《路基路面工程》全套教学课件

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering1第一章绪论第1章绪论.pptx第2章行车荷载、环境因素与材料的力学特性.ppt第3章路基设计.ppt第4章路面基层.ppt第5章无机结合料稳定路面.ppt第6章沥青路面.ppt第7章水泥混凝土路面.ppt全套可编辑PPT课件2024/8/132本章要求8了解道路工程的发展过程；掌握路基土的分类及其工程性质、路基干湿类型及划分方法；掌握路基路面结构特点、功能与分层要求；掌握路基路面结构的主要影响因素、环境特点；掌握公路自然区划的概念、划分方法及各区筑路特点；熟悉路基路面的设计内容。RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/133第一节道路工程发展历史一、我国道路发展简介

早在4000年前，就有驶牛、马车简易道路，秦朝统一六国后，道路建设有很大发展。唐代是鼎盛时期，初步形成了以城市为中心的四通八达的道路网。清代形成了层次分明、功能齐全的道路系统。

上世纪初汽车进入我国，开始建设通汽车公路。1906年在广西友谊关修建第一条公路。

到2022年底，我国公路总里程达到535.48万公里(包括村道在内)，其中国道37.95万公里，省道39.36万公里。农村公路453.14万公里，其中县道69.96万公里，乡道124.32万公里，村道258.86公里。100％的县，99.99％（硬化路面90%）的乡及99.94％的建制村通了公路。经过半个多世纪的发展，我国在道路工程领域的科学研究和工程实践方面也取得了许多的突破性成果。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/134第一节道路工程发展历史二、高速公路发展1988年沪嘉高速公路通车，1990年沈大高速公路建成通车，高速公路建设进入大发展时期；1998年末，8733km，世界第六；1999年突破1万公里，世界第四；到2000年底，总里程达1.6万公里，世界第三；到2001年底，高速公路总里程达1.9万公里，超过加拿大（1.9万公里）、仅次于美国（8.8万公里），位居世界第二位；2004年底高速公路总里程达到3.42万公里；中国的高速公路的发展创造了世界奇迹，16年建成的高速路相当于发达国家半个世纪修建的里程数；2014年底达10.6万公里，位居世界第一位（美国9.2万公里）；2022年底达17.73万公里，位居世界第一位。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/135第一节道路工程发展历史三、八五期间规划国道主干线系统

项目布局路线名称里程（km）五纵1.同江—三亚（含长春—珲春支线）2.北京—福州（含天津—塘沽支线及泰安—淮阴连接线)3.北京—珠海4.二连浩特—河口5.重庆—湛江52002500240036001400七横1.绥芬河—满洲里2.丹东—拉萨（含天津—唐山支线）3.青岛—银川4.连云港—霍尔果斯5.上海—成都（含万县—南充—成都支线）6.上海—瑞丽（含宁波—杭州—南京支线)7.衡阳—昆明（含南宁—友谊关支线）1300460016004400250040002000

规划的国道主干线是由五纵七横12条路线组成。连接首都、各省（自治区）省会（首府）、直辖市、中心城市、主要交通枢纽和重要口岸（3.55万公里）第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/136第一节道路工程发展历史三、五纵七横12条路线

第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/137第一节道路工程发展历史三、五纵七横12条路线

国家计划二０００年前重点支持建设项目两纵同江—三亚北京—珠海两横连云港—霍尔果斯上海—成都三路段北京—沈阳北京—上海重庆—北海第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/138第一节道路工程发展历史四、国家高速公路网规划

多年来交通部一直在反复修改和论证国家高速公路网规划的战略着眼点：连通和覆盖20万以上人口的城市；建立省际、城际、国际高速公路网络通道；形成比较完善的、区域经济比较发达地区的城际快速运输网络；在东北老工业基地发展运输网络；加强与东盟、西亚国家的交通编织。

2005年规划的〝7918网〞，共8万公里。建成后的高速公路网将实现〝东部加密、中部成网、西部连通

〞,形成〝首都连接省会、省会彼此连通、连接主要地市、覆盖重要县市〞的高速公路网络。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/139第一节道路工程发展历史第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1310第一节道路工程发展历史五、道路工程发展简介

1.路面材料面层基层

2.路面结构设计理论的发展经验前苏联弹性层状体系及小挠度弹性薄板

3.施工机具及检测手段的发展

4.路面养护与管理等

第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1311第一节道路工程发展历史六、发展规划1．发展方向（1）提高等级与加大密度并举。

新建公路，沟通断头路国道主干线、高速公路网建设（2）运输服务向高效优质发展。（3）管理向信息化发展。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1312第一节道路工程发展历史六、发展规划2．省道、干线道路网形成

各省、市、自治区根据本地区的情况，规划修建省级干线网。我国公路网管理层次：3.2030年实现智能化公路运输系统。4.2040年智能化综合交通运输系统形成。5.本世纪中叶基本实现交通运输现代化,达到中等发达国家水平。国道：G102，G222，G301省道：S105县道：X101乡道村道国道网分类：首都放射线：编号112条2.3万南北纵线：编号228条3.7万东西横线：编号330条4.9万第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1313第二节路基路面工程的特点及设计内容一、路基、路面的概念1.路基：是在地表按照道路路线位置和一定技术要求、开挖或

堆填而成的岩土结构物。

2.路面：是土路基顶面行车部分，用各种坚硬材料铺设的层状

结构物。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1314第二节路基路面工程的特点及设计内容二、路基路面工程的特点1.路基路面结构简单；

2.路基工程工艺简单、工程量巨大，可就地取材；3.路面工程技术含量高，投资大；4.影响因素复杂，变异性和不确定性大；5.涉及学科多。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1315第二节路基路面工程的特点及设计内容三、路基路面工程的性能要求

1.要求:承载能力、稳定性、耐久性、表面平整度、表面抗滑性、少尘性

2.影响路基路面稳定性的因素自然因素：地理条件、地质条件、气候条件、水文与水文地质、土质、植物覆盖。人为因素：荷载作用、路基结构、施工方法、养护措施、人为设施。四、路基路面工程与有关工程项目的关系

1.与路线设计的关系

2.与桥涵工程的关系第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1316第二节路基路面工程的特点及设计内容五、路基路面工程的设计内容

1.路基设计的内容

根据路线设计确定路基填挖高度和顶宽、结合沿线地质、水文情况设计路基横断面形状和边坡坡度排水工程的设计路基的防护与加固设计有关附属设施等

2.路面设计的内容路面结构组合设计路面材料组成设计路面结构厚度计算路面排水设计其他第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1317第三节路基土的分类及其工程性质一、分类

根据土颗粒的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量、土的塑性指标进行划分为巨粒土、粗粒土、细粒土、有机土四种，并进一步分为11种土。如下：第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1318第三节路基土的分类及其工程性质二、路基土的工程分类及性质

各类土的工程性质如下：

1.巨粒土：具有高的强度及稳定性，是良好的路基材料

2.级配良好的砾石混合料：密实度好，强度及稳定性均能满足要求

3.砂土：透水性强，毛细水上升高度小，φ大，强度和稳定性好；C小，易

于松散，压实困难

4.砂性土：是理想的填筑材料

5.粉性土：必须用时，一定要采取措施

6.粘性土：在最佳含水量下压实，也不错

7.重粘土：基本不用第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1319第四节路基水温状况与公路自然区划一、环境因素影响

路基路面结构长期暴露在自然环境中，经受着各种自然环境因素的影响，如风吹、日晒、雨淋、大气温度等，路基路面内部的性质与状态也随之发生变化。1.温度变化2.湿度变化第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1320第四节路基水温状况与公路自然区划二、路基湿度状况湿度的来源和变迁大气降水地面水地下水毛细水水蒸气及其凝结水薄膜移动的水三、季节性冰冻地区路基的水温状况冻胀与翻浆原因：温差，水分集聚，冻体积胀，融排不畅产生冻胀翻浆的条件：土质、水文、气候、行车、养护等第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1321第四节路基水温状况与公路自然区划四、路基平衡湿度与干湿类型

1.路基的平衡湿度

路基平衡湿度是指公路建成通车后路基在地下水、降雨、蒸发、冻结和融化等因素作用下湿度达到相对稳定的平衡状态，此时的湿度称为平衡湿度，可用饱和度来表示。

路基平衡湿度状况可依据路基的湿度来源分为干燥、中湿、潮湿三类。

路基土在平衡湿度状态下长期处于非饱和状态，其湿度状况主要由土的

基质吸力所决定。土的基质吸力定义为土中孔隙气压力与孔隙水压力之差。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1322第四节路基水温状况与公路自然区划四、路基平衡湿度与干湿类型2.路基平衡湿度预估

1）干燥路基的平衡湿度

干燥路基的平衡湿度可根据道路所在自然区划的湿度指数和路基土的类别确定。

计算TMI----土质----饱和度

自然区划---TMI----土质----饱和度第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1323第四节路基水温状况与公路自然区划四、路基平衡湿度与干湿类型2.路基平衡湿度预估2）潮湿路基的平衡湿度

潮湿路基的平衡湿度可根据路基土类别和地下水位高度由表确定.

3）中湿路基的平衡湿度

中湿类路基的平衡湿度参照图,路基工作区分上部和下部分别确定其平衡湿度。地下水毛细润湿面以上的路基工作区上部按路基土的类别和TMI值确定其平衡湿度地下水毛细润湿面以下的路基工作区下部

按路基土组类别和距地下水位的距离确定其平衡湿度最后加权平均作为整个路基的平衡湿度.第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1324第四节路基水温状况与公路自然区划五、公路自然区划

气候是影响路基湿度状况的主要因素之一，因此可根据不同的气候特点将全国分为若干个区域，即公路自然区划。1.划分原则

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第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1325第四节路基水温状况与公路自然区划五、公路自然区划

2.一级区划

一级区划的主要指标：（根据我国地理、地貌、气候等因素，以均温等值线和三阶梯的两条等高线作为一级区划的标志）全年均温-2℃等值线（多年冻土、季节冻土），一月份均温0℃等值线（季节冻土、全年不冻）1000m、3000m两条等高线，将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻三大地带，再根据水热平衡和地理位置划分为七个一级区：Ⅰ：北部多年冻土区Ⅱ：东部温润季冻区

Ⅲ：黄土高原干湿过度区

Ⅳ：东南湿热区Ⅴ：西南潮暖区Ⅵ：西北干旱区

Ⅶ：青藏高寒区第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1326第四节路基水温状况与公路自然区划五、公路自然区划

3.二级区划是在一级区划的基础上以潮湿系数为标志划分的52个二级区。潮湿系数定义为：

K=R/ZR:年降水量Z:年蒸发量按K值大小分为六个的等级过湿区K＞2.00

中湿区2.00≥K＞1.50

润湿区1.50≥K＞1.00

润干区1.00≥K＞0.5

中干区0.5≥K＞0.25

过干区K≤0.25

4.三级区划：三级区划是在二级区划的基础上进一步细分的，由各地区掌握。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1327第四节路基水温状况与公路自然区划第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1328第五节路基的变形、破坏原因与措施一、路基的主要病害

1.路基沉陷

2.剥落、碎落与坠落3.滑塌、坍塌与崩塌4.路基翻浆二、路基病害的防治第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1329第六节路面结构与分类一、路面结构与功能

1.路基横断面第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1330第六节路面结构与分类一、路面结构与功能

2.路拱横坡度3.路面结构及层位功能面层基层垫层第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1331第六节路面结构与分类二、路面等级与分类按使用品质、材料组成类型及结构强度和稳定性分为:

高级、次高级、中级和低级路面。第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1332第六节路面结构与分类二、路面等级与分类从路面力学特性出发分为：柔性刚性

复合型性第一章绪论RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering33第二章行车荷载、环境因素与材料的力学特性2024/8/1334本章要求8掌握交通荷载的类型和作用特点；掌握路基强度特性及应力应变特性、路基设计参数及测定方法、路基工作区计算方法；掌握沥青路面材料、水泥混凝凝土材料的强度特性、应力应变特性、累计变形及疲劳特性；掌握路面材料设计参数的测定及取值方法。RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1335第一节荷载作用一、行车荷载1.车辆的种类2.汽车的轴型3.汽车对道路的静态压力大小受以下因素的影响：

(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态。

(3)轮载的大小。

4.运动车辆对道路的动态影响RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1336第一节荷载作用一、行车荷载

4.运动车辆对道路的动态影响

（1）水平力

（2）动态作用

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1337第一节荷载作用一、行车荷载

4.运动车辆对道路的动态影响（2）动态作用变异系数：1)行车速度；2)路面的平整度；3)车辆的振动特性。

变异系数一般均小于0.3。

冲击系数

（3）瞬时性

（4）重复作用的影响RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1338第二节交通分析一、交通量

指一定时间内，各类车辆驶经道路某一横断面的数量。初始年平均日交通量：

设计年限内累计交通量：

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1339第二节交通分析二、轴载组成与轴载谱不同轴载的作用次数的频率组成即为轴载谱，各不同轴载应根据某一指标按其对路面结构的损伤作用的等效性换算成其它轴载的作用次数，从而可使用标准轴载来综合累计。

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1340第二节交通分析三、轮迹横向分布

总轴载作用按一定规律分布于车道横断面的现象称为轮迹横向分布，车道综合累计需考虑。

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1341第三节环境因素的影响一、温度的影响

1.温度影响材料的力学性能

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1342第三节环境因素的影响一、温度的影响

2.路面结构内温度变化

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1343第三节环境因素的影响一、温度的影响

2.路面结构内温度变化

影响因素：（1）外部条件

气象条件：太阳辐射、气温、风速、降水量和蒸发量等。

（2）内部因素

路面各结构层材料的热物理特性参数。

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1344第三节环境因素的影响二、湿度的影响

1.湿度影响材料的力学特性2.温度、湿度的共同作用

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1345第四节土的力学强度特性一、路基受力与工作区1.路基受力：路基在使用过程中，同时受到由路面上传递下来的车辆荷载，以及路基和路面的自重作用，如下图：RoadSubgradeandPavementEngineering土基中任一一点受到的竖向压应力：第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1346第四节土的力学强度特性一、路基受力与工作区

2.路基工作区：把车辆荷载在土基中产生应力作用的这一深度范围称作路基工作区，其计算公式如下：RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1347第四节土的力学强度特性二、路基应力—应变特性

1.应力-应变的非线性特性（三阶段）阶段Ⅰ：弹性变形阶段阶段Ⅱ：塑性变形阶段阶段Ⅲ：破坏阶段有弹性理论计算路基土的回弹模量：RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1348第四节土的力学强度特性RoadSubgradeandPavementEngineering二、路基应力—应变特性

1.应力-应变的非线性特性

第二章路基路面材料的力学特性第四节土的力学强度特性二、路基应力—应变特性

2.土基的流变特性（一般可不予以考虑）2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering49第二章路基路面材料的力学特性第四节土的力学强度特性二、路基应力—应变特性

3.重复荷载作用下路基的变形特性

弹性变形塑性变形影响因素：土的性质（类型）和状态（含水率、密实度、结构状态）；重复荷载的大小，通常以相对荷载表示；荷载作用的速度、持续时间以及频率；路基中侧向应力的大小。2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering50第二章路基路面材料的力学特性第五节土基的承载能力一、回弹模量

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering51第二章路基路面材料的力学特性

1.承载板试验2.弯沉试验3.动态回弹模量—动三轴试验第五节土基的承载能力二、地基反映模量

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering52第二章路基路面材料的力学特性第五节土基的承载能力三、加州承载比

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering53第二章路基路面材料的力学特性第五节土基的承载能力

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering54第二章路基路面材料的力学特性四、土的抗剪强度参数2024/8/1355第六节路面材料的力学强度特性强度是指材料达到极限状态或出现破坏时所能承受

的最大荷载或应力。一、抗剪强度直剪试验，三轴试验

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1356第六节路面材料的力学强度特性二、抗拉强度直接拉伸：

间接拉伸：劈裂试验

RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1357第六节路面材料的力学强度特性三.抗弯拉强度

小梁试验RoadSubgradeandPavementEngineering第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1358第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering1.碎（砾）石材料三轴试验：具有与粘性土相似的非线性特性回弹模量可作为常数。

影响因素：集料类型结合料的类型与含量龄期等影响因素：应力状况级配颗粒形状密实度等2.水泥混凝凝土及无机结合料稳定材料

可通过单轴三轴小梁弯曲试验得到，具有非线性特性，但应力级位较低（低于极限荷载的50-60%)可近似看作是线性的，回弹模量可作为常数。第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1359第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering3.沥青混合料由于沥青材料对温度的敏感性，因此沥青混合料的应力应变特性与其他材料明显不同。沥青混合料是一种弹性—粘塑性材料，在应力—应变关系中呈现出不同的性质。有时仅呈现为弹性性质，有时则主要呈粘塑性性质。而大多数情况下，几乎同时综合呈现上述性质。为了研究沥青混合料的工作性质，必须考虑材料的蠕变和应力松弛现象。第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1360第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering3.沥青混合料

蠕变是材料在固定的应力作用下，变形随时间而发展的过程。

第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1361第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering3.沥青混合料

应力松弛是变形物体在恒定应变下应力随时间而自动降低的过程，这是由于物体内部流动的结果。为使物体保持变形的状态，随着时间的推移，所需的力越来越小，应力下降到初始数值的那段时间，叫松弛时间。

弹性粘塑体松弛时间与粘滞度η和弹性模量E的关系为：

第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1362第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering3.沥青混合料沥青混合料的应力—应变特性，不仅同荷载大小和作用时间有关，而且与材料的温度有关。考虑到荷载作用时间和温度对沥青及沥青混合料应力—应变特性的影响，提出用劲度模量(简称劲度)作为表征弹—粘塑材料的性质指标。所谓劲度模量，就是材料在给定的荷载作用时间和温度条件下应力与总应变的比值。即：第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1363第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering3.沥青混合料时间-温度变换第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1364第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering沥青的劲度诺模图第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1365第六节路面材料的力学强度特性四、路面材料的应力特性—应变特性RoadSubgradeandPavementEngineering3.沥青混合料沥青混合料的劲度模量

试验蠕变模量试验动态模量试验回弹模量试验由沥青劲度及混合料的组成预估第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1366第七节路面材料的累计变形与疲劳特性一、路面材料的累计变形RoadSubgradeandPavementEngineering1.碎（砾）石混合料2.沥青混合料

第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1367第七节路面材料的累计变形与疲劳特性二、路面材料的疲劳特性RoadSubgradeandPavementEngineering疲劳是材料在承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度降低的现象称为疲劳。疲劳强度疲劳寿命疲劳极限1.水泥混凝土及无机结合料处治的混合料第二章路基路面材料的力学特性2024/8/1368三、路面材料的累计变形与疲劳特性RoadSubgradeandPavementEngineering

2.沥青混合料的疲劳特性沥青混合料的疲劳特性可用多种室内试验方法测定。通常采用的方法是在简支的小梁上作重复加荷弯曲试验，也可采用重复加荷间接拉伸试验(劈裂试验)测定。试验时可用控制应力或控制应变两种方法。第二章路基路面材料的力学特性第七节路面材料的累计变形与疲劳特性2024/8/1369三、路面材料的累计变形与疲劳特性RoadSubgradeandPavementEngineering

2.沥青混合料的疲劳特性控制应力条件下，沥青混合料达到疲劳破坏的荷载平均作用次数按下式计算：控制应变施加荷载时，达到破坏的平均作用次数为：第二章路基路面材料的力学特性第七节路面材料的累计变形与疲劳特性2024/8/1370三、路面材料的累计变形与疲劳特性RoadSubgradeandPavementEngineering

2.沥青混合料的疲劳特性试验表明，同一种沥青混合料因试验时所采用的控制方式不同，试件达到破坏的荷载用总次数有一定的差别。一般情况下，按应力控制得出的疲劳寿命较短。路面设计时，用应力控制还是用应变控制，主要取决于路面的应力状态更接近于那一种试验的受力状态。3.曼诺定律第二章路基路面材料的力学特性第七节路面材料的累计变形与疲劳特性2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering71第三章路基设计2024/8/1372本章要求8掌握路基基本概念、构造要求和路基产生病害的原因与防治措施；掌握路基设计的基本内涵；了解路基路面排水设计的一般原则，熟悉排水设计内容及各种排水构造物的设计要求、方法等；掌握路基稳定性分析的主要方法：直线法、圆弧法、折线型滑动面的传递系数法；了解浸水地区、地震地区路基稳定性分析方法；了解坡面防护的主要形式；了解软土地基的主要处理方法；掌握挡土墙的类型、适用条件、布置和构造；掌握各种边界条件下的土压力计算、挡土墙稳定性验算；了解轻型挡土墙和其他形式支挡结构的构造。RoadSubgradeandPavementEngineering2024/8/1373第一节路基设计概述一、路基设计的一般要求路基：路面的基础

自重作用+路面结构重力+交通荷载1.路基设计的基本要求：具有足够的强度、稳定性和耐久性；符合环保、地质、水文等要求；地质条件、地质参数明确；避免高路堤与深路堑；高速公路、一级公路应采用动态设计；提倡采用成熟的新技术、新材料和新结构；符合经济性的要求。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1374第一节路基设计概述一、路基设计的一般要求2.路基设计内容横断面设计；地基处理设计；路基填料选择；防护工程设计；排水工程设计；关键部位（台背、挡土墙背、涵洞背等）路基设计与施工设计。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1375第一节路基设计概述一、路基设计的一般要求3.一般路基的概念通常是指在良好的地质与水文条件下，填方高度（1.5m<h<18m）或挖方深度不大的路基，它可结合当地地形、地质直接选用典型断面或设计规定而不需进行个别论证与验算。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1376第一节路基设计概述一、路基设计的一般要求4.路基设计还应注意原地面处理路基填料路基压实特殊地基处理完善排水设施RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1377第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点1.路堤

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1378第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点1.路堤

路堤的常见横断面型式

1）路堤按填高分，有：矮路堤（H<1.0~1.5m）高路堤（H>18~20m）一般路堤（H=1.5~18m）

2）路堤按所处条件和加固类型分，有：浸水路堤护脚路堤挖沟填筑路堤等RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1379第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点1.路堤

一般路堤和矮路堤的构造要求：满足最小填土高度要求；因工作区可能涉及到天然地面，除填方路堤须满足施工要求外，天然地基也必须进行压实，必要时须换土或进行加固；可结合两侧排水沟进行挖土填筑路基，可在路基侧设置护坡道；对地面纵、横坡较陡处必须挖台阶再填筑，从而保证路基不沿坡向有滑动可能性；必要时可设置石砌护脚进行路基防护。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1380第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点2.路堑路堑cutting：是指全部在原地面开挖而成的路基或低于原地面的挖方路基；作用：缓和道路纵坡或越岭线穿越岭口控制标高；危害：破坏了厚地层的天然平衡状态，不利于排水，通风；RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计（a）全挖路堑（b）台口式路堑（c）半山洞路堑路堑断面形式2024/8/1381第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点2.路堑

路堑的构造要求：边坡可设置为直线或折线；挖方边坡坡脚处须设置边沟；路堑上方应设置截水沟；坡面易风化时须采取防护措施，并设碎落台；挖方路基下天然地基必须人工压实，必要时应翻挖重填、换土或进行加固处理。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1382第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点3.填挖结合路基RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1383第一节路基设计概述二、路基的典型横断面及设计要点3.填挖结合路基填挖结合路基的构造要求：对路堤和路堑的要求都应满足；压缩用地宽度及减小填方量时，可在填方侧设护坡或护墙，也可设置护肩墙或路堤墙，特殊时可设半山桥路基。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1384第二节路基的横断面设计及路基的附属设施一、路基的横断面1.路基宽度

为路面与两侧路肩宽度之和。一般取决于公路等级。

基本组成路面路肩其它组成中间带(中央分隔带、路缘带)变速车道、爬坡车道、停车带、错车道及其它路用设施（栏杆栏水带）等。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1385第二节路基的横断面设计及路基的附属设施一、路基的横断面1.路基宽度

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1386第二节路基的横断面设计及路基的附属设施一、路基的横断面2.路基高度

指路堤的填筑厚度或路堑的开挖深度，是原地面标高与路基设计标高之差，取决于纵坡设计及地形。

设计标高：对改扩建工程为路中心线高程，对新建道路为路基边缘高程。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1387第二节路基的横断面设计及路基的附属设施一、路基的横断面3.路基边坡坡度

即路基边坡高度与宽度之比，通常记为：1:n或1:m。称为边坡坡率。取决于地质、水文条件，并由边坡稳定和横断面经济性来确定。设计时机要保证边坡稳定，又要经济合理。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1388第二节路基的横断面设计及路基的附属设施一、路基的横断面3.路基边坡坡度—路堤边坡路堤边坡坡度→填料的物理力学性质/气候条件/边坡高度/基底的工程地质、水文地质条件选定。边坡高度超过表值或水文地质情况不良时→根据实际情况再进行边坡稳定性分析，综合比较后确定；对于已作加固的路堤，边坡可适当放陡；沿河受水浸淹路基的填方边坡坡度→设计水位以下视填料情况可采用1︰1.75～1︰2.0，在常水位以下部分可采用1︰2.0～1︰3.0；地震区→放缓边坡；其它具体情况参见规范与相关资料。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1389第二节路基的横断面设计及路基的附属设施一、路基的横断面3.路基边坡坡度—路堑边坡

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计影响因素：开挖深度坡体的岩性或土质、地质构造特征（顺层或逆层）岩石的风化和破碎程度、土层的成因类型地面水和地下水当地气候条件、坡面的方位（向阳/背阳）等。坡度确定：设计时应参考当地稳定的自然山坡和人工坡（如已建成道路的边坡等）的坡度，并结合当地的工程地质和水文条件、采用的施工方法等因素综合考虑，参考规范中所列经验值进行确定。边坡高度超过表值或水文地质情况不良时→根据实际情况再进行边坡稳定性分析，综合比较后确定。2024/8/1390第二节路基的横断面设计及路基的附属设施二、路基的附属设施RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计取土坑与弃土坑护坡道与碎落台堆料坪与错车道护栏2024/8/1391一、概述1.水对路基路面的影响1）对路基的影响地面水对路基产生冲刷和渗透；地下水使路基湿软、膨胀、冻胀、翻浆、边坡滑坍、山坡滑坡等。2）对路面的影响降低路面材料强度；加快路面材料损坏；唧浆、冲刷；使路面因支撑不足而出现疲劳损坏RoadSubgradeandPavementEngineering第三节路基排水设计第三章路基设计2024/8/1392一、概述2.排水的目的与要求3.路基排水设计的一般原则4.常用排水设施

地上排水设施，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，必要时还有蒸发池、倒虹吸、渡水槽等。地下排水设施，有暗沟、渗沟、渗井等。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三节路基排水设计第三章路基设计2024/8/1393第三节路基排水设计二、地面排水设计1.边沟RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1394第三节路基排水设计二、地面排水设计2.截水沟截水沟RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/1395第三节路基排水设计RoadSubgradeandPavementEngineering二、地面排水设计3.排水沟第三章路基设计2024/8/1396第三节路基排水设计RoadSubgradeandPavementEngineering二、地面排水设计4.跌水与急流槽第三章路基设计第三节路基排水设计2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering97二、地面排水设计5.倒虹吸与度水槽截水沟第三章路基设计第三节路基排水设计2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering98二、地面排水设计6.明渠计算第三章路基设计第三节路基排水设计2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering99二、地面排水设计6.明渠计算第三章路基设计第三节路基排水设计三、地下排水设计1.暗沟

用于排除泉水和地下集中水流，是埋置在地下引导水流的沟渠，无渗水和汇水作用，当地下水位较高、浅水层埋藏不深时，可采用暗沟截流地下水及降低地下水位。2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering100第三章路基设计第三节路基排水设计三、地下排水设计

2.渗沟2024/8/13101RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计第三节路基排水设计三、地下排水设计2.渗沟2024/8/13102RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计第三节路基排水设计三、地下排水设计3.渗井2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering103第三章路基设计第三节路基排水设计四、路基排水综合设计

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering104第三章路基设计第三节路基排水设计四、路基排水综合设计

2024/8/13RoadSubgradeandPavementEngineering105第三章路基设计2024/8/13106第四节路基边坡稳定性分析一、边坡的稳定性分析1.稳定性分析的原理与方法失稳是公路上常见的破坏现象原理

假定：下滑的土体为本身无变形的刚体，不考虑土体本身内部应力的分布，平衡状态只在滑动面上达到滑动时整体下滑。由此可计算下滑土体沿滑动面上的下滑力同材料的抗剪强度达到平衡时的安全系数。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13107第四节路基边坡稳定性分析一、边坡的稳定性分析1.稳定性分析的原理与方法方法：直线法、圆弧法

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13108第四节路基边坡稳定性分析一、边坡的稳定性分析2.边坡稳定性分析的计算参数土的荷载当量高度边坡取值

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13109第四节路基边坡稳定性分析一、边坡的稳定性分析当破坏上剪应力达到他所能提供的抗剪强度时，则土体便处于极限平衡状态。实际上是很复杂的，破坏面有时是折面，有时是曲面。因此造成很多静不定问题。直线法

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13110第四节路基边坡稳定性分析一、边坡的稳定性分析圆弧法基本公式

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13111第四节路基边坡稳定性分析一、边坡的稳定性分析圆弧法辅助线确定

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13112第四节路基边坡稳定性分析二、浸水路堤稳定性分析对于浸水路堤，在水位线或渗流面以下的土体受到水的浮力（或动水压力）的作用，浸水部分用浮容重。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13113第四节路基边坡稳定性分析三、陡坡路堤稳定性分析

1.单一坡面

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13114第四节路基边坡稳定性分析三、陡坡路堤稳定性分析

2.折线坡面（剩余下滑力法）

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13115第四节路基边坡稳定性分析四、地震地区的边坡稳定性分析

水平地震力竖向地震力

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13116第五节路基防护与加固一、防护概述意义主要设施坡面防护冲刷防护湿软地基加固

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13117第五节路基防护与加固二、边坡防护

1.植物防护：⑴种草⑵铺草皮

平铺平面；

平铺剖面；

水平叠铺；垂直叠铺；斜交叠铺；网格式⑶种树

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13118第五节路基防护与加固二、边坡防护2.矿料防护⑴抹面⑵喷浆⑶灌浆与勾缝⑷石砌护面

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13119第五节路基防护与加固二、边坡防护3.护面墙双层式；单层式；墙面；拱式；混合式

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13120第五节路基防护与加固三、冲刷防护1.直接防护植物防护砌石防护

抛石

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13121第五节路基防护与加固三、冲刷防护1.直接防护石笼

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计a)箱形笼；b)圆柱形笼；c)防止淘底；d)防护岸坡浸水挡土墙2024/8/13122第五节路基防护与加固三、冲刷防护2.间接防护设置导治构造物：丁坝

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计a)垂直式；b)下挑式；c)上挑式2024/8/13123第五节路基防护与加固三、冲刷防护2.间接防护设置导治构造物：顺坝及格坝

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13124第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件1.类型按所处位置分：路肩路堤路堑山坡挡土墙等。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13125第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件1.类型按墙的结构形式分为：重力式、衡重式、半重力式、悬臂式、扶壁式、锚固式、柱板式、垛式等类型按使用的材料分：石砌砖砌水泥砼加筋等

按支挡机理分：外部支挡系统内部稳定系统杂交系统

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13126第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件2.特点与适用范围重力式挡土墙的构造构造施工简单、依靠墙身自身重力抵抗，对地基承载力要求高。

适用范围：盛产石料且一般墙高在12m以下，地基良好，若缺乏石料时可用混凝土砌筑。RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13127第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件2.特点与适用范围钢筋砼悬臂式、扶壁式挡土墙构造简单，施工方便，一般墙高6-9米，扶壁式墙高不宜超过15m，悬臂式墙高不宜超过5m。适用范围：悬臂式：缺乏石料地区，地基情况可以差一些扶壁式：在挡土墙较高时较悬臂式经济，其余同悬臂式

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13128第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件2.特点与适用范围石笼式挡土墙石笼式是用铁丝网编成笼子，装入片块石等充填材料。

适用范围：地下水较多的土质、风化破碎岩石路段等环境、气候较差的地方。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13129第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件2.特点与适用范围锚固式挡土墙包括锚定板式和锚杆式两种，它是通过一端埋设在破裂面外侧稳定区土体内的锚杆或锚定板等所提供的抗拔力或被动抗力，支持墙面挡住下滑土体的侧向推力。

适用范围：属于轻型结构，对地基适应性强，常用于地基不良，墙较高及缺乏石料的地区，由钢筋砼和锚固构件两部分组成。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13130第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件2.特点与适用范围加筋挡土墙是由各种加筋材料和土组成的一种复合材料，通过加筋材料同土之间的摩阻粘附作用而使这种复合材料具有承受拉应力的能力。

适用范围：石质土、砂性土、黄土地区墙较高且缺乏石料地区。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13131第六节挡土墙设计一、挡土墙的类型和适用条件2.特点与适用范围柱板式挡土墙由立柱、底梁、挡板、底板和基座组成、借助底板上的土重保持墙的稳定。

适用范围：高墙；路堑墙，用于支挡土质路堑高边坡或处治边坡滑塌。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13132第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算1.作用在挡土墙上的力系

（1）主要力系：挡土墙自重及位于墙上的恒载；墙后土体的主动土压力（包括超载）；基底的支撑力与摩阻力；墙前土体的被动土压力；浸水墙的常水位静水压力及浮力。

（2）附加力：季节性或规律性作用于墙的各种力，

如波浪冲击、洪水。

（3）特殊力：偶然出现的力，如地震力、浮力、水面物撞击力等。

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13133第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算2.一般条件下的库仑主动土压力计算

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计（1）静止土压力：土静止不动（2）主动土压力Ea

：土推墙土体达到主动极限平衡状态（3）被动土压力Ep

：墙推土土体达到被动极限平衡状态三种不同性质的土压力2024/8/13134第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算2.一般条件下的库仑主动土压力计算

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计基本假设：墙后填土为均匀的无粘性土（c=0），填土表面倾斜（β＞0）；挡土墙刚性，墙背倾斜，倾角为ε；墙面粗糙，墙背与土本之间存在摩擦力（δ＞0）；滑动破裂面为通过墙踵的平面。2024/8/13135第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算2.一般条件下的库仑主动土压力计算

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计

以破裂面交于路基内边坡的边界条件为例，库仑理论最大主动土压力为（推导过程见教材P76）：2024/8/13136第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算2.一般条件下的库仑主动土压力计算

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计大俯角墙背的主动土压力计算（推导过程见教材P78）：第二破裂面的出现及其计算2024/8/13137第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算2.一般条件下的库仑主动土压力计算

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计黏性土土压力计算（推导过程见教材P81）：2024/8/13138第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算2.一般条件下的库仑主动土压力计算

RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计折线形墙背的土压力计算（推导过程见教材P83）：力多边形法2024/8/13139第六节挡土墙设计二、挡土墙土压力计算3.车辆荷载的换算及计算参数

作用在填料上的车辆荷载，可近似的按均匀分布荷载考虑。计算时，把荷载换算成容重与墙后填料相同的土层。

公路桥涵设计规范中的方法

∑Q—布置在B0×L面积内的车轮总重力

B0—破坏棱体的宽度

L—挡土墙的计算长度:L=13+Htan300,但不超过挡土墙的分段长度.H为墙高,若墙顶以上有填土,则为两倍填土高度加墙高.当挡土墙分段长度小于13米时，取挡土墙分段长度RoadSubgradeandPavementEngineering第三章路基设计2024/8/13140第六节挡土墙设计三、重力式挡土墙的设计1.重力式挡土墙的构造重力式挡土墙主要以圬工墙体的自重抵抗墙后土体的侧向推力来维持土体的稳定。用干砌片石浆砌片石和砼砌筑。由墙背﹑墙面﹑墙顶﹑