中南大学路基路面工程课件-1.路基路面工程总论

路基路面工程2011.03主讲周建普1.路基路面工程总论1.1路基路面工程的特点和要求1.2影响路基路面稳定性的因素1.3路基土的工程分类与工程性质1.4公路自然区划和路基干湿类型1.5路面结构与路面等级路基：指在地表按道路的线型（位置）和断面（几何尺寸）要求开挖或填筑而成的线形岩土结构物。路面：指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。1.1.1路基路面工程的特点(1)工程的力学计算影响因素复杂；(2)工程的环境影响因素变异性大；(3)工程材料多，性质复杂，受环境因素变化的影响大；(4)工程数量大，占用投资多；(5)涉及面广（学科领域、行政区域、生态、人口、环境……）1.1路基路面的特点和要求1.1路基路面的特点和要求1.1.2.路基路面工程的基本要求(1)足够的整体稳定性(2)足够的强度和刚度(承载能力)(3)足够的水温稳定性(4)足够的耐久性(5)足够的平整度(以保证各路面结构层厚度均匀和行车平稳舒适)(6)路表适当的粗糙度（路表抗滑性）1.2影响路基路面稳定性的因素1.2.1影响路基路面稳定性的自然因素(1)地形条件不仅影响路线的选定和线型的设计，也影响路基路面设计。平原排水困难，地下水位高，地表易积水。(2)气候条件如降水，气温，日照，蒸发量，冻深等，都影响公路沿线地表水和地下水状况，并影响路基路面的水文状况，进而使路基路面的强度和稳定性发生变化。(3)水文和水文地质条件如地表水的排泄条件，河流洪水位，常水位，有无地表积水和积水期长短，河岸冲刷与淤积情况；地下水位，地下水运动规律，有无层间水、裂缝水、泉水等。均会影响路基路面的稳定性，处理不当会出现各种病害。1.2影响路基路面稳定性的因素(4)地质条件岩石的种类、成因、产状、厚度、层理、有无软弱层，节理、裂隙发育程度及风化程度，断层、破碎带及其他不良地质现象（岩溶、泥石流等）。(5)土的类别土是铺筑路基和路面的基本材料，不同的土类具有不同的工程性质，因而影响路基路面的强度和稳定性。粘性土强度构成以粘聚力为主，砂类土强度构成以摩擦力为主，粉质土毛细水作用强烈。(6)植被植被发育情况影响地表径流和导热情况1.2影响路基路面稳定性的因素1.2.2．影响路基路面稳定性的人为因素(1)荷载作用——静载、动载及其大小和重复作用次数。(2)路基路面结构——填土类别、性质、路基形式、路面等级和面层类型、排水结构物设置。(3)施工方法——分层填筑、分层压实，压实方法。(4)养护措施(5)其他1.3路基土的工程分类与工程性质1.3.1路基土的工程分类我国公路用土依据土的颗粒组成特征，土的塑性指标和土中有机质存在的情况，分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类，并进一步细分为11种土(图1-1)。土的颗粒组成特征用不同粒径粒组在土中的百分含量表示。表1-1所列为不同粒组的划分界限及范（mm）注：除细粒按照含量超过25%,其余按照大于该粒径的颗粒含量超过50％归类细中粗细中粗粘粒粉粒砂砾（角砾）卵石（小块石）漂石（块石）细粒组粗粒组巨粒组200602050.50.250.07420.002土的粒组划分表1-11.3路基土的工程分类与工程性质土巨粒土特殊土细粒土粗粒土漂石土卵石土砾类土砂类土粉质土粘质土有机质土黄土膨胀土红粘土盐渍土图1-1路基土分类1.3路基土的工程分类与工程性质公路用土分类的基本代号如表1-2所示。土的基本代号表1-21.3路基土的工程分类与工程性质巨粒组(大于60mm的颗粒)质量多于总质量的50%的土称为巨粒土巨粒土分类如表1-3所示。巨粒组分类表表1-3粗粒土分为砾类土和砂类土。砾粒组(2～60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土称为砾类土,见表1-4。砾粒组质量少于或等于50%的土称为砂类土,见表1-5。1.3路基土的工程分类与工程性质砾类土分类表表1-41.3路基土的工程分类与工程性质细粒组（小于0.074mm的颗粒）质量多于总质量50%的土称为细粒土。细粒土中粗粒组（0.074-2mm颗粒）质量小于总质量25%-50%的土称为含粗粒的细粒土，含有机质的细粒土称为有机质土。砂类土分类表表1-51.3路基土的工程分类与工程性质细粒土的分类及性质很大程度与土的塑性指标相关联。图1-2为土的塑性图，表明土的塑性指数（Ip）与液限（WL）的相关关系。图中以A线[Ip=0.73(WL―20)]和B线[WL=50%]将坐标空间划分为四个区。图1-2塑性图1.3路基土的工程分类与工程性质细粒土的分类如图1-3所示。图1-3细粒土分类体系1.3路基土的工程分类与工程性质特殊土主要包括黄土、膨胀土、红粘土和盐渍土。黄土、膨胀土、红粘土按图1-4所示的特殊塑性图上的位置定名。黄土属低液限粘土（CLY），分布范围大部分在A线以上，WL40%；膨胀土属高液限粘土（CHE），分布范围大部分在A线以上，WL50%;红粘土属高液限粘土（MHR），分布位置大部分在A线以下，WL55%1.3路基土的工程分类与工程性质图1-4特殊土塑性图1.3路基土的工程分类与工程性质盐渍土按照土层中所含盐的种类和质量百分率进行分类，如表1-6所示。盐渍土工程分类表1-61.3路基土的工程分类与工程性质1.3.2路基土的工程性质（1）碎（砾）石质土包括巨粒土和粗粒土中的砾类土，主要特征是强度和稳定性高。但要注意两点：①级配良好否，极配不好粒间空隙大，在荷载作用下易发生松动引起沉降变形；②压实要均匀。（2）砂类土（又名砂土）粒径2-0.074mm为主，特点是无塑性，透水性强，水的毛细上升高度小，粘结力小，内摩擦角大，强度高，水稳性好，。但要用振动法才能压实，掺如一定量的粘土可提高强度和稳定性。1.3路基土的工程分类与工程性质（3）细粒土质砂（又名砂性土）含有一定量的粉粒（0.074~0.002mm）和粘粒（0.002mm），既有粗颗粒使其具有一定强度，又有细颗粒使其具有粘结力，级配适宜路基经压实稳定性好，强度受含水量变化影响小。（4）粉质土（又名粉性土）含有较多的粉粒（0.074~0.002mm），具有一定塑性，粘结性比年土低，细粒含量高，水稳性差，干燥状态下强度较高，随含水量增加强度下降，同时毛细作用强烈。不宜在温湿多雨地区使用，季节性冰冻地区易使道路冻胀、翻浆。是最差的材料1.3路基土的工程分类与工程性质（5）粘质土（又名粘性土）粘粒（0.002mm）比粉粒（0.074~0.002mm）多，其显著特点是：粘结力大，透水性弱，吸水能力强，内摩擦系数小。干燥时坚硬，不易破碎，吸水后膨胀，水分不易挥发。只有在含水量适当时，充分压实，排水良好，路基可获较好的强度和稳定性。（6）高液限粘土（又名重粘土）粘粒含量高，吸水能力强，塑性极大，透水性极弱，压缩性大，压缩速度慢，抗煎强度小，潮湿膨胀剧烈，干燥收缩显著，很坚硬。作筑路材料不好。综上所述：①碎（砾）石质土、细粒土质砂是良好的路基土；②砂类土、粘质土次之；③粉质土、高液限粘土是不良路基土。1.4.1公路自然区划依据交通部《公路自然区划标准》（JTJ003-86）（1）划分的原则和标准①道路工程特征的相似形；②地表气候的区域差异性：地带性差异（随纬度而变化）非地带性差异（随海拔高度而变化）③自然气候因素综合作用的主导因素。道路冻害是水和热综合作用的结果，南方有水而无寒冷气候说明温度起主导作用，东北潮湿区与西北干旱区，说明水起主导作用。1.4公路自然区划与路基干湿类型1.4公路自然区划与路基干湿类型（2）一级区划①全年平均气温-2°C等温线，区分常年冻土区与季节性冻土区；②一月份平均气温0°C等温线，区分季节性冻土区与常年不冻区；③以海拔1000m和3000m两条等高线划分为三个阶梯。综合后得到7个一级自然区划，即：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1.4公路自然区划与路基干湿类型每个一级自然区划的特点如下：Ⅰ区——北部多年冻土区该区北部为连续分布多年冻土，南部为岛状分布多年土。筑路时应以保温为原则，不可轻易挖去覆盖层。Ⅱ区——东部温润季冻区该区路面结构突出的问题是防止翻浆和冻胀Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区该区特点是黄土对水分的敏感性，干燥土基强度高、稳定性好。在河谷盆地的潮湿路段以及灌区耕地，土基稳定性差，强度低，必须认真处理。1.4公路自然区划与路基干湿类型Ⅳ区——东南湿热区该区雨量充沛集中，水毁、冲刷、滑坡是道路的主要病害，路面结构应结合排水系统进行设计。由于气温高、热季长，要注意黑色面层材料的热稳定性和防透水性。Ⅴ区——西南潮暖区该区山多，对于水文不良路段，必须采取措施稳定路基。Ⅵ区——西北干旱区该区大部分地下水位很低，道路冻害较轻。个别地区地下水位高，翻浆严重。丘陵区15m以上的深路堑冬季积雪厚，雪水浸入路面造成危害，沥青面层材料应具有良好的防透水性，路肩也应作防水处理。Ⅶ区——青藏高寒区该区局部路段有多年冻土，须按保温原则设计；气候寒冷，昼夜气温相差很大，日照时间长，沥青老化很快，路面易遭受冬季雪水渗入而破坏。1.4公路自然区划与路基干湿类型（3）二级区划据潮湿系数K分为6个等级。K—年降水量与年蒸发量之比，即：K=R/ZK2.0过湿区2.0≥K1.5中湿区1.5≥K1.0润湿区1.0≥K0.5润干区0.5≥K0.25中干区0.25≥K过干区根据K值并综合个大区地理、气候特征划分为52个二级区划，其中33个二级区，19个二级副区。1.4公路自然区划与路基干湿类型图1-5全国公路自然区划1.4公路自然区划与路基干湿类型1.4.2路基干湿类型路基的强度和稳定性与路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构设计。路基干湿类型是指路槽底面以下80cm深度内最不利季节的干湿状态，分为干燥、中湿、潮湿、过潮湿4个类型，要求路基处于干燥和中湿状态，潮湿和过潮湿路基必须经过处理后方可铺筑路面。致使路基潮湿的水源有：大气降水、地表水、地下水、毛犀水、水蒸汽凝结水、薄膜移动水等，如图1-6所示。1.4公路自然区划与路基干湿类型渗入路面渗入路肩地下水位由下层土水汽移动由地下水地下水位变动图1-6路基湿度水的来源1.4公路自然区划与路基干湿类型路基干湿类型的确定方法有：（1）以平均稠度（）来划分和判断（对已有公路）(1-4-1)(1-4-2)式中：—不利季节路槽底面以下80深度内的平均稠度；—不利季节路槽底面以下80深度内第层的稠度;—不利季节路槽底面以下80深度内第层的天然含水量；—路槽底面以下80深度内第层的液限；—路槽底面以下80深度内第层的塑限。cwpiliilici8181icicwwciwcwiwliwpiw1.4公路自然区划与路基干湿类型据计算值按道路所处自然区划和路基路基土类别查表1-7确定____________________________干燥中湿潮湿过湿0cw1cw2cw3cw各自然区划土基分界稠度表表1-７1.4公路自然区划与路基干湿类型1.4公路自然区划与路基干湿类型（２）以平均相对含水量()来划分和判断(对已有公路)(1-4-3)式中:—不利季节路槽底面以下80深度内的平均相对含水量；—不利季节路槽底面以下80深度内的算术平均含水量;—76g平衡锥所测路基土样的液限，％。据计算值按道路所处自然区划和路基土类别查有关表格确定的分界相对含水量比较即可确定路基干湿类型。yxxwwyw____________________________干燥中湿潮湿过湿0w1w2w3wxw1.4公路自然区划与路基干湿类型（３）以路基临界高度来划分与判断（对新建公路）路基尚未铺筑，前述方法无法应用。当路基的地下水位或地表积水水位一定的情况下，路基湿度由下而上逐渐减少。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称路基临界高度。令：—路槽底面距地下水位或地表积水水位的标高之差；—对应于的最小值，即最不利季节路基处于干燥、中湿、潮湿状态时的路基临界高度。321HHH、、321ccc、、HH1.4公