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1、第一章总论1-1 道路工程发展概况一、古代道路发展概况1.道路：4000 多年前：车和行车的路商代：驿道传送西周：以都市为中心秦代：大修驰道、直道西汉：驿亭 3 万处唐代：以长安为中心的驿道网清末：修建了简陋的公路1912-1949：13 万 km，通车 8 万 km。2.路面结构：我国古代：条石、块石和石板欧洲：石料20 世纪：形成新的学科分支二、我国路基路面工程的成果1.公路自然区划： 7 大区2.土的工程分类： 巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土3.路基强度与稳定性：以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标。4.高路堤修筑技术与支挡结构：5.软土地基稳定技术：6.岩石路基爆破技术：7.沥
2、青路面结构：60 年代初，揭开了用国产沥青筑路的序幕。早期的沥青路面薄层表面处治层。70 年代末，逐步形成了以贯入式路面为主的沥青路面承重结构。80 年代末采用总厚度超过 70cm的重型沥青路面结构。形成了沥青路面整套技术。8.水泥混凝土路面结构：170 年代中期，采用水泥混凝土路面结构。在我国形成丁关于水泥混凝土路面结构的整套技术。9.柔性路面设计理论与方法：在力学理论基础方面， 建立了弹性力学多层结构承受多个圆形荷载的分析系统。10. 刚性路面设计理论与方法 :在力学基础理论方面， 运用解析法及有限元法建立弹性力学层状结构， 弹性地基板体结构模型。11. 半刚性路面结构 :一种主要的结构型
3、式。12. 路面使用性能与表面特性 :路面的平整度、破损程度、承载能力及抗滑性能。13. 路面养护管理：路面管理网络系统、项目和路网级优化管理决策三、引起重视的学科1材料科学： 材料微观结构研究，复合材料研究。2岩土工程学 ：土力学、岩石力学、地质学、土质学、水文地质学等。3结构分析理论： 设计由经验为主演变成以结构分析理论为主。4机电工程： 施工装备的性能与施工工艺。5自动控制与量测技术：在施工过程中严格控制各项指标。6.现代管理科学： 大型的管理系统，对区域范围内路基路面工程各个阶段的信息进行跟踪、采集、存储、处理、定期作评估和预测。1-2 路基路面工程的特点1.路基定义： 在天然地表面按
4、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.路面定义： 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。3.特点：2路基是路面结构的基础，路面结构层的存在又保护了路基。路基和路面相辅相成。路基与路面工程工程数量十分可观。路面结构在道路造价中所占比重很大，达到30左右。路基路面是一项线形工程，决定了路基与路面工程复杂多变的特点。一、承载能力要求路基路面结构整体及其各组成部分具有与行车荷载相适应的承载能力。结构承载能力包括强度与刚度两方面。强度抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力。刚度在车轮荷载作用下不发生过量的变形。二、稳定性1. 在地
5、表上开挖或填筑，改变原地层结构。2. 大气降水使得路基路面结构内部的湿度状态发生 变化。3. 大气温度周期性的变化对路面结构的稳定性有重要影响如冻胀、翻浆。三、耐久性路基路面工程从规划、 设计、施工至建成通车需要较长的时间， 因此路基路面工程应具有耐久的性能。四、路面表面平整度影响行车安全，行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。五、抗滑性能： 摩擦系数。1-3影响路基路面稳定的因素1地理条件：公路沿线的地形、地貌和海拔高度平原区地势平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。2地质条件：3气候条件： 气温、降水、湿度4水文和水文地质条件：河流洪水位，常水位5.土的类别： 不同的土类具有不同的工程性质
6、。1-4路基土的分类31.土的分类2.公路用土的工程性质巨粒土：高强度、稳定性。砾石混合料：强度、稳定性满足要求。砂土：无塑性，压实困难。砂性土：粗、细颗粒适宜，理想材料。粉性土：粉土颗粒，毛细作用强烈。需改良使用。粘性土：细颗粒含量多重粘土：1-5 公路自然区划一、公路自然区划的制定原则1.道路工程特征相似性原则2.地表气候区域差异性原则3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则二、公路自然区划的划分我国公路自然区划分为三个等级。1.一级区划： 七个一级区北部多年冻土区；东部温润季冻区；黄土高原干湿过渡区东南湿热区；西南潮暖区；西北干旱区；青藏高寒区。2.二级区划 :依据潮湿系数 K，将全国
7、分为 33 个二级区和 18 个二级副区。3.三级区划：1）以水热、地理和地貌为依据，分为若干个具有相似性的区域单元；2）以地表的地貌、水文和土质为依据分为若干个类型单元。1-6路基水温状况及干湿类型4一、路基湿度来源(1) 大气降水；(2) 地面水；(3) 地下水；(4) 毛细水；(5) 水蒸汽凝结水；(6) 薄膜移动水。二、大气温度对路基水温状况的影响冻胀 : 沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动， 并积聚在该处。 这种现象特别是在季节性冰冻地区尤为严重。积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成面层开裂，即冻胀现象。翻浆 : 春暖化冻时，路面和路基
8、结构由上而下逐渐解冻，而积聚在路基上层的水分先融解， 水分难以迅速排除， 造成路基上层的湿度增加，路面结构的承载能力便大大降低。 经重车反复作用， 路基路面结构会产生较大的变形，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出，形成了翻浆。三、路基干湿类型1.干湿状态干燥、中湿、潮湿和过湿。要求路基处于干燥或中湿状态。2.分界标准干湿类型以分界稠度wc1、wc2和 wc3来划分。稠度 wc定义 : 土的含水量 w 与土的液限 wl 之差与土的塑限 wp 与液限之差 wL的比值。即wc= (wL- w)/(wL- wp)（1.1 ）3.公路干湿类型确定 :1) 对于原有公路，按不利季节路槽底面以下 80
9、cm深度范围内路基土的平均稠度确定。2) 对于新建道路，可用路基临界高度为标准来确定。路基临界高度 : 与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度 H。1-7 路面结构及层位功能5一、路面横断面1.槽式横断面2.全铺式横断面二、路拱横坡度路拱：横坡度：行车、排水三、路面结构分层及层位功能1.面层特点：直接同行车和大气接触， 承受较大的行车荷载的垂直力、 水平力和冲击力的作用，受到降水的浸蚀和气温变化的影响。要求：具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，耐磨，不透水；其表面还应有良好的抗滑性和平整度。材料：水泥混凝土、沥青馄凝土、沥青碎 ( 砾) 石
10、混合料、砂砾或碎石掺土或不掺土的混合料以及块料等。分层：分两层或三层铺筑。水泥混凝土路面也有分上下两层铺筑。2基层特点：承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。要求：是路面结构中的承重层， 具有足够的强度和刚度， 并具有良好的扩散应力的能力，具有足够的水稳定性。材料：主要有各种结合料 ( 如石灰、水泥或沥青等 ) 稳定土或稳定碎 ( 砾) 石、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣( 如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等) 和土、砂、石所组成的混合料等。分层：分两层或三层。3垫层特点：改善土基的湿度和温度状况；扩散基层传下的荷载应力。要求：要求
11、：水稳性、隔温性。材料：松散粒料，砂、砾石；稳定类垫层，水泥、石灰稳定。1-8 路面的等级与分类一、路面类型面层类型适用范围沥 青 混 凝 土高速公路、一级公路、二级公路、三级公路水 泥 混 凝 土高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四6级公路沥青贯入、沥青碎石三级公路、四级公路沥青表面处治砂石路面四级公路二、路面分类1柔性路面总体结构刚度较小， 产生较大的弯沉变形， 抗弯拉强度较低， 土基承受较大的单位压力。主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、 碎( 砾) 石面层或块石面层组成的路面结构。2刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构
12、。抗弯拉强度高，较高的弹性模量，较大的刚性。竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载，通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的单位压力较柔性路面小得多。3半刚性路面用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎 ( 砾) 石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层。前期具有柔性路面的力学性质， 后期的强度和刚度均有较大幅度的增长， 但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。7第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质2-1 行车荷载一、车辆的种类分为客车与货车两大类。客车：小客车、中客车与大客车。货车：整车、牵引式挂车和牵引式半挂车。路面结构设计轴重作为荷载标准。二、车辆的轴型我国公路与城市道路路面设计规范中以100kN作为设计标准轴重。三、汽车对道路的静态压力1.汽车处于停驻状态下静态压力。垂直压力 P：与汽车轮胎的内压力 Pi 、轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状、轮载的大
