路基路面基本结构（优选分析）.ppt

路基路面基本特征,1,向上文档,第一节 公路的组成部分及路基的工程特点 第二节 影响路基稳定性的因素 第三节 路基土的分类及工程性质 第四节 公路自然区划 第五节 路基干湿类型 第六节 路基力学特性,2,向上文档,一、公路的组成部分,路基、路面、桥梁、涵洞、防护与加固工程、排水设备、 其他特殊构造物、沿线交通设施（安全、管理、服务、环 保等）,平面公路中线及中线两侧一定范围内的地物、地貌在水平面上投影 纵断面公路中线在立面上投影 横断面垂直于公路中线方面的剖面,（二）基本构造物,（一）基本三维组成,第一节 公路的组成部分及路基的工程特点,3,向上文档,某新建路平面图,4,向上文档,某新建路纵断面图,5,向上文档,新建路K0+000-K0+350纵断面图,6,向上文档,某新建路横断面图,7,向上文档,路面结构图,8,向上文档,图1.1 路基横断面形式,9,向上文档,路基：是路面的基础。,（三）几个重要概念,10,向上文档,（三）几个重要概念,路堤：高于原地面的路基，分上路堤（0.81.5m）和下路堤。,11,向上文档,路床：直接位于路面结构层下0.8m厚的路基部分。分上 路床和下路床。,12,向上文档,路肩：指行车道外缘至路基边缘的部分。,13,向上文档,路基边坡：路基两侧的坡面部分。,14,向上文档,路基排水：地面和地下排水措施。,15,向上文档,路堑：全部为挖方的路基。,16,向上文档,二、路基工程的特点,（一）土石方工程巨大，沿线分布不均，与路基排水、防护与加固工程相互制约，设计中需要综合考虑。 （二）路基工程项目繁杂，涉及土方、石方、污工砌体等多种结构的设计和施工，施工安排十分不易。 （三）路基工程对于原来的生态、水土保持和农田水利等环境影响巨大，工程方案应该经过仔细权衡并采取一定的技术措施以避免对于环境的破坏。 （四）路基工程的质量对于道路的使用品质和路面的使用寿命影响十分明显。,17,向上文档,三、路基工程与其他有关工程项目的关系,桥头引道的路基设计应该与桥位选择，桥孔设计以及涵洞的配置相互配合，综合考虑桥梁和道路的高程的配合和河滩桥头引道的稳定性,（一）路基设计与路线设计的关系,路基设计和路线设计相辅相成，路基设计是横断面设计的延伸,（二）路基工程与路面工程的关系,路基设计与路面设计应综合考虑，既要避免强基薄面，又要杜绝弱基强面,（三）路基工程与桥涵工程的关系,18,向上文档,第二节 影响路基稳定性的因素,一、影响路基强度和稳定性的因素,（一）工程地质条件和水文地质条件（基本前提） （二）水文与气候条件 （三）路基设计 （四）路基施工 （五）养护措施 水是造成路基病害的主要原因。,19,向上文档,（一）符合规范要求； （二）具有足够的整体稳定性 （三）具有足够的强度 （四）具有足够的水温稳定性,（一）符合规范要求； （二）具有足够的整体稳定性 （三）具有足够的强度 （四）具有足够的水温稳定性,二、对路基的要求,20,向上文档,三、保证路基强度和稳定性的措施,（一）合理选择路基断面形式，正确确定边坡坡度 （二）选择强度和水温稳定性良好的土质填筑路堤，并采取正确的施工方法 （三）充分压实土基，提高土基的强度和稳定性 （四）做好地面和地下排水，保证水流畅通，防止路基过湿或水毁 （五）保证路基有足够的高度，使路基工作区保持干燥状态 （六）设置隔水层或隔温层，切断毛细水上升，减少水分副温迁移的影响 （七）采用合理的边坡加固与防护措施，和适当的支挡结构物,21,向上文档,第三节 路基土的分类及工程性质,一、路基土的分类,划分依据：土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机质存在情况 分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细分为11类,22,向上文档,23,向上文档,二、各种土的路用性质 （一）巨粒土 1.漂石用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，不能用于路基填筑 2.卵石用作砌筑工程结构物，或破碎后用作混合材集料，是强度和稳定性都好的路基填料，但是不能用于路基上层填筑 （二）粗粒土 1.砾类土是强度和稳定性都好的路基填料，但是不建议用于路基上层填筑；级配和强度等性质优良的砾石或砂砾用作混合材集料（水泥混凝土或贫混凝土等） 2.砂类土 （1）砂纯粹的砂是强度和稳定性都好的路基填料，同时也用于其他混合材集料，细砂或粉砂容易产生被动水携带、砂土液化或管涌，不适用于高路堤、沿河路堤和堤坝 （2）砂性土是强度和稳定性都好的优良路基填料 （三）细粒土 1.粉质土强度低，干缩，毛细作用强，是不良路基填料 2.粘质土透水性小，干缩湿胀，不适用于水湿状况剧烈变化地区，可用于干旱地区路堤填筑或某些特殊部位，也可以用来与砂土拌合后形成砂性土使用 3.有机质土不宜用作路基填料 （四）特殊土不宜用作路基填料,24,向上文档,不同路基土的公路工程性质,巨粒土：强度和稳定性好，良好；也可用于砌筑边坡 级配良好的砾石混合料：良好；还可用于中级路面和高级路面的基层； 砂土：无塑性，强度和水稳性好，但易松散，压实困难 砂性土：良好 粉性土：干时易结块，湿时易流动；毛细作用强烈，须经处理才可使用 粘性土：具有较大的可塑性，持水能力强。压实方法得 当，排水设施合理也可使用。 重粘土：不透水、粘聚力大，塑性大，干燥坚硬，难以施工,25,向上文档,三、路基土的工程分级,（一）分级目的 用于工程可行性研究或概、预算编制， 工程施工难易程度评价合技术手段运用的依据,（二）分级依据 凿岩机或人工钻孔1m所需要的时间较软 爆破1m3所需炮眼长度较坚,（三）等级 级松土 级普通土 级硬土 级软石 级次坚石 级坚石,26,向上文档,第四节 公路自然区划,一、制定自然区划的原则 道路工程特征相似的原则 地表气候区域差异性的原则 自然气候因素既有综合又有主导作用的原则,27,向上文档,二、一级自然区划,1、划分方法： 在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值线和三阶梯的海拔高度线为主要标志，二条等高线：1000m、3000m等高线：1000m等高线沿东北大兴安岭、太行、伏牛、武当、雪峰、大朋、友谊关一线，走向北偏东；3000m等高线沿帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山、祁连山、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；,28,向上文档,2、具体划分：全国首先划分为三大地带：多年冻土、季节冻土和全年不冻土，再进一步根据水热平衡和地理位置划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖、和高寒七个大区： 北部多年冻土区 东部温润集结区 黄土高原干湿过渡区 东南湿热区 西南潮暖区 西北干旱区 青藏高寒区,29,向上文档,三、二级自然区划,在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为六个等级，并结合各大区的地理、气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为33个二级区和19个副二级区。 潮湿系数K为年降雨量与年蒸发量之比。 三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、地理、地貌为依据，或是以地表的地貌、水文和土质依据，有各省、市、自治区自行划定。,路基路面工程精品课程,30,向上文档,四、各个自然区划内路基路面设计的注意事项,北部多年冻土区：冻土、冻土退化（全球气温升高） 东部温润集结区：冻胀翻浆 黄土高原干湿过渡区：黄土 东南湿热区：排水、湿软地基 西南潮暖区：不良地质（喀斯 特、滑坡） 西北干旱区：缺水、雪害 青藏高寒区：高寒、冻土、,路基路面工程精品课程,31,向上文档,公路自然区划标准（JTJ003-86） 。,32,向上文档,第五节 路基干湿类型,一、湿度对路基的影响,路基的湿度状况变化是影响路基路面结构强度、刚度与稳定性的重要因素之一，应该尽量使路基平衡湿度（路基上部中心附近趋向稳定平衡的湿度）趋于较干燥或稳定的状态，使路基保持稳定。,路基湿度除受水的来源影响之外，大气温度也是主要影响因素之一。,33,向上文档,二、湿度的来源和变迁,（一）大气降水大气降水通过路面，路肩边坡和边沟渗入路基；,（二）地面水边沟的流水、地表泾流水因排水不良，形成积水、渗入路基；,（三）地下水路基下面一定范围内的地下水浸入路基；,（四）毛细水路基下的地下水，通过毛细管作用，上升到路基；,（五）水蒸汽凝结水在土的空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结成水；,（六）薄膜移动水在土的结构中水以薄膜的形成从含水量较高处向较低处流动，或由温度较高处向冻结中心周围流动。,34,向上文档,（七）水的负温迁移在负温和毛细作用下由下向上的迁移,35,向上文档,1.分类,2.指标,三、路基干湿类型,3）、地下水位高度 路槽底面离开地下水位或附近地表长期积水位的高度。,路基的干湿类型是以不利季节路槽表面以下80厘米深度内土的平均稠度Wc来划分，分为干燥、中湿、潮湿、过湿四类。,36,向上文档,按照经验，给出wc1<wc2<wc3,分别对应做为干燥、中湿、潮湿、过湿的分界标准，叫做分界稠度。并通过针对各种土类的试验，确定类似下图的关系确定相应的分界相对含水量w1、w2、w3,和临界高度h1、h2、h3,3.标准,37,向上文档,4. 应用,1）既有路基或挖方路基可以采用稠度和相对含水量与相应土质的分界稠度和分界含水量进行干湿状况评价,2）新建路基采用地下水位高度与拟采用的填土的临界高低进行干湿状况评价,3）通常应该使路基处于干燥或中湿状况，并因评价结果采取相应的施工养护（换填、排水蔬干等）措施或设计方案（抬高路线设计标高）,38,向上文档,1.临界高度,四、路基临界高度与最小填土高度,课本：指在不利季节当路基处于某种干湿状态时，路槽底面距地下水位或地面长期积水位的最小高度。,为了保证路基的强度和稳定性不受地下水及地表积水的影响，在设计路基时，要求路基保持干燥或中湿状态，路槽底距地下水或地表积水的距离，要大于或等于干燥，中湿状态所对应的临界高度。,或：指与分界稠度相对应的路基离地下水位或地表积水水位的高度称为路基临界高度H。即： H1相对应于w1，为干燥和中湿状态的分界标准； H2相对应于w2，为中湿与潮湿状态的分界标准； H3相对应于w3，为潮湿和过湿状态的分界标准。 在设计新建道路时，如能确定路基临界高度值，则可以以此作为判别标准，与路基设计高度作比较，由此确定路基的干湿类型，,39,向上文档,2.路基最小填土高度,路基填土高度指：路肩边缘距原地面的高度。,干燥路基最小填土高度规定为：砂性土0.30.5m；粘性土0.40.7m；粉性土0.50.8m。,路基最小填土高度应满足（路床部分）处于干燥、中湿状态的临界高度要求；当路基设计标高受限制时，应对潮湿、过湿状态的路基进行处理，以符合路面设计的要求。,40,向上文档,第六节 路基力学特性,（一）行车荷载和自重是作用在路基的两种主要外力，对于路基都按照竖直荷载考虑？ （二）行车荷载产生附加应力，对于路基的扰动影响随深度降低；自重应力随深度变大 （三）附加应力作用是瞬时的，自重应力作用是永久的 （四）行车荷载或车轮荷载可变，对于某一深度的路基土体影响较大，我们将这样的深度叫做路基工作区，确切深度大约在附加应力为自重应力的1/101/5左右。,一、路基受力状况,41,向上文档,1车轮荷载引起的附加应力（1-1-2）,2路基自重应力（1-1-3）,Za路基工作区（1-1-4）,路基工作区内，土基的强度和稳定性对保持路面结构的强度和稳定性极为重要，所以对路基工作区深度范围内的路基结构层（路床和上路堤）的密实程度和含水量都做相对下层更加严格的限制,42,向上文档,路基土的变形包括弹性变形和塑性变形两部分。 整个路面结构总变形，有7095%为上土基变形。,二、路基土的应力应变特性,初始模量,切线模量,割线模量,土基变形 塑性变形：柔性路面车辙(见后图)；砼断裂； 弹性变形：沥青、砼产生疲劳开裂(见后图) ；,回弹模量,土是非线性弹塑性变形体。,由于车辆荷载作用的瞬时性，土基在大多数情况下接近弹性工作状 态，我们应用弹性力学的理论来分析土基受力，因此我们最关心回 弹模量。（在路面设计中，通常用回弹模量表征土基的抗压强度指标）,43,向上文档,车辙,砼断板,沥青疲劳开裂,44,向上文档,由于车辆荷载作用的瞬时性，土基在大多数情况下接近弹性工作状 态，我们应用弹性力学的理论来分析土基受力，因此我们最关心回 弹模量。（在路面设计中，通常用回弹模量表征土基的抗压强度指标）,前三种模量中的应变值包含残余应变和回弹应变，而回弹模量则仅包含回弹应变，反映了土的弹性性质。,尽管土基的应力应变关系如此复杂，但是在评定土基应力应变状态以及设计路面时通常仍然用模量值E来表征。最简单的方法是采用局部线性化的方法，即在曲线的某一个微小线段内，近似地将它视为直线，以它的斜率作为模量值。按照应力应变曲线上应力取值方法的不同。模量有以下几种： (1) 初始切线模量应力值为零时的应力应变曲线的斜率，； (2) 切线模量某一应力级位处应力应变曲线的斜率。反映该级应力处应力应变变化的精确关系； (3) 割线模量以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率。反映土基在工作应力范围内的应力应变的平均状态； (4) 回弹模量应力卸除阶段，应力应变曲线的割线模量。,45,向上文档,三、土基的强度指标,（一）土基的承载能力,1.土基回弹模量,表征土基强度的指标主要有土基的承载能力和抗剪强度指标。,表征土基承载力的参数指标有回弹模量、地基反应模量和加州承载比(CBR)等。,以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬时荷载作用下的可恢复变形性质。因而可以应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以在以弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。,为了模拟车轮印迹的作用，通常都以圆形承载板压入土基的方法测定回弹模量。,46,向上文档,单圆荷载刚性板,刚性板的板底压强呈鞍形分布，平均为柔性板的 ，故其板底弯沉为 单圆柔性板中心处的,本方法便于应用于实际中测定土基回弹模量，采用类似逐级加载的方法，对 其试验曲线进行直线回归后用如下公式计算回弹模量,47,向上文档,2.加州承载比(CBR),加州承载比是早年由美国加利福尼亚州(California)提出的一种评定土基及路面材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR值。,p对应于某一贯入度的土基单位压力，KPa； ps标准碎石在相同贯入度的标准压力，KPa。 当贯入度为2.5mm时，PS=7000； 当贯入度为5.0mm时，PS=10500计算CBR值时，取贯入度为2.5mm，但是当贯入度为2.5mm时的CBR值小于贯入度为5.0mm时的CBR值时，应采用后者为准。,适用于CBR经验路面设计法，或用于对土或其他筑路材料以及土基本身进行强度评价。可以与弹性模量建立相关性很好的换算关系。,48,向上文档,表征参数地基反应模量,形式简单，不涉及泊松比，适用于刚性路面分析,3.地基反应模量,用温克勒(E.Winkler)地基模型描述土基工作状态时，用地基反应模量K表征土基的承载力。根据温克勒地基假定，土基顶面任一点的弯沉l，仅同作用于该点的垂直压力p成正比，而同其相邻点处的压力无关。符合这一假定的地基如同由许多各不相连的弹簧所组成。 温克勒地基又称为稠密液体地基。地基反应模量K值相当于该液体的比重，路面板受到的地基反力相当于液体产生的浮力。,49,向上文档,我国现行沥青和水泥砼路面设计规范采用回弹模量作为路基路面的设计参数指标。,50,向上文档,（二）抗剪强度指标,通常用库仑公式表示,土的抗剪强度指：土体抵抗剪切破坏的能力。,土的抗剪强度用三轴压缩试验测定。,土和颗粒材料的抗剪强度是由矿质颗粒之间的摩擦、嵌挤以及毛细和吸附等作用形成的，其抗剪强度参数同颗粒的大小和形状、矿物成分和级配、密实度和含水量、受力条件等因素有关。饱和软粘土在快速加荷时的内摩擦角几乎为零；,干砂没有粘聚力，而内摩擦角大约为28350 ；碎（砾）石材料的内摩擦角可达40-600。石料等级高、形状接近于立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实紧密的，内摩擦角就大。,51,向上文档,土和颗粒材料的抗剪强度是由矿质颗粒之间的摩擦、嵌挤以及毛细和吸附等作用形成的，其抗剪强度参数同颗粒的大小和形状、矿物成分和级配、密实度和含水量、受力条件等因素有关。饱和软粘土在快速加荷时的内摩擦角几乎为零；干砂没有粘聚力，而内摩擦角大约为28350 ；碎（砾）石材料的内摩擦角可达40-600。石料等级高、形状接近于立方体、有棱角、尺寸均匀、表面粗糙、压实紧密的，内摩擦角就大。,沥青混合料的粘聚力会随温度的升高和剪切速率的下降而减小。沥青混合料中矿质颗粒的内摩擦角因有沥青的润滑作用而会有所下降。沥青用量过多时，不仅人内摩擦角显著地降低，而且粘聚力也会减小。,52,向上文档,存在问题：早期破坏、重载,53,向上文档,技术发展趋势： （1）服务功能方面：安全化（复杂路况、特殊灾害性天气条件、不良地质状况）、智能化（以人为本、彩色、荧光、融雪）、环保化（排水、降噪、低吸热、吸收汽车尾气） （2）技术性能方面：资源节约、环境友好、寿命延长、性能提升（高温、低温、水稳定性、疲劳）,54,向上文档,