《路面工程概论》PPT课件.ppt

第九章 路面工程概论,第一节 我国公路路面工程发展概况第二节 对路面的基本要求 第三节 路面结构及其层次的划分第四节 行车荷载对路面的影响第五节 自然因素对路面的影响,第一节 我国公路路面工程发展概况,一、设计 理论：沥青路面采用的是弹性层状体系理论 水泥混凝土路面采用的是弹性地基板理论规范：公路路基设计规范(JTG D30-2004)公路水泥混凝土路面设计规范JTG D40-2003公路沥青路面设计规范JTJ 014-2006公路加筋土工程设计规范JTJ 015-91公路粉煤灰路堤设计与施工技术规范JTJ 016-93公路软土地基路堤设计与施工技术规范JTJ 017-96公路排水设计规范JTJ 018-96公路土工合成材料应用技术规范JTJ/T 019-98,二、材料发展 沥青 改性 水泥 添加剂 土质 纤维或其他添加剂 基层 石灰 粉煤灰 水泥 碎石 材料规范修订：公路土工试验规程（JTG E402007），公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTJ 052-2000公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG E30-2005公路工程岩石试验规程公路工程无机结合料稳定材料试验规程JTG E41-2005公路工程集料试验规程JTG E42-2005公路土工合成材料试验规程JTJ/T 060-98,三、施工 规范：JTJ 035-91 公路加筋土工程施工技术规范JTJ 034-2000公路路面基层施工技术规范JTG F30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范JTJ 037.1-2000公路水泥混凝土路面滑模施工技术规范JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范JTG F80-2004公路工程质量检验评定标准JTJ 076-95公路工程施工安全技术规程JTJ交通部和JTG国标四、检测 JTJ 059-95公路路基路面现场测试规程 检测设备 落锤式弯沉仪 雷达测试系统,第二节 对路面的基本要求,路面工程定义：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。路面的功能：良好的路面，就能够保证车辆高速、安全而且舒适地行驶，还可较多地节约运输费用，,对路面的要求：1.承载能力：强度与刚度 强度：抵抗车轮荷载引起的各个部位的各种应力，如压应力、拉应力、剪应力等，保证不发生压碎、拉断、剪切等各种破坏。刚度：在车轮荷载作用下不发生过量的变形，保证不发生车辙、沉陷或波浪等各种病害。2.稳定性（1）结构稳定性保持工程设计所要求的几何形态及物理力学性质，,（2）高温稳定性沥青路面：泛油 车辙 波浪 推挤 结构使用功能下降水泥路面拱起、开裂（3）低温抗裂性（沥青路面）（4）水温稳定性 剥离、松散 冻胀 翻浆（5）具有足够的大气稳定性（抗老化能力）沥青路面开裂、剥落、甚至大面积松散破坏。3.耐久性（寿命）4.表面平整度（舒适性、表面特性）5.表面抗滑性能（安全性、表面特性）6.具有尽可能低的扬尘性7.满足规范要求,第三节 路面结构及其层次的划分,一、路面横断面路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随道 路等级不同而不同。槽式横断面 形成方式：开挖，培槽 全铺式横断面 排水性路面 考虑远期路面的改扩建 低等级公路二、路拱横坡度路拱的作用：横向排水形状：直线和抛物线,大小影响因素：路面等级（或类型）等级越高，横坡度越小降雨、积雪、结冰状况纵坡公路等级 等级越高，横坡度越小方向：无中央分隔带：向两侧排水有中央分隔带：该处没有排水设施，中间高，两侧低，反之，两侧路面分别做成中间高两边低的路拱。,路拱横坡的取值,路肩横披度较路面横坡大1。,各类路面的路拱平均横坡度,三、路面结构分层及层位功能分层原因：行车荷载和自然因素的影响随深度的增加而减小。,面层【区别于路面】基本特点：与外界直接接触。功能：车辆行驶的表面，承重要求：承载能力高 水稳定性好 温度稳定性好 不透水 平整 抗滑性能好材料类型：水泥混合料、沥 青混合料及其他混合料结构组成：两层或三层,基层功能：承重，扩散荷载要求：承载能力高；扩散应力的能力大；水稳定性好；平整材料类型：稳定碎石，天然碎石，稳定土，工业废渣等。结构组成：一层或二层,垫层基本特点：承上启下（土基与基层）功能：改善土基的温度和湿度状况，具有防止毛细水上升，增加防冻厚度的作用；扩散荷载；阻止路基土渗入基层。要求：水稳定性和隔温性能好。材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定土。结构组成：一般为一层。,联接层位置：联接层是在面层和基层之间设置的一个层次。主要作用：是加强面层与基层的共同作用或减少基层的反射裂缝。注意：不是任何路面结构都需要上述几个层次，而应根据具体情况设定，而且层次的划分也不是一成不变的。为了保护沥青路面的边缘，一般要求基层较面层每边宽出25cm；垫层也要较基层每边宽出25cm或与路基同宽。,第四节 行车荷载对路面的影响,考虑行车荷载原因：汽车是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是长期保证车辆快速、安全、平稳地通行。汽车荷载又是造成路基路面结构损伤的主要成因。,一、汽车对道路的静态压力 1、汽车对道路的作用 停驻状态：对道路的作用力为静态垂直压力。行驶状态：对道路的作用力为动态垂直压力、水平力、振动力。2、汽车对道路的静态压力 静载的大小与车辆的总质量及轮轴的形式有关。影响静态垂直压力大小的因素：（1）汽车轮胎的内压力pi；（2）轮胎的刚度和轮胎与路面的接触的形状；（3）轮载的大小。,在工程设计中，对接触压力进行如下简化：以轮胎内压力为轮胎的接触压力，即p=pi，接触形状为圆形，接触面上的压力为均匀分布,即将车轮荷载简化成当量的圆形均布荷载，并采用轮胎内压作为轮胎接触压力p。,轮胎与路面的接触形状近似于椭圆，在设计中以圆形接触面积来表示。该圆称为当量圆。标准轴载BZZ100的设计参数：轮载P1004kN，p=700kPa，双圆均布荷载的当量圆直径为：d0.213m。D-0.302m单圆图示：,双圆图示：,3、运动车辆对道路的动态影响（1）水平力（与运动状态有关）,QmaxP-纵向滑移路面附着系数（路面类型，湿度，干；V）前进方向上的水平力和转弯时的侧向水平力。水平力对路面造成的影响：当路面面层材料抗剪强度不足时，在水平荷载作用下，会产生推移、拥包、波浪、车辙等破坏。公路一般不考虑水平力 城市道路计算水平力，剪应力破坏（2）行驶荷载的特性 振动性 平整度：平整度越差，变异系数越大行车速度：车速越高，变异系数越大,（变异系数)车辆振动特性：轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变异系数越小。冲击系数：振动轮载的最大峰值与静载之比瞬时性 车轮通过路面上任意一点的时间，约为0.010.1s左右，由于路面结构中应力传递是通过相邻的颗粒完成的，当应力出现的时间很短时，则来不及传递分布，其变形特性不能像静载作用那样完整表现出来。动载作用下，路面变形量的减小，可以理解为路面结构刚度的相对提高，或者路面结构强度的相对增大。重复性：路面材料产生疲劳破环的主要原因。路面承受一次和多次重复荷载的效果不一样，弹性疲劳 弹塑性变形,第五节 自然因素对路面的影响,环境因素影响主要表现在温度和湿度。影响机理：路基土和路面材料的体积会随着路基路面结构内部的温度和湿度的升降而产生膨胀和收缩。由于温度和湿度在路基路面结构内部的变化沿深度方向是不均匀的，所以不同深度处胀缩的变化也是不同的，但这种不均匀胀缩受到某种原因的约束而不能实现时，路基路面结构内部就会产生附加应力，即温度应力和湿度应力。进而对路基路面产生破坏。,一、温度与温度变化对路基路面的影响 温度影响规律顶面与底面之间的温差，在一天内经历了由负到正，再由 正到负的循环变化路表温度变化与气温大致同步，但温度较气温高不同深度处的温度同样随气温变化呈周期变化，升降幅度随深度增加而减小，峰值出现也随深度增加而滞后温度梯度变化与气温变化大致同步，具有周期性特点,二、湿度的影响作用影响湿度状况的因素降水、地面积水、地下水侵入地下水影响高度：粘土：6m，砂质粘土或粉土：3m，砂土：0.9m。对路基的影响 冻胀翻浆（与温度作用共同进行）过大的湿度直接降低路基土的强度和稳定性,冻胀与翻浆,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。在冬季，水分由下向上移动，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。,