路基路面工程緒論

路基路面工程

SubgradeandPavementEngineeringxxxxxx建筑工程學(xué)院1第一篇路基工程第一章緒論2第一節(jié)道路工程概述一、道路工程的發(fā)展情況道路是一個(gè)狹長(zhǎng)的帶狀構(gòu)造物。道路按使用特點(diǎn)分為公路、城市道路、林區(qū)道路、廠礦道路及鄉(xiāng)村道路等。二、公路的主要組成部分

空間體決定的圖：平面圖、縱斷面圖、橫斷面圖。公路的基本組成部分：路基、路面、橋梁、涵洞、隧道、防護(hù)與加固工程、排水設(shè)施、山區(qū)特殊構(gòu)造物等。附屬工程等。路基、路面、路床、路肩、邊坡、擋土墻、排水設(shè)施等概念。如圖所示：345三、路基工程的特點(diǎn)（一）土石方工程巨大，沿線分布不均，與路基排水、防護(hù)與加固工程相互制約，設(shè)計(jì)中需要綜合考慮。（二）路基工程項(xiàng)目繁雜，涉及土方、石方、污工砌體等多種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工，施工安排十分不易。（三）路基工程對(duì)于原來(lái)的生態(tài)、水土保持和農(nóng)田水利等環(huán)境影響巨大，工程方案應(yīng)該經(jīng)過(guò)仔細(xì)權(quán)衡并采取一定的技術(shù)措施以避免對(duì)于環(huán)境的破壞。（四）路基工程的質(zhì)量對(duì)于道路的使用品質(zhì)和路面的使用壽命影響十分明顯。四、路基設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容路基主體工程路基排水路基防護(hù)與加固路基工程的附屬設(shè)施6第二節(jié)路基的強(qiáng)度（一）行車(chē)荷載和自重是作用在路基的兩種主要外力，對(duì)于路基都按照豎直荷載考慮？（二）行車(chē)荷載產(chǎn)生附加應(yīng)力，對(duì)于路基的擾動(dòng)影響隨深度降低；自重應(yīng)力隨深度變大（三）附加應(yīng)力作用是瞬時(shí)的，自重應(yīng)力作用是永久的（四）行車(chē)荷載或車(chē)輪荷載可變，對(duì)于某一深度的路基土體影響較大，我們將這樣的深度叫做路基工作區(qū)，確切深度大約在附加應(yīng)力為自重應(yīng)力的1/10～1/5左右。σ1σ2σ1+σ2P一、路基受力狀況7σ1——車(chē)輪荷載引起的附加應(yīng)力（1-1-2）σ2——路基自重應(yīng)力（1-1-3）Za——路基工作區(qū)（1-1-4）路基工作區(qū)內(nèi)，土基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性對(duì)保持路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性極為重要，所以對(duì)路基工作區(qū)深度范圍內(nèi)的路基結(jié)構(gòu)層（路床和上路堤）的密實(shí)程度和含水量都做相對(duì)下層更加嚴(yán)格的限制8二、路基土的應(yīng)力應(yīng)變特性σ1-

σ3ε總變形殘余變形回彈變形由于車(chē)輛荷載作用的瞬時(shí)性，土基在大多數(shù)情況下接近彈性工作狀態(tài)，我們應(yīng)用彈性力學(xué)的理論來(lái)分析土基受力，因此我們最關(guān)心回彈模量9三、土基的力學(xué)模型與荷載——變形關(guān)系（一）Boussinesq地基模型Plrr1.點(diǎn)荷載下的荷載－彎沉關(guān)系10（1）單圓荷載載——柔性板圓形均布荷載的的壓強(qiáng)為p，半半徑為，利用集中荷荷載公式，通過(guò)過(guò)積分建立距荷荷載中心點(diǎn)r處處的彎沉。壓強(qiáng)pwr=0r=當(dāng)r≤時(shí)當(dāng)r≥時(shí)2.圓形均布荷荷載作用下的荷荷載－彎沉關(guān)系系11（2）單圓荷載載——?jiǎng)傂园鍎傂园宓陌宓讐簭?qiáng)呈鞍形分布，平均為柔性板的，故其板底彎沉為單圓柔性板中心處的等值彎沉lP本方法便于應(yīng)用用于實(shí)際中測(cè)定定土基回彈模量量，采用類(lèi)似逐逐級(jí)加載的方法法，對(duì)其試驗(yàn)曲線進(jìn)行行直線回歸后用用如下公式計(jì)算算回彈模量12（3）雙圓荷載載雙圓荷載中心處處13（二）winkler地基基模型——稠密密液體地基表征參數(shù)——地地基反應(yīng)模量形式簡(jiǎn)單，不涉涉及泊松比，適適用于剛性路面面分析p14（三）加州承載載比（CBR———CaliforniaBearingRatio）貫入度（in）0.10.20.30.40.5標(biāo)準(zhǔn)壓（kpa）703010550133601617018230pi、ps——相同慣入量時(shí)時(shí)的測(cè)試材料料和標(biāo)準(zhǔn)碎石石的單位壓力力，Mpa.適用于CBR經(jīng)驗(yàn)路面設(shè)設(shè)計(jì)法，或用用于對(duì)土或其其他筑路材料料以及土基本本身進(jìn)行強(qiáng)度度評(píng)價(jià)。可以以與彈性模量量建立相關(guān)性性很好的換算算關(guān)系。3in2標(biāo)準(zhǔn)壓頭，以以0.05in/min壓入土體，，記錄每壓入入0.1in時(shí)的單位壓壓力，直至深深度達(dá)到0.5in為止止。15四、影響路基基強(qiáng)度和穩(wěn)定定性的因素五、保證路基基強(qiáng)度和穩(wěn)定定性的措施（一）合理選選擇路基斷面面形式，正確確確定邊坡坡坡度（二）選擇強(qiáng)強(qiáng)度和水溫穩(wěn)穩(wěn)定性良好的的土質(zhì)填筑路路堤，并采取取正確的施工工方法（三）充分壓壓實(shí)土基，提提高土基的強(qiáng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性性（四）做好地地面和地下排排水，保證水水流暢通，防防止路基過(guò)濕濕或水毀（五）保證路路基有足夠的的高度，使路路基工作區(qū)保保持干燥狀態(tài)態(tài)（六）設(shè)置隔隔水層或隔溫溫層，切斷毛毛細(xì)水上升，，減少水分副副溫遷移的影影響（七）采用合合理的邊坡加加固與防護(hù)措措施，和適當(dāng)當(dāng)?shù)闹踅Y(jié)構(gòu)構(gòu)物（一）工程地地質(zhì)條件（二）水文與與氣候條件（三）路基設(shè)設(shè)計(jì)（四）路基施施工（五）養(yǎng)護(hù)措措施16171819第三節(jié)公路路自然區(qū)劃（一）地區(qū)的的溫度和濕度度差異引起的的土基和路面面材料的變化化對(duì)路基路面面構(gòu)筑有明顯顯影響（二）我國(guó)路路面設(shè)計(jì)方法法決定一、區(qū)劃的目目的二、區(qū)劃的原原則和分級(jí)1.道路工程程特征相似性性原則；2.地表氣候候區(qū)劃差異性性原則；3.自然氣候候因素的綜合合性與主導(dǎo)性性相結(jié)合（水水與溫度），，綜合考慮地地表氣候的地地帶性（緯度度）和非地帶帶性（海拔高高程）。（一）區(qū)劃的的原則（二）區(qū)劃的的分級(jí)1.一級(jí)區(qū)劃劃——按照等等溫線將全國(guó)國(guó)劃分為多年年凍土、季節(jié)節(jié)凍土和全年年不凍土三大大地帶，然后后根據(jù)水熱平平衡和地理位位置，劃分為為七個(gè)大區(qū)。。2.二級(jí)區(qū)劃劃——在一級(jí)級(jí)區(qū)劃內(nèi)，再再以潮濕系數(shù)數(shù)為依據(jù)，分分為六個(gè)等級(jí)級(jí)（過(guò)濕，中中濕，潤(rùn)濕，，潤(rùn)干，中干干，過(guò)干），，分為33個(gè)個(gè)二級(jí)區(qū)19個(gè)二級(jí)副區(qū)區(qū)。潮濕系數(shù)K：：降雨量R與與年蒸發(fā)量Z之比。K=R/Z3.三級(jí)區(qū)劃劃——按照兩兩種劃分依據(jù)據(jù)，一是水熱熱、地理、地地貌；二是地地表地貌、水水文地質(zhì)，由由各省、自治治區(qū)自行劃定定。20《公路自然區(qū)區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（（JTJ003-86））。21二、各自然區(qū)區(qū)的特點(diǎn)一級(jí)區(qū)名稱(chēng)公路工程的自然條件特點(diǎn)路基路面的設(shè)計(jì)要求Ⅰ區(qū)北部多年凍土區(qū)多年凍土層春夏有熱融發(fā)生，降低土基強(qiáng)度；秋季層上水由上至下凍結(jié)，形成承壓水；冬季產(chǎn)生凍脹。路面設(shè)計(jì)重要原則是維持凍穩(wěn)性，保護(hù)凍土上限不至下降；路基設(shè)計(jì)寧填勿切，填土最好為凍穩(wěn)定性好的土或砂礫Ⅱ區(qū)東部濕潤(rùn)季凍區(qū)

冬季凍脹，春季翻漿，夏秋水毀和泥石流有一定影響。地形以平原和丘陵為主。路基填土高度應(yīng)符合要求；應(yīng)采取措施隔溫、排水、截?cái)嗝?xì)水上升；應(yīng)用水穩(wěn)性?xún)龇€(wěn)性好的材料做路面基層。Ⅲ區(qū)黃土高原干濕過(guò)渡區(qū)為東部溫潤(rùn)季凍區(qū)向西北干旱區(qū)和西南潮暖區(qū)的過(guò)渡區(qū)。地下水位深，干燥土基強(qiáng)度較好，但粉質(zhì)大孔性黃土易沖蝕和遇水濕陷。選擇不透水的面層或上封閉層，以防雨水下滲造成黃土失陷；潮濕地段注意排水；摻灰類(lèi)結(jié)構(gòu)層是穩(wěn)定的路面基層，或在石料基層下設(shè)砂礫底基層22一級(jí)區(qū)名稱(chēng)公路工程的自然條件特點(diǎn)路基路面的設(shè)計(jì)要求Ⅳ區(qū)東南濕熱區(qū)雨量充沛，雨型季節(jié)性強(qiáng)，臺(tái)風(fēng)暴雨多；地溫高，易引起瀝青路面泛油，加大水泥路面翹曲應(yīng)力；水稻田多，土基濕軟，強(qiáng)度低。注意黑色面層材料的熱穩(wěn)定性和防透水性；瀝青材料宜選用較高標(biāo)號(hào)，保證基墊層穩(wěn)定性；加強(qiáng)公路排水設(shè)施；水稻田、軟土和潮濕路段應(yīng)處理。Ⅴ區(qū)西南濕暖區(qū)雨期較長(zhǎng)，蒸發(fā)較少，滲透較大，故土基較濕；石質(zhì)路基和部分干濕季節(jié)分明地區(qū)，土基強(qiáng)度較高。保證其濕穩(wěn)性；過(guò)濕地區(qū)已采用路堤，并使邊坡符合要求；石料豐富，有利于設(shè)計(jì)中就地取材。Ⅵ區(qū)西北干旱區(qū)土基強(qiáng)度和水文狀況均佳，筑路砂石材料較多；中級(jí)路面易搓板松散和揚(yáng)塵；高山區(qū)有風(fēng)雪流危害；灌區(qū)和綠洲有凍脹翻漿。保證其干穩(wěn)定性，改建瀝青路面為有效方法；綠洲灌區(qū)應(yīng)充分利用就近所產(chǎn)砂礫、石料進(jìn)行處理；還應(yīng)注意風(fēng)蝕和沙埋的防治。Ⅶ區(qū)青藏高原區(qū)滑坡、崩塌、泥石流等極嚴(yán)重；瀝青老化快；公路通過(guò)條件困難。按保溫原則設(shè)計(jì)，保證路基穩(wěn)定性；瀝青路面設(shè)計(jì)應(yīng)采取措施。23三、各個(gè)自然然區(qū)劃內(nèi)路基基路面設(shè)計(jì)的的注意事項(xiàng)北部多年凍土土區(qū)：凍土、、凍土退化（（全球氣溫升升高）東部溫潤(rùn)集結(jié)結(jié)區(qū)：凍脹翻翻漿黃土高原干濕濕過(guò)渡區(qū)：黃黃土東南濕熱區(qū)：：排水、濕軟軟地基西南潮暖區(qū)：：不良地質(zhì)（（喀斯特、滑坡）西北干旱區(qū)：：缺水、雪害害青藏高寒區(qū)：：高寒、凍土土、24第四節(jié)路基基干濕類(lèi)型二、濕度的來(lái)來(lái)源和變遷一、濕度對(duì)路路基的影響路基的濕度狀狀況變化是影影響路基路面面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、、剛度與穩(wěn)定定性的重要因因素之一，應(yīng)應(yīng)該盡量使路路基平衡濕度度（路基上部中中心附近趨向向穩(wěn)定平衡的的濕度）趨于較干燥或或穩(wěn)定的狀態(tài)態(tài)，使路基保保持穩(wěn)定。（一）大氣降降水——大氣氣降水通過(guò)路路面，路肩邊邊坡和邊溝滲滲入路基；（二）地面水水——邊溝的的流水、地表表涇流水因排排水不良，形形成積水、滲滲入路基；（三）地下水水——路基下下面一定范圍圍內(nèi)的地下水水浸入路基；；（四）毛細(xì)水水——路基下下的地下水，，通過(guò)毛細(xì)管管作用，上升升到路基；（五）水蒸汽汽凝結(jié)水———在土的空隙隙中流動(dòng)的水水蒸汽，遇冷冷凝結(jié)成水；；（六）薄膜移移動(dòng)水——在在土的結(jié)構(gòu)中中水以薄膜的的形成從含水水量較高處向向較低處流動(dòng)動(dòng)，或由溫度較高高處向凍結(jié)中中心周?chē)鲃?dòng)動(dòng)。（七）水的負(fù)負(fù)溫遷移———在負(fù)溫和毛毛細(xì)作用下由由下向上的遷遷移2526滲入路面滲入路肩由路肩由邊溝由較高處滲入地下水位由下層土水汽移動(dòng)由地下水地下水位變動(dòng)27（一）路基干干濕類(lèi)型1.分類(lèi)2.指標(biāo)三、路基水濕濕狀況評(píng)估2)、路基的相對(duì)含水量：——土的算術(shù)平均含水量%；wy——土的液限含水量1）、土的平均稠度為——土的平均含水量%；wL——土的液限含水量%；wp——土的塑限含水量%3）、地下水水位高度路槽底面離開(kāi)開(kāi)地下水位或或附近地表長(zhǎng)長(zhǎng)期積水位的的高度。路基的干濕類(lèi)類(lèi)型是以不利利季節(jié)路槽表表面以下80厘米深度內(nèi)內(nèi)土的平均稠稠度Wc來(lái)劃分，分為為干燥、中濕、、潮濕、過(guò)濕濕四類(lèi)。28按照經(jīng)驗(yàn)，給給出wc1>wc2>wc3,,分別對(duì)應(yīng)做做為干燥、中濕、、潮濕、過(guò)濕濕的分界標(biāo)準(zhǔn)，，叫做分界稠稠度。并通過(guò)過(guò)針對(duì)各種土土類(lèi)的試驗(yàn)，，確定類(lèi)似下下圖的關(guān)系確確定相應(yīng)的分分界相對(duì)含水水量w1、w2、w3,和臨界高度度h1、h2、h33.標(biāo)準(zhǔn)地下水位高度地下水位與土的平均稠度地下水位與土的相對(duì)含水量路基路面294.應(yīng)用1）既有路基基或挖方路基基可以采用稠稠度和相對(duì)含含水量與相應(yīng)應(yīng)土質(zhì)的分界界稠度和分界界含水量進(jìn)行行干濕狀況評(píng)評(píng)價(jià)2）新建路基基采用地下水水位高度與擬擬采用的填土土的臨界高低低進(jìn)行干濕狀狀況評(píng)價(jià)3）通常應(yīng)該該使路基處于于干燥或中濕濕狀況，并因因評(píng)價(jià)結(jié)果采采取相應(yīng)的施施工養(yǎng)護(hù)（換換填、排水蔬蔬干等）措施施或設(shè)計(jì)方案案（抬高路線線設(shè)計(jì)標(biāo)高））30例題11．已知金華華市區(qū)擬新建建公路位于公公路自然區(qū)劃劃區(qū)Ⅳ4，地地基和路基填填土均為粘性性土，該地段段地表長(zhǎng)期積積水，路面表表面距地下水水位高度為1.58m，，路面設(shè)計(jì)厚厚度為50cm。粘性土土的路基臨界界高度H1＝＝1.7—1.8(m)，H2＝1.0一1.2(m)，，H3＝0.8—1.0(m)。試試確定該公路路路基的干濕濕類(lèi)型。31解：路床項(xiàng)面距地地下水位高度度為1.58—0.5＝＝1.08(m)。金華市地區(qū)位位于公路自然然區(qū)劃Ⅳ4，，粘性土的路路基臨界高度度為H1＝1.7—1.8(m)，，H2＝1.0一1.2(m)，H3＝0.8—1.0(m)，則H3max＝＝1．0＜H=1.08＜H2max＝1．2故判斷該路基基處于潮濕狀態(tài)。32例題21．某公路路路基在最不利利季節(jié)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)測(cè)得路床頂以以外80cm內(nèi)各土層的的含水量如表表-1所示。。深度（cm）0-1010-2020-3030-4040-5050-6060-7070-80含水量（%）23.023.423.523.723.824.524.624.8表-1實(shí)測(cè)測(cè)路床頂以下下80cm內(nèi)內(nèi)各土層的含含水量已知填土的稠稠度度分界值值為Wc1=1.1，Wc2=0.95Wc3=0.80。現(xiàn)在測(cè)測(cè)得其平均液液限為30%，塑性為16%，試按按平均稠度法法判斷路基的的干濕類(lèi)型。。33解：W=（23.0+23.4+23.5+23.7+23.8+24.5+24.6+24.8）/8=23.91%Wc=(Wl-W)/(Wl-Wp)=(30-23.91)/(30-16)=0.435<Wc3=0.80故判斷該路基基處于過(guò)濕狀狀態(tài)。34第五節(jié)路基基土的分類(lèi)及及工程性質(zhì)一、路基土的的分類(lèi)依據(jù)顆粒組成成、土的塑性性指數(shù)和土質(zhì)質(zhì)化學(xué)成分為為4類(lèi)11種種細(xì)中粗細(xì)中粗粘粒粉粒砂礫（角礫）卵石（小塊石）漂石（塊石）細(xì)粒組粗粒組巨粒組200602050.50.250.07420.002（mm）注：除細(xì)粒按照含量超過(guò)25%,其余按照大于該粒徑的顆粒含量超過(guò)50％歸類(lèi)35二、各種土的的路用性質(zhì)（一）巨粒土土1.漂石———用作砌筑工工程結(jié)構(gòu)物，，或破碎后用用作混合材集集料，不能用用于路基填筑筑2.卵石———用作砌筑工工程結(jié)構(gòu)物，，或破碎后用用作混合材集集料，是強(qiáng)度度和穩(wěn)定性都都好的路基填填料，但是不不能用于路基基上層填筑（二）粗粒土