路基路面 總論

路基路面工程平頂山工學院土木工程系

主講:王宏艷

目錄第1章總論4第2章行車荷載環(huán)境因素材料的力學性質(zhì)4第3章一般路基設計2第4章路基穩(wěn)定性分析計算6第5章路基防護與加固2第6章?lián)跬翂υO計4第7章路基路面排水設計4第8章土質(zhì)路基施工2第9章石質(zhì)路基爆破施工第10￣12章碎礫石路面、塊料路面、無機結(jié)合料穩(wěn)定路面2第13章瀝青路面4第14章瀝青路面設計6第15章水泥混凝土路面4第16章水泥混凝土路面設計4第17章路面養(yǎng)護與管理先修課程：工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、水力學、土力學、彈性力學、土木工程材料、道路勘測設計、混凝土結(jié)構(gòu)設計原理該課程主要知識模塊如下：理論課部分：路基工程，

擋土墻，路面基層，瀝青路面，水泥混凝土路面，路基路面排水。共48學時。實踐部分：《路基路面工程》課程設計，1周。實驗部分：《路基路面工程》實驗，8學時。

第一章總論學習要點：掌握路基路面工程特點，路面結(jié)構(gòu)及層位功能；熟悉路基的水溫狀況及干濕類型，路面的等級與分類；了解影響路基路面穩(wěn)定的因素，公路自然區(qū)劃，路基土的分類；第一章總論第一節(jié)道路工程發(fā)展概況道路發(fā)展概況發(fā)展歷史道路是供各種車輛（指無軌車輛）和行人通行的工程設施的總稱。大約公元前4000年出現(xiàn)車輪，這是人類物資文化發(fā)展史中的大事。隨著車輪的出現(xiàn)，以動物為牽引的輪式車輛開始使用，它對道路提出了更高的要求，寬度和質(zhì)量較好的馬車道路出現(xiàn)了。人工修建道路，最早始于中國。夏代有制造車輛的記載。

(1)上古時代、周朝（公元前2000年前）就有了車和行車的路;

《史記》：周道如砥，其直如矢。（砥(dǐ):磨刀石，喻平坦；矢(shǐ)直也）

《周禮》：匠人營國，方九里，旁三門。國中九經(jīng)九緯，環(huán)涂七軌，野涂五軌。（涂，同途，道路）

(2)商代（公元前16世紀～約公元前1066年）開始有驛道傳送。（驛，從馬,本義:古代供傳遞公文或傳送消息用的馬。）(3)西周（公元前1066年～公元前771年）開創(chuàng)了以都市為中心的道路體系，還建立了比較完善的道路管理制度。(4)戰(zhàn)國時期：有“金牛道”的記載。(5)秦朝（公元前221年～公元前206年）：修馳道、直道，頒布“車同軌”法令，建立了規(guī)模宏大的道路交通網(wǎng)，以咸陽為中心，向各方輻射，總里程約1.2萬多公里。(6)西漢時期（公元前206年～公元前23年）：驛亭3萬處；絲綢之路（連接歐亞大陸洲際道路，東西方經(jīng)濟文化交流）。絲綢之路最早是19世紀德國地理學者希托赫芬首先命名“SeidenStnassen”，英國譯為“SilkRoad”，從而傳遍全球。(7)唐代（公元618年～公元907年）：以長安城（今西安）為中心約2.2萬多公里的驛道網(wǎng)。(8)元朝：驛制盛行，驛站1496個。(9)清代：形成層次分明，功能完善道路系統(tǒng)“官馬大路”、“大路”、“小路”，分別為京城到各省城、省城到地方重要城市及重要城市到市鎮(zhèn)的三級道路；其中，“官馬大路”就長達4000余華里。(10)舊中國：1901年我國上海出現(xiàn)第一輛汽車。1913年中國修筑了第一條汽車公路(長沙至湘潭,長約50km,中國最早按現(xiàn)代設計修建的瀝青路面)抗戰(zhàn)時期，著名的滇緬公路（BurmaRoad）長約1126km，緬甸臘戌至中國昆明。1949年，全國通車里程僅7.8萬km，機動車7萬余輛。(11)新中國：1949～1957年，完成主干線青藏、康藏、青新、川黔、昆洛等線，里程30萬km。

1958～1965年，公路里程增長更快時期，總里程達52萬km。

1975年，公路里程達78萬公里。1975年～1978年，公路里程達85萬公里，其中一、二級路21.194公里。2發(fā)展現(xiàn)狀(現(xiàn)在)

當前我國的公路交通事業(yè)得到長足發(fā)展，高等級道路及高級路面迅速增加，這一時期是中國公路歷史上發(fā)展速度最快、規(guī)模最大、最具活力的時期。高速公路：0km→1萬km15年

1萬km→2萬km2.5年

2萬km→3萬km2年

3萬km→4萬km2年

4萬km→5萬km1.5年一級公路：0km→1萬km20年

1萬km→2萬km5年

2萬km→3萬km3年

3萬km→3萬km2年

4萬km→5萬km1.5年

當前道路發(fā)展存在的問題雖然我國道路建設取得了長足的發(fā)展，但交通運輸在整體上仍不能滿足社會經(jīng)濟發(fā)展和人民生活的需求，仍然是制約國民經(jīng)濟發(fā)展的“瓶頸”，與發(fā)達國家相比還有較大差距。主要表現(xiàn)在以下四個方面：(1)高等級道路的比例和路面鋪裝率都很低,目前粗放型道路網(wǎng)制約了交通現(xiàn)代化的實現(xiàn)；(2)干線道路網(wǎng)中高等級道路數(shù)量不足，尚未形成全國性高速道路網(wǎng)，地區(qū)發(fā)展不平衡，制約了社會經(jīng)濟發(fā)展；(3)已建成通車的高速公路與其它高等級道路之間許多還未聯(lián)網(wǎng)，達不到規(guī)模效應，現(xiàn)代化的道路網(wǎng)還未行成；(4)道路發(fā)展與汽車保有量的快速增長情況不相適應，汽車保有量的速度遠比道路建設的發(fā)展速度快得多。

3發(fā)展的前景（將來）(一）公路發(fā)展規(guī)劃

①國道主干線系統(tǒng)——“五縱七橫”規(guī)劃它是國道網(wǎng)中由高速公路和一、二級公路為主組成的快速通道。國道主干線系統(tǒng)，總里程約3.5萬公里，由五縱七橫12條路線組成。連接首都、各?。ㄗ灾螀^(qū)）省會（首府）、直轄市、中心城市、主要交通樞紐和重要口岸。這個系統(tǒng)形成后，車輛速度可提高一倍，城市間、省際間、經(jīng)濟區(qū)域間400km～500km的公路運輸可當日往返，800km～1000km的可當日到達。

②四縱四橫8條省際公路通道規(guī)劃為了貫徹中央提出的西部大開發(fā)戰(zhàn)略的要求，交通部提出了四縱四橫8條省際公路通道規(guī)劃；功能目標是加強西部和中東部的聯(lián)系；西北、西南的聯(lián)系；提高西部通江達海的能力；改善與周邊國家的交通條件。

③國家重點公路建設規(guī)劃考慮到中、東部地區(qū)的需要，特別是東部沿海一些發(fā)達地區(qū)，“五縱七橫”的分布遠遠不能滿足省域經(jīng)濟和交通發(fā)展的需要，包括中等城市快速對外交通的需要，又提出了一個加密性質(zhì)的規(guī)劃，定義為“國家重點公路建設規(guī)劃”,作為一個過渡性的方案。該規(guī)劃包括13條縱線和15條橫線，規(guī)模有7.1萬公里。作為公路線路規(guī)劃的補充，還提出了國家公路樞紐規(guī)劃，全國共45個，目前正在進行全面建設。

④國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃隨著新時期經(jīng)濟的快速發(fā)展，隨著生活方式的轉(zhuǎn)變和生活質(zhì)量的提高，為滿足對交通服務越來越高的要求，搞好公共服務，優(yōu)化跨區(qū)域資源的配置和管理，很有必要規(guī)劃和建設一個統(tǒng)一的國家級高速公路網(wǎng)。2004年12月17日，《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》業(yè)經(jīng)國務院審議通過，標志著中國高速公路建設發(fā)展進入了一個新的歷史時期。

國家高速公路網(wǎng)是中國公路網(wǎng)中最高層次的公路通道，主要連接大中城市，包括國家和區(qū)域性經(jīng)濟中心、交通樞紐、重要對外口岸；承擔區(qū)域間、省際間以及大中城市間的快速客貨運輸，提供高效、便捷、安全、舒適、可持續(xù)的服務，為應對自然災害等突發(fā)性事件提供快速交通保障。

國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃采用放射線與縱橫網(wǎng)格相結(jié)合的布局方案，形成由中心城市向外放射以及橫連東西、縱貫南北的大通道，由7條首都放射線、9條南北縱向線和18條東西橫向線組成，簡稱為“7918網(wǎng)”，總規(guī)模約8.5萬公里，其中：主線6.8萬公里，地區(qū)環(huán)線、聯(lián)絡線等其他路線約1.7萬公里。(三)公路科技發(fā)展規(guī)劃與方向

總目標：圍繞國道主干線、水運主通道、港站主樞紐和支持保障系統(tǒng)的建設，為提高運輸生產(chǎn)效率、效益和安全保障，研究開放和應用先進適用的成套技術，發(fā)展和應用面向交通行業(yè)的電子信息及通信技術、自動控制技術和新材料技術等高新技術，大力發(fā)展高速、重載的交通運輸裝備，使交通全行業(yè)的技術水平和技術構(gòu)成有一個較大幅度的提高和新的突破，形成快速、準時、經(jīng)濟、便利、安全、優(yōu)質(zhì)的公路客貨體系。

技術發(fā)展趨勢：（1）服務功能方面：安全化（復雜路況、特殊災害性天氣條件、不良地質(zhì)狀況）、智能化（以人為本、彩色、熒光、融雪）、環(huán)?；ㄅ潘⒔翟?、低吸熱、吸收汽車尾氣）（2）技術性能方面：資源節(jié)約、環(huán)境友好、壽命延長、性能提升（高溫、低溫、水穩(wěn)定性、疲勞）二.路基路面工程研究內(nèi)容（一）研究內(nèi)容及成果公路自然區(qū)劃土的工程分類路基強度與穩(wěn)定性高路堤修筑技術與支擋結(jié)構(gòu)軟土地基穩(wěn)定技術巖石路基爆破技術瀝青路面結(jié)構(gòu)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)柔性路面設計理論與方法剛性路面設計理論與方法半剛性路面結(jié)構(gòu)路面使用性能與表面特性路面養(yǎng)護管理（二）相關學科材料力學巖土工程學結(jié)構(gòu)分析理論機電工程自動控制與量測技術現(xiàn)代管理科學存在問題：

1.公路網(wǎng)標準低，數(shù)量少，布局不合理。

2.道路交通管理落后，城市交通擁擠阻塞。

3.規(guī)劃不合理，路網(wǎng)總體服務水平低,抵御自然災害能力差。

4.公路建設質(zhì)量差，20％高速公路出現(xiàn)早期大修。課程特點：

1.交叉性

2.實踐性3.融合性4.更新性第二節(jié)路基路面工程的特點一.路基路面的概念1.路基：天然地表面按照道路的設計線形和設計橫斷面的要求開挖或填筑而成的巖土結(jié)構(gòu)物。2.路面：在路基頂面的行車部分用各種混合材料鋪筑而成的層狀結(jié)構(gòu)物。3.相互關系：路基是路面的基礎路面的存在又保護了路基二.路基路面工程特點工程數(shù)量可觀耗材、耗資、耗勞力多涉及面廣，工程復雜多變設計、施工、養(yǎng)護應有機結(jié)合三.路基路面的基本特性1.承載能力強度：抵抗應力剛度：抵抗變形2.穩(wěn)定性受力狀態(tài)的影響自然條件的影響3.耐久性抗疲勞、抗老化、抗累計變形能力4.表面平整度5.表面抗滑性能第三節(jié)影響路基路面穩(wěn)定的因素地理條件：地形、地貌、海拔高度等地質(zhì)條件：巖石種類、成因、走向厚度等氣候條件：氣溫、降水、濕度、冰凍、日照、風力等水文和水文地質(zhì)條件：河流洪水位、常水位、地表積水、河岸淤積、地下水位、地下水移動規(guī)律等土的類別植被覆蓋情況人為因素總之，地質(zhì)條件是引起路基路面破壞的基本前提，水則是造成病害的主要原因。第四節(jié)路基土分類一.路基土分類分類依據(jù)：土顆粒的粒徑組成、土顆粒的礦物成分或其余物質(zhì)含量、土的塑性指標巨粒土

試樣中巨粒組質(zhì)量大于總質(zhì)量的50%粗粒土

試樣中粗粒組質(zhì)量大于總質(zhì)量的50%細粒土

試樣中細粒組質(zhì)量大于總質(zhì)量的50%特殊土二.路基土的工程性質(zhì)巨粒土：

很高的強度和穩(wěn)定性，良好的路基填筑材料2.級配良好的礫石混合料：

密實程度好，強度和穩(wěn)定性能滿足要求。可填筑路基、中級路面及高等級路面的基層、底基層。3.砂土：強度與水穩(wěn)定性均好，但壓實困難，可采用振動法壓實，并可摻加少量粘土4.砂性土：級配適宜，強度、穩(wěn)定性均好，是理想的路基填筑材料5.粉性土：干時易破碎，浸水時易成為流動狀態(tài)；毛細作用強烈，易造成凍脹、翻漿等病害，屬不良公路用土。

6.粘性土：細顆粒含量多，摩擦系數(shù)小而粘聚力大，透水性小而吸水能力強，毛細現(xiàn)象顯著。干燥時較堅硬，浸濕后承載力低。所以應在適當含水量時加以充分壓實并設置良好的排水設施。7.重粘土：不透水，粘聚力特強，塑性很大，干燥時很硬濕陷性黃土：呈黃色或黃褐色，粉土含量占60％以上，含有大量的碳酸鹽、硫酸鹽和可溶性鹽類，天然孔隙比在1左右。在自重壓力或附加壓力共同作用下，受水浸濕后的結(jié)構(gòu)迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉。

膨脹土：粘性含量高，其中0.002mm的膠體顆粒一般超過20％，土的液限wI>40%,塑性指數(shù)Ip>17，在22～35之間，自由膨脹率>40%,吸水膨脹，失水收縮，強度較高，壓縮性低，易被誤認為是較好的土。

鹽漬土：地表土層1m以內(nèi)的土易溶鹽含量大于0.5％根據(jù)其含鹽量可分為：氯鹽漬及亞氯鹽漬土、鹽酸鹽漬土及亞鹽酸鹽漬土、碳酸鹽漬土第五節(jié)公路自然區(qū)劃一.區(qū)劃的目的

區(qū)分不同地理區(qū)域自然條件對公路工程影響的差異性，并在路基路面的設計、施工和養(yǎng)護中采取適當?shù)募夹g措施和采用合適的設計參數(shù)，以保證路基、路面的強度和穩(wěn)定性。二.區(qū)劃的原則

道路工程特性相似性原則：即同一區(qū)劃內(nèi)，在同樣自然因素下筑路具有相似性。

地表氣候區(qū)劃差異性原則：即地表氣候是地帶性差異與非地帶性差別的結(jié)果。

自然氣候因素既有綜合又有主導作用的原則：即自然氣候變化是多種因素作用結(jié)果。但其中又有某些因素起著主導作用。三.區(qū)劃的分級一級區(qū)劃

劃分方法：在全國以均溫等值線及海拔高度來劃分，以均溫等值線和三階梯的海拔高度線為主要標志，二條等高線：1000m、3000m等高線：1000m等高線沿東北大興安嶺、太行、伏牛、武當、雪峰、大朋、友誼關一線，走向北偏東；3000m等高線沿帕米爾高原、昆侖山、阿爾金山、祁連山、岷山、云嶺、雪山、大怡嶺一線；

具體劃分：全國首先劃分為三大地帶：多年凍土、季節(jié)凍土和全年不凍土，再進一步根據(jù)水熱平衡和地理位置劃分為凍土、溫潤、干濕過渡、濕熱、潮暖、和高寒七個大區(qū)：北部多年凍土區(qū)東部溫潤集結(jié)區(qū)黃土高原干濕過渡區(qū)東南濕熱區(qū)西南潮暖區(qū)西北干旱區(qū)青藏高寒區(qū)

2、二級區(qū)劃

在每一個一級區(qū)內(nèi)，再以潮濕系數(shù)為依據(jù)，分為六個等級，并結(jié)合各大區(qū)的地理、氣候特征、地貌類型、自然病害等因素，將全國劃分為33個二級區(qū)和19個副二級區(qū)。潮濕系數(shù)K為年降雨量與年蒸發(fā)量之比。3、三級區(qū)劃

是二級區(qū)劃的具體劃分，一是以水熱、地理、地貌為依據(jù)，或是以地表的地貌、水文和土質(zhì)依據(jù)，有各省、市、自治區(qū)自行劃定。四.一級自然區(qū)對路面結(jié)構(gòu)設計要求

一級區(qū)名稱公路工程的自然條件特點路基路面的設計要求北部多年凍土區(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。路面設計重要原則是維持凍穩(wěn)性，保護凍土上限不至下降；路基設計寧填勿切，填土最好為凍穩(wěn)定性好的土或砂礫東部濕潤季凍區(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。路基填土高度應符合要求；應采取措施隔溫、排水、截斷毛細水上升；應用水穩(wěn)性凍穩(wěn)性好的材料做路面基層。黃土高原干濕過渡區(qū)為東部溫潤季凍區(qū)向西北干旱區(qū)和西南潮暖區(qū)的過渡區(qū)。地下水位深，干燥土基強度較好，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；摻灰類結(jié)構(gòu)層是穩(wěn)定的路面基層，或在石料基層下設砂礫底基層一級區(qū)名稱公路工程的自然條件特點路基路面的設計要求東南濕熱區(qū)雨量充沛，雨型季節(jié)性強，臺風暴雨多；地溫高，易引起瀝青路面泛油，加大水泥路面翹曲應力；水稻田多，土基濕軟，強度低。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號，保證基墊層穩(wěn)定性；加強公路排水設施；水稻田、軟土和潮濕路段應處理。西南濕暖區(qū)雨期較長，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)，土基強度較高。保證其濕穩(wěn)性；過濕地區(qū)已采用路堤，并使邊坡符合要求；石料豐富，有利于設計中就地取材。西北干旱區(qū)土基強度和水文狀況均佳，筑路砂石材料較多；中級路面易搓板松散和揚塵；高山區(qū)有風雪流危害；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)應充分利用就近所產(chǎn)砂礫、石料進行處理；還應注意風蝕和沙埋的防治。青藏高原區(qū)滑坡、崩塌、泥石流等極嚴重；瀝青老化快；公路通過條件困難。按保溫原則設計，保證路基穩(wěn)定性；瀝青路面設計應采取措施。如不注意各區(qū)的筑路特點，則可能造成工程病害。由土體失穩(wěn)造成的病害（一）由土體失穩(wěn)造成的病害（二）第六節(jié)路基水溫狀況及干濕類型一.路基濕度的來源大氣降水地面水地下水毛細水水蒸氣凝結(jié)水薄膜移動水

二.大氣溫度及其對路基水溫狀況的影響凍漲：積聚于面層下的水結(jié)冰后體積增大，使路基隆起而造成的路面開裂等破壞現(xiàn)象。

翻漿：凍漲土在溫度升高后融解，無法迅速排除，在行車荷載作用下，路基路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大變形，濕度很大的路基土會以泥漿的形式從凍漲后開裂的路面層裂隙中冒出或擠出。凍脹翻漿翻漿存在問題：早期破壞、重載三.路基干濕類型1.干濕類型：

路基按其干濕狀態(tài)不同分為四類：干燥、中濕、潮濕和過濕。一般要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)。上述四種干濕類型以分界稠度ωc1,ωc2

和ωc3

來劃分。2.稠度：稠度ωc

定義為土的含水量ω

與土的液限ωL

之差與土的塑限ωp

與液限ωL

之差的比值。

即ωc=（ωL-ω

）/（ωL-ωp

）

1.ωc=1.0,即ω=ωp

，為半固體與硬塑狀的分界值；

2.ωc=0,即ω=ωL

，為流塑與流動狀的分界值；

3.1.0﹥ωc﹥0，即ωL﹥ω﹥ωp

，土處于可塑狀態(tài)。干濕類型土組干燥狀態(tài)中濕狀態(tài)潮濕狀態(tài)過濕狀態(tài)Wc≧W