第一章_总论_路基路面工程.

路基路面工程张洪亮授课计划总学时38学时。第一章4学时；第二章4学时第三章4学时第四章4学时第五章4学时第六章6学时第七章4学时第八章4学时第九章2学时复习2学时参考书（1）路基设计规范、施工规范（2）水泥混凝土路面设计规范、施工规范（3）沥青路面设计规范、施工规范（4）基层施工规范（5）公路土工试验规程（6）路基设计手册、路面设计手册（7）高等级公路路基路面施工技术徐培胡长顺、黄辉华编第一章总论目的要求1了解公路运输的特点和公路的发展历史。2掌握路基路面基本概念。3掌握路基用土的分类方法。4掌握路基干湿类型的划分及确定方法5掌握自然环境对路基路面的影响。6掌握公路自然区划的原则与区划方法。7掌握路面结构层的划分及各层的功能。8掌握路面及路面材料等级的划分。重点1.对路基路面的基本要求2.水分、温度等对路基路面的影响3.路基土的分类方法及土的命名方法难点路基土分类及不同土的特点教学方法利用多媒体以课堂讲授为主，结合课堂讨论。§1－1道路工程发展概况1.交通运输的意义交通运输设施——国家的重要基础设施；具有政治、经济、军事意义。现代交通运输的基本形式及其特点：5种运输形式——铁路，公路，水运，航空，管道道路运输“门—门”的面上运输2道路的发展我国情况○古代4000年前，我国已经有了车和路。西周建立了以都市为中心的道路体系。秦朝秦始皇统一六国修驰道，筑长城，开灵渠驰道直道——军事、政治、经济目的驰道质量标准：宽五十步（70米），路基高于地面，铁锤夯实路基，三丈一松，十里一亭。汉代——驰道，唐朝——贡道，元朝——驿道，清朝——官道○解放前1912——1949年，公路有了初步发展，13万公里，○建国后1988年10月，我国第一条高速公路沪嘉高速公路建成。1989年08月广佛高速公路16公里通车。1990年又相继建成全长375公里的沈大高速公路和143公里的京津塘高速公路。1999年10月，我国高速公路总里程突破１万公里（11605公里），位居世界第四位。2000年高速公路的总里程已经超过15000公里，2001年公路通车里程达到170万公里，居世界第四位，高速公路里程达到了19000公里，仅次于美国，居世界第二位，国外情况古代古罗马具有完整的道路体系和良好的施工工艺。近代汽车工业——道路德国1919年建成世界最早的高速公路，二战摩托化部队3860公里可作飞机临时跑道，80年代11536公里。美国1937年开始，1991年全部的州际公路系统完成，纽约——洛杉矶4556公里最长，1956—1980年每年3000公里，83年代84000公里日本1957年开始，1958—1965年名（古屋）神（户）高速，1994年5500公里，2003年10800公里。韩国1968年开始，汉城—仁川高速公路，1989年1550公里发达国家公路主骨架已形成，大规模土木工程基本结束，进入高级的管理，养护阶段3路基路面方面科技突破性的进展其中包括：•公路自然区划•土的工程分类•路基强度与稳定性•高路堤修筑技术与支挡结构•软土地基处理•岩石路基爆破技术•沥青路面结构•水泥混凝土结构•柔性路面设计理论方法•刚性路面设计理论与方法•半刚性路面结构•路面使用性能与表面特性•路面管理系统路基路面学科的发展趋势——与其他学科的交叉与发展，体现在以下几个方面：•材料科学•岩土工程学•结构分析理论•机电工程•自动控制与量测技术•现代管理科学§1－2路基路面工程的特点1．路基路面的定义（1）路基：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。（2）路面：在路基顶面的行车部分（其它指路肩）用各种混合料铺筑而成的层状结构物。2．路基路面的性能要求（1）承载能力包括强度和刚度。强度：指行车荷载作用下路面中的应力应变不超过极限值，不发生与之有关的破坏，如断裂等。（一般仅指路面）刚度：指在行车荷载作用下路基路面不至于发生相当大的变形，对应的破坏有：沉陷或波浪。一般既与路基，又与路面有关。（2）稳定性定义：长时间在行车荷载、水和温度等的作用下能保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质。内容：①整体稳定性：主要针对路基而言，即不发生路基的失稳，如滑坡、坍塌等。②水稳定性：即不至于由于水发生各种破坏，如排水不良地带路基损坏，路面唧泥等。关键做好防排水的工作。③温度稳定性：即不至于由于温度（如高温、低温）发生各种破坏，如车辙、冻胀等。影响因素（原第三节）：①地理条件：主要指地形、地貌等。如平原区要求有一定的最小填土高度，山区整体稳定性容易失稳等；②地质条件：岩石的种类、节理、风化、裂隙、倾向等。（主要针对路堑）。另外不良地质（如泥石流、滑坡）等；③气候条件：气温、降水、日照、风向、风力（主要指沙漠公路）等；④水文和水文地质条件：指地表水和地下水；⑤土的类别。（3）耐久性主要有：路面材料抗疲劳能力要高，路基路面抵抗塑性累积变形的能力要高。要加强养护。（4）表面平整度（5）表面抗滑性能§1－4路基土的分类1．分类依据（1）土颗粒组成特征：用不同粒径粒组在土中的百分含量表示。（2）土的塑性指标：液限wL、wp塑限和塑性指数Ip；Ip=wL-wp（3）土中有机质存在的情况。2．粒组划分定义：土的粒径有大有小，将某些粒径范围的土归为一组，称为粒组。分组：P8表1-1.巨粒组：60mm，又以200mm为界分为漂石（块石）和卵石（小块石）粗粒组：0.074~60mm。又以2mm为界分为砾（角砾）和砂。又可以进一步细分：粗、中、细（砾或砂）。细粒组：0.074mm。以0.002mm为界分为粉粒和粘粒。3．土分类巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土4．公路土分类的基本代号（1）成分代号：P9表1-2。（2）级配代号级配良好－W；级配不良－P。以不均匀系数Cu和曲率系数Cc表示。Cu=d60/d10Cc=(d30)2/(d10×d60)d60为通过率60%对应的粒径。（3）液限高低代号：高液限－H；低液限－L。（50％为界）（4）特殊土代号：黄土－Y；膨胀土－E；红粘土－R；盐渍土－St。（5）土类名称表示方法可用一个基本代号表示（主要成分）；当由两个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示副成分（级配或液限）。例：GW－级配良好砾；当由三个基本代号构成时，第一个代号表示土的主成分，第二个代号表示级配（或液限），第三个代号表示土中所含次要成分。例：MHG－含砾高液限粉土5．巨粒土的分类定义：巨粒组质量大于总质量的15%的土称为巨粒土。分类：P9表1-3.6.粗粒土的分类定义：试样中粗粒组质量大于总质量50％的土。注：巨粒组含量小于15％，扣除巨粒组后，按粗粒土或细粒土的相应规定分类定名。分类：砾类土和砂类土①砾类土：砾粒组质量多于总质量50％的土。分类P9②砂类土：砾粒组含量小于或等于50%的土称为砂类土。分类P97．细粒土定义：细粒组（0.074mm）质量多于总质量50％的土称为细粒土。分类：分为粉质土、粘质土和有机质土。液限塑性指数AB50%A线：Ip=0.73(wL-20)；B线：wL=50%A线和Ip=10线以上称为粘质土，A线和Ip=10以下称为粉质土。含有有机质的细粒土称为有机质土。B线以右称为高液限；B线以左称为低液限；8．特殊土包括黄土、膨胀土、红粘土和盐渍土。新老土名对照表老土组老土名新土名砂土砂土砂；含细粒土砂砂性土粉质砂土粗亚砂土细亚砂土细粒土质砂粉土质砂粉性土粉质亚砂土；粉土粉质土含砂低液限粉土；低液限粉土粉质轻亚粘土；粉质重亚粘土；含砂低液限粉土；低液限粘土粘性土轻亚粘土；重亚粘土；粘质土粘土质砂；含砂低液限粘土轻粘土；重粘土；高液限粘土质砂；含砂高液限粘土；高液限粘土9.土工程性质评价（1）巨粒土良好（强度、稳定性好）（2）粗粒土良好（3）砂土强度、稳定性好，压实困难；（4）砂性土强度、稳定性好，压实容易；（5）粉性土粘性小，毛细作用强，水稳定性差，易产生冻胀和翻浆；（6）粘性土粘性大，水稳定性优于粉土，毛细作用强；（7）重粘土不易施工。§1－5公路自然区划1.自然区划分类分为自然地理区划（包括综合自然区划、部门区划）和专业自然区划（农业、建筑、生态、公路）。2.引入公路自然区划的原因自然区划制定的原则（1）道路工程特征相似即在同一个区划内筑路相似。（2）地表气候区划差异性即不同的区划间地表气候不同。地表气候包括纬度的不同（即地带性差异）和高程的不同（即非地带性差异）。（3）自然气候因素既有综合又有主导作用的原则自然因素包括水和温度，即两者综合起作用，但有时候的划分以某一个因素为主。4.公路自然区划划分（1）地带分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带。（2）一级区划根据：以温度为主导，适当考虑水热平衡和地理位置.具体：全年均温-2℃等值线、一月份均温0℃等值线、我国地势的三级阶梯的两条等高线(1000m和3000m）名称：分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖、干旱和高寒7个大区，具体地Ⅰ区－北部多年冻土区；Ⅱ区－东部温润季冻区；Ⅲ区－黄土高原干湿过渡区；Ⅳ区－东南湿热区；Ⅴ区－西南潮暖区；Ⅵ区－西北干旱区；Ⅶ区－青藏高寒区。（3）二级区划依据：主要潮湿系数，另外还有地理、气候、地貌类型、自然病害等。潮湿系数K=R/Z式中：R为年降雨量；Z为年蒸发量。等级划分见P14P13图1-5（4）三级区划5评价及展望评价：（1）侧重于为低等级道路服务，病害主要考虑冻胀与翻浆。（目前高等级公路的冻胀与翻浆已经不是主要的病害）（2）影响因素仅是水、热，没有考虑地貌、地质等。（3）不能很好地为公路服务，服务范围不明确，目前有用的仅是土基模量、最小路基高度、稠度参照该区划；（4）是纸版；展望：（1）服务阶段明确，如设计、施工、养护、路基、路面等；（2）指标更加合理，如考虑特殊土；（3）三级区划更丰富；（4）利用GIS系统开发电子版。§1－6路基水温状况及干湿类型一、路基湿度的来源大气降水：通过路面、路肩、边坡和边沟渗入；地面水：如灌溉、地表径流水；地下水：毛细作用、渗流（周围的高处），水蒸汽凝结等；薄膜移动水：在土中以薄膜的形式从含水量高处向较低处流动，从温度较高处向较低处流动。本质上的来源无外乎地表水和地下水。二、大气温度及其对路基水温状况的影响水分移动规律：水分从从温度较高处向较低处流动；从含水量大处向小处移动。冻胀：在冬季，水分由下向上移动，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：在春季，水溶化以后，路基上层含水量增加，承载能力下降，在车辆作用下路基土以泥浆的形式从胀裂的路面裂隙中冒出，形成翻浆。三、路基干湿类型1．干湿状态：干燥、中湿、潮湿和过湿。路基一般要求：路基最上部0～80cm范围内的土处于干燥或中湿状态。2.干湿类型判断方法（1）旧路：稠度法稠度定义：wc=(wL-w)/(wL-wp)式中：wc－土的稠度；wL－液限；w－含水量；wP－塑限。分界稠度：干燥wc1中湿wc2潮湿wc3过湿。另外还有：干燥状态路基常见下限稠度wc0。取值与自然区划和土性有关。具体见P17表1－7。路基平均稠度：指路床范围内土的平均稠度。一般每10cm为一层，计算每层的稠度，然后取平均。Wci=(wLi-wi)/(wLi-wPi)干湿类型确定：①计算路基平均稠度（注：不利季节，雨季或春融季节）②查表确定分界稠度③通过两者的比较确定路基干湿类型。（2）新建路：临界高度法临界高度：与分界稠度相对应的路基顶面离地下水位或地表积水水位的高度。看p18图1-6。路基临界高度值：见P19表1－9。干湿类型确定：①查表确定路基临界高度；②将路基设计高度与路基临界高度比较确定干湿类型。§1－7路面结构及层位功能一、路面横断面组成：行车道、硬路肩和土路肩。二、路拱横坡度1．原因：横向排水的需要2．形状：直线和抛物线3．大小影响因素：①路面等级（或类型）等级越高，横坡度越小②