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1、路基路面工程1路基路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，路是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，路面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自然灾害的侵蚀和影响，是然灾害的侵蚀和影响，是开挖或堆填而成的岩土结构物开挖或堆填而成的岩土结构物。路基结构形式可以分为：填方路基、挖方路基和半填路基结构形式可以分为：填方路基、挖方路基和半填半挖路基三种形式。半挖路基三种形式。路面路面是铺筑在公路路基上与车轮直接接触的结构层，是铺筑在公路路基上与车轮直接接触的结构层，承受和传递车轮荷载，承受磨耗，经受自然气候的侵蚀和承受和传递车轮荷载，承受磨
2、耗，经受自然气候的侵蚀和影响，影响，是是各种混合料铺筑而成的层状结构物各种混合料铺筑而成的层状结构物。路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。路基路面工程2存在问题：存在问题：1.公路网标准低，数量少，布局不合理。公路网标准低，数量少，布局不合理。2.道路交通管理落后，城市交通拥挤阻塞。道路交通管理落后，城市交通拥挤阻塞。3.规划不合理，路网总体服务水平低，抵御自然灾害能力差。规划不合理，路网总体服务水平低，抵御自然灾害能力差。4.公路建设质量差，公路建设质量差，20高速公路出现早期大修。高速公路出现早期大修。1 总 论路基路面工程3 一、路基、
3、路面的基本概念一、路基、路面的基本概念 两者关系两者关系路基：是在天然地表面按照道路的设计线形（位置）和设计横路基：是在天然地表面按照道路的设计线形（位置）和设计横断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面：是在路基顶面的行车部分由各种混合料铺筑而成的层状路面：是在路基顶面的行车部分由各种混合料铺筑而成的层状结构物。结构物。两者关系：路基是路面结构的基础，坚强而又稳定的路基为两者关系：路基是路面结构的基础，坚强而又稳定的路基为两者关系：路基是路面结构的基础，坚强而又稳定的路基为两者关系：路基是路面结构的基础，坚强而又稳定的路基为路面
4、结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，而路面结路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，而路面结路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，而路面结路面结构长期承受汽车荷载提供了重要的保证，而路面结构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大构层的存在又保护了路基，使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用，长期处于稳定状态。气的破坏作用，长期处于稳定状态。气的破坏作用，长期处于稳定状态。气的破坏作用，长期处于稳定状态。路基路面应具有的基本性能：路基路面应具有的基本性能：1.承载能力：强度（抵抗
5、应力）、承载能力：强度（抵抗应力）、刚度（抗变形）刚度（抗变形）2.稳定性：结构稳定性、水稳定性、温度稳定性；稳定性：结构稳定性、水稳定性、温度稳定性；3.耐久性：（寿命）抗疲劳破坏能力，抗水损、抗耐久性：（寿命）抗疲劳破坏能力，抗水损、抗老化等能力；老化等能力；4.表面平整度：表面平整度：（舒适性、表面特性）（舒适性、表面特性）5.表面抗滑性能：表面抗滑性能：（安全性、表面特性）（安全性、表面特性）影响路基路面稳定的因素：（1 1）自然因素）自然因素（主要影响路基）（主要影响路基）1.1.地理条件地理条件 2.2.地地质条件条件 3.3.气候条件气候条件 4.4.水文和水文地水文和水文地质条
6、件条件 5.5.土的土的类别（2 2）人）人为因素：因素：1.1.荷荷载 2.2.路基、路面路基、路面结构构 3.3.施工方法和施工方法和质量量 4.4.养养护措施措施路基路面工程4土的划分原土的划分原则：不同的使用目的和不同的使用目的和场合，划分原合，划分原则不不同，如同，如农业、公路等公路用路基土，世界各国大致相近，、公路等公路用路基土，世界各国大致相近，均依据土均依据土颗粒的粒径粒的粒径组成、成、矿物成分或其余物物成分或其余物质的含量、的含量、土的塑性指土的塑性指标。我国公路路基土的分我国公路路基土的分我国公路路基土的分我国公路路基土的分类类：划分依据：划分依据：土的土的颗粒粒组成特征、
7、土的塑性指成特征、土的塑性指标和土中有和土中有机机质存在情况。存在情况。分分类：巨粒土、粗粒土、巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并粒土和特殊土，并进一步一步细分分为1111类。不同路基土的公路工程性不同路基土的公路工程性质：1 1巨粒土：巨粒土：强度和度和稳定性好，定性好，良好；也可用于砌筑良好；也可用于砌筑边坡。坡。2 2级配良好的配良好的砾石混合料：良石混合料：良好；好；还可用于中可用于中级路面和高路面和高级路面的基路面的基层。3 3砂土：无塑砂土：无塑性，性，强度和水度和水稳性好，但易松散，性好，但易松散，压实困困难。4 4砂性土：砂性土：良好良好5 5粉性土：干粉性土：干时易易结块，湿
8、，湿时易流易流动；毛；毛细作用作用强烈，烈，须经处理才可使用。理才可使用。6 6粘性土：具有粘性土：具有较大的可塑性，持水大的可塑性，持水能力能力强。压实方法得当，排水方法得当，排水设施合理也可使用。施合理也可使用。7 7重粘重粘土：不透水、粘聚力大，塑性大，干燥土：不透水、粘聚力大，塑性大，干燥坚硬，硬，难以施工以施工 。路基路面工程51 1、划分方法：、划分方法：在全国以在全国以均温等均温等值线及海拔高度及海拔高度来划分，以来划分，以均温等均温等值线和三和三阶梯的海拔高度梯的海拔高度线为主要主要标志，二条等高志，二条等高线：1000m1000m、3000m3000m等高等高线。自然区划分三
9、。自然区划分三级进行区分，行区分，具具体划分：全国首先划分体划分：全国首先划分为三大地三大地带：多年多年冻土、季土、季节冻土土和全年不和全年不冻土土，再，再进一步根据水一步根据水热平衡和地理位置划分平衡和地理位置划分为冻土、温土、温润、干湿、干湿过渡、湿渡、湿热、潮暖、和高寒七个大区：、潮暖、和高寒七个大区：路基路面工程61 总 论在每一个一级区内，再以潮湿系数为依据，分为在每一个一级区内，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，将全国划分为貌类型、自然病害等因素，将全国划分为3333个二个二级区和级区
10、和1919个副二级区。个副二级区。三级区划是二级区划的具体划分，一是以水热、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，另一种是以地表的地貌、水地理、地貌为依据，另一种是以地表的地貌、水文和土质依据，由各省、市、自治区自行划定。文和土质依据，由各省、市、自治区自行划定。路基路面工程71 总 论一、路基湿度的来源：一、路基湿度的来源：大气降水大气降水 地面水地面水 地下水地下水 毛毛细水水 水水蒸气凝蒸气凝结水水 薄膜移薄膜移动水水二、大气温度及其二、大气温度及其对路基水温状况的影响路基水温状况的影响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路基湿度除受水的来源影响之
11、外，大气温度也是主要影响因素之一。之一。最典型的是路基最典型的是路基冻胀与翻与翻浆现象象冻胀翻翻浆的机理。的机理。湿度对路基路面稳定的影响湿度湿度对路基的影响：路基的影响：湿湿软、冰、冰冻及整体不及整体不稳定，定，需需设置良好的排水置良好的排水设施，并控制路基的干湿施，并控制路基的干湿类型。型。湿度湿度对路面的影响：路面的影响：水分水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与度与刚度，造成度，造成路面破坏，并可路面破坏，并可进一步加一步加剧路面透水性。路面透水性。路基路面工程81 总 论温度对路基路面稳定的影响：温度造成路基体的膨温度造成路基体的膨胀与收与收缩，
12、甚至引起路基的，甚至引起路基的冻胀；温度造成水泥温度造成水泥砼路面的温度路面的温度应力及条力及条块分割；分割；温度造成温度造成沥青混凝土路面的塑性青混凝土路面的塑性变形累形累积及低温开裂。及低温开裂。湿度对路基路面稳定的影响湿度湿度对路基的影响：路基的影响：湿湿软、冰、冰冻及整体不及整体不稳定，定，需需设置良好的排水置良好的排水设施，并控制路基的干湿施，并控制路基的干湿类型。型。湿度湿度对路面的影响：路面的影响：水分水分积蓄于路基路面体内，降低路基路面的蓄于路基路面体内，降低路基路面的强度与度与刚度，造成度，造成路面破坏，并可路面破坏，并可进一步加一步加剧路面透水性。路面透水性。路基路面工程9
13、三、路基干湿三、路基干湿类型型路基按其干湿状路基按其干湿状态不同分不同分为四四类：干燥、中湿干燥、中湿、潮湿和、潮湿和过湿。湿。一般要求路基一般要求路基处于干燥或中湿状于干燥或中湿状态。上述四种干湿上述四种干湿类型以型以分界稠度分界稠度c1,c2和和c3来划分。来划分。稠度稠度c定定义为土的含水量土的含水量与土的液限与土的液限L之差与土的之差与土的塑塑限限p与与液限液限L之差的比之差的比值。即即c=（L-）/（L-p）1.c=1.0,即即=p，为半固体与硬塑状的分界半固体与硬塑状的分界值；2.c=0,即即=L，为流塑与流流塑与流动状的分界状的分界值；3.1.0c0，即，即Lp，土，土处于可塑状
14、于可塑状态。路基路面工程10一、路面横断面一、路面横断面（见书中中图1-71-7）路面横断面由路面横断面由行行车道、硬路肩和土路肩道、硬路肩和土路肩组成。随道成。随道路等路等级不同而不同。不同而不同。1 1、槽式横断面：、槽式横断面：在路基上挖槽在路基上挖槽铺筑路面。筑路面。2 2、全、全铺式横断面式横断面:在路基上全在路基上全宽内内铺筑路面。筑路面。路基路面工程111 总 论1.1.路拱的作用：路拱的作用：横向排水横向排水2.2.路拱横坡的取路拱横坡的取值（P23P23表表1-101-10）：）：有利于横向排水，有利于行有利于横向排水，有利于行车平平稳；1-41-4；路肩横披度路肩横披度较路
15、面横坡大路面横坡大1 1。路基路面工程121 总 论三、三、路面路面结构分构分层1.1.面面层 2 2基基层 3 3基底基底层 4 4路基（含路基（含垫层）路基路面工程131 总 论路基路面工程14垫层的设置目的与功能可分为以下几类：垫层的设置目的与功能可分为以下几类：(1)(1)防水垫层；防水垫层；(2)(2)排水垫层；排水垫层；(3)(3)防污垫层：防污垫层：(4)(4)防冻垫层。防冻垫层。路面分类【按照力学特性分类】柔性路面柔性路面刚性路面刚性路面半刚性路面半刚性路面1 总 论路基路面工程15一、名词解释一、名词解释1.公路自然区划公路自然区划 2.路基临界高度路基临界高度 3.平均稠度
16、平均稠度 4.路拱路拱 5.柔柔性路面性路面 6.刚性路面刚性路面二、思考题二、思考题1.简述路面结构层的特点、作用及材料。简述路面结构层的特点、作用及材料。2.路基和路面在公路中各起什么作用？有哪些基本要求？路基和路面在公路中各起什么作用？有哪些基本要求？3.路基干湿类型有那些划分方法，干湿类型对路基有哪些影响路基干湿类型有那些划分方法，干湿类型对路基有哪些影响？4.试述地下水对路基的影响和气温对路面的影响。试述地下水对路基的影响和气温对路面的影响。5.对路基填料有什么要求，对不同性质的土，填筑路堤时要注对路基填料有什么要求，对不同性质的土，填筑路堤时要注意哪些问题？意哪些问题？6.试述面层
17、的作用及对其基本要求。试述面层的作用及对其基本要求。7.试述基层和垫层的作用及对各自的基本要求试述基层和垫层的作用及对各自的基本要求 8.我国现行路面是怎样分类与分级的？简述其意义。我国现行路面是怎样分类与分级的？简述其意义。研究行研究行车荷荷载的原因和必要性：的原因和必要性：1.1.汽汽车是路基路面的服是路基路面的服务对象，路基路面的主要功能是保象，路基路面的主要功能是保证车辆快速、安全、舒适、快速、安全、舒适、经济通行。通行。2.2.汽汽车对路基路面作用力的大小、特性、分布、持路基路面作用力的大小、特性、分布、持续时间影影响路面的响路面的使用性能使用性能。3.3.汽汽车荷荷载是造成路基路面
18、是造成路基路面结构构损伤的主要原因。要做好路的主要原因。要做好路基路面基路面结构构设计，必，必须对行行车荷荷载进行分析。行分析。路基路面工程162 行车荷载、环境因素、材料的力学特性行车荷载、环境因素、材料的力学特性行行车荷荷载的主要研究内容：的主要研究内容：汽汽车的的轮重与重与轴重；重；不同不同车型的型的车轴布置；布置；设计期限内，汽期限内，汽车的的轴型分布及汽型分布及汽车年通年通过量量的逐年的逐年变化；化；汽汽车的静的静态荷荷载与与动态荷荷载特性比特性比较。路基路面工程17 道路上通行的车辆主要分为道路上通行的车辆主要分为客车与货车客车与货车两大类。两大类。汽车的总重量通过车轴和车轮传递给
19、路面，所以汽车的总重量通过车轴和车轮传递给路面，所以路面结构设路面结构设计计主要以主要以轴重轴重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重作为荷载标准。因此，在众多的车辆组合中，重型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的型货车和大客车起决定作用。对于小客车，则主要对路面的表表面特性面特性如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。如：平整性、抗滑性等，提出较高的要求。客车客车 小客车小客车车速高，自重和满载重量小车速高，自重和满载重量小120km/h以上以上 中客车中客车620个座位个座位 大客车大客车20个座位以上，长途客运和城市个座位以上，长途客运和城市公共交通公共交通货车货车 整车
20、整车货箱与汽车发动机一体。货箱与汽车发动机一体。牵引式挂车牵引式挂车牵引车与挂车分离牵引车与挂车分离牵引式半挂车牵引式半挂车牵引车与挂车分离，铰接。牵引车与挂车分离，铰接。路基路面工程18路基路面工程19在交通调查中，一般将在交通调查中，一般将汽车分为八类：汽车分为八类：大型货车；中型货车；小型货车；大型客车；大型货车；中型货车；小型货车；大型客车；小型；客车；拖挂车；集装箱；大中型拖拉小型；客车；拖挂车；集装箱；大中型拖拉机机 通过调查可以得到某断面通过调查可以得到某断面昼夜混合汽车交通量昼夜混合汽车交通量可作为道路的通行能力评定。可作为道路的通行能力评定。路面设计与验算使用的交通量是路面设
21、计与验算使用的交通量是标准轴载累积标准轴载累积作用次数作用次数。昼夜混合交通量昼夜混合交通量用于路面设计时，应有汽车的用于路面设计时，应有汽车的轴数和轴载。轴数和轴载。轴载的大小直接关系到路面的大小直接关系到路面结构的构的设计承承载力与力与结构构强度，度，我国公路与城市道路我国公路与城市道路设计规范中均以范中均以100kN100kN作作为标准准轴重重。路基路面工程20定定义：静止状静止状态的汽的汽车对道路的作用，称道路的作用，称为静力作用，其大静力作用，其大小主要取决于小主要取决于车轮总重。重。静静态压力力P P的影响因素：的影响因素：1.1.汽汽车轮胎内胎内压p pi i ；标准静内准静内压
22、力力p pi i=(0.40.7)Mpa=(0.40.7)Mpa通常通常轮胎与路面的接触胎与路面的接触压力力p=(0.80.9)pp=(0.80.9)pi i滚动时p=(0.91.1)pp=(0.91.1)pi i2.2.轮胎的胎的刚度和度和轮胎与路面的接触的形胎与路面的接触的形态；3.3.轮载的大小的大小 路基路面工程21路基路面工程22轮胎和路面的接触面积轮胎和路面的接触面积接触面形状近似于椭圆形，路面设计中简化为接触面形状近似于椭圆形，路面设计中简化为圆圆形接触面，形接触面，车轮荷载简化为与椭圆形荷载车轮荷载简化为与椭圆形荷载相当相当的的圆形均布荷载，此圆形即为圆形均布荷载，此圆形即为当
23、量圆当量圆单圆、双单圆、双圆圆对于双轮组车轴，对于双轮组车轴，若每一侧的双轮用一个圆表示称为若每一侧的双轮用一个圆表示称为单圆荷载单圆荷载若每一侧的双轮用两个圆表示称为若每一侧的双轮用两个圆表示称为双圆荷载双圆荷载疲劳破坏疲劳破坏材料在低于其极限强度的重复荷载材料在低于其极限强度的重复荷载作用下发生破坏的现象（导致疲劳开裂等）。作用下发生破坏的现象（导致疲劳开裂等）。变形累积变形累积在重复荷载作用下，将呈现出变形在重复荷载作用下，将呈现出变形的逐渐增大（土基、沥青路面、粒料类路面）。的逐渐增大（土基、沥青路面、粒料类路面）。1.交通量及其增交通量及其增长率率交通量交通量：指一定：指一定时间间隔
24、内，各种隔内，各种车辆通通过某一道路断某一道路断面的数量；面的数量；年平均日交通量年平均日交通量：考：考虑月分布不均匀系数、日分布不均月分布不均匀系数、日分布不均匀系数等；匀系数等；交通量年平均增交通量年平均增长率率；设计年限内的累年限内的累计交通量交通量。对于路面于路面结构构设计，不，不仅要求收集要求收集交通交通总量，量，还必必须区分不同的区分不同的车型。型。N1初始年平均日交通量；Ni每日实际交通量；r交通量年均增长率；Ne设计年限内累积交通量路基路面工程232.2.轴载组成与成与轴载换算算轴载换算算：行：行驶车辆的的轴载与通行次数可以按照等效原与通行次数可以按照等效原则换算算为某一某一标
25、准准轴载的当量通行次数。我国的的当量通行次数。我国的标准准轴载为BZZ-BZZ-100100。轴载等效等效换算的原算的原则：同一种路面：同一种路面结构在不同构在不同轴载作作用用下达到相同的下达到相同的损伤程度。程度。换算系数公式：算系数公式：n-同路面同路面结构有关的系数。构有关的系数。i-i级轴载换算算为标准准轴载的的换算系数算系数;PS标准准轴载(kN)；Pii级轴载；NS-标准准轴载作用次数；作用次数；Nii级轴载作用次数；作用次数；-反反映映轴型型（单轴、双双轴或或三三轴）和和轮组轮胎胎数数（单轮或双或双轮）影响的系数；）影响的系数；路基路面工程24 3.轮迹横向分布迹横向分布由于由于
26、轮迹的迹的宽度度远小于小于车道的道的宽度，因而度，因而总的的轴载通行次通行次数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不回平均分配到每数既不会集中在横断面上某一固定位置，也不回平均分配到每一点上，而是按一定一点上，而是按一定规在在车道横断面上，称道横断面上，称为轮迹横向分布迹横向分布。轮迹横向分布迹横向分布频率的影响因素率的影响因素：交通量、交通：交通量、交通组成、成、车道道宽度、交通管理度、交通管理规则等。等。轮迹横向分布系数迹横向分布系数 反映反映轮迹横向分布迹横向分布频率的影响，以率的影响，以轮迹横迹横向分布向分布频率曲率曲线表征。表征。路基路面工程25概念：概念：在路基某一深度在路基某一深
27、度处，当，当车轮荷荷载引起的垂直引起的垂直应力力z与路基土自重与路基土自重引起的垂直引起的垂直应力力B相比所占比例很相比所占比例很小，小，仅为1/101/5时，该深度深度Z范范围内的路基称内的路基称为路路基工作区基工作区。路基工作区内，土基的路基工作区内，土基的强度和度和稳定性定性对保保证路面路面结构的构的强度和度和稳定性极定性极为重要重要路基路面工程261 1、初始切、初始切线模量模量应力力值为零零应力力应变曲曲线斜率。斜率。2 2、切、切线模量模量某一某一应力力处应力力应变曲曲线斜率，反映斜率，反映该应力力处变化。化。3 3、割、割线模量：模量：某一某一应力力对应点与起点相点与起点相连割割
28、线模量，反模量，反应该范范围内内应力力应变平均状平均状态。4 4、回、回弹模量：模量：应力卸除力卸除阶段，段，应力力应变曲曲线的割的割线模量。模量。路基路面工程27路基路面工程28弯沉弯沉 l 荷载作荷载作用下结构层表面的竖用下结构层表面的竖直变形量。其中，总直变形量。其中，总竖直变形量称为竖直变形量称为总弯总弯沉沉；可恢复的竖直变；可恢复的竖直变形为形为回弹弯沉回弹弯沉。一般。一般情况下，弯沉均指回情况下，弯沉均指回弹弯沉。弹弯沉。土基回弹模量土基回弹模量E0用温克勒地基模型描述土基工作状用温克勒地基模型描述土基工作状态时，用地基反，用地基反应模量表模量表征土基的承征土基的承载能力。能力。温
29、克勒地基的假定温克勒地基的假定：土基：土基顶面任意一点的弯沉面任意一点的弯沉l l，仅同作用同作用于于该点的垂直点的垂直压力力p p成正比，而同其它相成正比，而同其它相邻点点处的的压力无关。力无关。温克勒地基模型温克勒地基模型稠密液体地基模型，主要用于分析水泥稠密液体地基模型，主要用于分析水泥混凝土路面混凝土路面 表征土基承表征土基承载能力的参数指能力的参数指标地基反地基反应模量模量K K地基表面某点的地基表面某点的竖向向压力力p p与弯与弯 沉沉l l之比。之比。（kN/mkN/m3 3)路基路面工程29三、加州承三、加州承载比（比（CBR）表征土基承表征土基承载能力的参数指能力的参数指标加
30、州承加州承载比比是早年由美国加利福尼是早年由美国加利福尼亚州提出的一种州提出的一种评定土基及路面材料承定土基及路面材料承载能力的指能力的指标。承。承载能力以材料能力以材料抵抗局部荷抵抗局部荷载压入入变形的能力表征，并采用高形的能力表征，并采用高质量量标准碎石准碎石为标准，以它准，以它们的相的相对比比值表示表示CBR值。CBR值的室内的室内测试及及现场测试。室内要按施工室内要按施工现场的含水量和的含水量和压实度成型度成型圆柱形柱形标准准试件，在加件，在加载前要浸水前要浸水4d。室外室外测试结果受果受现场含水量和含水量和压实均匀性的影响，必均匀性的影响，必须加以修正。加以修正。路基路面工程30加州
31、承加州承载比比CBRCBR值（California Bearing RateCalifornia Bearing Rate）CBRCBR值即即标准准试件在件在贯入量入量为2.5mm2.5mm时所施加的所施加的试验荷荷载与与用用标准碎石材料在相同准碎石材料在相同贯入量入量时所加荷所加荷载之比之比值，以百分比，以百分比表示。（表示。（见公式公式2-272-27）路基路面工程31加州承载比加州承载比CBRCBR值试验方法（见图值试验方法（见图2-242-24）路基路面工程32路基路面工程33一、路基的主要病害一、路基的主要病害1.1.路基沉陷路基沉陷 (1)(1)自身自身压缩沉陷沉陷 (2)(2)天
32、然地基承天然地基承载力不足力不足 引起的沉陷。引起的沉陷。2.2.边坡滑塌坡滑塌 溜方及滑坡溜方及滑坡3.3.碎落和崩塌碎落和崩塌4.4.路基沿山坡滑路基沿山坡滑动5.5.不良地不良地质和水文条件造和水文条件造 成的路基破坏成的路基破坏路基路面工程34正确正确设计路基横断面；路基横断面；选择良好的路基填料，必要良好的路基填料，必要时进行行稳定定处理；理；采用正确的填筑方法，充分采用正确的填筑方法，充分压实；适当提高路基，防止水分从适当提高路基，防止水分从侧面渗入或从地下水位上面渗入或从地下水位上升升进入到路基工作区范入到路基工作区范围；正确正确进行排水行排水设计（地面排水、地下排水、路面（地面
33、排水、地下排水、路面结构构排水即地基的特殊排水）；排水即地基的特殊排水）；必要必要时设置隔离置隔离层隔隔绝毛毛细水上升，水上升，设置隔温置隔温层减少减少路基冰路基冰冻和水分累和水分累计，设计砂砂垫层以疏干土基；以疏干土基；采取采取边坡加固、修筑支坡加固、修筑支挡结构物、土体加筋等技构物、土体加筋等技术，提高整体提高整体稳定性。定性。路基路面工程35路面材料路面材料按形按形态和成型性和成型性质分分为三三类：（1 1）松散）松散颗粒型材料及粒型材料及块料；料；（2 2）沥青青结合料合料类；（3 3）无机）无机结合料合料类。按不同的成型方式（密按不同的成型方式（密实型、嵌型、嵌挤型和型和稳定型）形成
34、各定型）形成各种种结构构层。路基路面工程36路面路面结构构层因抗剪因抗剪强度不足而度不足而导致的破坏有三种情况：致的破坏有三种情况：（1 1）路面）路面结构构层厚度厚度较薄，薄，总体体刚度不足，度不足，车轮荷荷载通通过薄薄层结构构传递给土基的剪土基的剪应力力过大，大，导致路致路基路面整体基路面整体结构构发生剪切破坏；生剪切破坏；（2 2）无）无结合料的粒料基合料的粒料基层因因层位不合理，内部剪位不合理，内部剪应力力过大而引起部分大而引起部分结构构层产生剪切破坏；生剪切破坏；（3 3）面）面层材料的抗剪材料的抗剪强度度过低，在受到低，在受到较大水平力大水平力作用作用时，面，面层材料材料产生生纵向
35、或横向推移等各种剪切向或横向推移等各种剪切破坏。破坏。路基路面工程37路基路面工程38摩尔摩尔(MohrCoumbnb)强度理论强度理论，材料的抗剪强，材料的抗剪强度包括摩擦阻力和粘结力两部分组成，摩擦阻力同作度包括摩擦阻力和粘结力两部分组成，摩擦阻力同作用在剪切面上的法向正应力成正比；粘结力为材料固用在剪切面上的法向正应力成正比；粘结力为材料固有性质，与法向正应力无关，即：有性质，与法向正应力无关，即：式中式中抗剪强度，抗剪强度，kPa；c材料的粘结力，材料的粘结力，kPa；法向正应力，法向正应力，kPa；材料的内摩阻角。材料的内摩阻角。nc和和是表征路面材料抗剪强度的两项参数，通过是表征路
36、面材料抗剪强度的两项参数，通过直接剪切试验，绘出直接剪切试验，绘出-曲线后，按上式确定曲线后，按上式确定。沥青路面、水泥混凝土路面及各种半青路面、水泥混凝土路面及各种半刚性基性基层在气温在气温骤降降时产生生收收缩（温（温缩），水泥混凝土路面和各种半），水泥混凝土路面和各种半刚性基性基层在大气湿度在大气湿度发生生变化化时，产生明生明显的干的干缩，这些收些收缩变形受到形受到约束阻力束阻力时，将在，将在结构构层内内产生拉生拉力，当材料的抗拉力，当材料的抗拉强度不足以抵抗上述拉度不足以抵抗上述拉应力力时，路，路面面结构会构会产生拉伸断裂。生拉伸断裂。抗拉抗拉强度可由度可由直接拉伸直接拉伸或或间接拉伸接
37、拉伸试验确定。确定。间接拉伸接拉伸试验通常采用通常采用劈裂劈裂试验。水泥混凝土劈裂抗拉水泥混凝土劈裂抗拉强度采用度采用边长150mm150mm的立方体的立方体试件。件。路基路面工程39用水泥混凝土、用水泥混凝土、沥青混合料以及半青混合料以及半刚性路面材料修筑的性路面材料修筑的结构构层，在，在车轮荷荷载作用下，作用下，处于受弯曲工作状于受弯曲工作状态。有。有车轮荷荷载引起的弯拉引起的弯拉应力超力超过材料的抗弯拉材料的抗弯拉强度度时，材料会，材料会产生生弯曲断裂弯曲断裂。弯拉弯拉强度大多采用度大多采用简支小梁支小梁试验进行行评定。定。路基路面工程40路基路面工程41 试验：简支小梁试验评定试验：简
38、支小梁试验评定三分点加载三分点加载混凝土抗折强度标准尺寸：混凝土抗折强度标准尺寸：150mm150mm550mm集料粒径不大于集料粒径不大于40mm1.1.无无结合料的碎石、合料的碎石、砾石材料无法通石材料无法通过成型成型试件件测试应力力应变特性，可用特性，可用三三轴压缩试验结果来反映。其表果来反映。其表现出明出明显的非的非线性特征。性特征。2.2.水泥混凝土的抗水泥混凝土的抗压强度和抗度和抗压弹性模量采用性模量采用棱柱体的棱柱体的单轴加加压进行行测试。3.3.无机无机结合料宜采用合料宜采用三三轴压缩试验测定其定其应力力应变特性关系。特性关系。结果也呈果也呈现出非出非线性特征。性特征。4.4.
39、沥青混合料的青混合料的应力力应变特性特性测试也相同。在低温下，可采也相同。在低温下，可采用用单轴试验或小梁或小梁试验，在高温下，可用，在高温下，可用三三轴压缩试验测定。定。由于由于沥青混合料中的青混合料中的结合料合料沥青具有依青具有依赖于温度和加荷于温度和加荷时间的粘的粘弹性性状，所以不能用一个性性状，所以不能用一个常量常量弹性模量性模量来表征来表征沥青混合料的引力青混合料的引力应变特特性关系。性关系。路基路面工程42路基路面工程43水泥混凝土（水泥混凝土（抗压抗压弹性模量弹性模量EC）、无机结合料处治的混合料。）、无机结合料处治的混合料。采用规则试件进行测定：三轴试验、单轴试验、小梁试验。采
40、用规则试件进行测定：三轴试验、单轴试验、小梁试验。沥青混合料沥青混合料：低温（单轴或小梁试验）：低温（单轴或小梁试验）高温（温度敏感性强用三轴压缩试验）高温（温度敏感性强用三轴压缩试验）用于基层和底基层的碎砾石材料无法作成试件，但可由三用于基层和底基层的碎砾石材料无法作成试件，但可由三轴试验得到应力轴试验得到应力应变的非线性应变的非线性(Er为为弹性模量弹性模量)。路基路面工程44 应力应力应变特性应变特性：随温度和加载时间变化的粘：随温度和加载时间变化的粘弹性体，用弹性体，用劲度模量劲度模量来表示。来表示。沥青混合料劲度模量沥青混合料劲度模量是在给定温度和加载条件下的应力是在给定温度和加载条
41、件下的应力应变的关系参数。应变的关系参数。试验表明：加载时间短或温度较低时（材料处于弹性状态）试验表明：加载时间短或温度较低时（材料处于弹性状态）中间过程（弹中间过程（弹粘性状态）粘性状态）加载时间很长或温度较高时（粘滞性状态）加载时间很长或温度较高时（粘滞性状态）二、路面材料的累积变形与疲劳特性二、路面材料的累积变形与疲劳特性路面结构在荷载重复应力作用下，可能出现路面结构在荷载重复应力作用下，可能出现破坏极限状态破坏极限状态有两类有两类:路基路面工程45第一类第一类：弹塑性弹塑性工作状态：塑性变形累积到一定限度工作状态：塑性变形累积到一定限度累积累积变形。变形。第二类第二类：弹性弹性工作状态
42、：内部微量损伤累积扩大，导致疲劳断工作状态：内部微量损伤累积扩大，导致疲劳断裂破坏裂破坏疲劳破坏。疲劳破坏。共同点共同点：破坏极限的发生不仅同：破坏极限的发生不仅同荷载应力荷载应力大小有关，而大小有关，而且同且同荷载应力作用次数荷载应力作用次数有关。有关。水泥混凝土路面：弹性工作状态（疲劳破坏）水泥混凝土路面：弹性工作状态（疲劳破坏）沥青路面：低温沥青路面：低温弹性状态（疲劳破坏）弹性状态（疲劳破坏）高温高温弹塑性状态（累积变形形成车辙、沉陷等）弹塑性状态（累积变形形成车辙、沉陷等）半刚性路面（无机结合料）：早期半刚性路面（无机结合料）：早期弹塑性弹塑性后期后期弹性（疲劳破坏）弹性（疲劳破坏）
43、以黏土为结合料的碎砾石路面：弹塑性状态（累积变形）以黏土为结合料的碎砾石路面：弹塑性状态（累积变形）由于由于重复荷重复荷载作用作用引起的路面引起的路面结构破坏极限状构破坏极限状态，不同于，不同于最大极限荷最大极限荷载引起的破坏极限状引起的破坏极限状态。重复荷重复荷载作用下出作用下出现的破坏极限状的破坏极限状态主要有主要有两种两种：（1 1）路面材料）路面材料处于于弹塑性塑性工作状工作状态，则重复荷重复荷载作用作用将引起塑性将引起塑性变形的累形的累积，超，超过一定限度一定限度时，路面使用功能，路面使用功能将下降至允将下降至允许限度以下；限度以下；（2 2）路面材料）路面材料处于于弹性性工作状工作
44、状态，重复荷，重复荷载导致材料致材料内部内部产生微量生微量损伤，累，累积到一定限度以后，路面到一定限度以后，路面结构构发生生疲疲劳断裂。断裂。累累积变形与疲形与疲劳破坏破坏这两种破坏两种破坏发生的共同特点就是破坏生的共同特点就是破坏极限的极限的发生不生不仅同荷同荷载的的应力大小有关，而且和荷力大小有关，而且和荷载的作的作用次数有关。用次数有关。路基路面工程46一、累一、累积变形形 路面路面结构在构在车轮荷荷载重复作用下因塑性重复作用下因塑性变形累形累积而而产生生的的沉陷或沉陷或车辙，是路面，是路面结构的主要病害。构的主要病害。这种永久性的种永久性的变形形是路基路面各是路基路面各结构构层材料塑性
45、材料塑性变形的形的综合。合。二、疲二、疲劳及疲及疲劳破坏的有关概念破坏的有关概念 材料在材料在经受重复荷受重复荷载作用后其作用后其强度的降低度的降低现象称之象称之为疲疲劳。材料在材料在经受低于其一次作用下的极限受低于其一次作用下的极限应力力值的重复荷的重复荷载作作用下会出用下会出现破坏，破坏，这种破坏称之种破坏称之为疲疲劳破坏破坏。疲疲劳极限极限：在：在应力作用一定次数后，材料的疲力作用一定次数后，材料的疲劳强度不再度不再下降而下降而趋于于稳定，此定，此稳定定值称称为疲疲劳极限极限。路基路面工程47路基路面工程48曼诺曼诺(Miner)(Miner)定律定律 n目前，常用曼诺在研究金属疲劳时所
46、作出的假定来目前，常用曼诺在研究金属疲劳时所作出的假定来处理以上的问题：各级荷载作用下材料所出现的处理以上的问题：各级荷载作用下材料所出现的疲劳疲劳损坏可以线性叠加。损坏可以线性叠加。n假设某一级荷载假设某一级荷载Pi作用作用Ni次后使材料达到疲劳破坏，次后使材料达到疲劳破坏，则该级荷载作用一次相当于消耗了材料疲劳寿命的则该级荷载作用一次相当于消耗了材料疲劳寿命的1/Ni。路基路面工程49现有现有P1，P2，Pj级荷载，分别作用级荷载，分别作用N1，N2，Nj次后，材料均可达到疲劳破坏，而实际上次后，材料均可达到疲劳破坏，而实际上各级荷载的作用次数分别为各级荷载的作用次数分别为n1，n2，nj
47、次，则相次，则相应于各级荷载消耗的材料疲劳寿命分别为应于各级荷载消耗的材料疲劳寿命分别为n1/N1，n2/N2，nj/Nj。在各级荷载作用之下，材料的。在各级荷载作用之下，材料的综综合疲劳损伤合疲劳损伤为为:路基路面工程503-1 3-1 路基设计的一般要求路基设计的一般要求 一、概念一、概念一一般般路路基基:通通常常指指在在良良好好的的地地质质与与水水文文等等条条件件下下，填方高度与挖方深度不大的路基。填方高度与挖方深度不大的路基。路路床床：是是指指路路面面底底面面以以下下80cm范范围围内内的的路路基基部部分分。030cm称为上路床，称为上路床，3080cm称为下路床。称为下路床。二、路基
48、设计的一般要求二、路基设计的一般要求 1.整体稳定性整体稳定性 2.强度与刚度强度与刚度 3.水温稳定性水温稳定性 一般路基设计概念：概念：路堤：路堤：指用岩土填筑而成的指用岩土填筑而成的结构物。构物。路路堑：指全部在原地面开挖而成的指全部在原地面开挖而成的结构物。构物。半填半挖横断面：半填半挖横断面：指原地面横坡度指原地面横坡度较大，且路基大，且路基较宽，往往需要一往往需要一侧开挖，一开挖，一侧填筑而成的填筑而成的结构物。构物。较多适多适用于山区、丘陵区。用于山区、丘陵区。路基路面工程51一般路基设计3-23-2路基的类型与构造路基的类型与构造 路基路面工程523-23-2路基的类型与构造路
49、基的类型与构造 一、典型横断面形式一、典型横断面形式（见图（见图3-1、2、3）路堤路堤 路堑路堑 填挖结合路基填挖结合路基 一般路基设计二、路堤设计的要点路基路面工程53第二节第二节路基的类型与构造路基的类型与构造依依据据路路堤堤高高度度分分类类 矮路堤：h1.01.5m 一般路堤：h1.518m 高路堤：土质h18m 岩质 h20m 适应于平坦地区或者取土困难地区 需要设边沟需要设边沟 需需对对土基作特殊土基作特殊处处理理：工作区深度工作区深度 压实度压实度 水水 砂垫层砂垫层可在路基两侧设取土坑可在路基两侧设取土坑土方量特别大，占地多；行车条件差土方量特别大，占地多；行车条件差 宜采用折
50、线型或梯形边坡。宜采用折线型或梯形边坡。一般路基设计二、路堤二、路堤设计的要点的要点路基路面工程54第二节第二节路基的类型与构造路基的类型与构造当地面当地面边边坡陡于坡陡于1 1：5 5时时当地面当地面边边坡陡于坡陡于1 1：2 2时时注注意意事事项项土质地面：须将原地面挖成台阶，土质地面：须将原地面挖成台阶，台阶宽度大于台阶宽度大于1m1m，台阶向内倾斜，台阶向内倾斜1 12 2坡度坡度石质地面：石质地面：凿凿毛毛 宜设置石砌护脚起到减少填方数量宜设置石砌护脚起到减少填方数量和压缩路基占地宽度的作用。和压缩路基占地宽度的作用。倾斜地面上方坡脚，须采取措施阻止地面水渗入路堤内。倾斜地面上方坡脚