道路工程第六章道路結構設計與施工.ppt

第六章 道路結構設計與施工,第一節(jié) 一般路基設計,一路基理論 是道路工程的基礎，是按照路線位置和一定技術要求修筑的帶狀構造物，承受由路面?zhèn)鱽淼暮奢d。 二路基工程的特點 1、結構簡單； 2、受自然因素影響很大； 3、有大量土石方工程。,三、路基設計的內容 1、選擇合理的路基斷面形式； 2、選擇路基填料與壓實標準； 3、確定邊坡形狀和坡率； 4、路基排水系統(tǒng)設計和排水構造物設計； 5、防護加固工程設計。 四、路基的基本要求 1、要有足夠的穩(wěn)定性； 2、要有足夠的強度； 3、要有足夠的剛度； 4、要有足夠的耐久生。,五、路基常見病害 1、路堤沉陷 2、路基邊坡坍方 剝落 碎落 滑坡 崩塌 3、路基翻漿 4、路基沿山坡滑動,六、路基產(chǎn)生病害的原因 1、不良工程地質和水文地質條件； 2、不良水文、氣候因素； 3、設計不合理； 4、施工不按操作規(guī)程和設計要求進行。 七、路基的斷面形式 1、路基的基本斷面形式： 路堤 路塹 半填半挖,2、路基橫斷面 公路路基設計規(guī)范（JTG D30-2004 ） 一般路堤 護坡道：一般公路12m, 高速公路3m. 河路堤 路基必須保持一定的高度。有防護工程。, 半填半挖路基 當自然橫坡陡于1:5時，路堤基地應挖成臺階，寬1m，且有2-40%向內傾斜的坡度。挖方邊坡上方5m以外設截水溝。,矮墻路基 用于土質松散處。矮墻用漿砌或干砌片石，高度不宜超過2m，頂寬0.5m-0.8m，墻內坡豎直，外坡為1:0.2-1:0.5填方矮 墻用漿砌片石，高不宜超過1.5m軟土地或冰凍嚴重地段不宜采用。,護肩路基 用于堅硬巖石陡坡地段。 填方不大，不宜填筑時。 砌石路基 用于堅硬巖石地段， 填方較大不宜 建筑時采用。,土墻路基 腳路基 當山坡上的填路基 有斜坡下滑的傾向 時采用。,挖方路基,八、路基的干濕類型 1、濕度來源 大氣降水 地面水 地下水 2、干濕類型 干燥 中濕 潮濕 過濕,3、劃分依據(jù) 根據(jù)實測不利季節(jié)路床表面以下80cm深度內土的平均稠度 Wc ：,根據(jù)自然區(qū)劃、土質類型。排水條件及路床表面距地下水位或地表積水位的高度按規(guī)范確定。,式中：Wc 土的平均稠度 WL100g平衡錐所測土樣液限含水量（） WP100g平衡錐所測土樣塑限含水量（） W路床80cm深度內的平均含水量（） 根據(jù)分界稠度WC1 ,WC2, WC3查表4.1 P125確定： 干燥WCWC1, 中溫WC1WCWC2 潮濕， C2WCWC3 過濕， WCWC3,九、公路自然區(qū)劃 指為了區(qū)分不同地理區(qū)域自然條件對公路工程影響的差異性，并在路基路面的設計，施工和養(yǎng)護中采取合適的設計參數(shù)和技術措施，以保證路基路面的強度和穩(wěn)定性，對全國進行了公路自然區(qū)劃，即將自然條件相近的地區(qū)劃分為同一自然區(qū)。,公路自然區(qū)劃標準（JTJ00386）對我國進行了自 然區(qū)劃，分為三個等級， 1.區(qū) 北部多年凍土區(qū) 2.區(qū) 東部溫暖季凍區(qū) 3.區(qū) 黃土高原干濕過渡區(qū) 4.區(qū)東南濕熱區(qū) 5.西南潮濕區(qū) 6. 西北干旱區(qū) 7. 青藏高寒區(qū),15,十、路基土的強度指標 布西奈斯克公式： 式中：P集中力（kN） U0土的泊松比（0.35） E0土的彈性模量（pa） r距集中力作用的距離（） 距集中力為r的表面變化（）,1、當路基建成后，用剛性承載板測定 、 式中：E0土基回彈模量（pa）； D剛性承載板直徑，D=30； 土基泊松地， =0.35； 回彈變形小于1mm的各級荷載單位壓力總和; 各級荷載單位壓力作用下，回彈變形小于 1mm的回彈變形總和。 2、當新路設計時，估算E0,十一 一般路基設計 一）、一般路基：是指在正常工程地質條件下修筑填挖高度不超過設計規(guī)范或技術手冊所允許的范圍，其設計可直接參照現(xiàn)行設計規(guī)范或標準圖，不必個別論證和詳細驗算。 1、高路堤：填土高度超過18m，填石 高度超過20m。 2、深路塹：大于20 m的挖方。 二）、路基的基本構造： 1、路基寬度B，根據(jù)“路基橫斷面設計” 確定,2、路基高度H，是指路堤的填筑高度加上路面結構厚度或路塹的開挖深度，是道路中樁原地面標高與路基設計標高的相差值。 3、邊坡坡度： 1： = 1：m 式中：b邊坡寬度； H邊坡高度。 4、其它設施： 取土坑； 棄土堆； 護坡道； 碎落臺。,三）、路堤設計 1、路堤（路床）是指路面的基礎，是路面 以下80范圍內的路基部分，承受由路面 傳來的荷載。 路床 a. 上路床： 0 30 b. 下路床： 30 80 路堤 a. 上路堤： 80 150 b. 下路堤： 再往下 2、地基的處理 原地面坡度陡于1：5時，應開挖臺階； 原地面坡度陡于1：2.5時，應采用石砌護腳。,3、路基填料 最理想的材料應當是穩(wěn)定性好、壓縮性小，便于施工壓實及運距短的土、石材料。,填料分類 a.礫石（gravel），不易風化石塊：滲水性強，水穩(wěn)性好，強度高，塑性變形小。 b.碎石土（crushed stone）、卵石土、礫石土、粗砂、中砂。滲水性強、水穩(wěn)性好。 c. 砂性土（sandy soil）良好強度及水穩(wěn)生。 d. 粘性土 （cohesive soil） 滲水性差 e. 粉性土 （silty soil）干燥時易碎，潮濕時會形成水分積聚。 f.重粘土， 滲水性極差。 填料原則，應選用級配較好的粗粒土。 a.礫（角礫）類土、砂類土優(yōu)先選用。 b.泥炭、淤泥、凍土、強膨脹土、易溶鹽超過限量的土，不得直接用。 c. 冰凍地區(qū)路床及浸水部分路堤不能直接采用粉質土。 d. 強風化巖石、浸水后易崩解的巖石不宜作為浸水部分填料。 e. 細粒土含量超過最佳含水量兩個百分點時應涼曬或摻入石灰、固化材料。 f.橋涵臺背、擋土墻背填料應優(yōu)先選用礫（角礫）類土、砂類土。,4、路堤邊坡 side slope of subgrade 形式 a.直線形 b.折線形 C.臺階形,坡度，按規(guī)范選用,四）、路塹設計 1、路塹，是從天然地面開挖出來的路 基構造物。 2、邊坡，按規(guī)范選用 3、排水 4、防護,十二 路基施工,一）、路基施工方法 1、人工施工 2、簡易機械化施工 3、水力機械化施工 4、爆破法施工 5、機械化施工 選擇施工方法，應根據(jù)工程性質、工程數(shù)量、施工期限，可獲得人力及機械設備的條件來考慮。,二）、施工前的準備 1、施工測量和放樣 2、路基橫斷面核查 3、施工前復查和試驗（W，WP，WL） 4、試驗路段 不同施工方案做試驗路段，選擇最佳方案； 位置選擇具有代表性地段，路段長度不小于100m； 所用材料、機具與將來全線施工所用材料、機具相同； 施工完成后，檢測有關指標，發(fā)現(xiàn)缺陷及時變更設計。,三）、路基的壓實 1、壓實度 式中： 工地試樣干密度； 擊實所得最大干密度； （標準查表P166） 2、壓實土基的意義 提高土體密實度； 降低土本透水性； 減小毛細水上升高度； 防止水分積聚和侵蝕。,3、土基壓實原理 土質學與土力學中已講。 4、影響壓實度的因素 含水量 土質 壓實功能 壓實機具 夯擊式作用最深； 振動式次之； 碾壓式最線。 壓實方法 a.壓實機具重量較小，作用時間較長，密實度高； b.碾壓速度越高，壓實效果越差。,四）、路基填方施工 1、基底處理及零填挖路床 基底處理 a.清除雜草，深度不小于15，清理后壓實，在大于30，深 耕地段，應翻松、打碎、整平壓實，特殊地基應做相應處理； b.地面橫坡1：51：2.5時，挖成臺階，當陡于1：2.5時應做特 殊處理。 零填挖路床 a.030若原天然土密實度達不到要求時，應將地面翻挖壓實， 達到要求密實度； b.易翻漿土層應挖除換土。 2、填料選擇 3、最佳含水量確定 太干，用土前一天澆水； 太濕，晾曬。,4、填筑方法選擇 水平分層法 豎向分層法 混合法 5、填方壓實 壓實機具先輕后重；碾壓速度先慢后快； 碾壓路線一般直線段先以路緣向路中心，再從中心向兩側順次碾壓；彎道沒超高橫坡度時，由低向高一側碾壓；碾壓時相鄰輪跡重疊左右（約1520）；振動壓路機應重疊0.40.5。 經(jīng)常檢查土的W及K，并采取相應措施。壓實機具的選擇 a.砂性土優(yōu)選振動式、夯擊式次之，靜壓式較差； b.粘性土優(yōu)選靜壓式和夯擊式，振動式較差。 6、橋涵及構造物處填筑 填料的選擇 砂性土及透水性材料。 填筑方法 排水 壓實,五）、路基挖方 1、開挖注意事項： 不得亂挖、超挖；處理排水； 做好支擋工程； 提高生產(chǎn)效率； 移挖作填。 2、路塹開挖方案選擇： 縱挖法 a.分段縱挖；用于路塹較長，運距較遠。 b.分層縱挖，用于深度不大。 c.通道縱挖，用于土石方工程量集中段。 橫挖法，適用于較短路塹。 石方開挖 爆破法；松土法。,第二節(jié) 瀝青混凝土路面結構設計 2.1 概述,一路面 是位于路基上方，直接承受荷載和自然因素的作用，由各種材料接受不同比例拌和，鋪筑而成的一種帶狀構造物。 二路面結構 1.面層 2.基層 3.墊層,三路面類型 1.按面層使用材料分： 瀝青類 水泥砼 粒料 塊料 2.按強度構成原理分： 嵌鎖法 級配法 穩(wěn)定法 鋪砌法,3按荷載作用下的力學性質分： 柔性路面 : 各種基層（除水泥砼外) 各類瀝青面層，碎石面層，塊料面層. 剛性路面 ：水泥砼作面層或基層。 半剛性路面：以石灰水泥穩(wěn)定土，石灰水泥處治碎石，含工業(yè)廢渣基層。 4.常見路面結構層類型： 碎礫石類: a.泥結碎石：以碎石為骨料，黏土作填充料粘結料 經(jīng)壓實而成的路面結構層。適用于基層和中級路面 基層。,b.泥灰結碎石：以碎石為骨料，用一定數(shù)量的石灰和 作粘結料,經(jīng)壓實而成的路面結構,適用于基層。 c.級配碎（礫）石：由各種集料和土，按最佳級配原理 配制并鋪壓而成的路面結構. 適用于基層和中層路面面 層。 d.水結碎石：用大小不同的扎制碎石從大到小分層鋪， 灑水碾壓，依靠碎石嵌鎖和石粉膠結作用形成的路面結 構層，適用于基層。 結合料穩(wěn)定類： a.石灰（穩(wěn)定）土：將一定量的石灰同粉碎土拌和，攤 鋪，在最佳含水量時壓實，經(jīng)養(yǎng)生成型的路面結構，適 用于基，墊層。,b.水泥穩(wěn)定土：在粉碎的和原來松散的土中摻 入適量的水泥和水經(jīng)拌和，壓實，養(yǎng)生成型 的路面結構層。適用于基，墊層。 c.瀝青穩(wěn)定土用瀝青做結合料，與粉碎的土或 土集料 混合經(jīng)拌和，鋪壓而成的路面結構. 用于基，墊層。 d.工業(yè)廢渣:用石灰或石灰下腳料做結合料,與活 性材料及土或其他集料按一定配合比,加適量 水拌和，鋪壓，養(yǎng)生成型的路面結構層.適用 于基層，墊層。,瀝青類 a.瀝青表面處治：用瀝青和礦料按層或拌和方法，鋪筑厚度不大于3cm的一種薄層路面面層，防水層，磨耗層，防滑層。 b.瀝青貫人碎石：用大小不同的碎石或礫石分層鋪筑，顆粒尺寸自下而上逐層減小，同時分層貫人瀝青，經(jīng)分層壓實而成的路面結構層。適用于次高級路面面層，高級路面基層，聯(lián)結層。 c.瀝青碎石：以一定級配的礦料用瀝青做不結合料，按一定比例配合，拌勻，鋪壓而成的路面結構層。適用于高級，次高級路面面層，高級路面基層，聯(lián)結層。 d.瀝青砼：由適當比例的各種不同大小顆粒的礦料和瀝 青在一定溫度下拌和成混合料，經(jīng)鋪壓而成的路面結構 層。, 水泥砼：以水泥與水合成水泥漿為結合料，碎（礫）石 為骨料，砂為填充料，按適當?shù)呐浜媳壤?，?jīng)加水拌和、攤 鋪、振揭、整平、養(yǎng)生所筑成的路面結構層。適用于高級路 面面層、基層。 塊料類 a.整齊塊石 b.半整齊塊石 c.水泥石砼聯(lián)鎖塊 分別以加工的整齊塊石、半整齊塊石、預制的水泥砼聯(lián)鎖 鋪砌而成的路面面層。分別適用于高級路面面層、次高等級 路面面層、高級路面面層。,四、路面等級 1、高級路面 公路等級：高速、一、二級公路用； 面層類型：瀝青砼、水泥砼； 特點： a.強度、剛度高，穩(wěn)定性好； b.使用壽命長，能適應較繁重的交通量； c.平整無塵，能保證高速行車； d.養(yǎng)護費用少，運輸成本低； e.投資大。 2、次高級路面 公路等級：二、三級公路； 面層類型：瀝青貫入式，瀝青碎石、瀝青表面處治；,特點： a.強度、剛度較高； b.使用壽命較長，適應交通量較多； c.行車速度較高； d.造價較低； e.費用和成本較高。 3、中級路面 公路等級：四級公路； 面層類型：碎（礫）石、半整齊塊石、粒料類。 特點： a.強度、剛度低，穩(wěn)定性差； b.平整度差，易揚塵； c.僅適應較小交通量； d.行車速度低，造價低； e.養(yǎng)護費用高、運輸成本高。,4、低級路面 公路等級：四級公路； 面層類型：粒料、當?shù)夭牧稀?特點： a.強度、剛度最低； b.水穩(wěn)性、平整度均差，易揚塵； c.僅適應較小交通量； d. 低速行車，適用較小交通量； e.造價低，養(yǎng)護運輸成本高。,五.路面的基本要求 1.足夠的強度剛度； 2.足夠的穩(wěn)定性； 3.足夠的耐久性； 4.足夠的表面平整度； 5.足夠的表面挖滑性能； 6.足夠的少塵性和低噪聲。,2.2 瀝青路面的設計與施工,一.瀝青路面的設計 1.設計內容 材料的選擇，混合料配合比設計、設計參數(shù)的測試 與確定； 路面結構層組合與厚度計算； 路面結構方案地選； 路面加寬加固設計； 路面排水系統(tǒng)設計。 2.設計原則 應根據(jù)使用要求及氣候、水文、地質等自然條件， 密切結合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，進行路基路面綜合設計；,在滿足交通量和使用要求的前提下，應遵循因地制宜 合理選材、方便施工、利于養(yǎng)護、節(jié)約投資的原則。進行路 面設計方案的技術經(jīng)濟比較，選擇技術先進、經(jīng)濟合理、安 全可靠，有利于機械化、工廠化施工的路面結構方案。 結合當?shù)貤l件，積極推廣成熟的科研成果，對行之有 效的新材料、新工藝、新技術，應在路面設計方案中積極、 慎重地加以應用。 應注意環(huán)保、施工人員健康和安全。 推廣機械化施工； 高速、一級公路不宜分期修建。 對有可能產(chǎn)生較大沉降路段，宜按“分期修建”或“一次 設計分期實施”原則。,3.路面結構組合設計 路面等級與路面類型的選擇,半剛性基層上瀝青層推薦厚度,瀝青層厚度確定,基層選擇： a.有足夠強度，水穩(wěn)定性，抗凍性； b.收縮變形小，抗沖刷能力強； c.就地取材； d.確定合理配全地； e.每側比路面寬至少25。 墊層選擇： a.材料宜選用粗砂、砂礫、碎石、媒渣、礦渣等。 b.高速、一、二級公路排水墊層應鋪至與路基同寬，三四級公路可比底基層每側寬至少25。 路面總厚度應滿足最小總厚度的要求。,最小防凍厚度（),4.新建路面厚度設計 設計步驟 a.根據(jù)設計任務書的要求，確定路面等級、 面層類型、設計年限內一個車道的累計當量軸次 和設計彎沉值； b.按路基土類和干濕類型，將路基劃分為若 干路段，確定各路段EO。 c.根據(jù)設計彎沉值計算路面厚度； d.進行技術經(jīng)濟比較，確定采用的路面結構方 案。 設計標準 標準軸載BZZ-100,標準軸載計算參數(shù),設計參數(shù) a.累計當量軸次Ne 式中：Ne設計年限內一個車道上的累計當量 軸次； t 設計年限； N1第一年雙向平均日當量軸次； Nt第t年雙向平均日當量軸次； r 設計年限內交通量年半長率（%） 車道系數(shù)。 b.土基回彈模量EO； c.路面材料模量。,路面厚度計算 a.容許彎沉值（設計彎沉值） 式中： 容許彎沉值（0.01mm） 公路等級系數(shù)； 面層類型系數(shù)； 基層類型系數(shù)。 b.容許彎拉應力 式中： 容許彎拉應力值； 劈裂強度； 抗彎拉強度結構系數(shù)；,c.容許剪應力 式中： 容許剪應力； 抗剪裂強度； 抗剪結構強度系數(shù)； d.us/R作為控制指標確定路面厚度 計算圖式,式中： 路面A點實測彎沉值； 標準軸載接地壓強； 標準軸載當量圓半徑； 土基回彈模量； 理論彎沉系數(shù)； 彎沉綜合修正系數(shù)。 以 確定厚度,實際路面是一個多層體系，此時為了應用理論公式需將多層體系換算成三層體系：,e. 以 作為控制指示確定路面厚度。計算圖式 式中： 最大拉應力 理論拉應力系數(shù)。 使 將多層體系換算為三層體系： 將多層體系換算為三層體系：,f. 以 作為控制指標確定路面厚度。計算圖式 式中： 剪應力； 最大剪應力系數(shù)； 面層材料內摩擦角。 要求； 當有多層體系時，換算為三層體系的方法 同以 作為控制指標時的換算。 例4-1 指出如圖路面結構體系中路表彎沉值最大值點位及第3層底面彎拉應力的最大值點位。并繪出各自的計算圖式。,解： 當求路表彎沉值時：將多層體系換算為當量二層體系如下： =1014.217.319.9 =61.4 雙輪輪隙中心A氣為彎沉最大值。,當求第3層底面彎拉應力時,= 5.910.716 = 32.6,= 2219.1 = 41.1,最大值點C位于第三層底面雙輪輪隙中心處。,例4-2 確定如圖結構層路表彎沉和剪應力的最大值點位，并繪出計算圖式。,解：當確定路表彎沉時：,=812.5415.02 =38.85,最大點A位于雙輪輪中心處。 當求最大剪應力值時： 最大值D點位于車輪中心行車方向后方離車輪中 心距離為0.9處。,二、瀝青路面施工 1、瀝青表面處治： 層鋪法，將瀝青材料與礦質材料分層灑布與鋪撒分層碾壓成型。 拌和法； a.熱拌熱鋪法；按熱拌瀝青混合料路面的規(guī)定執(zhí)行。 b.冷拌冷鋪法：按乳化瀝青碎石混合料路面的規(guī)定執(zhí)行。 2、瀝青貫入式 撒料，撒鋪應均勻，并不斷檢查松鋪厚度和校驗路拱。 碾壓，先用68t 壓路機以2km/h的初碾速度壓34遍，使集料 穩(wěn)定，無顯著推移；碾壓遍數(shù)一般為24遍。 澆灑第一遍瀝青 撒布第一層嵌縫料 再碾壓，立即用812t壓路機碾壓46遍，直到穩(wěn)定； 澆灑第二層瀝青撒布第二層嵌縫料碾壓 3、熱拌瀝青混合料 混合料類型選擇；拌制及運輸；攤鋪；壓實及成型。,三、瀝青路面防滑 1、提高瀝青路面抗滑性能的措施 提高瀝青混合料的抗滑性能； a.礦質骨料采用硬質粒料； b.礦料級配采用升級配； c.選用裹覆力大的較硬瀝青； d.盡量減少瀝青用量。 采用防滑封面結構 a.在瀝青混合料碾壓完成后，立即鋪撒硬質礦料，并壓入混 合料表面內； b.采用多孔瀝青混合料鋪成透水性面層，加速路面排水； 使用樹脂系高分子材料對路面進行防滑處理，將粘結力強的 人造樹脂涂布在清規(guī)戒律路面上，然后鋪撒硬質粒料，在樹脂 完全完全硬結之后，將未粘著的粒料的掃掉。 2、抗滑性能指標 高速、一級公路宜在竣工后第一個夏季采用磨擦系數(shù)測定 車，以（501）km/h的車速測定橫向力系數(shù)SFC。 路面宏觀構造深度 TD，在峻工后第一個夏季用鋪砂法或激光 構造深度儀測定。 擺值Fb,3、評價路面抗滑能力指標的測定方法 鋪砂法測定 TD a.手工鋪砂法，將細砂鋪在路面上，計算嵌入凸凹不平的表面空隙中的砂的體積與覆蓋面積之比。將全部砂都填入凸凹不平空隙中。 b.電動鋪砂法，用50ml砂，在玻璃板上鋪50寬時，標定厚度與長度的關系。按同法在測試路面上鋪砂，測定攤鋪長度。TD為： 激光構造深度儀測定 TD 高速脈沖半導體激光器產(chǎn)生紅外線投射到路表面，從投射面散射光線由接受透鏡聚焦到以線性分布的光敏二級管上，按收光線最多的二級管位置給出這一瞬間道路表面的距離，通過計算得出TD。,擺式儀測定 BPN 根據(jù)擺錘位能的損失等于擺錘擦過路面克服路面所做的功。 磨擦系數(shù)測定車測SFC 承受恒定豎向荷載的測試輪與地面緊密接觸，并與車輛前進方向 成20角，這樣當車輛前進時在測試輪上產(chǎn)生一個橫向摩阻力， 由壓力傳感器測得，則,第三節(jié) 水泥砼路面設計與施工,一、水泥砼路面的類型 1、普通砼（or 無筋砼or素砼） 是指除局部或接縫外均不配筋。 2、鋼筋砼 是指板內配置縱、橫鋼筋或鋼筋網(wǎng)。 3、碾壓砼 是指水泥砼混合料經(jīng)攤鋪、碾壓成型。 4、鋼纖維砼 是指在砼中摻入鋼纖維。 5、連續(xù)配筋砼 是指沿縱向配置連續(xù)鋼筋。,二、水泥砼路面特點 1、強度高； 2、穩(wěn)定性好； 3、耐久性好； 4、養(yǎng)護費用少，經(jīng)濟效益高； 5、利于夜間行車； 6、地水泥、水需要量大； 7、接縫產(chǎn)生不利影響； 8、開放交通遲； 9、修復困難。,三、水泥砼路面常見病害,1、斷裂； 2、碎裂； 3、唧泥； 4、借臺； 5、拱起； 6、剝落； 7、