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1、第二篇 路基路面设计技术 第一章 绪 论 第一节 概 述一、路基路面工程的特点：路基：路面：路床：路面底面以下80cm范围内的路基部分。0-30cm为上路床；30-80cm成为下路床。二、 影响路基路面稳定的因素1.地形条件2.地质条件3.气候条件4.水文和水文地质条件路基设计时，应根据各路段的具体情况，采用合理的路基断面形式、做好地面和地下排水。对不良地质地段还应采取必要或特别的措施三、路基的变形、破坏及其原因 一、路基的主要病害一、路基的主要病害1、路基沉陷：路基沉陷的特征是路基表面产生较大的竖、路基沉陷：路基沉陷的特征是路基表面产生较大的竖向位移。向位移。路基本身的沉陷主要是由于填料选择
2、不当，填筑方法不合理，路基本身的沉陷主要是由于填料选择不当，填筑方法不合理，压实不足，在荷载和水、温度综合作用下引起的。压实不足，在荷载和水、温度综合作用下引起的。原地面为软弱土层，例如泥沼、流沙或垃圾堆积等，填筑前未原地面为软弱土层，例如泥沼、流沙或垃圾堆积等，填筑前未经换土或压实处理，造成承载力不足，发生侧面剪裂凸经换土或压实处理，造成承载力不足，发生侧面剪裂凸起，地基发生下沉，亦引起路堤下陷。起，地基发生下沉，亦引起路堤下陷。 2、路基边坡塌方：1）剥落：2）碎落：坡面岩石成碎块的一种剥落现象，其规模危害程度比剥落严重。3）滑塌：指路基边坡土体或岩石沿着一定的滑动面整体向下滑动，其规模与
3、危害程度较碎落更为严重，有时滑动体可达数百方以上。4）崩塌崩坍是大的石块或土块脱离原有岩体或土体而沿边坡倾落下来，崩坍体的各部分相对位置在移动过程中完全打乱。 5）坍塌：坍塌（亦称堆坍）主要是由于土体（或土石混杂的堆积物）遇水软化，而边坡又在4560之间，且边坡无支撑情况下产生。路基边坡塌方的主要原因边坡过陡；填筑路堤方法不当；土体过于潮湿；坡脚被水冲刷；岩石破碎和风化严重。3、路基沿山坡滑动在较陡的山坡上填筑路基，如果原有地面较光滑，未作必要的处理，如未进行凿毛或人工开挖台阶，或丛草未清除，坡脚又未进行必要的支撑，特别是在受水的浸润后，填方路基与原地面之间摩擦阻力减小，路基整体或局部沿地面向
4、下移动，4、不良地质水文条件造成的路基破坏公路通过不良地质水文地区，或遭受较大的自然灾害作用，如巨型滑坡、泥石流、地震及特大暴雨等，均能导致路基的大规模破坏。路基发生变形、破坏的主要原因：不良的工程地质与水文地质条件。不利的水文与气候因素。设计不合理。施工不符合有关规定。地质条件是影响路基工程质量和产生病害的基本前提，水是造成路基病害的主要原因。第二节 公路自然区划及路基土的工程性质一、公路自然区划1、制定公路自然区划的原则道路工程特征相似；地表气候区划差异性；自然气候因素既有综合又有主导作用。为使自然区划便于在实践中应用，结合我国地理、气候特点，将全国的公路自然区划分为三个等级。一级区划首先
5、将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带，然后根据水热平衡和地理位置，划分为冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮暖、干旱、高寒七个大区。即：北部多年冻土区；. 东部湿润季冻区；黄土高原干湿过渡区IVIV东南湿热区；V V 西南潮湿区；西北干旱区；青藏高寒区。返回2二级区划二级区划的划分则需因区而异，将上述标志具体化或加以补充，是以潮湿系数K为主的一个标志体系。 33个二级区和19个副区，共52个二级自然区。3三级区划一种是按照地貌、水文和土质类型将二级自然区进一步划分为若干类型单元；另一种是继续以水热、地理和地貌等标志将二级区划细分为若干区域。返回二、路基土的工程性质巨粒土巨粒土有很高的强
6、度及稳定性，是填筑路基的很好材料。对于漂石土，在码砌边坡时正确选用边坡值，以保证路基稳定。对于卵石土，填筑时应保证有足够的密实度。粗粒土 （1）砾类土 级配。（2）砂类土 砂和含细粒土砂（砂土）和细粒土质砂（砂性土）返回细粒土（1）粉质土为最差的筑路材料。又称翻浆土。如遇粉质土，特别是在水文条件不良时，应采取一定的措施，改善其工程性质。（2）粘质土，用来填筑路基比粉质土好，但不如细粒土质砂。对于粘质土如在适当的含水量时加以充分压实和有良好的排水设施，筑成的路基也能获得稳定。（3）有机质土(如泥炭、腐殖土等)不宜作路基填料，如遇有机质土均应在设计和施工上采取适当措施。（4）有机质土4.特殊土黄土
7、属大孔和多孔结构，只有湿陷性；膨胀土受水浸湿发生膨胀，失水则收缩；红粘土失水后体积收缩量较大；盐渍土潮湿时承载力很低。因此，特殊土也不宜作路基填料。返回第三节第三节 土质路基的干湿类型土质路基的干湿类型一、一、路基干湿类型及湿度来源 路基的干湿类型可分为：干燥、中湿、潮湿和过湿4种。 为了保证路基路面结构的稳定性，一般要求路基处于干燥或中湿状态。 潮湿、过湿状态的路基必须经处理后方可铺筑路面。 引起路基湿度变化的湿源有以下几种引起路基湿度变化的湿源有以下几种引起路基湿度变化的湿源有以下几种引起路基湿度变化的湿源有以下几种 ：(1)(1)(1)(1)大大大大气气气气降降降降水水水水：主主主主要要
8、要要通通通通过过过过路路路路面面面面、路路路路肩肩肩肩和和和和边边边边坡坡坡坡渗渗渗渗入入入入路路路路基。基。基。基。(2)(2)(2)(2)地地地地面面面面水水水水：边边边边沟沟沟沟及及及及排排排排水水水水沟沟沟沟排排排排水水水水不不不不良良良良时时时时，导导导导致致致致地地地地表表表表积水。积水。积水。积水。(3)(3)(3)(3)地地地地下下下下水水水水：靠靠靠靠近近近近地地地地面面面面的的的的地地地地下下下下水水水水，借借借借助助助助毛毛毛毛细细细细作作作作用用用用上上上上升到路基内部。升到路基内部。升到路基内部。升到路基内部。(4)(4)(4)(4)凝结水：在土颗粒空隙中流动的水蒸汽
9、，遇冷凝结水：在土颗粒空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结水：在土颗粒空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结水：在土颗粒空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结为水。凝结为水。凝结为水。凝结为水。二、路基干湿类型划分方法1、根据平均稠度划分路基土的稠度c是指土的液限含水率l与土的含水率之差和土的液限含水率l与土的塑限的含水率p之差的比值。1）.c = 1.0 , 即=p ，为半固体与硬塑状的分界值；2）.c = 0 ,即= L ，为流塑与流动状的分界值；3）. 1.0 c 0，即L p ，土处于可塑状态。不利季节路床表面以下0.8m深度内土的平均稠度确定方法是：在路床表面以下0.8m深度内，每10cm 取土样测定其天然含水
10、量、塑限含水量和液限含水量。2.根据临界高度划分 对于新建公路，路基尚未建成，无法按上述方法现场勘查路基的湿度状况，可以用路基临界高度作为判别标准。 路基临界高度：指最不利季节，当路基处于某种干湿状态时，路床顶面距地下水位或地表积水水位的最小高度。H1对应于c1，为干燥和中湿状态的临界高度；H2对应于c2，为中湿与潮湿状态的临界高度；H3对应于c3 ，为潮湿和过湿状态的临界高度；在设计新建公路时，先选定路基处于干燥、中湿、潮湿状态的临界高度判断土基的干湿类型。水位高度计算：1.地下水位或地表长期积水水位，通过公路勘测设计野外调查获得，2.路基高度从路线纵断面图或路基设计表中查得，3.扣除预估的
11、路面厚度，即可得到路床顶面距地下水位或地表积水水位的高度H。4.根据H1、H2、H3判断干湿类型为了保证路基的强度和稳定性不受地下水或地表积水的影响，在设计路基时，要求路基保持干燥或中湿状态，路床顶面距地下水位或地表积水水位的距离，要大于或等于干燥、中湿状态所对应的临界高度。三、路基最小填土高度1、 路基最小填土高度：指为保证路基稳定，根据土质、气候和水文地质条件，所规定的路肩边缘距原地面的最小高度。2、干燥路基最小填土高度规定为： 细粒土质砂0.3-0.5m， 粘质土0.4-0.7m， 粉质土0.5-0.8m。3、注意： 挖方或填筑路堤有困难的地段可加深边沟，使路肩边缘距边沟底面的高度符合上
12、述规定。 沿河受水浸淹的路基高度应高出路基设计洪水频率计算水位加壅水高、再加波浪侵袭高，以及0.5m的安全高度。第四节第四节 路面结构组成路面结构组成一、路面横断面形式一、路面横断面形式 1.路面是铺筑于路基顶面的不同层次的组合结构 2.从横断面方向看，公路的表面一般是由行车道、 中央分隔带、硬路肩和土路肩组成。 3.路面的横断面形式:槽式横断面和全铺式横断面 二、路面结构层的组成1.面层功能要求： 面层应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，而且应当耐磨、不透水，其表面还应有良好的抗滑性和平整度。材料类型：沥青混凝土、沥青玛蹄脂碎石、水泥混凝土、沥青碎石混合料、沥青贯入
13、式、沥青表面处治、砂石路面。结构组成：沥青混合料路面的面层可为单层、两层或三层铺筑，两层：表面层、下面层三层：自上而下分别称之为表面层、 中面层、 下面层或表面层、中面层、下面层。高速公路沥青面层总厚度达18-20cm，可分为上、中、下三层铺筑，并根据各分层的要求采用不同的级配组成。水泥混凝土路面也可分上下两层铺筑，分别采用不同标号的水泥混凝土材料。水泥混凝土路面上加铺5cm厚的沥青混凝土复合式结构也是常见的 。2.基层与底基层基本特点：主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并将其扩散到下面的（底基层）垫层和土基中。功能要求：沥青路面结构，基层是路面结构中的承重层足够的强度和刚度。水稳定性。平
14、整度。结构组成结构组成：当采用不同材料修筑基层时，其上层仍称为基层，下层则称为底基层，基层、底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。 基层为双层，分别称为上基层、下基层， 底基层为双层时，分别称为上底基层、下底基层。3.垫层基本特点：承上启下（土基与基层）功能要求：它的主要作用是加强土基、改善基层的工作条件。垫层往往是为蓄水、排水、隔热、防冻等目的而设置的，所以通常设在路基处于潮湿和过湿以及有冰冻翻浆的路段。在地下水位较高地区铺设的能起隔水作用的垫层称隔离层；在冰冻较深地区铺设的能起防冻作用的垫层称防冻层。垫层还能扩散由基层传下来的应力，以减小土基的应力变形，而且它也能阻止路基土挤入基
15、层中，从而保证了基层的结构性能。材料类型：水稳定性和隔温性好的 松散材料或稳定土。常用材料有两类：一类是用松散粒料，如粗砂、砾石和炉渣等组成的透水性垫层；另一类是整体性材料，如石灰粉煤灰稳定粗粒土或炉渣石灰稳定粗粒土等组成的稳定性垫层。结构组成：一般为一层。三、路拱形式及路拱横坡度三、路拱形式及路拱横坡度1.路拱：为了保证路面上雨水及时排出，减少雨水对路面的浸润和渗透，从而保证路面结构强度，路面表面应做成中间高、两侧低的形状，称之为路拱。2.路拱的形式：直线形或抛物线形3.路拱横坡的取值：.路拱横坡度的选择：选择路拱横坡度，应充分考虑有利于行车平稳和有利于横向排水两方面的要求。在干旱和有积雪、
16、浮冰地区，应采用低值，多雨地区采用高值；当道路纵坡较大或路面较宽，或行车速度较高时，或交通量和车辆载重较大时，或常有拖挂汽车行驶时，应采用平均坡度的低值；反之则应取用高值。 四、路面的分类在路面设计中，从路面结构的力学特性出发，将路面分为下述三种类型：1、柔性路面 各种粒料类嵌锁、级配型基层及沥青稳定类基层和各类沥青面层所组成的路面结构，或砂石类面层所组成的路面结构。2、刚性路面 主要是指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构3、半刚性路面 主要是指由无机结合料稳定集料或土类材料铺筑的基层和各类沥青面层所组成的路面结构。五、路面结构设计安全等级公路工程结构的设计安全等级，根据结构破坏可能产生后果的
17、严重程度划分。一级 高速公路二级 一级公路三级 二级公路公路工程路面结构的设计基准期T采用：沥青路面不大于15年，水泥混凝土路面不大于30年结构的可靠度：路面结构在规定时间和规定的条件下，完成预定功能的概率称为结构的可靠度。第五节第五节 行车荷载行车荷载一、车辆的分类一、车辆的分类一、车辆的分类一、车辆的分类 客车(bus)小客车车速高，120km/h以上，自重和满载重量小中客车620个座位大客车20个座位以上，长途客运和城市公共交通货车(truck) 整车货箱与汽车发动机一体牵引式挂车牵引车与挂车分离牵引式半挂车 牵引车与挂车分离，铰接l不同类型的货车二、路面设计使用的汽车参数1.汽车的轴型
18、整车2轴(4轮)牵引式挂车4轴2轴(4轮)5轴3轴5轴4轴5轴牵引半挂车3轴6轴4轴6轴4轴6轴5轴7轴不同轴型的货车示意图不同轴型的货车示意图汽车的轴型l我国路面设计的标准轴载标 准 轴 载BZZ100 标准轴载P（kN）100 轮胎接地压强p（MPa）0.70 单轮传压面当量圆直径dcm）21.30 两轮中心距（cm）1.5d公路行驶汽车参数：三、汽车荷载对路面的作用1、汽车对路面的作用力。A、汽车停驻在路面上只考虑车轮对路面的垂直作用力，一般用P表示。B、汽车在行驶时，对路面除有垂直力P以外，还有水平力的作用，一般用Q表示。据测定,汽车正常行驶时， 约为（0.2-0.3）P；当制动和起动
19、 时， 约为(0.75-0.8)P。水平力的作用沿深度消失很快，一般显著有效深度只有10-20cm。由于它的作用而使路面产生磨损、推移等，并都集中在路面面层。因此，要想消除它对路面的损坏作用，必须提高面层材料的抗剪强度。汽车在不平整的路面上行驶时，车轮对路面还将产生振动力和冲击力。在刚性路面设计中，往往用提高垂直力数值的办法来考虑这些影响，即将垂直力乘以一个大于1的动荷系数。在柔性路面设计中，由于考虑到汽车行驶时对路面作用的瞬时性，可近似地认为这种影响能够抵消冲击力的影响，故设计时只考虑垂直静压力。2、轴数与轴距。轴数与轴距从两方面影响着路面，即决定最危险点的应力的大小和荷载作用的时间。3、轮
20、数及轮距。轴数与轴距一样决定着最危险点应力的大小。因为在一根轴上轮数愈多，着地面积愈大，对路面的应力就愈小。而轮距愈小，车轮叠加作用产生的应力就愈大。四、轮迹当量圆及其计算轮印面积：车轮与路面的实际接触面积。其形状近似椭圆形，因轮胎表面做有各式花纹，故中间有很多隙。当量圆：在路面设计中，为计算方便将其转化为等面积的圆形。当量圆的面积与轮重、轮胎尺寸、轮胎内压等因素有关。单圆图式：汽车的后轮轴每侧一般为双轮，将双轮轮迹的面积相加化为一个等值当量圆，简化为单圆简化为单圆双圆图式：将双轮的每个轮迹分别化为一个小圆，并且认为两个小圆面积是相等的。 简化为双圆简化为双圆在路面设计中，需要考虑轮迹当量圆的
21、直径对单圆图式而言，若当量圆的面积为A，则轮印当量圆的直径D为：对于双圆式而言，当量圆的面积为A,轮迹当量圆的直径d为： 五、交通量调查与轮迹横向分布 年平距均日交通量公路交通量的普遍计量单位是年平均日交通量，即一年365天交通量观测结果的平均值，其表达式为：式中： N-年平均日交通量，辆日； Q-一年内的日交通量，辆日。1、交通量、交通量交通量是公路分级的主要依据。公路的交通量是指单位时间内（每小时或每昼夜）通过公路上某一横断面处的往返车辆总数。设计日交通量设计日交通量计算公式计算公式式中：Nd达到预测年限时的平均日交通量，辆/d； N0起始年平均日交通量，辆/d； 年平均增长率，%； t预
22、测年限设计小时交通量是以小时为时段的交通量，用于确定公路等级、车道数和车道宽度或评价公路运行状态和服务水平的重要参数。 取一年中的排序第30位最大小时交通量为设计小时交通量最合适。 p 设计小时交通量设计小时交通量2、轮迹横向分布规律 概概念念：一一般般而而言言，轴轴载载通通行行次次数数是是按按一一定定规规律律分分布布在在车道横断面上，这称为车道横断面上，这称为轮迹的横向分布轮迹的横向分布。 轴载横向分布规律一般是用轴载横向分布规律一般是用频率曲线频率曲线表示：表示：横向分布规律第一，路面宽度内各部分经受的车轮碾压次数是不均等的。在路面中间部分经受的碾压次数最大，愈靠近路面边缘愈小，据此有理由将路面中间部分设计得厚些，边缘部分设计得薄些，以使路面在全宽范围内有相同的寿命，但在实际设计中为了施工方便，设计时以中间行车最集中部分的标准荷载作用次数为依据设计成等厚路面。第二，路面中间部分车轮碾压概率最大值，对于不同宽度（或不同车道数）的路面是不一样的。这意味着当交通量相同时，在宽度（或车道数）不同的两条公路上路面中间部分实际车轮作用次数是不同的，因此，若两种情况下路面结构相同，但使用寿命却不同。轮迹横向分布系数：为了考虑上述因素的影响，在路面设计时，必须对路面全宽范围车轮实际作用总次数乘上一个系数，使之折算为相应于不同宽度（或不同车道数）的路面行车最集中部分的车轮实际作用次数。
