路基路面工程 01概述课件.ppt

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1、.,路基路面工程Subgrade and Pavement Engineering,张锐（副教授）长沙理工大学交通运输工程学院,.,.,.,.,.,.,.,主要内容(Contents),本课程的设置及其重要性第一章 概述(Introduction),.,本课程的设置及其重要性,1、本课程在教学体系中的位置 公共课程数学、英语、人文 等 基础课程工程力学、结构力学、弹性力学 等 专业基础课程土木工程材料、测量学、土力学与土质学、水力学、交通工程基础等；专业课程道路勘测设计、路基路面工程、桥梁工程、结构设计原理、基础工程 等 专业提高课程众多选修课程,.,本课程的设置及其重要性,2、本课程在工程实

2、践中的重要性实践环节室内试验 确定路面结构设计的主要参数 等；野外试验 确定交通参数、路面结构参数 等；结构综合设计 进行路面结构设计、施工组织设计,.,本课程的设置及其重要性,3、本课程的内容,.,课程的具体内容,路基土的特性及设计参数(Characteristics and Design parameters)路基设计(Embankment Design)路基防护与支挡设计(design of retaining wall)路基施工(construction),路基工程部分,概论,.,交通荷载及路面设计参数(ESAL and Parameters)路面基层(Base)沥青路面设计(Asph

3、alt Pavement Design)水泥混凝土路面设计(Cement Concrete Pavement Design)路面施工(Construction)路基路面养护与管理(Maintenance and rehabilitations),路面工程部分,课程的具体内容,.,第一章 概论,.,第一章 概论(Introduction),第一节 路基路面工程发展概况(Development)第二节 路基路面工程的特点与性能要求(Characteristics)第三节 路基路面结构及层位功能(Pavement layers)第四节 路基路面结构的影响因素(Factors)第五节 公路自然区划(N

4、ature Categories),.,第一节 路基路面工程发展概况,核心内容：道路的衍变道路的分类我国公路建设成果国家高速公路网命名路基路面建设的技术成果交叉学科的发展,.,道路的发展可粗分为四个阶段：第一阶段：供行人和牛马及其他兽类行走、驮运货物的阶段。此时期的道路通常称为小路或小径(Trail)。,第二阶段：供蓄力车辆和行人通行的大道(Cart Way)阶段。在中国，有“康衢”、“路”、“驰道”、“驿道”等名称；在欧洲，罗马道路非常发达，有“条条大道通罗马”之说。,1、道路的衍变,.,古罗马道路和结构,1、道路的衍变,.,第三阶段：行驶汽车的公路（Highway）阶段。内燃机汽车是德国在

5、1886年由高特列希戴姆勒发明，我国在1902年从国外引进汽车，1906年苏元春驻守广西时首建了龙州到镇南关的公路。,1、道路的衍变,通向柏林的A9公路(东德)，使用时间超过50年，图中为第一阶段的水泥路面,.,第四阶段：以高速度分车道行驶为特征的高速公路阶段。也称为Freeway或Expressway。,1、道路的衍变,.,道路是供各种车辆、行人等通行的工程设施，按其使用范围分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。机场Airport 分类 干线公路：国家干线 省干线 公路 县公路 乡公路 支线公路 分级 高速公路、一级公路 二级、三级、四级公路Highway公路 城市道路 快速路

6、 主干道 次干道 支路及街道 其他道路,2、道路分类,厂矿道路,林区道路,.,7 条北京放射线,9 条纵向路线,18 条横向路线,到2020年，高速公路总规模约8.5 万公里，其中主线6.8 万公里，地区环线、联络线等其它路线约1.7万公里。,3、我国公路建设成果,高速公路“7918”网,.,3、我国公路建设成果,普通国道网（2013年-2030年）,.,3、我国公路建设成果,7条：北京哈尔滨（G1）、北京上海（G2）、北京台北（G3）、北京港澳（G4）、北京昆明（G5）、北京拉萨（G6）、北京乌鲁木齐（G7）9条：鹤岗大连（G11)、沈阳海口(G15)、长春深圳(G25)、济南广州(G35)

7、、大庆广州（G45）、二连浩特广州(G55)、包头茂名(G65)、兰州海口(G75)、重庆昆明(G85)18条：绥芬河满洲里（G10）、珲春乌兰浩特(G12)、丹东锡林浩特(G16)、荣成乌海(G18)、青岛银川(G20)、青岛兰州(G22)、连云港霍尔果斯(G30)、南京洛阳(G36)、上海西安(G40)、上海成都(G42)、上海重庆(G50)、杭州瑞丽(G56)、上海昆明(G60)、福州银川(G70)、泉州南宁(G72)、厦门成都(G76)、汕头昆明(G78)、广州昆明(G80)此外，国家高速公路网还包括辽中环线、成渝环线、海南环线、珠三角环线、杭州湾环线等共5条地区环线，2段并行线和37

8、段联络线。,高速公路“7918”网,.,3、我国公路建设成果,.,3、我国公路建设成果,.,3、我国公路建设成果,229.51万km中有64.19万km沥青,229.51万km中有165.32万km水泥,简50.35万km,143.89万km,有铺装+简易铺装279.86万km+未铺装149.07万Km=总里程423.75万Km,2012年底资料,.,4、国家高速公路网命名,数字及数字与字母编号首都放射线编号为1位数，由正北开始按顺时针方向升序编排，编号区间为19。纵向路线编号为2位奇数，由东向西升序编排，编号区间为1189。横向路线编号为2位偶数，由北向南升序编排，编号区间为1090。并行路

9、线的编号采用主线编号后加英文字母“E”、“W”、“S”、“N”组合表示；“E”、“W”、“S”、“N”分别表示并行路线在主线的东、西、南、北方位。地区环线的编号按照由北向南的顺序排列，编号区间为9199。,.,5、路基路面建设的技术成果,公路自然区划土的工程分类路基强度与稳定性高路堤修筑技术与支挡结构软土地基稳定技术岩石路基爆破技术沥青路面结构水泥混凝土路面结构沥青路面设计理论与方法,水泥混凝土路面设计理论与方法半刚性基层沥青路面结构沥青路面材料组成设计路面使用性能与表面特性绿色道路路面建设技术路面养护管理,.,6、交叉学科的发展,材料科学岩土工程学结构分析理论机电工程自动控制与量测技术现代管

10、理科学,节尾,.,第二节 路基路面的工程特点,核心内容路基路面的工程特点路基路面的使用要求路基路面的性能要求,.,路线长、工程量大；沿线地形起伏变化大，地质、地貌、气象特征多变；沿线经济程度和交通特点不一样。,1、路基路面的工程特点,.,全天候畅通高速安全舒适经济,即：结构与功能两个方面要求,2、路基路面的使用要求,.,公路路基是路面的基础，是公路工程的重要组成部分，它是按照路线位置和一定的技术要求修筑的带状构造物，与路面共同承受交通荷载的作用。作为路面的支承结构物，路基必须具有足够的强度、稳定性和耐久性(Strength,Stability,Durability)。,3、路基路面的性能要求,

11、一般路基,冻土区通风管路基,.,冻土区路基,冻土区,冻土区,冻土区,.,冻土区,铁路路基,路基防护,.,.,公路路面是直接承受交通荷载、大气温度及雨水作用的结构，应具有良好的稳定性和足够的强度、刚度，其表面还应满足平整、抗滑和排水的要求。因此，公路路面应根据交通量及其组成情况和公路等级、使用任务、功能、当地材料及自然条件，结合路基进行综合设计。各级公路的行车道、路缘带、匝道、变速车道、爬坡车道、硬路肩和应急停车带等均应铺筑路面。,（2）路面工程,3、路基路面的性能要求,.,1.承载能力(Bearing Capacity)包括强度和刚度两个方面。,2.稳定性(Stability)在地表上开挖或填

12、筑路基，会改变原地面地层结构的受力状态，从而造成路基失稳；大气降水、大气周期性变化对稳定性的影响。,3.耐久性(Durability)道路工程有较长的使用年限，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)是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的重要使用性能。,5.表面抗滑性能(Skid Resistance)保证车轮与路面之间有足够的附着力和摩擦力，以增加行车安全。,3、路基路面的性能要求,节尾,.,第三节 路基路面结构及层位功能,核心内容路基横断面路面横断面路拱横坡度路面结构分层及层位功能路面面层类型及适用范围路面分类,.,1、路基横断面,.

13、,1、路基横断面,.,1、路基横断面,.,1、路基横断面,图14d 城市道路典型路基横断面,.,2、路面横断面,槽式横断面全铺式横断面,.,3、路拱横坡度,形式：一次式：直线形、折线形 二次式：2次抛物线形，三次式：3次线形方程,目的：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而减弱路面结构强度，路面表面应做成直线形或抛物线形的路拱。,要求：,.,4、路面结构分层及层位功能,面层基层垫层（必要时）路基,沥青混凝土路面,沥青混凝土路面,水泥混凝土路面,.,面层：面层是直接同行车及大气接触的表面层次，它承受较大行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降雨的浸蚀和气温变化的影响

14、，因此，同其他层次相比，它应具有较高的结构强度、抗变形能力和较好的水稳定性与温度稳定性，且应耐磨、不透水，表面还应有良好的抗滑性与平整度。基层（含底基层）：主要承受由面层传来的车辆荷载垂直力并将其扩散到下面的路基（含垫层及土基），因此，它也应具有足够的强度与刚度，并应具有良好的扩散应力的能力；基层受大气影响较面层小，但仍可能受地下水及面层渗入雨水的浸湿，故也应具有足够的水稳定性；同时，为保证面层平整，它还应具有较好的平整度。,4、路面结构分层及层位功能,.,4、路面结构分层及层位功能,垫层：垫层介于基层和土基之间，它可改善土基的湿度和温度状况、使面层与基层免受土基水温状况变化的不良影响或保护土

15、基处于稳定状态；同时，也可扩散基层传递的荷载应力、减小土基的应力与变形。按其作用可分为排水层、隔离层、防冻胀层等。路基处于下列状况的路段应设置垫层：地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿状态的路段；排水不良的土质路堑；有裂隙水，泉眼水等水文不良情况的岩石挖方路段；季节性冰冻地区可能产生冻胀的中湿、潮湿路段；基层可能受污染的路段。,.,4、路面结构分层及层位功能,.,7080cm,4、路面结构分层及层位功能,.,面 层,基 层,路 基,上路床,下路床,上路堤,下路堤,上基层,下基层（底基层）,砂石材料,改良土或改善土,水泥混凝土,级配碎石,CTB、LFTB,改良土或改善土,4、路面结构分层及层位

16、功能,.,沪宁高速拓宽铣刨断面,4、路面结构分层及层位功能,.,5、路面面层类型及适用范围,.,6、路面分类,柔性基层沥青路面半刚性基层沥青路面组合式基层沥青路面复合式路面（或刚性基层沥青路面）水泥混凝土路面,节尾,.,第四节 路基路面结构的影响因素,核心内容路基路面稳定性影响因素路基路面工程的环境因素影响,.,1、路基路面稳定性影响因素,地理条件地质条件气候条件水文和水文地质条件土的类别,.,地形地貌海拔高度路线与地势地貌的结合程度,（1）地理条件,.,岩石或土的种类与成因地质走向与层理有无软弱层或软弱夹层有无地震、泥石流或岩溶等不良地质情况,（2）地质条件,.,气温（季节性与地形性）降水日

17、照风力风向,（3）气候条件,.,地表水的水文条件1）地表积水水位与存水时间 2）地表水的排泄 3）河流的常水位与洪水水位 4）河流的河岸及河床的淤积地下水的水文条件 1）地下水的移动规律 2）地质内的层间水、裂隙水、泉水的存在情况,（4）水文条件,.,1）土的不同颗粒组成形成不同的材料强度机理2）不同类别的土受水温影响的程度不同2）不同的土类有不同的工程特征与性质,（5）土的类别,.,2、路基路面工程的环境因素影响,路基路面结构的温度和湿度状况变化,.,2、路基路面工程的环境因素影响,大气温度的年周期变化和日周期变化,.,2、路基路面工程的环境因素影响,大气温度的年周期变化和日周期变化,.,2

18、、路基路面工程的环境因素影响,路面结构内温度随深度的分布状况,.,2、路基路面工程的环境因素影响,路面结构内温度随深度的分布状况,.,2、路基路面工程的环境因素影响,路面结构内温度随深度的分布状况,.,2、路基路面工程的环境因素影响,分析方法：路面结构内的温度和湿度状况，可通过在外部和内部影响因素之间建立联系的方法来预估。这种方法有两类，即统计方法和理论方法。统计方法（公式）Tmax=a+bTamax+cQ 理论方法采用有限元技术进行分析与计算热传导理论分析法,节尾,.,第五节 公路自然区划,道路工程特征相似的原则地表气候区划差异性原则自然气候因素既有综合又有主导作用的原则,1、公路区划依据的

19、意义,2、公路区划依据的原则,.,3、一级区划指标,1、全年均温-2等值线。在一般情况下，地面大气温度达到-2时，地面土开始冻结。因此，它是区分多年冻土和季节冻土的界线。2、一月份均温0等值线。是区分季节冻土和全年不冻的界线。3、我国地势的三级阶梯的两条等高线。,.,4、二级区划指标,二级区划仍以气候和地形为主导因素，但具体标志与一级区划有显著差别。二级区划因区而异，将一级区划指标具体化或加以补充，分为六个等级，主要指标是潮湿系数K。结合各个大区的地理、气候特征(如雨季、冰冻深度)地貌类型，自然病害等因素。,.,我国的公路自然区划分为三级：一级区划按多年冻土、季节冻土及全年不冻土三大地带考虑冰

20、冻、水热平衡和地理位置分为北部多年冻土区、东部温润季冻区、黄土高原干湿过渡区、东南湿热区、西南潮暖区、西北干旱区和青藏高寒区等七个大区；二级区划是在一级区划内再以潮湿系数为依据分为过湿、中湿、润湿、润干、中干和过干等六个等级，结合各区地理、气候特征等因素进行二级区和二级副区的划分；三级区划则是二级区划的具体化。,5、我国的公路自然区划,.,5、我国的公路自然区划,.,不同地区自然条件的差异同公路建设关系密切路基路面与地势地貌、地质、水文、水热及土质等不同区划特征紧密相关各区划有各自不同的设计注意点,6、区划与路基路面设计的相关性,节尾,.,小组讨论,路基路面结构与温度关系密切，通过分析沥青混凝

21、土路面和水泥混凝土路面与温度的关系，请结合不同路面的破坏特征，介绍沥青路面和水泥混凝土路面的功能要求与层位布置特点。公路是一种线状构造物，沿线环境和地质变化复杂，请通过选择一条典型道路（如312 国道上海-霍尔果斯、104 国道北京-福州）介绍沿线特点，说明公路自然区划的意义和必要性。,.,1、路基路面的工程特点主要包括哪几个方面？2、路基路面的功能要求包括哪几个方面？3、路基结构承载能力包含哪两个方面？各反映结构的哪些特征？与路面的病害有何关联？4、为什么要对路基进行特别重视？其稳定过程受哪些因素影响？5、路面结构为什么要进行分层，水泥混凝土路面和沥青混凝土路面如何进行分层？6、柔性路面、刚性路面、半刚性基层沥青路面各有何特点？如何选择路面结构类型？7、路基路面结构稳定性的影响因素有哪些？为什么路基路面结构十分重视温度的影响？8、我国公路自然区划的原则是什么？各自然区划的道路设计应注重的特点有何差别？,练习与讨论,