作、物质准备工作第二节路堤填筑与压实一、基本要求二、填挖方案1.路堤填筑2.机械化施工三、路基压实1.路基压实的意义与机理2.影响压实效果的主要因素内因：土质、湿度外因：压实厚度、压实功能3.机具选择与操作4.土基压实标准K：路基标准压实度第三节路堑开挖一、土质路堑纵向全宽掘进、横向通道掘进二、石方路堑爆破法、松土法第六章交通和在及路面设计参数第一节交通荷载及其对路面的作用三、汽车对道路的静态压力影响因素：〔1汽车轮胎的内压力Pi；〔2轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状；〔3轮载的大小四、运动车辆对道路的动态影响五、交通分析2.轴载组成3.轮迹横向分布：车辆在道路上行驶时,车轮的轨迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摆动,由于轮迹的宽度远小于车道的宽度,因而总的轴载通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置,也不可能平均分配到每一点上,而是按一定规律分布在车道横断面上,称为轮迹的横向分布。第二节标准轴载及轴载换算二、标准轴载道路路面设计所用的交通量与交通工程中的交通量有很大区别,交通工程中将混合交通量换算成为以小汽车或中型载重汽车为标准的交通当量。而路面设计中,一般选用一种轴载作为路面结构设计的标准轴载,其他各种轴载按照一定的原则转换成标准轴载。三、轴载换算1.轴载换算方法基本原则第一、换算以达到相同临界状态为标准；第二,对某一种交通组成,不论以哪种轴载标准进行换算,由换算所得轴载作用次数所计算的路面厚度应相同。2.沥青路面的轴载换算方法3.水泥混凝土路面的轴载换算方法四、累计标准轴载作用次数六、交通荷载分级由于不同等级的道路承受不同的交通荷载作用,为了判别道路承受荷载的轻重,现行《公路沥青路面设计规范》和《公路水泥混凝土路面设计规范》分别进行了交通荷载等级的划分。第三节路面材料设计参数一、无机结合料稳定材料1.无机结合料稳定材料的无侧限抗压强度2.无机结合料稳定材料的无侧限抗压回弹模量3.无机结合料稳定材料的简介抗拉强度〔劈裂强度4.无机结合料稳定材料的劈裂回弹模量5.无机结合料稳定材料的动态抗压回弹模量6.无机结合料稳定材料疲劳寿命二、沥青混合料1.沥青混凝土的抗压强度和抗压回弹模量2.沥青混凝土的劈裂试验3.沥青混凝土的弯曲试验4.沥青混凝土的单轴压缩动态回弹模量5.沥青混凝土四点弯曲疲劳寿命6.沥青混凝土的设计参数三、水泥混凝土材料1.水泥混凝土抗折强度和水泥混凝土抗折弹性模量2.水泥混凝土式样的钻取和劈裂试验3.水泥混凝土路面设计参数的取值四、级配碎石第七章路面基层第一节概述路面基层时路基面层体系中的重要组成部分,位于路基和路面面层之间,在路面结构中起着"承上启下"的作用。第二节碎石与级配碎石基层一、碎〔砾石的类型级配碎石、填隙碎石、水结碎石、未筛分碎石、石屑。二、碎〔砾石基层的力学特性1.碎、砾石基层的强度构成颗粒间的连接强度〔1纯碎石材料粒料表面的相互滑动摩擦；因剪切时体积膨胀二需克服的阻力；因里料重新排列而受到的阻力〔2土—碎〔砾石混合料第一种：不含或含很少细料的混合料,它的强度和稳定性依靠颗粒间摩阻力获得。第二种：含有足够的细料来填充颗粒间空隙的混合料第三种：含有大量细料,而粗颗粒之间的接触很少,集料仅仅是"浮"在细料之中。细料成分对碎石集料CBR的影响一般比对砾石的影响小。2.碎、砾石材料的应力—应变特性3.碎、砾石材料的形变积累三、普通碎石基层碎石基层的强度主要依靠石料的嵌挤作用以及填充结合料的黏结作用1.水结碎石基层2.泥结碎石基层3.泥灰结碎石基层4.填隙干压碎石基层四、级配碎〔砾石基层级配碎〔砾石基层,是由各种集料〔砾石、碎石,按最佳级配原理修筑而成的路面基层。级配碎〔砾石的强度由摩阻力和黏结力构成。1.级配碎〔砾石基层的厚度和材料2.级配碎〔砾石基层的施工开挖路槽——备料运料——铺料——拌和与整形——碾压——铺封层五、优质级配碎石基层第三节无机结合料稳定材料基层在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料包括水泥、石灰或工业废渣等和水,经拌和得到的混合料在压实与养生后的材料称为无机结合料稳定材料。无机结合料稳定材料具有稳定性好、抗冻性能强、结构本身自成板体等特点,但其耐磨性差,广泛用于修筑路面结构的基层和底基层。一、无机结合料稳定材料的物理力学特性1.无机结合料稳定材料的应力——应变特性2.无机结合料稳定材料的疲劳特性3.无机结合料稳定材料的干缩特性无机结合料稳定材料经拌合后,由于水分发挥和混合料内部的水化作用,混合料的水分会不断减少。由此发生的毛细管作用、吸附作用、分子间力的作用、材料矿物晶体或凝胶体间层间水的作用和碳化收缩作用等会引起无机结合料的体积收缩4.半刚性材料的温度收缩特性石灰土砂砾>悬浮式石灰粉煤灰粒料>密实式石灰粉煤灰粒料和水泥砂砾二、石灰稳定类基层在粉碎的土和原状松散的土〔包括各种粗、中、细粒土中掺入适量的石灰和水,按照一定技术要求,经拌和,在最佳含水量时摊铺、压实及养生,其抗压强度符合规定要求的路面基层称为石灰稳定类基层。适用于各级公路路面的底基层和二级以下公路的基层,不得用作二级和二级以上公路高级路面的基层。2.影响强度的因素〔1土质〔2灰质〔3石灰剂量〔4含水率〔5密实度〔6石灰土的龄期〔7养生条件3.石灰土基层的缩裂防治〔1控制压实含水率〔2严格控制压实标准<3>温缩的最不利季节是材料处于最佳含水率附近,且温度为0~10℃。因此施工要在当地气温进入0〔4干缩的最不利情况发生在石灰稳定土成型初期,因此,要重视初期养护,保证石灰土表面处于潮湿状态,严防干晒。〔5是会稳定土施工结束后要及早铺筑面层,使石灰土基层含水率不发生大变化,可减轻干缩裂隙。〔6在石灰稳定土中掺加集料〔砂砾、碎石等,使其集料含量为70%~80%,使混合料满足最佳组成要求,不但提高强度和稳定性,而且具有较好的抗裂性。防止基层裂缝的反射：〔1设置联结层〔2铺筑碎石隔离过渡层5.石灰土〔底基层的施工〔1备料：石灰土〔2混合料配合比〔3路拌法施工要求①摊铺②拌和与洒水〔4场拌〔或集中场拌法施工要求①拌和②摊铺〔5整型〔6碾压〔7养生6.碎〔砾石灰土〔底基层三、水泥稳定类基层在粉碎的土和原状松散的土〔包括各种粗、中、细粒土中掺入适量的石灰和水,按照一定技术要求,经拌和摊铺,在最佳含水率时压实及养护成型,其抗压强度符合规定要求,以此修建的路面基层称为水泥稳定类基层。水泥稳定类基层具有良好的整体性,足够的力学强度、抗水性和耐冻型。其初期强度较高,且随着龄期增长而增长,所以应用范围很广。2.影响强度的因素〔1土质〔2水泥的成分和剂量〔3含水率〔4施工工艺过程4.水泥稳定粒料施工〔1材料：水泥集料〔2混合料设计<3>施工要求①底基层准备②一般规定③拌和方法和摊铺④整型⑤碾压⑥接缝处理⑦养生及交通管制⑧养生期满验收合格后立即浇透层油四、工业废渣稳定基层公路上常用的工业废渣有：火力发电厂的粉煤灰和煤渣,钢铁厂的高炉渣和钢渣,化肥厂的电石渣以及煤矿的煤矸石等。石灰〔水泥稳定工业废渣基层具有水硬性,缓凝性,强度高,稳定性好,呈板体,且强度随龄期不断增加,抗水、抗冻、抗裂且收缩性小,适应各种气候环境和水文地质条件等特点。1.材料要求〔1石灰和水泥〔2废渣材料〔3粒料〔砾料3.石灰煤渣类基层4.石灰粉煤类基层〔2施工：材料——混合料设计——施工要求第八章沥青路面设计第一节概述一、沥青路面的基本特性〔1足够的力学强度,能够承受车辆荷载施加到路面上的各种力〔2一定的弹性和塑性变形能力,能承受应变而不破坏〔3与汽车轮胎的附着力较好,可保证行车安全〔4有高度减震性,可使汽车快速行驶,平稳而低噪声〔5不扬尘,且容易清扫和冲洗〔6维修工作比较简单二、沥青路面的损坏类型及其成因1.裂缝按其成因不同分为：纵向裂缝、横向裂缝、网状裂缝。横向裂缝：分为荷载型裂缝和非荷载型裂缝两大类。荷载型裂缝是由于车辆荷载引起的沥青面层拉应力超过其疲劳强度而断裂,一般由沥青路面结构的底面发生逐渐向上扩展至表面。飞鹤在型裂缝有两种情况：沥青面层缩裂和基层反射裂缝。网状裂缝：由于路面整体强度不足而引起的。2.车辙3.松散剥落4.表面磨光三、沥青路面的性能要求1.高温稳定性2.低温抗裂性3.耐久性4.抗滑能力第二节沥青路面的分类与特性一、沥青路面的分类1.按强度构成原理分类：密实型嵌挤型2.按施工工艺分：层铺法路拌法厂拌法3.根据沥青路面技术特性分类：〔英文缩写沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青贯入式、沥青表面处治二、沥青混合料空间结构与压实性能三、沥青混合料的力学特性1.密实悬浮结构2.骨架空隙结构3.密实骨架结构四、沥青混合料的黏弹性性质与力学模型1.粘弹性材料的基本性质〔图8-82.蠕变与松弛特性蠕变是当应力为一恒定值时,应变随时间逐渐增加的现象〔图8-10应力松弛是当应力为一恒定值时,应力随时间而衰减的过程。〔图8-113.基本流变模型麦克斯韦尔<Maxwell>模型、开尔文〔Kelvin模型、泽纳<Zener>模型4.沥青混合料的力学模型〔1Burgers模型〔2修正后的Burgers模型五、沥青混合料的变形特性1.蠕变试验2.应力松弛试验3.等应变速率试验4.动载试验5.沥青的劲度模量是一定时间〔t和温度〔T条件下,应力与总应变的比值。6.沥青混合料的劲度模量六、沥青混合料的强度特性1.剪切强度2.断裂强度3.临界应变第三节沥青路面使用性能和区分一、沥青路面的高温稳定性车辙是指沥青路面在行车荷载的反复作用下产生的永久变形的累积。推移、拥包、搓板等损坏主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足引起的。1.车辙的形成机理及影响因素〔1失稳性车辙〔2结构性车辙〔3磨耗性车辙车辙形成过程:〔1初始阶段的压实过程〔2沥青混合料的侧向流动〔3矿质集料的重新排列及矿质骨架的破坏2.沥青混合料高温稳定性评价方法〔1单轴压缩试验〔2马歇尔试验〔1948〔3蠕变试验〔4轮辙试验〔5简单剪切试验4.沥青路面车辙的防治措施二、沥青路面的低温抗裂性两种形式：气温骤降使面层收缩,温度应力超过抗拉强度造成开裂；温度疲劳裂缝。1.沥青路面低温开裂的机理沥青路面的低温开裂和温度下降引起的材料体积收缩有关,温度应力超过抗拉强度造成开裂。2.沥青混合料低温抗裂性能的评价方法〔1间接拉伸试验〔2直接拉伸试验〔3蠕变试验〔4约束试件温度应力试验〔5应力松弛试验〔6弯曲破坏试验3.沥青路面低温开裂的预防措施三、沥青路面的水稳定性1.沥青路面水稳性作用机理2.沥青路面水稳定性的评价方法煮沸试验、浸水马歇尔试验、冻融台座试验法、浸水间接拉伸试验、冻融劈裂试验、浸水车辙试验3.提高沥青路面水稳定性技术措施〔1完善路面结构排水系统。〔2沥青材料选择应考虑选取黏度大的沥青和表面活性成分含量高的沥青。〔3集料选择,在其他各项指标满足要求的前提下,尽量选择SIQ2含量低的碱性集料,若不可能得到碱性集料时,应掺加外掺剂,以改善粘附性,如消石灰、抗剥离剂等。〔4施工时保持集料干燥,无杂质,拌合充分,摊铺时不产生离析,碾压时保证达到压实要求等。四、沥青路面的疲劳性能2.影响沥青路面疲劳的因素〔1荷载条件〔2材料性质〔3环境条件3.沥青混合料疲劳寿命的预估方法〔1诺丁汉大学法〔2地沥青学会法五、沥青路面的抗老化性能1．沥青的老化过程〔1运输和储存过程的老化〔2拌合过程的热老化〔3施工期的老化2.沥青混合料老化试验和评价〔1短期老化的试验方法〔2长期老化的试验方法3.国产沥青混合料的老化性能六、沥青路面是哟高性能的气候分区表8-9、8-10第四节弹性层状体系理论基本假设与解题方法图8-33弹性层状体系示意图第五节沥青路面的破坏状态、设计指标和标准一、沉陷二、车辙三、疲劳开裂四、推移五、低温缩裂六、路面弯沉设计标准第六节沥青路面结构组合设计一、沥青面层结构表8-11〔英文缩写三、沥青路面垫层结构沥青路面垫层结构位于基层以下,主要用于路基状况不良的路段,以确保路面结构不收路基中滞留的自由水的浸蚀以及冻融的危害。垫层可分为：防水垫层；排水垫层、防污垫层、防冻垫层。四、沥青路面层间结合第七节我国沥青路面厚度设计我国沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的层状弹性体系理论,以路面回弹弯沉值和沥青混凝土层拉应力、半刚性及刚性材料基层拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。一、我国沥青路面设计指标与标准1.弯沉指标图8-9路表弯沉值计算图式式8-562.结构层底应力指标图8-40沥青混凝土层和半刚性材料层