【正文】 1 《路基路面工程》講義 湖南城市學(xué)院土木工程學(xué)院道路教研室 2 目 錄 第一章 總論 167。 道路工程發(fā)展概況 167。 路基路面工程的特點(diǎn) 167。 影響路基路面穩(wěn)定的因素 167。 路基土的分類 167。 公路自然區(qū)劃 167。 路基水溫狀況及干濕類型 167。 路面結(jié)構(gòu)及層位功能 167。 路面的等級與分類第二章 行車荷載 環(huán)境因素 材料的力學(xué)性質(zhì) 第二章 行車荷載 環(huán)境因素 材料的力學(xué)性質(zhì) 167。 行車荷載 167。 環(huán)境因素影響 167。 土 基的力學(xué)強(qiáng)度特性 167。 土基的承載能力 167。 路基的變形、破壞及防治 (自學(xué) ) 167。 路面材料的力學(xué)強(qiáng)度特性 167。 27 路面材料的累積變形與疲勞特性第三章 一般路基設(shè)計(jì) 第三章 一般路基設(shè)計(jì) 167。 路基的類型與構(gòu)造 167。 路堤設(shè)計(jì) 167。 路塹設(shè)計(jì) 167。 34 填挖結(jié)合路基設(shè)計(jì) 第四章 路基邊穩(wěn)定性分析性設(shè)計(jì) 167。 邊坡穩(wěn)定性分析原理與方法 167。 陡坡路堤穩(wěn)定性 167。 浸水路堤穩(wěn)定性 第五章 路基的防護(hù)與加固 第六章 擋土墻設(shè)計(jì) 3 第一章 總論 167。 道路工程發(fā)展概況 早在 4000 多年前，中國已有了車和行車的路。商代開始有驛道傳送，西周開創(chuàng)了以都市為中心的道路體系，還建立了比較完善的道路管理制度，以后的西漢、唐代、宋、元、明、清各代，道路交通又有發(fā)展。 清末，在原有驛道上修建了一些很簡陋的公路，中華民國初期，公路有了初步發(fā)展。建國以來，我國公路交通事業(yè)得到了迅速發(fā)展。自 80 年代中期開始，中國大陸開始興建高速公路。高速公路的建設(shè)和使用，為汽車快速、高效、安全舒適地運(yùn)行提供了良好的條件，標(biāo)志著我國的公路運(yùn)輸事業(yè)和科學(xué)技術(shù)水平進(jìn)入了一個嶄新的時代。 路 基路面直接承受行駛車輛的作用，是道路工程的重要組成部分。它主要研究公路，城市道路和機(jī)場跑道路基路面的合理結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、設(shè)計(jì)方法、材料性能要求以及施工養(yǎng)護(hù)、維修和管理技術(shù)等。 半個世紀(jì)以來，我國廣大道路工程科技工作者，從我國實(shí)際和建設(shè)需要出發(fā)，引進(jìn)外國先進(jìn)技術(shù)、刻苦鉆研、反復(fù)實(shí)踐在路基路面工程建設(shè)和科學(xué)研究中，取得了許多突破性的系列成果，如公路自然區(qū)劃、土的工程分類、瀝青路面結(jié)構(gòu)、水泥砼路面結(jié)構(gòu)、柔性路面設(shè)計(jì)理論與方法等。 167。 路基路面工程的特點(diǎn) 路基路面是道路的重要工程結(jié)構(gòu)物 路基：路基是在天 然地表面按照道路的設(shè)計(jì)線形 (位置 )和設(shè)計(jì)橫斷面 (幾何尺寸 )的要求開挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)物。 路基是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路基質(zhì)量的好壞，必將反映到路面結(jié)構(gòu)上來，路面的損壞往往與路基排水不暢、壓實(shí)度不夠，強(qiáng)度低等有直接關(guān)系。路基設(shè)計(jì)不好，將影響道路的使用質(zhì)量，修復(fù)難度大、費(fèi)用高。 路面：路面是在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結(jié)構(gòu)。 現(xiàn)代化公路運(yùn)輸不僅要求道路能全天候通行車輛，而且要求車輛能以一定的速度、安全、舒適而經(jīng)濟(jì)地在道路上運(yùn)行。這就要求路面具有良好的使用性能，提供良好的行駛條件和服務(wù)水平。 路基和路面相輔相成，實(shí)際上是不可分離的整體，應(yīng)綜合考慮它們的工程特點(diǎn)，綜合解決兩者的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等工程技術(shù)問題。 4 對路基路面的基本性能要求： 一、承載能力 行駛在路面上的車輛、通過車輪把荷載傳給路面，由路面?zhèn)鹘o路基、在路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生不同量的應(yīng)力，應(yīng)變和位移。如果路基路面結(jié)構(gòu)整體或某一組成部分的強(qiáng)度或抗變形能力不足以抵抗這些應(yīng)力，應(yīng)變及位移，則路面會發(fā)生斷裂、路基路面結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)沉陷，路面表面會出現(xiàn)波浪或車轍，使路況惡化、服務(wù)水平下降，因此要求路基路面結(jié)構(gòu)整體及其各組成部分都具有與行車荷載相適應(yīng)的承 載能力。 結(jié)構(gòu)承載能力包括強(qiáng)度和剛度二方面： 強(qiáng)度：反映結(jié)構(gòu)物抵抗外力的能力。 剛度：反映結(jié)構(gòu)物抵抗外力作用下變形的能力。 解決途徑：通過設(shè)計(jì)各結(jié)構(gòu)層的厚度、材料的選擇及施工質(zhì)量來保證。 二、穩(wěn)定性 (水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性 ) 在天然地表面建造的道路結(jié)構(gòu)物改變了自然的平衡，在達(dá)到新的平衡狀態(tài)之前，道路結(jié)構(gòu)物處于一種暫時的不穩(wěn)定狀態(tài)。新建的路基路面結(jié)構(gòu)坦露在大氣之中，經(jīng)常受到大氣溫度、降水與濕度變化的影響，結(jié)構(gòu)物的物理、力學(xué)性質(zhì)隨之發(fā)生變化，處于另外一種不穩(wěn)定狀態(tài)。 解決途徑：選線、勘測、設(shè)計(jì)、施工中應(yīng)密切注意， 并采取必要的工程措施，以確保路基有足夠的穩(wěn)定性。路面類型選擇和路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)來保證，如半剛性基層易產(chǎn)生干縮裂縫，因而在高等級公路中，不能在半剛性基層上直接鋪筑薄面層，而采用過渡層 +薄面層。 三、耐久性 耐久性：路基路面材料在長期的荷載作用下能保持其材料性質(zhì)等的性質(zhì)。耐久性不好，路面在行車荷載和冷熱、干濕等氣候因素的長期重復(fù)作用下，產(chǎn)生疲勞破壞及塑性變形積累、老化，最后導(dǎo)致材料破壞。提高路基路面的耐久性，保持其強(qiáng)度、剛度，幾何形態(tài)經(jīng)久不衰，除了精心設(shè)計(jì)、精心施工、精心選材之外，還應(yīng)把長期的養(yǎng)護(hù)、維修、恢復(fù)路 用性能的工作放在重要的位置。 四、表面平整度 路面表面平整度：反映路面偏離表面的縱向起伏，它是影響行車安全、行車舒適性以及運(yùn)輸效益的重要使用性能指標(biāo)： 不平整的路表面會增大行車阻力，并使車輛產(chǎn)生附加的振動作用，而且，不平整的路面會積滯雨水，加速路面的破壞。 解決途徑：優(yōu)良的路面平整度，要依靠優(yōu)良的施工裝備，精細(xì)的施工工藝，嚴(yán)格的施工質(zhì)量控制以及經(jīng)常和及時的養(yǎng)護(hù)來保證。砼路面的平整度以 3m直尺量測為準(zhǔn)， 3m 直尺與路面表面之間的最大間隙，高速公路和一級公路不應(yīng)大于 5 3mm；其他各級公路不應(yīng)大于 5mm。 五、表面抗 滑性能 通常用摩擦系數(shù)表征抗滑性能。摩擦系數(shù)小，則抗滑能力低，容易引起滑溜交通事故。 解決途徑：通過采用堅(jiān)硬、耐磨、表面粗糙的粒料組成路面表層材料來實(shí)現(xiàn)，或采用一些工藝措施來實(shí)現(xiàn)如砼路面的刷毛或刻槽等。 167。 影響路基路面穩(wěn)定的因素 路基路面裸露在大氣中，其穩(wěn)定性在很大程度上由當(dāng)?shù)刈匀粭l件所決定。因此，應(yīng)深入調(diào)查公路沿線的自然條件，因地制宜地采取有效的工程措施，以確保路基路面具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 影響路基路面穩(wěn)定性的因素有： 地理?xiàng)l件 平原、丘陵、山嶺各區(qū)地勢不同，路基的水溫狀況也不同。平原 地區(qū)地勢平坦，排水困難，地表易積水，地下水位相應(yīng)較高，因而路基需要保持一定的最小填土高度，路面結(jié)構(gòu)層應(yīng)選擇水溫穩(wěn)定性良好的材料，并采用一定的結(jié)構(gòu)排水設(shè)施；丘陵區(qū)和山嶺區(qū)、地勢起伏較大，路基路面排水設(shè)計(jì)至關(guān)重要，否則會導(dǎo)致穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，影響路基路面的穩(wěn)定性。 地質(zhì)條件 沿線的地質(zhì)條件如巖石的種類、成因、節(jié)理，風(fēng)化程度和裂隙情況，巖石走向、傾向、傾角、層理等有無夾層或遇水軟化的夾層，以及有無斷層或其他不良地質(zhì)現(xiàn)象都對路基路面的穩(wěn)定性有一定的影響。 氣候條件 氣溫、降水、溫度、冰凍深度，日照等 都會影響公路沿線地面水和地下水的狀況，并且影響到路基路面的水溫情況，氣候還受地形的影響。 水文和水文地質(zhì)條件 水文條件如公路沿線地表水的排泄，河流洪水位、常水位、有無地表水和積水時期的長短、河岸的淤積情況等。水文地質(zhì)條件如地下水位、地下水移動規(guī)律、有無層間水、裂隙水、泉水等，這些地面水，地下水都會影響路基路面的穩(wěn)定性，如果處理不當(dāng)，常會引起各種病害。 土的類別 土是建筑路基和路面的基本材料，不同的土類具有不同的工程性質(zhì)。如較強(qiáng)的砂，在滲流情況下，容易形成流砂粘粒成份多的土，強(qiáng)度形成以粘聚力為主，其強(qiáng) 度隨密實(shí)程度的不同，變化較大并隨溫度的增大而降低。 6 167。 路基土的分類 我國公路用土依據(jù)土的顆粒組成特征，土的塑性指標(biāo)和土中有機(jī)質(zhì)存在的情況，分為巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土四類，并進(jìn)一步細(xì)分為 11 種土 fg1— 1 (P8) 巨粒組： (大于 60mm的顆粒 )質(zhì)量多于總質(zhì)量 50%的土 包括漂 (卵 )石，漂 (卵 )石夾土，漂 (卵 )石質(zhì)土 粗粒土：包括礫類土和砂類土兩種 (粒徑在 ～ 60mm)質(zhì)量多于總質(zhì)量 50%的土 礫類土： (2～ 60mm的顆粒 )質(zhì)量多于總質(zhì)量 50%的土 砂類土： (2～ )質(zhì)量大于或等于總質(zhì)量 50%的土 細(xì)粒土： (小于 )質(zhì)量多于總質(zhì)量 50%的土 含有機(jī)質(zhì)的細(xì)粒土稱為有機(jī)土 特殊土：黃土、膨脹土、紅粘土和鹽漬土 一、各類公路用土的工程性質(zhì)不同 巨粒土：有很高的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，用以填筑路基是良好的材料，亦可用于砌筑邊坡。 級配良好的礫石混合材料：密實(shí)程度好，強(qiáng)度和穩(wěn)定性均能滿足要求。除填筑路基外，可以鋪筑中級路面，經(jīng)適當(dāng)處理后，可以鋪筑高級路面的基層、底基層。 砂土：無塑性、透水性強(qiáng)、毛細(xì)上升高度小，具有較大的摩擦系數(shù)。采用砂 土修筑路基，強(qiáng)度高，水穩(wěn)性好，但其粘結(jié)力小，易于松散，車輛通過時易產(chǎn)生較深的車轍。為克服此缺點(diǎn)，可以采用振動法壓實(shí)，并可摻入少量粘土，以改善級配組成。 砂性土：為修筑路基的良好材料，含一定數(shù)量的粗顆粒，使路基有足夠的內(nèi)摩擦力，又含有一定數(shù)量的細(xì)顆粒，使之具有一定的粘聚力，不致過分松散，一般遇水干得快，不膨脹，干時有足夠的粘結(jié)性，揚(yáng) f塵少，因此雨天不泥濘、晴天不揚(yáng)塵，在行車作用下易被壓實(shí)，便于施工。 粉性土：不良的公路用土，含有較多的粉土粒，干時稍具粘結(jié)性，但易被壓碎，揚(yáng)塵大，浸水時易成流體狀態(tài)。粉性 土的毛細(xì)上升高度大，在季節(jié)性冰凍地區(qū)容易造成冰脹，翻漿等病害，如遇粉性土，必需改良土質(zhì)且 (采取 )加強(qiáng)排水，隔水措施。 粘性土：透水性小，粘聚力大，干時堅(jiān)硬，不易挖掘，毛細(xì)現(xiàn)象顯著，有較大的可塑性，用來筑路比粉性土好，但不如砂性土，如在適當(dāng)含水量時加以 7 充分壓實(shí)和良好的排水設(shè)施，筑成的路基也能獲得穩(wěn)定。 重粘土：塑性指數(shù)與液限都很高，其工程性質(zhì)與粘土相似，但受粘土礦物成份影響較大 (含高嶺土為最好，伊里土次之，蒙脫土最差 )，重粘土不透水，粘聚力特強(qiáng)，干時很堅(jiān)硬，很難挖掘，膨脹性和塑性都很大。 總之，土作為 路基建筑材料，砂性土最優(yōu)，粘性土次之，粉性土屬不良材料，垂粘土，特別是蒙脫土也是不良的路基土，而一些特殊土類、用以填筑路基時必須采取相應(yīng)技術(shù)措施。 二、路基土的工程分級 在施工中路基土石按其開挖難易程度，又可分為六級：松土、普通土、硬土、軟土、次豎石、豎石。 167。 公路自然區(qū)劃 一、公路自然區(qū)劃劃分目的： 道路工程特征相似的原則：在同一區(qū)劃內(nèi)，在同樣的自然因素下筑路具有相似性 (如北方：春融翻漿；南方：雨季沖刷、水毀等 )。 地表氣候區(qū)劃差異性的原則：包括地帶性差異和非地帶性差異，地帶性差異即緯度 不同，地表氣候不同 (如北半球北方寒冷，南方溫暖 )。 非地帶性差異：如青藏高原，由于海拔高，與緯度相同的其它地區(qū)相比，氣候更加寒冷。 自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用的原則： 自然氣候的變化是各種綜合作用的結(jié)果，但其中又有某種因素起著主導(dǎo)作用。 三、劃分情況： “公路自然區(qū)劃”分三級進(jìn)行區(qū)劃，首先將全國劃分為多年凍土，季節(jié)凍土和全年水凍土三大地帶，然后根據(jù)水熱平衡和地理位置，劃分為凍土、濕潤、干濕過渡、濕熱、潮暖和高寒 7 個大區(qū) (一級區(qū)劃 )在一級區(qū)劃內(nèi)再以潮濕系數(shù)為依據(jù)，分為 6 個等級，另外還結(jié)合各個大區(qū)的地 理，氣候特征，地貌類型，自然病害等因素，將全國分為 33 個二級區(qū)和 18 個二級副區(qū)。 Ⅰ區(qū)：北部多年凍土區(qū) 凍脹、雪害、延流水等病害嚴(yán)重，對冰、水含量較大的凍土路基設(shè)計(jì)，應(yīng)采用保護(hù)多年凍土的原則，寧填鐵挖，路面結(jié)構(gòu)應(yīng)采取保溫措施，以防路基熱隔沉陷，對非多年凍土還要注意翻漿問題。 Ⅱ區(qū)：黃土高原干濕過渡區(qū) 該區(qū)路面結(jié)構(gòu)突出的問題是防止翻漿和凍脹，夏季水毀及地震也有一定影 8 響。為防止凍脹和翻漿，路基路面結(jié)構(gòu)應(yīng)注意采取隔溫、排水和截?cái)嗝?xì)水上升等措施。 Ⅲ區(qū)：黃土高原干濕過渡區(qū) 該區(qū)特點(diǎn)是黃土對水分的敏感性，路基應(yīng)注意 排水，路面結(jié)構(gòu)必須選擇不透水的面層或封閉層，以防雨水下滲。 Ⅳ區(qū)：東南濕熱區(qū) 該區(qū)因春、夏東南季風(fēng)造成的霉雨和夏雨，形成明顯的不利季節(jié)。東南沿海臺風(fēng)暴雨多，水毀、沖毀、滑坡是道路的主要病害，應(yīng)加強(qiáng)排水。該區(qū)水稻田多，對軟土和潮濕路段的路基應(yīng)認(rèn)真處理。又因氣溫高、熱季長，瀝青路面應(yīng)注意熱穩(wěn)定性，抗滑性和水透水性。 Ⅴ區(qū)：西南潮暖區(qū) 該區(qū)山多，筑路材料豐富，應(yīng)充分利用當(dāng)?shù)刂凡牧?，對于水文不良地段，必須采取措施，穩(wěn)定路基。 Ⅵ區(qū)：西北干旱區(qū) 該區(qū)氣候干旱，除灌區(qū)和綠洲外，一般道路凍害較輕；砂石路面經(jīng)常出現(xiàn)搓板， 松散和揚(yáng)塵。改鋪瀝青路面為有效的解決辦法，高山區(qū)有風(fēng)雪流危害，沙漠地區(qū)應(yīng)注意風(fēng)蝕和沙埋等的防治。 Ⅶ區(qū)：青藏高寒區(qū) 該區(qū)地處高原，氣候寒冷，分布有高原多年時土和現(xiàn)代冰川，東南部由于新構(gòu)造運(yùn)動活躍，地形破碎和地震強(qiáng)烈、雪害、滑坡、崩塌、泥石流等自然病害均較嚴(yán)重，應(yīng)采取措施保證路基的整體穩(wěn)定。另外，晝夜溫差大，日照時間長，瀝青老化很快。