路基路面工程教案

路基路

YICAIWNGB'AN

GHAM2020YEAR-

一CAL-FEN

以洵旗诧

路基路面工程

教

案

专业：交通工程专业

姓名：尹振羽

2

教学要求

1对于知识性较强、内容重要的章节采用以板书为主，做到把路基路面工

程的基本知识讲清楚，学生学的扎实，及时布置课堂作与课后作业。

2对于书中内容繁杂的部分，采用课堂授课与课后自学相结合的形式，要

求学生在课后自学完成部分，提交自学总结报告。

3对于实践性较强的施工部分，在本课程建设中采用多媒体进行教学，将

路基施工、基层施工及面层施工过程录制教学图片，节省教学时间，加大授课

的信息量，提高教学速率，同时还提高了学生的学习效果。

4对于《路基路面工程》课程的考核方法，力求做到尽可能综合反应学生

的整体素质，主要从两个方面对教学效果评价方式进行改革。一是作业形式的

改革，课后作业中的基本理论题与计算题，按传统的方式以书面形式完成。针

对现在教材中测定学生综合素质的作业缺少的情况，依据课程进展情况布置课

后调研论文型题目，比如沥青路面施工部分，可让学生自主学习，利用图书馆

和计算机网络查阅资料，总结世界先进的沥青路面施工工艺，提交自学总结和

调查报告。二是考试采用闭卷与开卷相结合的方式，开卷考试能够体现学生的

理解深度和掌握程度，在培养学生的自学能力方面有不可替代的优势。本课程

开卷考试避免出现加大题量，多选用能综合体现学生学习深度和广度方面的内

容，增加是非题、与实际工程密切相关的论述题等，培养学生联系实际、思考

与解决问题的能力，使学生的成绩能够真正体现其综合素质。

3

教学安排

教学内容学时讲授学时实践学时

144

总论

244

行车荷载、环境因素、材料力学性质

322

一般路基设计

466

路基边坡稳定性设计

522

路基防护与加固

644

挡土墙设计

7222

路基路面排水设计

822

土质路基施工

944

无机结合料稳定路面

10442

沥青路面

1166

沥青路面设计

12442

水泥混凝土路面

1366

水泥混凝土路面设计

总计60546

4

第一章总论

教学目标

掌握路基路面工程特点，路面结构基层位功能；熟悉路基的水温状况及干

湿类型，路面的等级与分类；了解影响路基路面稳定的因素，公路自然区划，

路基土的分类；

重点：路面结构基层位的基本概念、功能。

§1-1道路工程发展概况

一、古代道路发展概况

1.道路：

4000多年前：车和行车的路

商代：驿道传送

西周：以都市为中心

秦代：大修驰道、直道

西汉：驿亭3万处

唐代：以长安为中心的驿道网

清末：修建了简陋的公路

1912-1949：13万km,通车8万km

2.路面结构：

我国古代：条石、块石和石板

欧洲：石料

20世纪：形成新的学科分支

二、我国路基路面工程的成果

1.公路自然区划：7大区

2.士的工程分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土

3.路基强度与稳定性

以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标。

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.沥青路面结构：

60年代初，揭开了用国产沥青筑路的序幕。

早期的沥青路面薄层表面处治层。

70年代末，逐步形成了以贯入式路面为主的沥青路面承重结构。

80年代末采用总厚度超过70cm的重型沥青路面结构。

5

形成了沥青路面整套技术。

8.水泥混凝土路面结构：

70年代中期，采用水泥混凝土路面结构。

在我国形成丁关于水泥混凝土路面结构的整套技术。

9.柔性路面设计理论与方法：

在力学理论基础方面，建立了弹性力学多层结构承受多个圆形荷载的分析

系统。

10.刚性路面设计理论与方法：

在力学基础理论方面，运用解析法及有限元法建立弹性力学层状结构，弹

性地基板体结构模型。

11.半刚性路面结构:一种主要的结构型式。

12.路面使用性能与表面特性：

路面的平整度、破损程度、承载能力及抗滑性能。

13.路面养护管理：

路面管理网络系统、项目和路网级优化管理决策。

三、引起重视的学科

1.材料科学：材料微观结构研究，复合材料研究。

2.岩土工程学：土力学、岩石力学、地质学、土质学、水文地质学等。

3.结构分析理论：设计由经验为主演变成以结构分析理论为主。

4.机电工程：施工装备的性能与施工工艺。

5.自动控制与量测技术：在施工过程中严格控制各项指标。

6.现代管理科学：大型的管理系统，对区域范围内路基路面工程各个阶段的

信息进行跟踪、采集、存储、处理、定期作评估和预测。

§1-2路基路面工程的特点

1.路基定义：在天然地面上按道路的设计线形（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。

2.路面定义：在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层状结构物。

3.特点:

路基是路面结构的基础，路面结构层的存在又保护了路基。

路基和路面相辅相成。

路基与路面工程工程数量十分可观。

路面结构在道路造价中所占比重很大，达到30%左右。

路基路面是一项线形工程，决定了路基与路面工程复杂多变的特点。

一、承载能力

6

要求路基路面结构整体及其各组成部分具有与行车荷载相适应的承载能力。

结构承载能力包括强度与刚度两方面。

强度——抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力的性质。

刚度——在车轮荷载作用下不发生过量的变形的性质。

二、稳定性

1.在地表上开挖或填筑，改变原她层结构。

2.大气降水使得路基路面结构内部的湿度状态发生变化。

3.大气温度周期性的变化对路面结构的稳定性有重要影响如冻胀、翻浆。

三、耐久性

路基路面工程从规划、设计、施工至建成通车需要较长时间，且投资大的工

程应有较长的使用年限。因此路基路面工程应具有耐久的性能。

四、路面表面平整度

影响行车安全，行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。

五、抗滑性能

摩擦系数。

§1-3影响路基路面稳定的因素

1.地理条件：

公路沿线的地形、地貌和海拔高度。

平原区地势平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。

2.地质条件：岩石的种类、成因、节理、风化程度和裂隙情况等。

3.气候条件：气温、降水、湿度。

4.水文和水文地质条件：河流洪水位，常水位。

5.土的类别：不同的土类具有不同的工程性质。

§1-4路基土的分类

1.土的分类

（1）分类体系

划分依据：根据土的颗粒组成，塑性指数和土中有机质含量分类。

分类：巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土。

（2）分类方法

1）按有机质含量：有机质土，无机质土。

2）无机质土按粗粒含量：巨粒土、粗粒土、细粒土三类。

3）巨粒土、粗粒土按其细粒含量和级配进一步细分（粒径大小、不均匀系数

和曲率系数）。

4）细粒土按塑指Ip和液限WL在塑性图上进一步细分。

7

2.公路用土的工程性质

巨粒土：高强度、稳定性。

砾石混合料：强度、稳定性满足要求。

砂土：无塑性，压实困难。

砂性土：粗、细颗粒适宜，理想材料。

粉性土：粉土颗粒，毛细作用强烈。需改良使用。

粘性土：细颗粒含量多。

重粘土：不透水，粘聚力大，干燥时很坚硬，施工难易开挖与破碎。

§1-5公路自然区划

一、公路自然区划的制定原则

1.道路工程特征相似性原则

2.地表气候区域差异性原则

3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则

二、公路自然区划的划分

我国公路自然区划分为三个等级。

1.一级区划：七个一级区

I——北部多年冻土区；

II——东部温润季冻区；

III——黄土高原干湿过渡区；

IV——东南湿热区；

V------西南潮暖区；

VI——西北干旱区；

vn——青藏高寒区。

2.二级区划：

依据潮湿系数K,将全国分为33个二级区和18个二级副区。

3.三级区划：

1)以水热、地理和地貌为依据，分为若干个具有相似性的区域单元;

2)以地表的地貌、水文和土质为依据分为若干个类型单元。

§1-6路基水温状况及干湿类型

一、路基湿度来源

(1)大气降水；

(2)地面水；

(3)地下水；

(4)毛细水;

8

(5)水蒸汽凝结水；

(6)薄膜移动水。

二、大气温度对路基水温状况的影响

冻胀: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，并积聚在该处。这种现象特别是在季节性冰冻地区尤为

严重。积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。

翻浆:春暖化冻时，路面和路基结构由上而下逐渐解冻，而积聚在路基上层

的水分先融解，水分难以迅速排除，造成路基上层的湿度增加，路面结构的承

载能力便大大降低。经重车反复作用，路基路面结构会产生较大的变形，路基

土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆。

三、路基干湿类型

1.干湿状态

干燥、中湿、潮湿和过湿。

要求路基处于干燥或中湿状态。

2.分界标准

干湿类型以分界稠度wcl、wc2和wc3来划分。

稠度wc定义:土的含水量w与土的液限wl之差与土的塑限wp与液限之差

wL的比值。即

wc=(wL-w)/(wL-wp)(1.1)

3.公路干湿类型确定：

1)对于原有公路，按不利季节路槽底面以下80cm深度范围内路基土的平均

稠度确定。

2)对于新建道路，可用路基临界高度为标准来确定。

路基临界高度: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Ho

§1-7路面结构及层位功能

一、路面横断面

1.槽式横断面

2.全铺式横断面

二、路拱横坡度

路拱：横坡度

横坡度：行车、排水

三、路面结构分层及层位功能

1.面层

9

特点：直接同行车和大气接触，承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲

击力的作用，受到降水的浸蚀和气温变化的影响。

要求：具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，

耐磨，不透水；其表面还应有良好的抗滑性和平整度。

材料：水泥混凝土、沥青馄凝土、沥青碎（砾）石混合料、砂砾或碎石掺土或

不掺土的混合料以及块料等。

分层：分两层或三层铺筑。水泥混凝土路面也有分上下两层铺筑。

2.基层

特点：承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中

去。

要求：是路面结构中的承重层，具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散

应力的能力，具有足够的水稳定性。

材料：主要有各种结合料（如石灰、水泥或沥青等）稳定土或稳定碎（砾）石、

贫水泥混凝土、天然砂砾、碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣

（如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等）和土、砂、石所组成的混合料等。

分层：分两层或三层。

3.垫层

特点：改善土基的湿度和温度状况；扩散基层传下的荷载应力。

要求：水稳性、隔温性。

材料：松散粒料，砂、砾石；稳定类垫层，水泥、石灰稳定。

§1-8路面的等级与分类

一、路面类型

面层类型适用范围

沥青混凝土高速公路、一级公路、二级公路、三级公路

高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四

水泥混凝土

级公路

沥青贯入、沥青碎石沥

三级公路、四级公路

青表面处治

砂石路面四级公路

二、路面分类

1.柔性路面

总体结构刚度较小，产生较大的弯沉变形，抗弯拉强度较低，土基承受较大

的单位压力。

主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。

10

包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎（砾）石面层或块石面层组

成的路面结构。

2.刚性路面

主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。

抗弯拉强度高，较高的弹性模量，较大的刚性。

竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载，

通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的单位压力较柔性路面小得多。

3.半刚性路面

用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎（砾）石及含有水硬性结合料的工业

废渣修筑的基层。

前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但

是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。

课后习题

一、名词解释

1.公路自然区划2.路基临界高度3.平均稠度4.路拱5.柔性路面6.刚性

路面

二、思考题

1.简述路面结构层的特点、作用及材料。

2.路基和路面在公路中各起什么作用有哪些基本要求

3.判断土基干湿类型的分界稠度法和临界高度法各自的依据条件和资料有

哪些？

4.路基干湿类型有那些划分方法，干湿类型对路基有哪些影响？

5.试述新建公路土基干湿类型的确定方法。

6.为何要进行公路目然区划，制定自然区划的原则又是什么？试述公路自然

区划的意义。

7.影响路基路面的水有哪些水对路基有哪些影响

8.试述地下水对路基的影响和气温对路面的影响。

9.对路基填料有什么要求，对不同性质的土，填筑路堤时要注意哪些问

题？

10.为什么路面要划分结构层次，如何进行划分？

11.试述面层的作用及对其基本要求。

11

12.试述基层和垫层的作用及对各自的基本要求。

13.试从材料，物理力学特性，行车性能和设计控制指标各方面讲述柔性路

面与刚性路面的区别。

14.我国现行路面是怎样分类与分级的？简述其意义。

三、计算题：

1已知某市属于IV4区，有一段粘土路基，路面底面高出她面0.3m,地下

水位距地面0.8m,请确定该路基的干湿类型和平均湿度。

第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质

教学目标

掌握路基的承载能力，路基的变形、破坏及防治，路面材料的力学强度特

性；熟悉行车荷载，路面材料的累积变形与疲劳特性：了解环境因素对路基路

面的影响；

重点：行车荷载的基本概念、路基的承载能力。

难点：路面材料的力学强度特性、累计变形与疲劳特性。

课时安排

§2-1行车荷载

一、车辆的种类

分为客车与货车两大类。

客车：小客车、中客车与大客车。

货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。

路面结构设计——轴重作为荷载标准。

二、车辆的轴型

我国公路与城市道路路面设计规范中以1OOkN作为设计标准轴重。

三、汽车对道路的静态压力

1.汽车处于停驻状态下——静态压力。

垂直压力P：与汽车轮胎的内压力Pi、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的

大小等有关。

轮胎与路面接触面上的压力p＜内压力Pi,约为(0.8〜0.9)Pi。

2.接触压力

直接取内压力作为接触压力，并假定在接触面上压力是均匀分布的。

3.轮胎与路面的接触面形状

近似于椭圆形，在工程设计中采用圆形接触面积。

4.当量的圆

12

将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压力作为接触压力P,轮胎与路

面接触圆的半径可以按式(2.1)确定。

5.标准轴载

我国现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ—100的P=100/4kN,p=700kPa:

dl00=0.213m,D100=0.302m

四、运动车辆对道路的动态影响

运动状态的汽车：垂直静压力、水平力、振动力。

动力影响还有瞬时性的特征。

1.水平力

车轮施加于路面的各种水平力Q值与车轮的垂直压力P,以及路面与车轮之间的附着

系数(P有关，其最大值Qmax不会超过P与中的乘积，即：

Qmax<P<p(2.2)

2.动载特性

其变异系数：

(1)行车速度：车速越高，变异系数越大；

(2)路面的平整度：平整度越差，变异系数越大；

(3)车辆的振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数越小。

冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比。

3.瞬时性

0.1~0.01s左右。

五、交通分析

1.交通量

交通量是指一定时间间隔内通过道路某一断面的车辆总数。

2.交通量预测

在路面结构设计中，通过调查分析确定初始年平均日交通量N1,设计年限内累计交通

量Ne可以按式

3.标准轴载等效换算

汽车的轴载与通行次数可以按照等效原则换算成标准轴载的作用次数。

我国沥青路面和水泥混凝土路面规范均以单轴100kN作为标准轴载，以BZZ-100表

o

各级轴载等效换算为标准轴载所依据的原则：

同一种路面结构在不同轴载作用下，要达到相同的疲劳损坏程度。

4.轴迹横向分布

轮迹横向分布的图形和峰值：交通的渠化程度，它随许多因素变化，诸如：交通组织

13

类型(不分车道混合交通，划标线分道行驶或设分隔带分道行驶)、车道宽、交通密度、交

通组成、车速以及司机的驾驶习惯和经验等。

§2-2环境因素影响

1.温度变化对路面的影响

2.温度变化预测

3.大气湿度

§2-3士基的力学强度特性

一、路基受力状况

路基：自重、轮重设计：路基受力在路基弹性限度范围内轮载引起的垂直应力：自重

垂直应力

二、路基工作区

概念：在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重引起的垂直应力

相比所占比例很小(1/10-1/5),该深度范围内的路基称为应力工作区。

工作区内：强度、稳定性重要，压实度提高。

三、路基土的应力——应变特性

路基土变形：弹性、塑性

试验：压入承载板试验和三轴压缩试验

绘应力与回弹变形的关系——非线性

应力——应变特性：非线性、弹塑性

模量：初始切线模量、切线模量、割线模量、回弹模量

四、重复荷载对路基土的影响

塑性变形积累：土的性质、相对荷载、荷载作用的性质

§2-4土基的承载能力

土基承载能力：路基顶面在一定应力级位下抵抗变形的能力。

一、土基回弹模量

反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。

测定：圆形承载板。

柔性压板：土基与压板之间的接触压力为常量。

刚性压板：压板下土基顶面的挠度为等值。

承载板直径：车轮的轮印当量圆直径。

14

二、地基反应模量

文科勒地基：土基顶面任一点的弯沉仅同该点的垂直压力成正比，而与其他相邻点处

的压力无关。

K=p/1

承载板试验测定（一次加载到位）。

KR=1.77K

三、加州承载比

以材料抵杭局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的

相对比值表示CBR值。

§2-5路基的变形、破坏及防治

一、路基的主要病害

1.路基沉陷

路基沉陷是指路基表面在垂直方向产生较大的沉落。

路基的沉陷：

一是路基本身的压缩沉降；

二是由于路基下部天然地面承载能力不足，在路基自用下引起沉陷或向两侧挤出而造

成的。

2.边坡滑塌

路基边坡滑塌分为溜方与滑坡两种情况。

1）溜方：由于少量土体沿土质边坡向下移动所形成。

主要是由于流动水冲刷边坡或施工不当而引起的。

2）滑坡：一部分土体在重力作用下沿某一滑动面滑动。

滑坡主要是由于土体的稳定性不足所引起的。

3）碎落和崩塌：路堑边坡风化岩层表面从坡面上剥落。

4）路基沿山坡滑动：整个路基沿倾斜的原地面向下滑动。

5）不良地质和水文条件造成的路基破坏

二、路基病害防治

1.正确设计路基横断面。

2.选择良好的路基用土填筑路基。

3.采取正确的填筑方法，保证达到规定的压实度。

4.适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上升进入路基工作区范围。

5.正确进行排水设计。

6.必要时设计隔离层隔绝毛细水上升，设置隔温层减少路基冰冻深度和水分累积，砂

15

垫层以疏干土基。

7.采取边坡加固、修筑挡土结构物、上体加筋等防护技术措施，以提高其整体稳定

性。

§2-6路面材料的力学强度特性

路面所用的材料，按其不同的形态及成型性质大致可分为三类：松散颗粒型材料及块

料；沥青结合料类；无机结合料类。

一、抗剪强度

材料的抗剪强度由摩擦阻力和粘结力两部分组成，摩擦阻力与作用在剪切面上的法向

正应力成正比。

沥青混合料：矿质颗粒之间的摩擦阻力，粒料与沥青的粘结力以及沥青膜之间的粘滞

阻力共同形成抗剪强度。

沥青混合料的抗剪强度与沥青的粘度、用量、试验温度、加荷速率等因素有关。

混合料中的矿质粒料因有沥青涂敷，其摩阻力比纯粒料有所下降。沥青含量越多，夕值

下降越多，而集料级配良好，富有棱角时，有助于提高摩阻角。

二、抗拉强度

沥青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基层在气温急骤下降时产生收缩，这些收缩

变形受到约束阻力时，将在结构层内产生拉力，当材料的抗拉强度不足以抵抗上述拉应

力时，路面结构会产生拉伸断裂。

路面材料的抗拉强度：混合料中结合料的粘结力所提供，

采用直接拉伸或间接拉伸试脸，测绘应力一应变曲线，取曲线的最大应力值为抗拉强

度。

直接拉伸试验：混合料制成圆柱形试件。

间接拉伸试验：劈裂试验。

沥青混合料在常温条件下，试验温度增加，抗拉强度减小；在负温条件下，温度降

低，抗拉强度增大。

三、抗弯拉强度

用水泥混凝土，沥青混合料以及半刚性路面材料修筑的结构层，在车轮荷载作用下，

处于受弯曲工作状态。由车轮荷载引起的弯拉应力超过材料的抗弯拉强度时，路面会产

生弯曲断裂。

路面材料的抗弯拉强度，通过简支小梁试验评定。

四、应力---应变特性

1.碎、砾石材料

16

1）由三轴压缩试验所得到的应力一应变关系曲线

应力一应变特性具有明显的非线性特征。

碎、砾石材料的回弹模量值同材料的级配、颗粒形状、密实度等因素有关。

密实度越高，模量值越大：颗粒棱角多，模量高。

2.水泥混凝土和无机结合料混合料

采用单轴、三轴压缩小梁试验方法。

3.混合料中的沥青具有依赖于温度和加荷时间的粘一弹性性状一沥青混合料在荷载作用

之下的应变具有随温度和荷载作用时间而变化的特性。

当沥青混合料受力较小，且力的作用时间十分短暂时，处于弹性状态并兼有弹粘性性

质。

当沥青混合料受力较大，且力的作用时间较长时，应力——应变关系呈现出弹性，弹

——粘性和弹——粘——塑性等不同性状。

应力——应变特性关系：劲度模量St,T表征。

沥青混合料的劲度模量实质上就是在特定温度与特定加荷时间条件下的常量参数。

沥青混合料的劲度模量可以根据当地自然和交通条件，选择恰当的试验温度和加荷时

间，用单轴压缩，三轴压缩或小梁试脸方法进行测定。

§2-7路面材料的累积变形与疲劳特性

路面结构在荷载应力重复作用下，可能出现的破坏圾限状态有二类：

1.弹塑性工作状态——塑性变形的累积——破坏极限状态;

2.弹性工作状态——结构内部将产生微量损伤——疲劳断裂——破坏极限状态。

水泥混凝土路面——弹性工作状态——出现疲劳破坏；

沥青路面在低温环境中——弹性工作状态——出现疲劳破坏，

在高温环境中——弹塑性工作状态——出现累积变形。

在季节性温差很大的地区，沥青路面兼有疲劳破坏和累积变形两种极限状态。

无机结合料处治的半刚性路面材料---弹性状态----疲劳破坏；

粘土为结合料的碎、砾石路面——弹塑性状态——塑性变形的累积。

一、累积变形

1.碎、砾石混合料

碎、砾石混合料在重复应力作用下的塑性变形累积规律同细粒土相似。

级配不良、颗粒尺寸单一的混合料，在应力重复作用很多次以后，塑性变形仍有增大

趋势。

含有细粒过多的混合料，由于混合料密实度降低，变形累积过大，因此均不宜用于修

筑路面。

17

2.沥青混合料

重复应力作用下变形累积：单轴压缩试验或重复作用三轴压缩试验来进行。

影响累积变形的因素，除了温度、应力大小以及加荷时间之外，同集料的状况也有关

系。

二、疲劳特性

疲劳破坏：路面材料在低于极限抗拉强度下经受重复拉应力或拉应变而最终导致破

坏。

疲劳寿命：导致材料最终破坏的荷载作用次数。

路面材料的疲劳特性：与荷载应力（应变）、荷载作用次数有很大关系。

1.水泥混凝土及无机结合料处治的混合料

小梁试件施加重复应力。

通常用不同应力水平达到破坏时的荷载反复作用次数所绘成的散点图来说明。

重复弯拉应力与极限弯拉应力值之比称为应力比。

绘制应力比与重复作用次数的关系曲线，称为疲劳曲线。

无机结合料处治的混合料其疲劳特性同水泥混凝土相类似，但疲劳极限明显比水泥混

凝土低。

2.沥青混合料

沥青混合料疲劳特性的室内试骏：

小梁试件，进行反复弯曲疲劳试验，

圆柱形试件进行间接拉伸疲劳试验。

两种试验方法：控制应力和控制应变试验。

控制应变所得到的材料疲劳寿命比控制应力所得到的结果的大得多。

3.Miner定律

各级荷载作用下材料的疲劳损坏叠加。

疲劳破坏是路面结构损伤的主要现象，路面材料的抗疲劳性能直接关系到路面的使用

寿命。

提高路面的抗疲劳性能：合理的材料设计和结构设计。

影响沥青混合料疲劳特性的因素：沥青混合料的密实度、劲度、沥青含量、集料特

性、温度及加载速度等。

课后习题

一、名词解释

1.双圆荷载图式2.劲度模量3.累计当量轴次4.路基工作区5.土基回弹

模量

18

6.加州承载比CBR7.疲劳破坏8.滑坡9.地基反应模量lO.Miner定律

11.沉陷

二、思考题

1.车辆的车轮对路面的作用由哪些在沥青路面厚度设计计算中，主要考虑

哪些力为什么

2.在路面设计中，如何进行交通量轴载换算，依据是什么？

3.什么是标准轴载的当量轴次，它与哪些因素有关？

4.车轮的接触压力、接触面面积应怎样计算单圆和双圆图式对路面的设计

起什么作用

5.说明轴载等效换算的意义；怎样计算设计年限内标准轴载的累计作用次

数？

6.简述路基的病害及防治措施。

7.土基在重复荷载作用下产生的塑性变形累积的破坏程度取决于何种因

素？

8.在重复荷载作用下，路基路面材料的变形有何规律性？

9.我国路面设计的标准轴载是什么为何如此设定其参数有哪些

10.简述单圆荷载图示、双圆荷载图式有什么区别？

11.什么叫劲度沥青混合料的劲度主要同哪些因素有关

12.简述路面材料的累积变形与疲劳特性，并举例说明。

13.路基工作区指什么其影响深度受哪些因素影响

14.路基干湿类型划分几类根据什么标准划分划分的目的是什么

15.分析比较沥青混合料和水泥混凝土疲劳特性的异同。

三、计算题：

19

表2-1汽车后轴资制

后轴总重轮压轮载接触面积当量圆半全(cm)

后轴数轮组数

MpaKNKNcm2单圆图示双圆图示

11230.5

12600.5

121000.7

222200.7

1请计算表2-1中汽车的轮载、接触面积、当量回半径（包括单圆和双圆图

式）。

hr：弓，a65936,才

+厂—t-*二——f—1+~4-T.•・

JJLUIiILi_ilHitiltLL_L一」―卜

Oj]2345678910

图27荷载作用图示

2.双圆均布竖向荷载作用于路基上，如图2-1所示。荷载的单位压力

P=0.7MPa,直径d=2L3cm;路基士的弹性参数E0=40MPa,g=0.35o试计

算并给出图中0,1,2——10各点的竖向位移曲线。（提示：应用叠加原

第三章一般路基的设计

教学目标

掌握路基的类型与构造，路基设计；熟悉路基设计的一般要求；了解路

基附属设施；

重点：路基三要素（高度，宽度、边坡坡度）的基本概念

难点：具体路基设计

课时安排

§3-1路基设计的一般要求

路基是路面的基础，承受着本身土体的自重和路面结构的重量传递下来的行

车荷载。

路基设计根据路线平、纵、横设计，精心布置，确定标高。

路基承受的行车荷载，主要作用在应力作用区范围之内。

路基的整体结构中包括各项附属设施。

一般路基：指在良好地质与水文等条件下，填方高度和挖方深度不大的路

基。——选用典型断面图。

20

特殊路基：对于超过规范规定的高填、深挖路基，以及地质和水文等条件特

殊的路基。——进行个别设计和验算。

§3-2路基的类型与构造

路基横断面的典型形式——路堤、路堑和填挖结合等三种类型。

路堤：指全部用岩土填筑而成的路基。

路堑：指全部在天然地面开挖而成的路基。

半填半挖路基：当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填

筑时，为填挖结合路基。

一、路堤

按路提的填土高度不同，划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。

矮路堤：填土高度小于1.0-1.5m;

高路堤：填土高度大于18m(土质)或20m(石质)的路堤；

一般路堤：填土高度在8m范围内的路堤。

矮路堤常在平坦地区取十困难时选用，满足最小填土高度的要求。

高路堤的填方数量大，占地多，需进行个别设计。

二、路堑

路堑横断面形式有全挖路基、台口式路基及半山洞路基。

路堑以下的天然地基，要人工压实至规定的密实程度。

三、半填半挖路基

半填半挖路基兼有路堤和路堑两者的特点，上述对路堤和路堑的要求均应满

足。

§3-3路基设计

一般路基设计包括以下内容：

(1)选择路基断面形式，确定路基宽度与路基高度；

(2)选择路堤填料与压实标准；

(3)确定边坡形状与坡度；

(4)路基排水系统布置和排水结构设计；

(5)坡面防护与加固设计；

(6)附属设施设计。

一、路基宽度

路基宽度：行车道与路肩之和。具体宽度见《公路工程技术标准》2004。

二、路基高度

路基高度：路堤的填筑高度和路堑的开挖深度，是路基设计标高与地面标高

之差。

21

路基高度：中心高度和边坡高度。

三、路基边坡坡度

路基边坡坡度：边坡高度与边坡宽度之比值。

边坡坡度大小：边坡土质、岩石性质、水文地质条件。

1.路堤边坡：

一般路堤：按规范选用。

高路堤：单独设计。

2.路堑边坡：

土质路堑边坡：边坡高度、土的密实程度、地下水、地面水。

岩石路堑边坡：岩石种类、风化程度、边坡高度——工程经验。

四、路基压实

1.压实土的特性：

在最佳含水量条件下，采用一定的压实功能可以达到最大的密实度。

路基土在最佳含水量状态下进行压实可以提高路基的抗变形能力和水稳定

性。

2.压实标准：

压实度：应达到的干密度绝对值与标准击实试验得到的最大干密度之比值的

百分率。

§3-4路基附属设施

一、取土坑与弃土堆

合理选择地点：

1.土质、数量、用地、运输条件。

2.区域规划、因地制宜，综合考虑，维护自然平衡，借之有利、弃之无害。

二、护坡道与碎落台

1.护坡道：

作用：保护路基边坡稳定性。

设置：挖方坡脚、变坡处。

2.碎落台：

作用：供零星土石碎块下落时临时堆积，保护边沟不致阻塞，也有护坡道作

用。

设置：挖方边坡坡脚。

三、堆料坪与错车道

1.堆料坪：

设置：路肩外缘。

22

2.错车道：

设置：单车道公路。

课后习题

一、名词解释

1.路基边坡坡度2.高路堤3.一般路基4.路堤5.路堑6.路基高度

二、思考题

1.什么是矮路堤，修建时应注意哪些问题？

2.什么时半填半挖路基，它有什么特点？

3.路基三要素指什么？

4.如何进行路基的一般设计？

5.试述路基边坡选择的主要依据。

6.路基的附属设施主要包括哪些各有什么作用

7.试述护坡道的用途和设置位置。

8.路基临界高度、填土高度、路基高度分别指什么？

9.路堤设计与路堑设计考虑的问题有什么不同路堑边坡设计时考虑哪些因

10.分析比较影响土质和岩石边坡坡度的诸因素。在确定坡度时，应怎样考虑

这些因素？

第四章路基稳定性设计

教学目标

掌握直线法验算及分段圆弧法验算路堤边坡稳定性；熟悉陡坡路堤稳定性

验算；了解河滩路堤稳定性验算；

重点：直线法验算及分段圆弧法验算路堤边坡稳定性的概念

难点：特殊地区边坡稳定性分析方法。

课时安排

§4-1边坡稳定性分析原理与方法

一、边坡稳定原理

滑动面的形状与土质有关。

对于粘性土——圆柱形、碗形。

23

对于松散的砂性土及砂土---平面。

如果下滑面是单一平面——静力平衡问题。

如果下滑面具有二个破坏面——超静定问题。

求解这些静不定问题——作出某些假设：

1.在用力学边坡稳定性分析法进行边坡稳定性分析时，按平面问题来处理。

2.松散的砂性土和砾（石）土具有较大的内摩擦角和较小的粘聚力，边坡滑坍时，破裂面

近似平面——直线破裂面法。

3.粘性土具有较大的粘聚力，而内摩擦角较小，破坏时滑动面有时象圆柱形有时象碗

形，通常近似于圆曲面——圆弧破裂面法。

在进行边坡稳定性分析时的假设：

1.不考虑滑动土体本身内应力的分布。

2.认为平衡状态只在滑动面上达到，滑动土体成整体下滑。

3.极限滑动面位置要通过试算来确定。

二、边坡稳定性分析的计算参数

（一）土的计算参数

边坡稳定性分析所需土的试验资料：

1.对于路堑或天然边坡：原状土的容重Y（KN/m3）、内摩擦角（p（。）和粘聚力c（kPa）。

2.对路堤边坡：与现场压实度一致的压实土的试验数据。数据包括压实后土的容重、内

摩擦角，粘聚力。

边坡由多层土体所构成：

对于直线法和圆弧法可通过合理的分段，直接取用不同土层的参数值。

用综合土体边坡稳定性分析，可采用加权平均法。

（二）边坡的取值

对于折线形或阶梯形边坡，取平均值或坡脚与坡顶的连线。

（三）汽车荷栽当量换算

在边坡稳定性分析时，将车辆按最不利情况排列，将车辆的设计荷载换算成当量土柱

高（即以相等压力的土层厚度来代替荷载），以hO表示。

三、边坡稳定性分析方法

路基边坡稳定性分析方法——力学分析法和工程地质法。

1.力学分析法

数解法：假定滑动面，按力学平衡原理进行稳定性分析，找出极限滑动面。

图解或表解法：在计算机和图解分析的基础上，制定成图或表，用查图法或查表法进

行边坡稳定性分析。

2.工程地质法：

24

根据不同土类及其所处的状态，经过长期的生产实践和大量的资料调查，拟定边坡稳

定值的参考数据，在设计时，将影响边坡稳定的因素作比拟，采用类似条件下的稳定边

坡值。

（一）力学分析法

1.直线法

适用于砂土和砂性土。

计算公式：

先假定路堤边坡值，然后通过坡脚A点，假定3一I个可能的破裂面，求出相应的稳定

系数Ki值，得出Ki与coi的关系曲线。在关系曲线上找到最小稳定系数值Kmin,及对应

的极限破裂面倾斜南3值。

砂性土：c=0K>1.25稳定。

2.圆弧法

适用于边坡有不同的土层、均质土边坡，部分被淹没、均质土坝，局部发生渗漏、边

坡为折线或台阶形的粘性土的路堤与路堑。

1）圆弧法的基本原理与步骤

圆弧法：将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条，依次计算每一土条沿滑动面的

下滑力和抗滑力，然后叠加计算出整个滑动土体的稳定性。

假定：土为均质和各向同性；滑动面通过坡脚；不考虑土体的内应力分布及各土条之

间相互作用力的影响，土条不受侧向力作用，或虽有侧向力，但与滑动圆弧的切线方向

平行。

圆弧法的基本步既如下：

（1）通过坡脚任意选定可能发生的圆弧滑动面AB,其半径为R,沿路线纵向取单位长度

1m。将滑动土体分成若干个一定宽度的垂直上条，其宽一般为2-4m,如图所示。

（2）计算每个土条的土体重G（包括小段土重和其上部换算为土柱的荷载在内）。

G——法向分力Ni、切向分力Ti;

a为该弧中心点的半径线与通过圆心的竖线之间的夹角。

（3）计算每一小段滑动面上的反力反氐抗力）。

（4）计算滑动力矩和抗滑力矩。

（5）求稳定系数值

2）假定几个可能的滑动面，按上述步既计算对应的稳定系数。

在圆心辅助线MI上绘出，稳定系数对应于圆心的关系曲线，在该曲线最低点作圆心辅

助线MI的平行线，与曲线相切的切点对应的圆心为极限滑动面圆心，对应的滑动面为极

25

限滑动面，相应的稳定系数为极限稳定系数，其值应在1.25-1.5之间。

3)确定圆心辅助线

(D4.5H法

(2)36。线法

4)稳定系数K取值：1.25-1.5。

3.表解法

均质、直线形边坡路堤，滑动面通过坡脚，坡顶为水平并伸至无限延远。

§4-2陡坡路堤稳定性

一、陡坡路堤

当路堤修筑在陡坡上，且地面横破大于1:2.5或在不稳固的山坡上，路基不仅要分析

路提边坡稳定性，还要分析路堤沿陡坡或不稳定山坡下滑的稳定性。

陡坡路堤边坡稳定性分析假定路堤整体沿滑动面下滑，边坡稳定性分析方法可按滑动

面形状的不同分为直线和折线两种方法。

二、陡坡路堤边坡稳定性分析方法

1.直线法

基底为单一坡面，土体沿直线滑动面整体下滑时，可用直线滑动面法。

公式：

K=(Q+P)cosatg(p+cL/(Q+P)sina

式中：Q——对于以基底接触面为滑动面者，等于路堤自重；对于以基底以下软弱面

为滑动面者，等于路堤连同其下不稳定土体的自重力，kN;

P----路堤顶面的换算土柱荷载，kN;

a----滑动面对水平面的倾斜角，

<p——滑动面上软弱土体的内摩擦角，

c——滑动面上软弱土体的单位粘聚力，kN;

L----滑动面的全长，m。

2.折线法

定义：滑动面为多个坡度的折线倾斜面时，将滑动面上土体折线划分为若干条块，自

上而下分别计算每个土体的剩余下滑力，根据最后一块的剩余下滑力的正负值确定其整

体稳定性。

剩余下滑力等于或小于零时，认为稳定；大于零时则不稳定，必须采取稳定措施。

§4-3浸水路堤稳定性

26

一、渗透动水压力的作用

浸水路堤：受到季节性或长期浸水的沿河路堤、河滩路堤等均称为浸水路堤。

河滩路堤：承受普通路堤所承受的外力及自重力、浮力及渗透动水压力的作用。

特点：

1.水位上升时，土体除承受竖向的向上浮力外，还承受渗透动水压力的作用，其作用方

向指向土体内部。

2.当水位骤然下降时，其渗透动水压力的方向指向土体外面，剧烈破坏路堤边坡的稳定

性，产生边坡凸起和滑坡现象。

3.在高水位时，如路堤两侧边坡上的水位不一致，产生横穿路堤的渗透。

4.凡是用粘性土填筑的浸水路堤（不包括渗透性极小的纯粘土），都必须进行渗透动水压

力的计算。

二、渗透动水压力的计算

渗透动水压力计算公式：

D=IQByO

式中：D——作用于浸润线以下土体重心的渗透动水压力；

I——渗流水力坡降（取用浸润曲线的平均坡降）；

QB——浸润曲线与滑动弧之间的面积；

yO——水的容重。

三、浸水路堤边坡稳定性分析

浸水路堤的破坏一般发生在最高洪水位骤然降落的时候。

采用圆弧法进行浸水路堤边坡稳定性分析，其稳定系数K计算与一般路堤相同。

课后习飕

一、名词解释

1.工程地质法2.圆弧法3.浸水路堤4.陡坡路堤5.力学法（数解）

6.力学法（表解）7.圆心辅助线8.当量土柱高

二、思考题

1.简述力学验算法的步骤。

2.简述圆弧法分析边坡稳定性的原理及方法。

3.在路基边坡稳定性验算中，已求得某个滑动面上的稳定系数K=1.5,试

问该路基边坡是否稳定为什么

4.在路基边坡稳定性验算中，浸水路堤与普通路堤有何区别？

27

5.路基边坡稳定性分析中，有关的计算参数如何确定？

6.简述陡坡路堤边坡稳定性分析的方法？

7.直线滑动面法和圆弧滑动面法各自适用的条件是什么？

8.圆弧法计算路基边坡稳定性时，圆心辅助线如何确定？

9.路基稳定性分析所采用的工程地质法与力学验算法之间有何联系？

三、计算题

1.已知：路基高度15m,顶宽10m,路基边坡为1:1.5,路基中心高度与

边坡高度大致相同。路基填土为粉质中液限粘土，土的粘聚力c=9.0kpa,内摩

擦角25。，容重尸Wkn/n?,荷载为挂车-80（一辆车重力800KN）。试分析其

边坡稳定性。

3.已知：路基高度14m,顶宽10m,路基边坡为1:1.5,路基中心高度与边坡

高度大致相同。路基填土为粉质中液限粘土，土的粘聚力c=10.0kpa,内摩擦

角25。，容重y=16kn/m3,荷载为挂车-80（一辆车重力800KN）。高水位时水

深为7m。饱和后粘聚力为lOkpa,土的容重2.6KN/n?,孔隙率30%,水力坡

降0.08,试分析其稳定性。

第五章路基防护与加固

教学目标

掌握路基防护与加固的作用；熟悉路基防护与加固的类型及方法；了解路

基防护与加固各类型的适用范围；

重点：路基防护与加固的作用

难点：路基防护与加固的类型及具体布置方法。

教学安排

§5-1概述

1.由岩土所筑成的路基发生的变化：

浸水后湿度增大，土的强度降低；

岩性差的岩体，在水温变化条件下，加剧风化；

路基表面在温差作用下形成胀缩循环，在湿差作用下形成干湿循环，可导致

强度衰减和剥蚀：

她表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成和加剧路基的水毁

病害；

沿河路堤在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，易遭破坏；

湿软她基承载力不足，易导致路基沉陷。

所有这些均取决于岩土的物理力学性质及自然因素，且与路基承受行车荷载

28

的情况密切相关。

2.合理的路基设计：应在路基位置、横断面尺寸、岩土组成等方面综合考

虑。

3.为确保路基的强度与稳定性，路基的防护与加固，是不可缺少的工程技术

措施。

4.路基防护与加固设施：

边坡坡面防护

沿河路堤河岸冲刷防护与加固

湿软她基的加固处治

1）坡面防护：

作用：保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，防止

和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，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。

特点：不承受外力作用，要求坡面岩土整体稳定牢固。

分类：

植物防护（种草、铺草皮、植树等）——有“生命”（成活）防护——土质边坡

工程防护（抹面、喷浆、勾缝、石砌护面等）——无机物防护——石质路堑边

坡。

在一定程度上，有“生命”防护在边坡稳定和改善路容方面，优于无机物防

护。

2）堤岸防护与加固：

作用：对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路

基边旁的防护提岸等。

特点：主要针对水流的破坏作用而设，起防水治害和加固堤岸双重功效。

分类：直接和间接两类。

直接防护与加固设施——植物防护、石砌防护与加固两种——植树、铺石、

抛石或石笼等。

间接防护——导治结构物，如丁坝、顺坝、防洪堤、拦水坝等，疏浚河床、

改变河道。

3）湿软她基加固：

作用：防止路基沉陷、滑移或产生其他病害。

特点：湿软地基加固，规模大，造价高，应注意方案比较，研究技术和经济

方面的可行性，力求从简，尽量就地取材。

29

加固方法：换填土、辗压夯实、排水固结、振动挤密、土工格栅加筋和化学

加固等五类。

§5-2坡面防护

一、植物防护

作用：可美化路容，协调环境，调节边坡土的湿温，起到固结和稳定边坡的

作用。

适用条件：坡高不大，边坡比较平缓的土质坡面。

方法：种草、铺草皮和植树。

1.种草：适用边坡坡度不陡于1:1,土质适宜种草，不浸水或短期浸水但地

面径流速度WO.6m/s的边坡。

2.铺草皮：坡面冲刷比较严重，边坡较陡，径流速度＞0.6m/s,容许最大速

度为1.8m/s时，采用平铺（平行于坡面）水平叠置、垂直坡面或与坡面成一半

坡角的倾斜叠置草皮，还可采用片石铺砌成方格或拱式边框，方格或框内再铺

草皮。

3.植树：用在堤岸边的河滩上，用来降低流速，促使泥沙淤积，防水直接冲

刷路提。

4.拉伸网草皮：在土工网或土工垫等土工合成材料上铺设3-5cm的种植土

层，经过撤种、养护后形成的人工草皮。

5.固定草种布（也可称植生带）：在土工织物纺织时将草种固定于土工织物中，

然后到现场铺筑以促使草皮生长的一种土工合成材料草皮制品。

6.网格固定撒种：先将土工网固定于需防护的边坡上，然后撒播草种形成草

皮的一种边坡防护方法。

多排林堤岸与水流方向斜交，可挑水改变水流方向。

沙漠与雪害地区，防护林带可阻沙防雪。

二、工程防护

1.抹面防护：

适于：石质挖方坡面，岩石表面易风化，但比较完整，尚未剥落，如页岩、

泥砂岩、千枚岩的新坡面。

抹面材料：石灰浆。

抹面厚度：一般2-10cm。

2.喷浆：

适用于：易风化而坡面不平整的岩石挖方边坡，厚度一般为5-10cm。

经济的砂浆是用水泥、石灰、河砂及水，按重量比1:1:6:3配合。

干砌片石护面：单层或双层护面。

30

护面厚度一般不小于20cm,干砌要勾缝。

3.护面墙：

适用于：浆砌片石的坡面覆盖层，用于封闭各种软质岩层和较破碎的挖方边

坡。

注意：护面墙除自重外，不承受其他荷重，亦不承受墙背土压力。

设置：护面墙高一般不超过10m,纵向每10m设一条伸缩缝，墙身应预留

泄水孔。

§5-3冲刷防护

—＞直接措施

直接措施：植物防护、石砌防护或抛石与石笼防护及支挡（驳岸等）。

植物防护、石坳防护：同坡面防护。

1.抛石防护：类似在坡脚处设置护脚，亦称抛石垛。

适用：抛石垛的边坡坡度，不应陡于抛石浸水后的天然休止角；石料粒径视

水深与流速而定，一般为15—50cmo

2.石笼：

作用：设在坡脚处，防止急流和大风浪破坏堤岸，加固河床，防止淘刷。

铺设：用碎（砾）石垫层铺平，底层各角，可用铁棒固定于基底。

3.土工织物软体沉排

定义：在土工织物上以块石或预制混凝土块体为压重的护坡结构。

适用：水下工程及预计可能发生冲刷的河床和岸坡土面上。

主要种类：单片垫、双片垫。

单片垫是利用土工织物拼接成大面积的排体；

双片垫是将两块单片垫重叠后按一定距离和型式将两片垫连接在一起而构成

管状或格状空间，其中再填充透水性土石料（如砂卵石等），起到防冲与反滤的

作用。

4.土工模袋