城市道路路面基本知识

第九章城市道路路面基本知识一、概述：城市道路的路面是城市道路的重要组成部分，它由各种材料铺筑在路基上供车行、人行的层状构筑物。路面质量的好坏，直接影响到行驶、速度、安全和运输成本。为满足对城市道路的通畅、安全、舒适、经济等各方面的要求，对道路路面就有一定的要求。一、路面的基本要求城市交通要求道路路面：1.能承受各种车辆行驶而不受破坏；2.能保证全天候通行；3.能在一定的通行速度下保证安全和舒适。因此，对城市道路的路面有以下要求：强度和刚度强度是车辆行驶，承担路面结构会产生不同的压应力、拉应力和剪应力的能力。刚度是指路面抗变形的能力，同样强度路面，刚度可能不同。在强度足够，刚度不足的情况下，也会使路面产生变形，如波浪，凹陷等破坏现象。稳定性路面暴露在自然环境中，在水份、温度的影响下，路面的性能会发生变化，影响路面的强度和刚度，为此必须选择适合于当地情况的路面结构与材料，使其变化减少到最低。平整度道路的平整度对使用的安全性和舒适性有很大的影响。平整度差会影响行车速度，同时因车辆颠簸会加快路面破坏，车辆损坏。道路路面要求有较好的平整度，行车速度越快，对平整度要求越高。粗糙度路面的粗糙度，是指路表面与行驶车辆轮胎之间应具备足够的摩擦阻力，以满足车辆滚动前进或制动停车的安全需要。光滑的路面使车轮缺少足够的摩阻力，容易空转打滑导致交通事故。尤其在行车速度高，或是曲线路段、爬坡路段，更应保证足够的粗糙度。二、路面结构组成城市道路路面结构根据受力状况和使用要求，采用不同强度、规格的材料来铺筑。路面通常分为面层、基层和垫层。三、路面受力分析行车的作用对路面的影响主要包括车辆的重力作用和行车时的动态作用。车辆的重力作用，包括自重和载重。车辆通过轮胎与路面的接触面，传递给道路路面，再由路面扩散至路基。重力作用是垂直方向的作用，经传递扩散，最终由土路基承受。行车的动态影响主要包括水平力和动力作用。水平力是指车辆行驶时，轮胎对路面产生的水平反力。其中，在车辆紧急制动时，对路面产生的水平推力最大，可达竖向力的80％。动力作用是指车辆在路面上行驶时，由于自身的震动和路面的不平整，车轮实际上是以一定频率和振幅在路面上跳动，使作用于路面上的轮载呈时大时小的变化作用。行车的动态作用主要影响路面的受力状况，对路基影响较小。从行车荷载对于路面作用分析，其竖向应力和应变随深度而递减，因而对各层材料的强度和弹性模量的要求也可随深度而相应减小。因此，路面分层构筑，按强度和弹性模量自上而下递减的组合。四、面层面层是路面结构最上面一个层次，直接受行车、自然条件等因素的影响，并将荷载传递至基层。因此，要求面层有较好的强度和刚度，良好的水、温稳定性，耐磨不透水，其表面有良好的平整度和粗糙度。路面的使用品质主要取决于面层。修筑面层的材料主要有：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料、碎(砾)石掺土(或不掺土)混合料和块石等。面层材料的单价较高，因此常根据结构层所受的应力不同，分两层或三层修筑。为改善行车条件，延长使用寿命，面层上常铺有2－3cm的磨耗层；有时有磨耗层上再铺保护层。联结层、磨耗层、保护层都是路面面层的一部分。五、基层基层在面层以下，是路面的主要承重层，主要承受由面层传递的荷载垂直力。因此，基层应有足够的强度和刚度，并有良好的扩散应力的性能。强基层才能薄面层。基层也应有平整的表面，以保证面层厚度均匀。它还可能受地表水或地下水侵入，应有足够的水稳定性，以防止受湿变形而影响强度。用作基层的主要材料有：碎石、砾石、石灰土、用水泥或沥青处治的碎(砾)石、工业废碴组成的混合料和片石、块石等。基层有时也可分为两层，其厚度根据施工碾压的要求而定。六、垫层垫层设置在基层以下与土基之间，作用主要是隔水、排水、防冻和扩散应力，改善土基和基层的工作条件。此外还能阻止路基土挤入基层，起隔离作用，保证路面稳定性。用作垫层的材料强度不一定要高，但要求水稳定性或隔热性能好。常用材料有两种类型。一是松散颗粒材料，如用砂、砾石、炉碴、片石等修筑的透水性垫层；二是由整体性材料组成，如用石灰土、炉碴石灰土类修筑的稳定性垫层。七、路面分类柔性路面柔性路面主要包括用各种块料面层和各类有机粘结料面层和各种基层(水泥混凝土基层除外)所组成的路面结构。其结构强度主要是依靠有颗粒级配的石料相互密实嵌挤，再加上适量有粘性、弹塑性的结合料共同作用而得的。从受力特点来看，柔性路面抗压，不抗弯拉。在行车荷载的作用下有一定的塑性，允许产生弯沉变形之后又回复到原位时，残留一些微小的变形。但一旦累计变形过量，即引起柔性路面的破坏。因此，在柔性路面的构造中，“密实嵌挤”的原则十分重要。一般来说，面层的造价比较贵，而基层、垫层相对比较便宜。因此，面层的厚度一般相对薄些，但应具有高强抗剪耐磨和热稳定性好。基层可以厚些，承受压力，越往下层，应力越小，对所需的材料要求也可以相对低。刚性路面刚性路面主要指水泥混凝土作面层或基层的路面结构。由于水泥混凝土路面是整体的板块，其强度特别是抗弯拉(抗折)强度，远高于其它路面材料；它的弹性模量也较其他各种路面材料大得多，呈现较大的刚性。所以，在行车荷载的作用下，垂直变形极小；荷载通过混凝土板体的扩散分布，传递到路基上的压力较柔性路面小得多。但水泥混凝土路面在重载下一旦强度不足，就立刻会引起刚性路面板被折断、损坏。所以，常在纵向板块缩缝之间加传力杆、横向板块之间加企口纵缝，以增强板块间分担荷载的作用。此外，用无机结合料(水泥或石灰)稳定的土或处治碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废碴基层，在前期具有柔性结构的力学特性，而后期强度刚度均有较大增长，但最终强度刚度仍较刚性路面低。这种路面结构称半刚性路面。按路面特性，交通要求不同，可分为高级路面、次高级路面、中级路面和低级路面四类。城市快速路、主干路、次干路采用高级路面、支路、街坊道路可采用次高级路面。八、路面结构选择分类机动车道。车行道路面结构的选择，应根据城市道路的等级，承担的交通量，使用年限，当地气候、地质条件和当地材料情况等因素所确定。沥青类路面。沥青类路面表面平整，耐磨、行车舒适，施工期短，养护维修简便，宜于分期修建，可以适用于各种城市道路路面。城市快速路、主干路、次干路、支路根据等级性质不同，可以采用不同类型的沥青路面：在重交通道路上应采用沥青混凝土路面、强度大承载力高的基层和坚实的路基；在潮湿多雨地段则应采用密实性好、渗水少的沥青类路面；在纵坡大于3％的路段，宜采用粗粒式沥青碎石或粗面式沥青表面处治；在纵坡大于6％路段则不宜采用沥青路面；通行履带式车辆的道路也不宜采用沥青路面。水泥混凝土路面。水泥混凝土路面具有较高的承载能力和扩散荷载的能力，较好的耐疲劳作用特性。在荷载重和交通量大的城市道路上，宜采用水泥混凝土路面，特别是在土基软弱时，水泥混凝土路面更显优越性。同时，水泥混凝土的水稳定性和温度稳定性均较好。在过水路面、冰冻地区、或炎热地区，适宜于采用水泥混凝土路面。此外，水泥混凝土路面粗糙度好，抗滑，适用于纵坡大，或小半径平曲线道路。水泥混凝土路面的致命缺点是在遇到强烈地震后，路面板块翘曲变形，接缝间高低错落不平，无法通行救灾交通，事后翻建难度大。其它路面结构整齐块石铺砌的高级块石路面，坚固耐久，可以适应重交通，必须要有很坚实的基层。块石路面施工速度慢，建设成本高，只适用于特殊的城市道路的车行道，如通行履带式车辆路段，铁路平交道口或陡坡路段等处。其它块料铺砌路面和碎石路面一般不适用于城市快速路、主次干路、支路和街坊道路的车行道面层，通常作为路面的基层和底基层使用。城市道路上的公交站点对路面强度要求很高。这是由于车辆进站制动引起的向前水平推力很大，出站时，加速向后的水平力也很大。路面的抗剪强度不足，路面易起拱起搓板。因此公交站点不宜采用沥青路面，可用水泥混凝土或块料铺砌路面。非机动车道非机动车道主要供自行车、客货三轮车行驶。由于荷载较轻，可采用简单路面结构，尽量采用地方材料(尤其是基层)。面层可以采用沥青混凝土、沥青碎石、沥青表面处治等；基层可采用石灰稳定类、天然砂砾等。在色彩上，自行车道可以铺筑成与机动车道不同，国外常采用赭红色的路面。非机动车道的路面要平整，其粗糙度可比机动车道的低些。使两者有明显的区别，以确保骑车人的安全。在常用的三幅路断面上，沿路两侧单位出入的机动车，有时需在非机动车道上顺向行驶一段距离，再进入机动车道。所以，非机动车道的路面，也应考虑少量机动车辆行驶的要求。人行道城市道路上人行道铺装应平整、抗滑、耐磨、美观，其厚度应保证施工最小厚度的要求。面层可采用各种规格的预制混凝土方砖、预制混凝土联锁块、细粒式沥青混凝土、沥青石屑、水泥混凝土等。基层和土路基一定需有较高的强度和稳定性。否则基层容易产生不均匀下沉，雨后路面砌块缝间溅水，行人都走到车行道，引起交通不安全。凡是采用彩色块料铺装路面，一般禁止机动车辆驶入(特殊急救车辆除外)，车辆出入口处的人行道路面结构和厚度，应根据车辆荷载情况而定。在公园的步道上，还可以用带缺角的预制混凝土联锁块或有密格子的工程塑料做成的联锁盘铺装成路面，在其缺角或格子内载上草皮，形成一条绿色的步道。第二节土路基和基层路基是路面的基础，一般由压实的自然土壤组成，又称土路基。路基坚强稳定，不仅有利于路面强度的提高，提高道路的使用品质，还可以减薄路面结构层的厚度，降低路面工程造价。反之，若路基松软，在行车荷载的长期作用下，过量变形，会引起路面的不均匀沉陷，影响路面平整度，导致路面过早破坏。这在桥墩与路面的连接处表现得特别明显。土路基的品质主要取决于土路基的刚度和稳定性。影响土路基刚度的主要因素及改善措施影响土路基的刚度的主要因素是水的作用，导致土路基软化，引起刚度变化，稳定性下降。水的来源甚多，主要有：大气降水：当路面排水不良时，地面水可通过渗透或毛细润湿作用进入路基。蒸发则使水从土路基逸出。地下水和温度：地下水的毛细上升作用会影响土路基湿度，土壤的毛细管越细，毛细水上升越高。当昼夜温度变化，使水份以液态或气态向上移动，由于路面面层为不透水层，上升的水份就容易积聚在土路基内。地下给排水管道的渗漏土路基水温湿度的变化，在北方季节性冰冻地区会造成冬寒冻胀和春融翻浆的现象，在南方非冰冻地区会造成土基过分湿软，从而都将导致路基的刚度在某一时期过于降低，致使路面发生破坏。为调节不利土路基的水温湿度状况，避免产生上述侵害，对于城市道路路基，可以采用以下工程措施。加强路基路面排水合理布设排水系统，使地面水得以迅速排除；及时维修路面，不使之产生裂缝和坑穴，以避免积水下渗路基。压实土基对土路基在最佳含水量时施以充分的压实，达到规定的压实度(压实度是工地上实际达到的干密度与最大密度之比)，使之具有一定抵抗水份浸湿能力，也即保证具有足够的刚度。换土用强度高、水稳性好、压缩性小的填筑材料替换土路基上层水稳性差、强度低的土。对于弹簧土、橡皮土等含水量大、压不实的土，宜采用换土措施。换土同时，宜采用分层夯实、不同土质层次恰当组合等填筑方法。石灰稳定对于过湿土路基，可掺拌少量石灰或打石灰桩；借石灰吸湿作用干燥土基。在土基顶面可铺设石灰土或石灰炉碴土等垫层，减少湿软土基对路面不良影响。土路基填料的选择一般不含有害杂质的土，大多均可用作路基填料。但各种填料的工程性质和运用性是有差别的，根据土的统一分类法将其简述如下：不易风化的石块——透水性极大，强度高，水稳性好，使用场合和施工季节均不受限制，为最好的填料。但石块之间要嵌锁密实，以免在自重和行车荷载作用下石块松动位移产生沉陷变形。碎(砾)石土——透水性大，内摩擦系数高，水稳性好，施工压实方便，是很好的填料，若细粒土含量增多，则透水性和水稳性就会下降。土路基填料的选择砂——无塑性透水性和水稳性均好，毛细上升高度很小，具有较大的内摩擦系数。但由于其粘性小，易于松散，对流水冲刷和风蚀的抵抗能力弱。为克服该缺点，可适当掺一些粘性大的土，或将边坡表面予以加固，以提高路基稳固性。含低液限细粒土的砂(俗称砂性土)——内摩擦系数较高，又有一定的粘结性，易于压实，使获得足够的强度和稳定性