路基路面工程概述ppt課件(PPT 78頁)

1、路基路面工程Subgrade and Pavement Engineering張銳（副教授）第1頁，共78頁。第2頁，共78頁。第3頁，共78頁。第4頁，共78頁。第5頁，共78頁。第6頁，共78頁。第7頁，共78頁。主要內(nèi)容(Contents)本課程的設(shè)置及其重要性第一章 概述(Introduction)第8頁，共78頁。 本課程的設(shè)置及其重要性 1、本課程在教學(xué)體系中的位置 公共課程數(shù)學(xué)、英語、人文 等 基礎(chǔ)課程工程力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué) 等 專業(yè)基礎(chǔ)課程土木工程材料、測量學(xué)、土力學(xué)與土質(zhì)學(xué)、水力學(xué)、交通工程基礎(chǔ)等； 專業(yè)課程道路勘測設(shè)計(jì)、路基路面工程、橋梁工程、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、基礎(chǔ)工程

2、等 專業(yè)提高課程眾多選修課程 第9頁，共78頁。 本課程的設(shè)置及其重要性2、本課程在工程實(shí)踐中的重要性實(shí)踐環(huán)節(jié)室內(nèi)試驗(yàn) 確定路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要參數(shù) 等； 野外試驗(yàn) 確定交通參數(shù)、路面結(jié)構(gòu)參數(shù) 等； 結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì) 進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工組織設(shè)計(jì)第10頁，共78頁。 本課程的設(shè)置及其重要性3、本課程的內(nèi)容路基路面工程路基工程路面工程機(jī)場道基公路路基機(jī)場道面公路路面第11頁，共78頁。 課程的具體內(nèi)容路基土的特性及設(shè)計(jì)參數(shù)(Characteristics and Design parameters)路基設(shè)計(jì)(Embankment Design)路基防護(hù)與支擋設(shè)計(jì)(design of retainin

3、g wall )路基施工(construction) 路基工程部分概論第12頁，共78頁。交通荷載及路面設(shè)計(jì)參數(shù)(ESAL and Parameters)路面基層(Base)瀝青路面設(shè)計(jì) (Asphalt Pavement Design)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)(Cement Concrete Pavement Design)路面施工(Construction)路基路面養(yǎng)護(hù)與管理(Maintenance and rehabilitations) 路面工程部分 課程的具體內(nèi)容第13頁，共78頁。第一章 概論第14頁，共78頁。第一章 概論(Introduction)第一節(jié) 路基路面工程發(fā)展概況(Dev

4、elopment)第二節(jié) 路基路面工程的特點(diǎn)與性能要求(Characteristics) 第三節(jié) 路基路面結(jié)構(gòu)及層位功能(Pavement layers)第四節(jié) 路基路面結(jié)構(gòu)的影響因素(Factors)第五節(jié) 公路自然區(qū)劃 (Nature Categories)第15頁，共78頁。第一節(jié) 路基路面工程發(fā)展概況核心內(nèi)容：道路的衍變道路的分類我國公路建設(shè)成果國家高速公路網(wǎng)命名路基路面建設(shè)的技術(shù)成果交叉學(xué)科的發(fā)展第16頁，共78頁。道路的發(fā)展可粗分為四個(gè)階段：第一階段：供行人和牛馬及其他獸類行走、馱運(yùn)貨物的階段。此時(shí)期的道路通常稱為小路或小徑(Trail)。第二階段：供蓄力車輛和行人通行的大道(Ca

5、rt Way)階段。在中國，有“康衢”、“路”、“馳道”、“驛道”等名稱；在歐洲，羅馬道路非常發(fā)達(dá)，有“條條大道通羅馬”之說。1、道路的衍變第17頁，共78頁。古羅馬道路和結(jié)構(gòu) 1、道路的衍變第18頁，共78頁。第三階段：行駛汽車的公路（Highway）階段。內(nèi)燃機(jī)汽車是德國在1886年由高特列希戴姆勒發(fā)明，我國在1902年從國外引進(jìn)汽車，1906年蘇元春駐守廣西時(shí)首建了龍州到鎮(zhèn)南關(guān)的公路。1、道路的衍變通向柏林的A9公路(東德)，使用時(shí)間超過50年，圖中為第一階段的水泥路面第19頁，共78頁。第四階段：以高速度分車道行駛為特征的高速公路階段。也稱為Freeway或Expressway。1、道

6、路的衍變第20頁，共78頁。 道路是供各種車輛、行人等通行的工程設(shè)施，按其使用范圍分為公路、城市道路、機(jī)場跑道、廠礦道路、林區(qū)道路等。 機(jī)場Airport 分類 干線公路： 國家干線 省干線 公路 縣公路 鄉(xiāng)公路 支線公路 分級 高速公路、一級公路 二級、三級、四級公路Highway公路 城市道路 快速路 主干道 次干道 支路及街道 其他道路2、道路分類廠礦道路林區(qū)道路第21頁，共78頁。7 條北京放射線9 條縱向路線18 條橫向路線 到2020年，高速公路總規(guī)模約8.5 萬公里，其中主線6.8 萬公里，地區(qū)環(huán)線、聯(lián)絡(luò)線等其它路線約1.7萬公里。3、我國公路建設(shè)成果高速公路“7918”網(wǎng)第22

7、頁，共78頁。3、我國公路建設(shè)成果普通國道網(wǎng)（2013年-2030年） 第23頁，共78頁。3、我國公路建設(shè)成果7條：北京哈爾濱（G1）、北京上海（G2）、北京臺北（G3）、北京港澳（G4）、北京昆明（G5）、北京拉薩（G6）、北京烏魯木齊（G7）9條：鶴崗大連（G11)、沈陽?？?G15)、長春深圳(G25)、濟(jì)南廣州(G35)、大慶廣州（G45）、二連浩特廣州(G55)、包頭茂名(G65)、蘭州?？?G75)、重慶昆明(G85) 18條：綏芬河滿洲里（G10）、琿春烏蘭浩特(G12)、丹東錫林浩特(G16)、榮成烏海(G18)、青島銀川(G20)、青島蘭州(G22)、連云港霍爾果斯(G30

8、)、南京洛陽(G36)、上海西安(G40)、上海成都(G42)、上海重慶(G50)、杭州瑞麗(G56)、上海昆明(G60)、福州銀川(G70)、泉州南寧(G72)、廈門成都(G76)、汕頭昆明(G78)、廣州昆明(G80)此外，國家高速公路網(wǎng)還包括遼中環(huán)線、成渝環(huán)線、海南環(huán)線、珠三角環(huán)線、杭州灣環(huán)線等共5條地區(qū)環(huán)線，2段并行線和37段聯(lián)絡(luò)線。高速公路“7918”網(wǎng)第24頁，共78頁。3、我國公路建設(shè)成果第25頁，共78頁。3、我國公路建設(shè)成果第26頁，共78頁。3、我國公路建設(shè)成果229.51萬km中有64.19萬km瀝青229.51萬km中有165.32萬km水泥簡50.35萬km 143.

9、89萬km 有鋪裝+簡易鋪裝279.86萬km+未鋪裝149.07萬Km=總里程423.75萬Km 2012年底資料第27頁，共78頁。4、國家高速公路網(wǎng)命名數(shù)字及數(shù)字與字母編號首都放射線編號為1位數(shù)，由正北開始按順時(shí)針方向升序編排，編號區(qū)間為19?？v向路線編號為2位奇數(shù)，由東向西升序編排，編號區(qū)間為1189。橫向路線編號為2位偶數(shù)，由北向南升序編排，編號區(qū)間為1090。并行路線的編號采用主線編號后加英文字母“E”、“W”、“S”、“N”組合表示；“E”、“W”、“S”、“N”分別表示并行路線在主線的東、西、南、北方位。地區(qū)環(huán)線的編號按照由北向南的順序排列，編號區(qū)間為9199。第28頁，共78

10、頁。5、路基路面建設(shè)的技術(shù)成果公路自然區(qū)劃土的工程分類路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性高路堤修筑技術(shù)與支擋結(jié)構(gòu)軟土地基穩(wěn)定技術(shù)巖石路基爆破技術(shù)瀝青路面結(jié)構(gòu)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論與方法半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)瀝青路面材料組成設(shè)計(jì)路面使用性能與表面特性綠色道路路面建設(shè)技術(shù)路面養(yǎng)護(hù)管理第29頁，共78頁。6、交叉學(xué)科的發(fā)展材料科學(xué)巖土工程學(xué)結(jié)構(gòu)分析理論機(jī)電工程自動(dòng)控制與量測技術(shù)現(xiàn)代管理科學(xué)節(jié)尾第30頁，共78頁。第二節(jié) 路基路面的工程特點(diǎn)核心內(nèi)容路基路面的工程特點(diǎn)路基路面的使用要求路基路面的性能要求第31頁，共78頁。路線長、工程量大；沿線地形起伏變化大，地質(zhì)、地貌、氣象特征多

11、變；沿線經(jīng)濟(jì)程度和交通特點(diǎn)不一樣。 1、路基路面的工程特點(diǎn)第32頁，共78頁。全天候暢通高速安全舒適經(jīng)濟(jì)即：結(jié)構(gòu)與功能兩個(gè)方面要求 2、路基路面的使用要求第33頁，共78頁。 公路路基是路面的基礎(chǔ)，是公路工程的重要組成部分，它是按照路線位置和一定的技術(shù)要求修筑的帶狀構(gòu)造物，與路面共同承受交通荷載的作用。作為路面的支承結(jié)構(gòu)物，路基必須具有足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性(Strength, Stability, Durability)。（1）路基工程 3、路基路面的性能要求一般路基凍土區(qū)通風(fēng)管路基第34頁，共78頁。（1）路基工程-凍土凍土區(qū)路基凍土區(qū)凍土區(qū)凍土區(qū)第35頁，共78頁。（1）路基工程-防

12、護(hù)與加固凍土區(qū)鐵路路基路基防護(hù)第36頁，共78頁。（1）路基工程-防護(hù)與加固第37頁，共78頁。 公路路面是直接承受交通荷載、大氣溫度及雨水作用的結(jié)構(gòu)，應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性和足夠的強(qiáng)度、剛度，其表面還應(yīng)滿足平整、抗滑和排水的要求。因此，公路路面應(yīng)根據(jù)交通量及其組成情況和公路等級、使用任務(wù)、功能、當(dāng)?shù)夭牧霞白匀粭l件，結(jié)合路基進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。 各級公路的行車道、路緣帶、匝道、變速車道、爬坡車道、硬路肩和應(yīng)急停車帶等均應(yīng)鋪筑路面。（2）路面工程 3、路基路面的性能要求第38頁，共78頁。1.承載能力 (Bearing Capacity) 包括強(qiáng)度和剛度兩個(gè)方面。2.穩(wěn)定性 (Stability) 在地表

13、上開挖或填筑路基，會改變原地面地層結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，從而造成路基失穩(wěn)；大氣降水、大氣周期性變化對穩(wěn)定性的影響。3.耐久性( Durability) 道路工程有較長的使用年限，因此路基路面工程要求有很好的耐久性能。4.表面平整度 (Surface Smoothness) 是影響行車安全、行車舒適性以及運(yùn)輸效益的重要使用性能。5.表面抗滑性能 (Skid Resistance) 保證車輪與路面之間有足夠的附著力和摩擦力，以增加行車安全。 3、路基路面的性能要求節(jié)尾第39頁，共78頁。第三節(jié) 路基路面結(jié)構(gòu)及層位功能核心內(nèi)容路基橫斷面路面橫斷面路拱橫坡度路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能路面面層類型及適用范圍路面分

14、類第40頁，共78頁。1、路基橫斷面第41頁，共78頁。1、路基橫斷面第42頁，共78頁。1、路基橫斷面第43頁，共78頁。1、路基橫斷面圖14d 城市道路典型路基橫斷面第44頁，共78頁。2、路面橫斷面槽式橫斷面全鋪式橫斷面第45頁，共78頁。3、路拱橫坡度形式：一次式：直線形、折線形 二次式：2次拋物線形， 三次式：3次線形方程目的：為了保證路面上雨水及時(shí)排出，減少雨水對路面的浸潤和滲透而減弱路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，路面表面應(yīng)做成直線形或拋物線形的路拱。 要求：第46頁，共78頁。4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能面層基層墊層（必要時(shí)）路基瀝青混凝土路面瀝青混凝土路面水泥混凝土路面 （1）路面分層第47頁，

15、共78頁。面層：面層是直接同行車及大氣接觸的表面層次，它承受較大行車荷載的垂直力、水平力和沖擊力的作用，同時(shí)還受到降雨的浸蝕和氣溫變化的影響，因此，同其他層次相比，它應(yīng)具有較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、抗變形能力和較好的水穩(wěn)定性與溫度穩(wěn)定性，且應(yīng)耐磨、不透水，表面還應(yīng)有良好的抗滑性與平整度。基層（含底基層）：主要承受由面層傳來的車輛荷載垂直力并將其擴(kuò)散到下面的路基（含墊層及土基），因此，它也應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度與剛度，并應(yīng)具有良好的擴(kuò)散應(yīng)力的能力；基層受大氣影響較面層小，但仍可能受地下水及面層滲入雨水的浸濕，故也應(yīng)具有足夠的水穩(wěn)定性；同時(shí)，為保證面層平整，它還應(yīng)具有較好的平整度。4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能 （2

16、）路面各層的要求第48頁，共78頁。 4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能墊層：墊層介于基層和土基之間，它可改善土基的濕度和溫度狀況、使面層與基層免受土基水溫狀況變化的不良影響或保護(hù)土基處于穩(wěn)定狀態(tài)；同時(shí)，也可擴(kuò)散基層傳遞的荷載應(yīng)力、減小土基的應(yīng)力與變形。按其作用可分為排水層、隔離層、防凍脹層等。路基處于下列狀況的路段應(yīng)設(shè)置墊層：地下水位高，排水不良，路基經(jīng)常處于潮濕狀態(tài)的路段；排水不良的土質(zhì)路塹；有裂隙水，泉眼水等水文不良情況的巖石挖方路段；季節(jié)性冰凍地區(qū)可能產(chǎn)生凍脹的中濕、潮濕路段；基層可能受污染的路段。（2）路面各層的要求第49頁，共78頁。4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能（2）路面各層的要求第50頁，

17、共78頁。面 層基 層路 基上路床下路床上路堤下路堤上基層下基層（底基層）上面層（表面層）中面層下面層30cm50cm70cm2040cm45cm56cm68cm7080cm（3）瀝青路面分層4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能第51頁，共78頁。面 層基 層路 基上路床下路床上路堤下路堤上基層下基層（底基層）砂石材料改良土或改善土水泥混凝土級配碎石CTB、LFTB改良土或改善土（4）水泥路面分層4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能第52頁，共78頁。滬寧高速拓寬銑刨斷面4、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能第53頁，共78頁。5、路面面層類型及適用范圍面 層 類 型適 用 范 圍瀝青混凝土路面高速公路、一級公路、二級公路、

18、三級公路、四級公路水泥混凝土路面高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路瀝青貫入路面瀝青碎石路面瀝青表面處治路面三級公路、四級公路砂石路面四級公路第54頁，共78頁。6、路面分類柔性基層瀝青路面半剛性基層瀝青路面組合式基層瀝青路面復(fù)合式路面（或剛性基層瀝青路面）水泥混凝土路面節(jié)尾第55頁，共78頁。第四節(jié) 路基路面結(jié)構(gòu)的影響因素核心內(nèi)容路基路面穩(wěn)定性影響因素路基路面工程的環(huán)境因素影響第56頁，共78頁。1、路基路面穩(wěn)定性影響因素地理?xiàng)l件地質(zhì)條件氣候條件水文和水文地質(zhì)條件土的類別第57頁，共78頁。地形地貌海拔高度路線與地勢地貌的結(jié)合程度（1）地理?xiàng)l件第58頁，共78頁。巖石或土的種類與

19、成因地質(zhì)走向與層理有無軟弱層或軟弱夾層有無地震、泥石流或巖溶等不良地質(zhì)情況（2）地質(zhì)條件第59頁，共78頁。氣溫（季節(jié)性與地形性）降水日照風(fēng)力風(fēng)向（3）氣候條件第60頁，共78頁。地表水的水文條件1）地表積水水位與存水時(shí)間 2）地表水的排泄 3）河流的常水位與洪水水位 4）河流的河岸及河床的淤積地下水的水文條件 1）地下水的移動(dòng)規(guī)律 2）地質(zhì)內(nèi)的層間水、裂隙水、泉水的存在情況（4）水文條件第61頁，共78頁。1）土的不同顆粒組成形成不同的材料強(qiáng)度機(jī)理2）不同類別的土受水溫影響的程度不同2）不同的土類有不同的工程特征與性質(zhì)（5）土的類別第62頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響路基路面結(jié)

20、構(gòu)的溫度和濕度狀況變化第63頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響大氣溫度的年周期變化和日周期變化第64頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響大氣溫度的年周期變化和日周期變化第65頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度隨深度的分布狀況第66頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度隨深度的分布狀況第67頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響路面結(jié)構(gòu)內(nèi)溫度隨深度的分布狀況第68頁，共78頁。2、路基路面工程的環(huán)境因素影響分析方法：路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度和濕度狀況，可通過在外部和內(nèi)部影響因素之間建立聯(lián)系的方法來預(yù)估。這種方法有兩類，即統(tǒng)計(jì)方法和理論方

21、法。 統(tǒng)計(jì)方法（公式）Tmax=a+bTamax+cQ 理論方法采用有限元技術(shù)進(jìn)行分析與計(jì)算熱傳導(dǎo)理論分析法節(jié)尾第69頁，共78頁。第五節(jié) 公路自然區(qū)劃道路工程特征相似的原則地表氣候區(qū)劃差異性原則自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用的原則1、公路區(qū)劃依據(jù)的意義2、公路區(qū)劃依據(jù)的原則第70頁，共78頁。3、一級區(qū)劃指標(biāo)1、全年均溫-2等值線。在一般情況下，地面大氣溫度達(dá)到-2時(shí)，地面土開始凍結(jié)。因此，它是區(qū)分多年凍土和季節(jié)凍土的界線。2、一月份均溫0等值線。是區(qū)分季節(jié)凍土和全年不凍的界線。3、我國地勢的三級階梯的兩條等高線。第71頁，共78頁。4、二級區(qū)劃指標(biāo)二級區(qū)劃仍以氣候和地形為主導(dǎo)因素，但具體標(biāo)志與一級區(qū)劃有顯著差別。二級區(qū)劃因區(qū)而異，將一級區(qū)劃指標(biāo)具體化或加以補(bǔ)充，分為六個(gè)等級，主要指標(biāo)是潮濕系數(shù)K。結(jié)合各個(gè)大區(qū)的地理、氣候特征(如雨季、冰凍深度)地貌類型，自然病害等因素。 第72頁，共78頁。我國的公路自然區(qū)劃分為三級：一級區(qū)劃按多年凍土、季節(jié)凍土及全年不凍土三大地帶考慮冰凍、水熱平衡和地理位置分為北部多年凍土區(qū)、東部溫潤季凍區(qū)、黃土高原干濕過渡區(qū)、東南濕熱區(qū)、西南潮暖區(qū)、西北干旱區(qū)和青藏高寒區(qū)等七個(gè)大