路基路面設(shè)計(jì)課程PPT課件

1、 第一章 緒論第一節(jié) 公路的組成及路基設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容一、公路的組成部分 公路是一種線形工程構(gòu)造物。公路主要承受的是汽車荷載的重復(fù)作用和經(jīng)受各種自然因素的長(zhǎng)期影響。公路的組成部分包括：路基、路面、橋涵、隧道、防護(hù)工程、排水設(shè)備、山區(qū)特殊構(gòu)造物。公路路基是路面的基礎(chǔ)，它與路面共同承擔(dān)車輛的荷載，是公路的重要組成部分。保證公路沿線都具有堅(jiān)實(shí)而穩(wěn)定的路基，是路基設(shè)計(jì)的中心任務(wù)。隨著道路等級(jí)的提高, 在設(shè)計(jì)中采用一定的措施來(lái)提高路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，用以提高路面整體強(qiáng)度的問(wèn)題就很突出。第1頁(yè)/共97頁(yè) 路基的橫斷面如圖。地形的變化，一般使路基分為路堤和路塹兩種，高于天然地面的填方路基稱為路堤；低于天然地面

2、的挖方路基稱為路塹；介于這兩者之間的稱為半填半挖路基。在挖方路段，路基通常是地面下的天然地層；在填方地段，則是填筑起來(lái)的壓實(shí)土層。 路面是直接承受汽車碾壓的行車地帶，它是用各種堅(jiān)硬材料鋪筑在路基上面的單層或多層結(jié)構(gòu)。路面的類型常見(jiàn)的有瀝青路面、水泥混凝土路面、碎（礫）石類路面等。 路肩是指路面兩側(cè)路基邊緣以內(nèi)地帶，它是用來(lái)支持路面、臨時(shí)?？寇囕v和供行人行走。 修建合適的排水系統(tǒng)是路基穩(wěn)定的一個(gè)保證。排除地面水，如雨、雪而形成的水等，可興建地面排水構(gòu)造物；地下水嚴(yán)重時(shí)需排除時(shí)，可采用盲溝；如果公路要跨越較大的水流，就要建造橋梁和涵洞。 第2頁(yè)/共97頁(yè) 二、路基設(shè)計(jì)內(nèi)容 任務(wù)：使路基在行車荷載和

3、各種自然因素作用下，能具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，保證交通運(yùn)輸?shù)臅惩ê桶踩８鶕?jù)公路的性質(zhì)、等級(jí)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及當(dāng)?shù)刈匀粭l件，擬定正確的路基設(shè)計(jì)方案，作為施工的依據(jù)。具體為： 1.進(jìn)行野外勘察，收集必要的資料； 2.根據(jù)沿線設(shè)計(jì)資料進(jìn)行路基工程設(shè)計(jì)，確定邊坡坡度及橫斷面形式； 3.根據(jù)沿線地面水流以及地下水埋藏情況，進(jìn)行路基排水的總體布置及排水結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)； 4.路基防護(hù)與加固設(shè)計(jì)，包括坡面防護(hù)、沖刷防護(hù)與擋土墻的布設(shè)； 5.路基工程其它設(shè)施。第3頁(yè)/共97頁(yè)第二節(jié) 路基的常見(jiàn)病害及對(duì)路基的要求一、路基的作用路基是路面的基礎(chǔ)，且和路面共同承受荷載，貫穿公路全線。二、路基的常見(jiàn)病害路基在自然因素及荷載

4、的作用下，產(chǎn)生不斷累計(jì)的變形，最后導(dǎo)致破壞，這就是路基的病害現(xiàn)象。路基病害的形狀多種多樣，原因錯(cuò)綜復(fù)雜，自然因素有： 1.地理 如沿線的地形、地貌、海拔高度、植被等； 2.地質(zhì) 如沿線土的種類、成因、含水量、有機(jī)質(zhì)及可溶性鹽的含量等； 3.氣候 該地區(qū)的氣溫、降雨量、雨型、降雪、溫度、冰凍深度等； 4.水文 河道的洪水位、常水位、河岸的沖刷和淤積情況、沿線地表水的排泄條 件，有無(wú)積水； 5.文地質(zhì) 地下水位、地下水移動(dòng)的規(guī)律、有無(wú)泉水、層間水，以及各種水的流量。第4頁(yè)/共97頁(yè) 路基常見(jiàn)的路基病害現(xiàn)象如下： 1路堤沉陷 塌方路基下沉導(dǎo)致斷面尺寸改變的病害現(xiàn)象稱為路堤沉陷。沉陷是不均勻的，嚴(yán)重時(shí)

5、會(huì)破壞局部路段造成交通中斷。它有路堤本身的下陷和地基的沉陷兩種。 2路基邊坡的塌方 邊坡的塌方是常見(jiàn)的病害 ，也是水毀的普遍現(xiàn)象，尤其在山區(qū)新建公路上，幾乎是普遍的病害現(xiàn)象。塌方的具體表現(xiàn)形式有剝落、碎落、滑塌和崩塌。 3路基沿山坡的滑動(dòng) 在較陡的山坡上填筑路基，如果原地面較光滑，未經(jīng)處理，坡腳處又沒(méi)進(jìn)行必要的支撐，特別在受到水的浸潤(rùn)后，填方路基與原地面之間摩阻力減小，在荷載、自重作用下，有可能使路基整體或局部沿地面移動(dòng)，使路基失去整體穩(wěn)定性。 4不良的地質(zhì)水文條件造成的路基破壞 如巨型滑坡、泥石流、地震、特大暴雨等，都可以導(dǎo)致路基的大規(guī)模毀壞。在公路勘測(cè)中，要求盡可能避開(kāi)這些地區(qū)或采取相應(yīng)的

6、技術(shù)措施，保證公路的正常使用。第5頁(yè)/共97頁(yè) 三、病害原因的綜合分析 由以上內(nèi)容可以知道，路基的病害原因是多方面的，各種病害既有各自的特點(diǎn)，又往往具有共同的原因，可以把它歸納為以下幾個(gè)方面： 1.不良的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件 2.不利的水文與氣候因素 3.設(shè)計(jì)不合理 4.施工不符號(hào)規(guī)定 四、對(duì)路基的要求 1.具有足夠的整體穩(wěn)定性 2.具有足夠的強(qiáng)度 3.具有足夠的水溫穩(wěn)定性第6頁(yè)/共97頁(yè) 第二章 路基的強(qiáng)度與干濕類型第一節(jié) 路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性 1公路路基土的分類 課本上的表給出了公路土的粒經(jīng)劃分和路基土的劃分。土的名稱以及分類符號(hào)。我們?cè)谕临|(zhì)學(xué)中已學(xué)過(guò)，具體還可以參閱公路土工試驗(yàn)規(guī)程。2各

7、類土的物理力學(xué)性質(zhì)漂石（塊石）、卵石屬于巨粒，強(qiáng)度和穩(wěn)定性很高，是填路基的好材料，注意邊坡值的選用。砂土 無(wú)塑性，透水性強(qiáng)，毛細(xì)上升高度很小，具有較大的內(nèi)摩擦系數(shù)，強(qiáng)度和穩(wěn)定性都比較好。但不容易壓實(shí)。砂性土 既含有一定的粗顆粒，也含有一定的細(xì)顆粒，使路基土既具有足夠的強(qiáng)度和水穩(wěn)定性，又有一定的粘結(jié)性 ，因此砂性土是修筑路基的理想材料。粉性土 粉土顆粒含量較多，易吸水，毛細(xì)作用強(qiáng)烈，上升速度快，容易引起凍脹、翻漿。在修路的材料中它是最差的一種，一般屬于有害的路基用土。第7頁(yè)/共97頁(yè) 粘性土 它的細(xì)顆粒比重大，內(nèi)摩擦角小，但粘接力大，透水性小。這種土經(jīng)充分壓實(shí)和采取很好的排水措施，筑成的路基也能

8、穩(wěn)定。 重粘土 它的工程性質(zhì)與粘性土相似，但其所含黏土礦物成分不同而不同。第8頁(yè)/共97頁(yè) 第二節(jié) 路基的強(qiáng)度 一、路基的受力狀況 一般情況下，路基承受兩種荷載 ：一是路面和路基自重引起的靜力荷；另一種是車輪引起的動(dòng)力荷載。在它們的共同作用下，路基處于受力狀態(tài)。路基在車輪荷重作用下所引起的垂直應(yīng)力隨深度而減弱；路基土因自重引起的垂直應(yīng)力與深度成正比例。圓形均布荷載中心下土基的垂直壓應(yīng)力，可用下面的公式計(jì)算： =P /(1+2.5(Z/D)路基土因自重所引起的垂直應(yīng)力，在一定的深度下，路面的質(zhì)量遠(yuǎn)小于路基的自重，所以土基自重引起的垂直應(yīng)力與深度成正比，既=Z第9頁(yè)/共97頁(yè) 2、路基的工作區(qū) 當(dāng)

9、荷載引起的應(yīng)力僅為自重應(yīng)力的20%-10%時(shí)，荷載應(yīng)力影響的深度作為工作區(qū)的深度。該深度Za隨車輛荷載增大而增大，隨路面的強(qiáng)度和厚度的增加而減小。 路基工作區(qū)深度有兩種情況：Za大于路基填土高度；Za 小于路基填土高 度。第10頁(yè)/共97頁(yè) 三、路基的強(qiáng)度和強(qiáng)度指標(biāo) 路基的強(qiáng)度，用抵抗相對(duì)滑動(dòng)位移變形和豎直位移變形的能力，作為具體指標(biāo)來(lái)表征。 1.抗剪強(qiáng)度 在路基邊坡內(nèi)，當(dāng)路基強(qiáng)度不夠，不能抵抗剪應(yīng)力的作用。便會(huì)沿某一剪切面產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)于是邊坡破壞，穩(wěn)定喪失。土體必須具有抵抗此變形能力，用抗剪強(qiáng)度表示，公式2-1。 土體的抗剪強(qiáng)度取決于土的粘結(jié)力C和內(nèi)摩擦角。土的顆粒越細(xì)，粘聚力越大。沙土的粘

10、聚力很小或沒(méi)有，由于粘聚力不如內(nèi)摩擦力影響大，因此土的顆粒越大，抗剪強(qiáng)度就越高。第11頁(yè)/共97頁(yè) 2. 回彈模量 通過(guò)路面?zhèn)鞯酵粱拇怪眽毫?，使土基產(chǎn)生一定程度的豎向位移變形，假設(shè)土基是均質(zhì)的彈性體，在圓形垂直均布荷載作用下，當(dāng)應(yīng)力與應(yīng)變成直線關(guān)系時(shí)，可用彈性理論來(lái)解荷載與變形之間的關(guān)系，用下式表示： 從上述的公式可以看出，土基回彈模量，表示土基在彈性變形階段內(nèi)，在垂直荷載作用下，抵抗豎向變形的能力. 四、路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的保證 路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，受水、溫度、土質(zhì)的影響，在一年內(nèi)出現(xiàn)顯著的季節(jié)性變化.為保證路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，必須深入進(jìn)行了解，細(xì)致分析各種自然因素與路基的關(guān)系，以采取有效措

11、施.第12頁(yè)/共97頁(yè) 第三節(jié) 路基的干濕類型和臨界高度一.路基濕度的來(lái)源 1、 路基干濕類型及濕潮來(lái)源路基的干濕類型可以分成干燥、中濕、潮濕和過(guò)濕四類，這四種類型表示路基工作時(shí)，路基土所處的狀態(tài).路基潮濕的來(lái)源，可歸納為下列幾項(xiàng)：a 降水 從路面、路肩和邊坡滲入；b地面水 沿邊溝流動(dòng)，或因派水困難而積聚于路基兩側(cè)的水分，滲入路基；c地下水 因地下水的流動(dòng)而滲入路基下部；d毛細(xì)水 借土的毛細(xì)作用由地下水 位上升；e 氣態(tài)水 在土的空隙中移動(dòng)的水汽，遇冷凝結(jié)為水.上述各種路基潮濕來(lái)源，都會(huì)對(duì)路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有 不同程度的影響.設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和特點(diǎn)，采取相應(yīng)的工程技術(shù)措施，保證路基的

12、強(qiáng)度和穩(wěn)定性.第13頁(yè)/共97頁(yè) 2、路基干濕類型劃分方法 a以分界相對(duì)含水量劃分 對(duì)原有公路，在最不利季節(jié)路槽下80cm內(nèi)，每隔10cm深度取一土樣測(cè)定其天然含水量和液限含水量，計(jì)算相對(duì)含水量.有了這幾個(gè)數(shù)據(jù)，根據(jù)道路自然區(qū)劃，路基土的類別，查表，找到分界相對(duì)含水量W，將計(jì)算出的值與之相比，可以確定路基的干濕類型. b 以臨界高度判斷路基的干濕類型 對(duì)新建公路，因路基還未建成，路槽下80cm內(nèi)的相對(duì)含水量無(wú)法測(cè)定.要采用地下水或地表長(zhǎng)期積水的水位到路槽底的高度與臨界高度相比，判斷路基的干濕類型? 臨界高度的概念，當(dāng)路基處于干燥、中濕、潮濕狀態(tài)下路槽底部距地下水位或地表長(zhǎng)期積水的最小高度. 第

13、14頁(yè)/共97頁(yè)二.公路自然區(qū)劃根據(jù)公路工程的地理、氣候差異特點(diǎn)，自然區(qū)的劃分，按其重要性和規(guī)模的大小分為三個(gè)等級(jí).一級(jí)區(qū)劃是按自然氣候、全國(guó)輪廓性地理、地貌劃分的，全國(guó)共劃分七個(gè)一級(jí)區(qū)；二級(jí)區(qū)劃是在一級(jí)區(qū)劃內(nèi)，考慮水溫狀況不同，以潮濕系數(shù)為主導(dǎo)標(biāo)志，按公路工程的相似性及地表氣候的差異，進(jìn)一步劃分二級(jí)區(qū)以及與二級(jí)區(qū)劃相當(dāng)?shù)母眳^(qū)，全國(guó)共分為33個(gè)二級(jí)區(qū)和19個(gè)副區(qū). 三級(jí)區(qū)劃是二級(jí)區(qū)的進(jìn)一步劃分.由于目前各地區(qū)的特點(diǎn)和掌握的調(diào)查研究資料不充分，還不具備劃分條件，再則，三級(jí)區(qū)不一定要列入全國(guó)性的范圍，由個(gè)省、自治區(qū)自行劃分，以便更切合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況.第15頁(yè)/共97頁(yè) 第三章 一般路基設(shè)計(jì) 一般路

14、基是指一般地區(qū)低于規(guī)范規(guī)定高度的路基.它可以結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)情況，直接應(yīng)用根據(jù)長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究總結(jié)的典型橫斷面圖或設(shè)計(jì)規(guī)定，不必進(jìn)行個(gè)別設(shè)計(jì)和論證. 一.形車道及路基寬度 （一）行車道數(shù)及其寬度為滿足汽車、行人以及其它車輛在公路上正常通行的要求，路基須有一定的寬度.根據(jù)交通量的大小、車流的組成，按公路等級(jí)，行車道可分為單車道、雙車道、四車道和多車道.目前我國(guó)的公路普遍是雙車道二級(jí)公路.在平原區(qū)，如果慢車很少，車道寬度是7米，有一定混合交通量時(shí)，車道寬度是9米，混合交通量大，分慢行道有困難時(shí)，車道加寬到12米，并劃線行使.路基寬度為路面與路肩寬度之和，高速公路和一機(jī)公路還包括中間帶寬度.

15、第16頁(yè)/共97頁(yè)二.路基橫斷面的基本形式1.路堤 高于原地面，由填方構(gòu)成的 路基為路堤.填高為1米的，屬于矮路堤；120米之間為一般路堤超過(guò)20米的為高路堤.2.路塹 低于原地面，由挖方構(gòu)成的路基為路塹.設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)邊坡穩(wěn)定性予以充分注意.3.半填半挖路基 這重路基是路塹與路堤的綜合形式，主要設(shè)置在比較陡的山坡上.將挖出的土石方，作為填筑的土石方，可以節(jié)省土石方，比較經(jīng)濟(jì)，給施工帶來(lái)方便.第三節(jié) 路基工程的其它設(shè)施第17頁(yè)/共97頁(yè)第四章.路基穩(wěn)定性設(shè)計(jì)第一節(jié) 穩(wěn)定性驗(yàn)算概述 一般路基是套用典型橫斷面圖進(jìn)行設(shè)計(jì)的，不必進(jìn)行論證和驗(yàn)算，但對(duì)高路堤、浸水路堤等，則需進(jìn)行特殊設(shè)計(jì).一.邊坡滑動(dòng)面形狀大

16、量的實(shí)踐證明，邊坡破壞時(shí)，要形成一滑動(dòng)面.該面的形狀和路基填土的性質(zhì)有關(guān).由滲水材料填筑的路堤，邊坡破裂的形狀近乎平面，可按直線滑動(dòng)面法驗(yàn)算邊坡的穩(wěn)定性 .以帶有粘性的土填筑的路堤，破壞時(shí)形狀為一曲面，為簡(jiǎn)化計(jì)算，通常近似的假設(shè)為一圓弧狀滑動(dòng)面.車荷第18頁(yè)/共97頁(yè)二.邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)方法1.力學(xué)驗(yàn)算法(1)數(shù)解法(2)圖解法2.工程地質(zhì)法在地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)修建路基，正確合理地確定路塹橫斷面形狀和邊坡坡度是很重要的.目前是根據(jù)對(duì)自然山坡和已有的人工邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，通過(guò)工程地質(zhì)條件對(duì)比，按條件相類似的穩(wěn)定邊坡值，作為路塹邊坡設(shè)計(jì)的依據(jù)，這就是工程地質(zhì)法. 軸載的換算在最不利的情況排列，對(duì)最不利位

17、置進(jìn)行驗(yàn)算，將車重?fù)Q算相當(dāng)于土層厚度，連同滑動(dòng)土體一并進(jìn)行力的計(jì)算，h的換算公式為： h=NQBL第19頁(yè)/共97頁(yè) 第二節(jié) 邊坡穩(wěn)定性力學(xué)驗(yàn)算法一.直線滑動(dòng)面法由滲水材料填筑的路堤，邊坡坍塌時(shí)破裂的形狀近乎平面，可按之下滑動(dòng)面法驗(yàn)算.驗(yàn)算時(shí)，先通過(guò)坡腳或變坡點(diǎn)，假設(shè)一直線滑動(dòng)面，計(jì)算土體沿此滑動(dòng)面下滑的穩(wěn)定系數(shù)K .如圖.然后再假設(shè)幾個(gè)滑動(dòng)面，計(jì)算相應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)，求 Kmin1.25,當(dāng)Kmin0.，此路堤就是穩(wěn)定的，否則，重新假定邊坡.第20頁(yè)/共97頁(yè) 二.圓弧滑動(dòng)面法帶有粘性的土填筑的路堤，滑塌時(shí)的破裂面形狀是一曲面.為了是計(jì)算簡(jiǎn)化，通常假設(shè)為一圓弧狀滑動(dòng)面，這樣與實(shí)際情況基本相符.方

18、法有數(shù)解和表解法，其中數(shù)解法最常用，它也稱條分法.1.條分法 把滑動(dòng)面上的土體分成24m寬的土條，依次檢驗(yàn)每一個(gè)土條沿滑動(dòng)圓弧下滑的穩(wěn)定性，然后疊加出整個(gè)土體的穩(wěn)定性.具體步驟：(1)通過(guò)坡腳任意選定一個(gè)可能的圓弧滑(2)動(dòng)面，取路線縱向?yàn)閱挝婚L(zhǎng)度1m，將滑動(dòng)土體分成若干寬度相等的土條；(3)計(jì)算每個(gè)土條土體的重量，并將它引到圓弧線上，進(jìn)行分解；(4)求穩(wěn)定系數(shù) K= Mr/Ms （5）求kmin1.251. MsMr1. MsMr第21頁(yè)/共97頁(yè)2.圓心輔助線為減少工作量，較棵快找到最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，它在一條線上，這條線就是圓心輔助。用4.5 H法。4.5H法具體步驟：自坡腳向下作垂

19、線，量取路堤高度，得一點(diǎn)F，從 F點(diǎn)作水平線向右量取4.5H得另一點(diǎn)，該點(diǎn)就是圓心輔助線上的一點(diǎn)；作路基邊坡的平均坡度線，查表得角度；根據(jù)兩角度的值分別作兩角，分別延長(zhǎng)這兩條邊得一交點(diǎn)；聯(lián)結(jié)這兩點(diǎn)即得圓心輔助線。三.表解法按條分法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算，工作量大，對(duì)于滑動(dòng)面通過(guò)坡腳的均質(zhì)、直線形路堤邊坡，可按表解法計(jì)算。第22頁(yè)/共97頁(yè)第三節(jié).浸水路堤邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì) 一.浸水路堤的特點(diǎn) 受到季節(jié)性或長(zhǎng)期浸水的沿訶路堤、河灘路堤及橋頭引道等，這些都是浸水路堤。水位上漲時(shí)，水從邊坡的一側(cè)或兩側(cè)滲入路基；水位降落時(shí)，水又從堤內(nèi)滲出來(lái)，隨著路基外的水位漲落，內(nèi)部所形成的水位也要升降，但速度較慢。浸水路基

20、除受自重及行車荷載的作用外，還要受到水的浮力和滲透動(dòng)水壓力的作用。在水位驟然降落時(shí)，使路基受到滲透動(dòng)水壓力的作用，從而降低了路基邊坡的穩(wěn)定性。第23頁(yè)/共97頁(yè) 二.動(dòng)水壓力計(jì)算當(dāng)水位急降時(shí)，土體內(nèi)的水向外流出需要較長(zhǎng)時(shí)間，這樣就造成堤內(nèi)外的水位發(fā)生很大的水位差，產(chǎn)生動(dòng)水壓力，平行水力坡降I ，動(dòng)水壓力會(huì)劇烈破壞路堤邊坡穩(wěn)定性，其大小按下式計(jì)算： D=I三.浸水路堤的邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算該路堤的穩(wěn)定性，應(yīng)按路堤處于最不利的情況下進(jìn)行，邊坡破壞時(shí)一般發(fā)生在最高洪水位驟然降落的時(shí)候，計(jì)算通常采用條分法，計(jì)算時(shí)，將土體分成若干條塊。有些條塊全部在浸潤(rùn)線以上，有些則全在水下，還有些則一部分在水以上，一部分在

21、水以下。計(jì)算中要注意未浸水土條和浸水土條的單位體積質(zhì)量不同，要分別計(jì)算。算例： 略 -第24頁(yè)/共97頁(yè) 四、路堤整體穩(wěn)定性驗(yàn)算 在山區(qū)公路中，當(dāng)?shù)孛鏅M坡度比較陡時(shí)，需要對(duì)路基的整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。地面橫破陡于1：5時(shí)，對(duì)山坡要進(jìn)行清理，鏟除表層覆蓋層，將原地面挖成臺(tái)階，用來(lái)增加路基與天然地面的摩阻力。地面橫破陡于1：2.5時(shí)，對(duì)路基的狀態(tài)穩(wěn)定性要進(jìn)行驗(yàn)算。方法有直線滑動(dòng)面法和折線滑動(dòng)面法。 陡坡路堤的滑動(dòng)有以下幾種可能：路堤整體沿基底接觸面產(chǎn)生滑動(dòng)；連同基底覆蓋層沿傾斜基巖滑動(dòng)；路堤連同下面的軟土一起滑動(dòng)。產(chǎn)生下滑的原因除地面橫坡較陡或基底軟外，主要是由于地下水和地面水的影響，使路堤下滑力增

22、大造成的。第25頁(yè)/共97頁(yè) 1.直線滑動(dòng)面驗(yàn)算 基底為單一坡面時(shí)，沿直線滑動(dòng)面下滑，用公式計(jì)算： E=T-1/K(Ntg+cL) 若計(jì)算結(jié)果為負(fù)或零，則路堤穩(wěn)定。 2.折線滑動(dòng)面穩(wěn)定驗(yàn)算 等路堤建在多坡地面上時(shí)，滑動(dòng)面為折線，驗(yàn)算其穩(wěn)定性時(shí)，可按地面曲折情況，將土體分成若干小塊，自上而下分別計(jì)算各土體的下滑力，根據(jù)最后一塊土體的下滑力的正負(fù)值判斷其整體穩(wěn)定性。 算例：（略） 穩(wěn)定措施：當(dāng)最后一塊土體的 E大于零時(shí)，應(yīng)采取以下措施： 1.改善基底狀況，增加摩阻力，減少下滑力； 2.改善填料性質(zhì)，改變斷面形式 3.在坡腳處設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物。第26頁(yè)/共97頁(yè)第五章.路基排水設(shè)計(jì)第一節(jié).路基排水的目

23、的及設(shè)計(jì)的一般原則 公路是一個(gè)露天構(gòu)筑物，路基經(jīng)常受到各種水分的作用，公路病害一般與排水不良直接有關(guān)。重視排水，既有利于公路運(yùn)輸，更有利于公路構(gòu)筑物的安全。根據(jù)來(lái)源的不同，水流可分為地面水和地下水。地面水主要是經(jīng)由降水形成的地面徑流。地下水分為：上層滯水 從地面入尚未深達(dá)下層的土中水；潛水 在地面以下第一個(gè)隔水層以上的含水層中的水，距地面較近；層間水 在地面以下任何兩個(gè)隔水層之間的含水層之間的地下水。路基排水的目的是把路基工作區(qū)內(nèi)的土基含水量降低到一定的范圍，土基含水量過(guò)大，會(huì)引起土質(zhì)松軟，強(qiáng)度降低，邊坡塌方，基身沉陷或滑動(dòng)，影響交通。第27頁(yè)/共97頁(yè)四.路基排水設(shè)計(jì)的原則為好路基排水設(shè)計(jì)，

24、應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：1.設(shè)計(jì)前必須進(jìn)行深入的調(diào)查研究；2.路基排水溝渠的設(shè)置和聯(lián)結(jié)盡量不占或少占農(nóng)田；3.設(shè)計(jì)要因地制宜、就地取材、經(jīng)濟(jì)適用；4.排水溝渠的出水口應(yīng)盡可能引接至天然河溝，以減少橋涵工程；5.排水設(shè)計(jì)應(yīng)講求經(jīng)濟(jì)效益。第28頁(yè)/共97頁(yè)第二節(jié).地面排水設(shè)計(jì)一.邊溝設(shè)計(jì)1.邊溝設(shè)置在路塹的路肩外側(cè)或路堤坡腳外側(cè)，主要用于匯集和排除路基范圍內(nèi)以及流向路基的小量地面水，當(dāng)流量不大時(shí)，可采用標(biāo)準(zhǔn)橫斷面。邊溝的橫斷面形式邊溝的橫斷面形式常為梯形或三角形，也有流線型幾矩形。底寬與深度一般不小于0。4 m。邊溝的邊坡一般為1：1-1：1。5，巖石邊坡為1：0-1：0.5。溝底縱坡一般與路線縱坡一

25、致，并不得小于0。5%，若大于3%時(shí)，需采取加固措施。2.為防止邊溝水流漫溢或沖刷，規(guī)定單向排水長(zhǎng)度每300500米設(shè)出水口，把水引到低洼處。3.在變坡點(diǎn)、橋涵進(jìn)出水口、回頭曲線等地段，要采取一些措施。第29頁(yè)/共97頁(yè) 二、截水溝設(shè)計(jì)截水溝設(shè)在離路塹邊緣一定距離和山坡路堤上方的適當(dāng)位置，用來(lái)攔截山坡流向路基的水流。其縱坡不小于0.5%，以免水流停滯。截水溝斷面的形式一般為梯形，底寬、深度不小于0.5米，邊坡坡度根據(jù)土質(zhì)而定。截水溝的位置應(yīng)慎重考慮，最好能與絕大部分地面水流的方向垂直，轉(zhuǎn)折處最好用曲線連接，在路基邊坡到分水嶺的距離長(zhǎng)而降雨量又大的低段，可設(shè)置一道或幾道差不多平行的截水溝，分段攔

26、截地面徑流。第30頁(yè)/共97頁(yè) 三.排水溝設(shè)計(jì) 設(shè)置排水溝的目的，就是為了將水從路基導(dǎo)入低洼地或其他排水構(gòu)造物中去。 排水溝的斷面一般采用梯形，大小應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定，但水量較小時(shí)，可以不用計(jì)算而直接采用底寬0.5米的最小斷面，溝深也不小于0.5米。排水溝的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需要來(lái)定，通常在500米左右。 四、跌水與急流槽 山嶺重丘區(qū)，排水溝渠樅坡較陡，水流急沖刷力強(qiáng)。為減小流速，降低水流的能量，防止對(duì)路基的危害，大多設(shè)跌水和急流槽。 跌水和急流槽的構(gòu)造分為三部分：進(jìn)水口、臺(tái)階、出水口。臺(tái)階部分的作用在于消能。第31頁(yè)/共97頁(yè) 五、 排水溝渠的計(jì)算 計(jì)算分為兩部分內(nèi)容：水力計(jì)算與水文計(jì)算，分別確定設(shè)計(jì)

27、流量、溝渠的斷面尺寸、縱坡及加固形式。 一、設(shè)計(jì)流量 確定設(shè)計(jì)流量的計(jì)算為水文計(jì)算。目前，公路上采用的是小流域暴雨徑流流量簡(jiǎn)化公式： Q=(h-z)F 公式中的有關(guān)符號(hào)可以從“公路設(shè)計(jì)手冊(cè)”中查出。第32頁(yè)/共97頁(yè) 二、水力計(jì)算公式 通過(guò)水力計(jì)算確定溝渠斷面，一般的溝渠水力計(jì)算，按水力學(xué)明渠均勻流公式進(jìn)行。對(duì)梯形斷面溝渠的通過(guò)流量，按下式計(jì)算： 1. 通過(guò)流量 Q=w*v 2. 過(guò)水?dāng)嗝婷娣e W=bh+mh 3. 濕周 X=b+kh 4. 水力半徑 R=w/x 5.流速 V=CRi 6。最佳水力斷面 水力性能最好的尺寸斷面稱為水力最佳斷面。在設(shè)計(jì)溝渠斷面時(shí)，可以選擇一個(gè)削能最好的尺寸斷面。

28、符合水力最佳斷面條件時(shí)的寬深比，可以查表。第33頁(yè)/共97頁(yè) 三、 溝渠加固 為了防止水流對(duì)排水溝渠的沖刷與滲漏，要對(duì)溝底和溝壁加固。措施應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)、縱坡和流速的條件，因地制宜，就地取材，簡(jiǎn)易便行，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 計(jì)算示例：（略） 第34頁(yè)/共97頁(yè) 第三節(jié) 地下排水設(shè)計(jì) 地下排水結(jié)構(gòu)物是具有攔截、匯集和排除或降低地下水位功能的結(jié)構(gòu)物。與地面的排水設(shè)施不同，是使路基免受地下水的作用，保證路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。 地下排水設(shè)計(jì)的考慮要在地下水位較高，而且路基標(biāo)高受限制時(shí)；或路基水溫條件較差、路面等級(jí)較高的路段。地下排水設(shè)備，按使用條件和作用的不同，主要可分為三種： 一、暗溝 暗溝是指地面以下引

29、導(dǎo)水流的溝渠，本身不起滲水和匯水作用。當(dāng)路線通過(guò)地區(qū)路基范圍內(nèi)出現(xiàn)了個(gè)別泉眼，泉水上冒，路線不能繞避時(shí)，在其與邊溝之間開(kāi)挖溝槽，修建暗溝，把泉水排除。 暗溝的斷面尺寸不必經(jīng)過(guò)水力計(jì)算來(lái)確定。溝寬一般是2030cm ，溝底縱坡不小于1%，出口處溝底應(yīng)高出邊溝最高水位20cm以上，不允許出現(xiàn)倒灌現(xiàn)象。第35頁(yè)/共97頁(yè) 二、滲溝 （一）滲溝使用的幾種情況 當(dāng)路線經(jīng)過(guò)的山坡上有流向路基的含水層時(shí)，應(yīng)修筑滲溝攔截水流；以免造成邊坡或路堤滑塌。 當(dāng)路基從路塹過(guò)渡到路堤，路塹下含水層有向外滲透的水流時(shí) ，應(yīng)修筑滲溝攔截，把水引出路基范圍以外。 （二）滲溝的分類與構(gòu)造 滲溝的構(gòu)造一般分為三形式，即盲溝、管式

30、滲溝和洞式滲溝，它們的構(gòu)造基本相同，斷面通常為矩形，頂部為覆蓋層或叫做封閉層，側(cè)面為反濾層，底部為排水通道。 滲溝布置盡可能與地下水流相互垂直，使之能攔截更多的地下水。 利用片石的空隙作為排水通道的稱為盲溝；底部設(shè)滲水管作為排水通道的，稱為有管滲溝；底部用滲水石板涵作排水通道的稱為洞市式滲溝。第36頁(yè)/共97頁(yè) 三、滲水井 它的作用是將地面水通過(guò)滲井深入地下，將其排除。 它修建的條件是：路線經(jīng)過(guò)的地區(qū)，地形平坦，地面水無(wú)法排除，而離地面不深的地方有滲透性土層，而且地下水背離路基，可以建豎井或吸水井一樣的豎井。用這個(gè)設(shè)施把邊溝中的水引導(dǎo)到原離路基以外，并匯集于路基范圍以外離地面1。5米以下的土層

31、中去，以保證路基的穩(wěn)定。第37頁(yè)/共97頁(yè) 第六章 路基的防護(hù)與加固 第一節(jié) 防護(hù)與加固工程的要求與分類 一、 防護(hù)與加固的目的 路基在水、風(fēng)、冰凍等自然因素的長(zhǎng)期作用下，經(jīng)常發(fā)生變形和變化。如邊坡表面土層剝落，形成沖溝及滑坍等。這些不及時(shí)防治，就舊會(huì)引起嚴(yán)重病害。要想使路基的穩(wěn)定性得到保證，除了要作好路基排水，還必須采取有效的防護(hù)加固措施。進(jìn)行這項(xiàng)工程的的重點(diǎn)，是路基的邊坡，尤其是特殊地段的路基。 防護(hù)與加固的施工，應(yīng)分別情況，按需進(jìn)行。要求路基邊坡本身要穩(wěn)定，否則無(wú)法進(jìn)行，因除了專門用來(lái)支擋路基的結(jié)構(gòu)物，一般防護(hù)工程承受外力的能力都很小，有的則完全不能承受外力。第38頁(yè)/共97頁(yè) 二、 防

32、護(hù)加固工程的分類 路基防護(hù)與加固工程，按其作用的不同，可以分成沖刷防護(hù)、坡面防護(hù)和支檔建筑物三大類。 1、沖刷防護(hù) 它的作用是防護(hù)水流對(duì)路基的沖刷和淘刷。按方法的不同，又可以分為直接防護(hù)和間接防護(hù) 。 2、坡面防護(hù) 用來(lái)防護(hù)容易受到自然因素影響而破壞的土質(zhì)與巖質(zhì)邊坡。 3、支檔建筑物 是防止路基變形或支檔路基本身以保證其穩(wěn)定性。 為了使概念明確，一般把防止沖刷和風(fēng)化，主要起隔離作用的措施稱為防護(hù)工程，而把防止路基或山體因重力作用而滑塌，主要起支撐作用的支檔結(jié)構(gòu)物稱加固工程。第39頁(yè)/共97頁(yè) 第二節(jié) 坡面防護(hù) 一、植物防護(hù) 主要是利用植物覆蓋層對(duì)土質(zhì)坡面進(jìn)行防護(hù)，工序簡(jiǎn)單，它可以減緩地面水流速

33、度，調(diào)節(jié)水、土的狀況，增加路基的穩(wěn)定性。措施： 1、種草 適用于邊坡穩(wěn)定、坡面沖刷輕微，宜于草類生長(zhǎng)的土質(zhì)路堤與路塹邊坡。用于防止表面水土流失，固結(jié)表土，增加路基的穩(wěn)定性。 2、鋪草皮 路基破面上鋪草皮，作用與種草防護(hù)相同，它更適用于當(dāng)?shù)赜凶銐蛲谌∈褂玫牟萜さ囟温坊雷o(hù)。 3、植樹(shù) 在路基邊坡上和在浸水河灘上合理植樹(shù)，對(duì)于加固路基與防護(hù)河岸都可以收到良好的效果。它可以增加路基的穩(wěn)定性，降低流速，削弱波浪的沖擊，防止和減少水流對(duì)路基或河岸的沖刷，還可以防風(fēng)、防沙、防雪、美化路容，調(diào)節(jié)氣候。第40頁(yè)/共97頁(yè) 二、 坡面處治 對(duì)巖石邊坡無(wú)法用植物防護(hù)時(shí)，可選用坡面處治，如抹面、噴漿、勾縫、灌漿、錨

34、固等方法防護(hù)。 抹面使用于易風(fēng)化而表面較完整，還未剝落的巖石邊坡； 噴漿用于易風(fēng)化和坡面不平的巖石邊坡 ，厚度一般為2cm； 勾縫用于較堅(jiān)硬且裂縫多而細(xì)的巖石邊坡以防水侵人巖層內(nèi)造成破壞； 灌漿用于較堅(jiān)硬但裂縫深和寬的巖石邊坡師坡面表層成為防水的整體。第41頁(yè)/共97頁(yè) 三、護(hù)面墻 為了覆蓋各種軟質(zhì)巖層和較破碎巖石的挖方邊坡，免受大氣因素影響而修建的 墻，稱為護(hù)面墻。 第三節(jié) 沖刷防護(hù) 沿河路基防止水流沖刷的措施，一種是加固岸坡的直接防護(hù)，另一種是改變水流性質(zhì)的間接防護(hù)。 直接防護(hù)，除坡面防護(hù)和石砌護(hù)坡外，還有拋石、石蘢、柔性混凝土塊及浸水擋土墻等防護(hù)方法。間接防護(hù)，包括各種導(dǎo)流與調(diào)治構(gòu)筑物，

35、如丁壩、順?biāo)畨渭皵r河壩等。 沖刷防護(hù)與水流性質(zhì)有密切關(guān)系，其中包括水流大小、水位高低及作用強(qiáng)弱等。必須采用設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易的防護(hù)結(jié)構(gòu)，如石籠、拋石等。 丁壩和順?biāo)畨蔚淖饔孟嗤际前阉綦x河岸，通常設(shè)在被沖刷的凹岸一面，使泥沙在壩后沉積，形成新的水流邊線，改變水流方向，對(duì)臨河 路基進(jìn)行防護(hù)。第42頁(yè)/共97頁(yè) 第三節(jié) 擋土墻 一、擋土墻的用途和分類 它是用來(lái)支撐路基邊坡或山坡土體，以防填土或土體變形失穩(wěn)的構(gòu)筑物。 按其所在位置可分為路肩墻、路堤路塹、山坡墻等。 二、擋土墻的構(gòu)造 一般由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施和伸縮縫幾部分構(gòu)成。 1.墻身構(gòu)造 可作成仰斜、附斜、直立、衡重式。仰斜擋墻墻背所受土壓

36、力小，墻背比較經(jīng)濟(jì)。但基礎(chǔ)外移，地面橫坡比較陡時(shí)，增加墻高，斷面增大；俯斜式所受土壓力較大，通常在地面坡度較陡時(shí)采用，借助于陡直的墻面，減小高度；衡重式在上下墻之間設(shè)一衡重臺(tái)，采用陡直的墻面，適宜于陡峻的地形。墻背的坡度一般在1：.0251：0.4，仰斜式坡度在1：0.25左右。 2.基礎(chǔ) 基礎(chǔ)的埋深應(yīng)按地基的性質(zhì)、承載力要求、凍脹的影響、水文地質(zhì)條件來(lái)定。一般情況下，地表下不小于1米。第43頁(yè)/共97頁(yè) 3.排水設(shè)施 在墻身適當(dāng)高度處設(shè)一排泄水孔，間距2-3米，出水口高出地面0.3米。 4.沉降縫 為避免地基不均勻沉陷引起墻身開(kāi)裂，按高度和地基的性質(zhì)，設(shè)置沉降縫。一般每隔1015米設(shè)一道。寬

37、2-3厘米。第44頁(yè)/共97頁(yè) 四 、擋土墻土壓力計(jì)算 一）土壓力分類 土壓力是指擋土墻背后的土體或土體表面上的荷載對(duì)墻背產(chǎn)生的側(cè)壓力。主要有三種： 1.主動(dòng)土壓力 擋墻外移時(shí)，土體給背的土壓力，此值最??； 2.被動(dòng)土壓力 墻擠壓土體，土壓力增大，達(dá)到極限平衡狀態(tài)時(shí)，土體對(duì)墻的抗力，稱為被動(dòng)土壓力。 3.靜止土壓力 處在原來(lái)位置不動(dòng)，土壓力介于上兩者之間，為靜止土壓力。 二）土壓力計(jì)算 土壓力的計(jì)算要按庫(kù)侖理論計(jì)算。公式見(jiàn)P81。 三）車輛荷載換算 作用在填料上的荷載，可近似的按均布荷載考慮。計(jì)算時(shí)，把荷載換算成容重與填料相同的均布土層。然后按規(guī)范規(guī)定計(jì)算。公式見(jiàn) P85. 第45頁(yè)/共97頁(yè)

38、 五、檔土墻穩(wěn)定性驗(yàn)算 檔墻本身必須有足夠的整體穩(wěn)定性和強(qiáng)度，以抵抗墻后土體。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足下列幾個(gè)要求： 1.不產(chǎn)生沿基底的滑動(dòng) 2.不產(chǎn)生墻身繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng) 3.地基不出現(xiàn)過(guò)大的下沉 4.不出現(xiàn)因基底過(guò)度的不均勻沉陷而引起墻身傾斜。 驗(yàn)算的內(nèi)容包括： 抗滑穩(wěn)定性、抗傾覆穩(wěn)定性、基底應(yīng)力及偏心距驗(yàn)算等。第46頁(yè)/共97頁(yè) 一、滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算 在主動(dòng)土壓力的水平分力作用下，擋墻會(huì)向下移動(dòng)，而阻止其下滑的是基礎(chǔ)底面與地基之間的摩擦力，擋墻的抗滑力與滑動(dòng)力的比值，稱為滑動(dòng)穩(wěn)定性系數(shù)。計(jì)算如下： Kc=(w+Ey)f/Ex1.3 二、傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 當(dāng)擋墻產(chǎn)生繞墻趾轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩超過(guò)阻止其轉(zhuǎn)動(dòng)的抗傾覆

39、力矩時(shí)，它就會(huì)傾覆。擋墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定系數(shù)： Ko=W*Zw+Ey*Zy/ExZx1.5 第47頁(yè)/共97頁(yè) 三、基底應(yīng)力幾偏心距驗(yàn)算 作用在基底垂直力的總重為W+Ey ，這個(gè)基底合力的偏心距為e，按力矩平衡原理計(jì)算合力的力臂。作用在基底的合力偏心距為： e=B/2-(WZw+EyZy-ExZx)/W+Ey 當(dāng) eB/6時(shí)，墻趾處的最大應(yīng)力:為 =W+Ey/B(1+6e/B) 例題：（略）第48頁(yè)/共97頁(yè) 第二篇 路面工程 第一章 總論 第一節(jié) 我國(guó)公路路面發(fā)展概況及對(duì)路面的要求 一、對(duì)路面的要求 路面是直接為汽車行駛服務(wù)的，路面狀況對(duì)公路運(yùn)輸關(guān)系極大，因此路面工程是公路工程的主要內(nèi)容。從

40、經(jīng)濟(jì)上說(shuō)，路面的造價(jià)在整個(gè)高造價(jià)中占很大比重，在有些高等級(jí)公路預(yù)算中，路面造價(jià)可占整個(gè)公路造價(jià)的80%以上。 路面是一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)物，根據(jù)不同的路基狀況和交通量，常常將路面分成棉層、基層或更多的層次。 路面必須滿足以下基本要求： 1.具有足夠的強(qiáng)度 2.具有足夠的穩(wěn)定性 3.具有足夠的平整度 4.具有足夠的抗滑性 5.具有足夠的耐久性第49頁(yè)/共97頁(yè) 第二節(jié) 路面的構(gòu)造及層次的劃分 一、斷面形式 路面形式有下述兩種： 1.槽式 一般公路都采用這種形式，所謂槽式，是在整個(gè)行車道寬度內(nèi)叫路基挖成同深的槽型，然后鋪筑路面結(jié)構(gòu)層。 2.全鋪式 在整個(gè)路基寬度內(nèi)都鋪路面，中部厚度最大，逐漸向兩側(cè)減薄。在

41、石料豐富地區(qū)或等級(jí)低的公路上采用這種路面。第50頁(yè)/共97頁(yè) 二、路拱形式 一般路面為了排水，都作成拱式。即中間高，兩邊低的拱型，稱為路拱。常用的形式有： 1.二次拋物線形 這種路拱橫坡在中部平緩，邊緣較陡，對(duì)中、低級(jí)路面，路面不寬，車輛大多居中行駛，所以一般采用這種形式。 2.直線形 這種形式在兩根傾斜直線連成的，行車平穩(wěn)。但不利于排水。為改善路面中央部分的行車狀況，可在中間插入一段圓曲線，長(zhǎng)度不大于3米。這種形式的路拱，在橫坡度較小和等級(jí)較高的路面上采用較多。 路拱橫坡度可按規(guī)范要求進(jìn)行選擇。第51頁(yè)/共97頁(yè) 三、路面結(jié)構(gòu)層的劃分 由于行荷載和自然因素對(duì)路面的作用隨著深度而逐漸減弱，路基

42、的水文地質(zhì)情況直接影響到路面的工作狀態(tài)，因此從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的角度考慮，一般將路面分成若干層次來(lái)鋪筑，形成了所謂層狀結(jié)構(gòu)物。第52頁(yè)/共97頁(yè) 1.面層 路面結(jié)構(gòu)最上面的一層，直接承受行車荷載與自然因素的作用。因此面層應(yīng)具備較高的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時(shí)還應(yīng)具備耐磨性和不透水性、抗滑性和平整度。 2.基層 位于面層下面，它主要承受由面層傳來(lái)的車輪的垂直壓力，并擴(kuò)散到下面的層次中去。對(duì)基層材料的要求是，具有足夠的抗壓強(qiáng)度和擴(kuò)散能力、足夠的水穩(wěn)定性。 3.墊層 在排水不良路段或可能發(fā)生凍脹的土基，基層之下有時(shí)加設(shè)墊層，作用是調(diào)節(jié)和改善水溫狀況，保證路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定和抗凍脹能力。 在實(shí)際工程中，路面的結(jié)構(gòu)

43、層次并不完全是這樣完備的，有時(shí)會(huì)比這些層次要多。第53頁(yè)/共97頁(yè) 第三節(jié) 路面等級(jí)與路面類型 一、路面等級(jí) 分為四個(gè)等級(jí)： 1.高級(jí)路面 包括瀝青混凝土、水泥混凝土、廠拌瀝青碎石所組成的路面。特點(diǎn)是強(qiáng)度和剛度高。穩(wěn)定性好，使用壽命長(zhǎng)，能適應(yīng)重型交通量，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、運(yùn)輸成本低。 2.次高級(jí)路面 瀝青貫入式、路拌瀝青碎石、瀝青表面處治等。一般適宜于交通量較大、行車速度較快的道路，比高級(jí)路面的性能差。 3.中級(jí)路面 各種碎石路面。適宜于中等交通量的道路，他的強(qiáng)度低、平整度差、行車速度慢，需要經(jīng)常養(yǎng)護(hù)，運(yùn)輸成本高。 4.低級(jí)路面 適宜于交通量很小的道路。第54頁(yè)/共97頁(yè) 二、 路面分類 1.柔性路

44、面 剛度較小，抗彎拉強(qiáng)度較低，主要靠抗壓、抗剪強(qiáng)度支撐荷載，產(chǎn)生的彎沉變形較大。 2.剛性路面 重要指水泥混凝土路面的結(jié)構(gòu)，板體剛度較大、彎拉強(qiáng)度高，在荷載的作用下變形很小。 第四節(jié) 我國(guó)路面發(fā)展概況 （略）第55頁(yè)/共97頁(yè) 第四章 柔性路面設(shè)計(jì) 第一節(jié) 概述 路面設(shè)計(jì)是公路路線設(shè)計(jì)中一個(gè)非常重要的組成部分。路面設(shè)計(jì)的任務(wù)是：確定路面等級(jí)；選擇路面類型；進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)；計(jì)算路面各結(jié)構(gòu)層厚度及結(jié)構(gòu)層材料的組成設(shè)計(jì)。 首先根據(jù)道路的性質(zhì)、等級(jí)及交通量確定路面等級(jí)，然后根據(jù)近期及遠(yuǎn)景交通量及車型組成和材料供應(yīng)、施工條件選定面和基層的類型。外業(yè)調(diào)查的資料： 1、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件； 2、天

45、然土濕度和水位； 3、氣象資料的調(diào)查； 4、路面材料生產(chǎn)和供應(yīng)情況； 5、交通量和車型組成。 路面設(shè)計(jì)要遵循的原則： 路基路線路面作總體設(shè)計(jì)；就地取材、因地制宜；考慮分期修建。第56頁(yè)/共97頁(yè) 第二節(jié) 行車荷載與交通分析 汽車在路面上的狀態(tài)有停駐、行駛、加速、制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、顛簸等，行荷載對(duì)路面施加的作用力的大小和性質(zhì)，也隨汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化。主要有：車輪對(duì)路面的垂直作用力、車輪轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)路面產(chǎn)生的縱向水平切向力，轉(zhuǎn)向時(shí)又增加了橫向水平力；路面不平，汽車顛簸，產(chǎn)生了沖擊力和振動(dòng)力。從這些可以知道，汽車在任何一種狀態(tài)下垂直力都是最基本的作用力。 第57頁(yè)/共97頁(yè) 1、車輛荷載作用于路面的垂直力 車

46、輛對(duì)路面的垂直壓力通過(guò)車輪傳給路面，車輪與路面的接觸面積稱為輪印面積，形狀近似橢圓，在路面設(shè)計(jì)中，用等面積圓形代替，稱為輪印的當(dāng)量圓。車輪傳遞給路面的垂直壓強(qiáng)在接觸面上分布并不均勻，其平均值與輪胎氣壓也不完全相等。車輪傳到路面的垂直力是根據(jù)車輛的總重和車輛輪軸所分擔(dān)的重量來(lái)確定的。一般來(lái)說(shuō)，重量大多在后軸 已知一側(cè)車輪荷載P，車輪對(duì)路面的垂直壓強(qiáng)p，則車輪與路面的接觸面積為 A=P/p 單位壓強(qiáng)p大致與輪胎的內(nèi)壓相等，一般為0.40.7MPa 。 以上所講為汽車的靜荷載，但汽車在行駛時(shí)由于路面的不平整產(chǎn)生的顛簸引起的震動(dòng)力和沖擊力與由于汽車荷載作用的瞬時(shí)性，在實(shí)際中認(rèn)為這兩種影響相互抵消，所以

47、在柔性路面設(shè)計(jì)中只考慮垂直靜壓力，而把沖擊力和瞬時(shí)性的影響忽略不計(jì)。第58頁(yè)/共97頁(yè) 汽車輪印當(dāng)量圓直徑的計(jì)算公式見(jiàn)教材188-189頁(yè) 2.車輪作用于路面的水平力 根據(jù)汽車行使條件可知，水平力的最大值不能超過(guò)垂直力與路面車輪間的摩擦系數(shù)的乘積。該值在汽車緊急制動(dòng)和啟動(dòng)時(shí)為最大，可達(dá)到豎直力的7580%。水平力的作用沿深度消失的很快，一般破壞現(xiàn)象都發(fā)生在路面表層，所以提高路面材料的抗剪強(qiáng)度才能消除它對(duì)路面表層的破壞作用。第59頁(yè)/共97頁(yè)標(biāo)準(zhǔn)軸載與軸次換算我國(guó)目前道路上行駛的車型多，不能固定標(biāo)準(zhǔn)車型，考慮與國(guó)際一致，將過(guò)去的標(biāo)準(zhǔn)車型改為標(biāo)準(zhǔn)軸載。規(guī)范規(guī)定，路面設(shè)計(jì)以100KN 雙輪組單軸為標(biāo)

48、準(zhǔn)軸載，以BZZ100表示。有關(guān)的計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2-4-1。軸次換算，不同軸載的汽車對(duì)路面的影響也不同，為了方便計(jì)算軸載對(duì)路面的作用，將道路上行駛的混合交通換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次數(shù)。第60頁(yè)/共97頁(yè) 軸次換算是以等效原則為基礎(chǔ)進(jìn)行的。含義是，不同車型之間的交通量相互換算時(shí)對(duì)路面的作用必須是等效的。即A車作用的次數(shù)與B車作用的次數(shù)不相同，但對(duì)路面的破壞效果是一樣的，則A車的N1次作用和B車的N2次作用是等效的。 設(shè)計(jì)路面時(shí)，把各種車輛的軸載的作用次數(shù)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)。換算公式見(jiàn)書(shū)。第61頁(yè)/共97頁(yè) 4.累計(jì)當(dāng)量軸次 在進(jìn)行路面設(shè)計(jì)中，軸次換算之后，還要進(jìn)行遠(yuǎn)景交通量的推算，以確切

49、的知道公路路面在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，共累計(jì)承擔(dān)多少次標(biāo)準(zhǔn)軸載的反復(fù)作用。設(shè)計(jì)年限內(nèi)一個(gè)車道上累計(jì)當(dāng)量軸次的計(jì)算公式見(jiàn)P192公式2-4-9或2-4-10。第62頁(yè)/共97頁(yè) 第三節(jié) 柔性路面的應(yīng)力和彎沉 路面的設(shè)計(jì)與其它構(gòu)造物的設(shè)計(jì)一樣，是需要有設(shè)計(jì)指標(biāo)來(lái)控制的，只有滿足這些指標(biāo)的設(shè)計(jì)才是合理適用的。 一、靜荷載作用下路面的變形 在路面設(shè)計(jì)中，通常把土基看成是彈性的半空間體，當(dāng)土基表面有單個(gè)圓形均布荷載時(shí)，土基表面產(chǎn)生豎直位移，通常稱為彎沉。計(jì)算公式見(jiàn)2-4-11和2-4-12。 路面承受了一定的荷載后，會(huì)發(fā)生變形，當(dāng)卸掉荷載，變形中的一部分回恢復(fù)，另一部分則不可恢復(fù)。前者為彈性變形，后者為殘余變

50、形。 第63頁(yè)/共97頁(yè) 路面彈性模量是表征路面彈性性質(zhì)的力學(xué)指標(biāo)，有叫回彈模量。用E表示。路基的E是土基抵抗豎直變形的能力，用下面的公式表達(dá)： E=(1-Uo)PD/L 路面的荷載-變形并不完全是直線關(guān)系，相應(yīng)于不同變形數(shù)值的E在數(shù)值上是完全不同的。變形大，模量值小。在設(shè)計(jì)中，要根據(jù)實(shí)際工作情況規(guī)定的變形確定土基和路面材料的E。 規(guī)范推薦采用靜載加荷變形試驗(yàn)測(cè)出每級(jí)荷載下相應(yīng)的變形，用這種方法可以得到荷載變形曲線。規(guī)范規(guī)定用曲線上l1mm時(shí)的荷載強(qiáng)度p和L實(shí)測(cè)值用數(shù)學(xué)手段計(jì)算回彈模量。第64頁(yè)/共97頁(yè) 二、路面容許彎沉值 行車荷載作用在路面上時(shí)，各路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)產(chǎn)生荷載應(yīng)力，并引起一定的變形

51、，當(dāng)荷載應(yīng)力超過(guò)材料的抵抗力時(shí)，路面就會(huì)產(chǎn)生某種破壞在車輛荷載垂直壓力作用下，路表面會(huì)出現(xiàn)一定的豎向位移，與此同時(shí)，在車輪下面結(jié)構(gòu)層底部產(chǎn)生拉力，頂部產(chǎn)生壓力，而離開(kāi)車輪一定距離的地方就與之相反。如果路面整體強(qiáng)度不足，變形過(guò)大，就會(huì)產(chǎn)生沉陷、車轍和擁包等破壞；路面拉力不足，就會(huì)拉裂，產(chǎn)生裂縫。反映路面整體強(qiáng)度高低和使用狀況好壞的最簡(jiǎn)捷、最直觀的指標(biāo)是在一定荷載下，路表面產(chǎn)生的垂直變形。這個(gè)變形我們稱之為彎沉。路面整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的總變形為總彎沉，荷載離開(kāi)后能逐漸恢復(fù)的變形部分為回彈彎沉值。上面兩個(gè)數(shù)值之差，即不能恢復(fù)的變形部分，為殘余彎沉。 第65頁(yè)/共97頁(yè) 在同一車輪作用下，不同路面的彎沉值表

52、明不同路面的抵抗變形能力。一般來(lái)說(shuō)，路面彎沉值小的，路面強(qiáng)度較高，彎沉值是路面整體結(jié)構(gòu)的垂直變形，所以它也反映路面各結(jié)構(gòu)層及土基的力學(xué)性質(zhì)及路面的整體強(qiáng)度。路面設(shè)計(jì)中，以標(biāo)準(zhǔn)軸載下的后輪輪隙回彈彎沉作為路面整體強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，要求設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算的最大值，要小于或等于容許回彈彎沉值。 路面的容許彎沉值是指路面在規(guī)定的設(shè)計(jì)年限末期，在標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)軸次重復(fù)作用，路面容許出現(xiàn)的最大回彈彎沉。 計(jì)算公式：LR=1.1A1*A/Nt第66頁(yè)/共97頁(yè) 三、容許拉應(yīng)力 瀝青混凝土、熱拌瀝青碎石路面及其它整體性基層的主要破壞是疲勞開(kāi)裂，所以在路面厚度設(shè)計(jì)時(shí)，只用一個(gè)路面垂直變形作為控制條件是不完全的，它不能解釋路面的

53、垂直變形在容許的范圍內(nèi)，而路面出現(xiàn)上述情況。因此，必須還要補(bǔ)充一些其它指標(biāo)。彎拉應(yīng)力就是一個(gè)。 為避免瀝青類路面的彎拉破壞，必須驗(yàn)算它的彎拉強(qiáng)度。路面結(jié)構(gòu)層的計(jì)算彎拉應(yīng)力要小于路面材料的容許彎拉應(yīng)力，以防在重復(fù)荷載作用下，過(guò)早出現(xiàn)彎拉疲勞破壞。即： R第67頁(yè)/共97頁(yè) 四、容許剪應(yīng)力 路面除了驗(yàn)算彎拉應(yīng)力以外，還要驗(yàn)算路面的剪切應(yīng)力。特別是各種混合料結(jié)構(gòu)的路面，它們的強(qiáng)度主要來(lái)源于顆粒間的摩阻力和粒料之間的粘聚力，在車輪荷載作用下，路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)某一點(diǎn)的剪應(yīng)力超過(guò)材料的容許抗剪強(qiáng)度，路面結(jié)構(gòu)層便會(huì)發(fā)生剪切破壞。進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)，可按雙圓均布荷載綜合作用下，三層彈性體系中面層剪切破壞面上剪應(yīng)力的理論公

54、式計(jì)算：第68頁(yè)/共97頁(yè) 第四節(jié) 路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì) 整個(gè)柔性路帽設(shè)計(jì)分為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與厚度設(shè)計(jì)兩大部分。路帽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，才能進(jìn)行厚度計(jì)算。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括各層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)層的組合設(shè)計(jì)。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)是結(jié)合具體條件和使用要求，選擇各結(jié)構(gòu)層種類和組成材料。按就地取材和分期修建的原則組合成既能經(jīng)受荷載和自然因素的反復(fù)作用，又能充分發(fā)揮各結(jié)構(gòu)層材料的最大效能和經(jīng)濟(jì)合理的路基路面結(jié)構(gòu)體系。第69頁(yè)/共97頁(yè) 一、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的基本原則 見(jiàn)教材195197。 二、路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)的基本步驟 1.確定路面等級(jí)和路面類型選擇 路面等級(jí)與公路等級(jí)相適宜。 路面的面層因直接承受行車和自然因素的綜合作用，要求它必

55、須強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性、耐久性好。所以要的材料都是強(qiáng)度高的礦料粘結(jié)力強(qiáng)的結(jié)合料，在面層下還要瀝青類材料來(lái)做，可以抵抗水平力在層間產(chǎn)生的鍵應(yīng)力。 選擇路面類型要與當(dāng)?shù)貧夂蚪Y(jié)合，在多雨地區(qū)要保證水穩(wěn)定性和整體強(qiáng)度。 2.材料的選擇要與路面結(jié)合考慮。常用的基層有瀝青穩(wěn)定類、水泥穩(wěn)定和各種碎石混合料類。第70頁(yè)/共97頁(yè) 3.路面結(jié)構(gòu)層組合的原則 按強(qiáng)度組合 這是結(jié)構(gòu)組合的一項(xiàng)最重要的原則。車輛荷載產(chǎn)生的銀河里和變形隨深度增加而減少，水平方向上遞減的速率更快。路表面同時(shí)還承受車輪的磨耗作用，因此路面必須具備足夠的強(qiáng)度和抗變形的能力。在其下各層的強(qiáng)度和抗變形能力可自上而下逐漸減小。這樣，路面組合時(shí)，各結(jié)構(gòu)層

56、應(yīng)按強(qiáng)度和剛度逐層遞減的規(guī)律安排，以使各結(jié)構(gòu)層3的效能得到充分的發(fā)揮。第71頁(yè)/共97頁(yè) 按應(yīng)力分布組合結(jié)構(gòu)層次 按這個(gè)原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要保證路面的最小厚度見(jiàn)表3-4-4。最合適的應(yīng)該是，從上到下，由薄到厚。為保證路面的使用質(zhì)量，規(guī)范規(guī)定了各級(jí)公路路面瀝青層的最小厚度。高速公路15cm ，一級(jí)路10cm，二級(jí)路5cm。 考慮結(jié)構(gòu)層的特點(diǎn) 影響因素有材料的選擇、施工工藝，如在瀝青棉層不能直接鋪在片石基層上，而應(yīng)在其間加設(shè)碎石過(guò)度層；瀝青混凝土之類的高級(jí)路面與粒料基層或穩(wěn)定土基層之間應(yīng)鋪設(shè)瀝青碎石或?yàn)r青貫入式聯(lián)結(jié)層。 為保證路面結(jié)構(gòu)的整體性和結(jié)構(gòu)層之間應(yīng)力傳遞的連續(xù)性，要盡量使結(jié)構(gòu)層之間結(jié)合緊

57、密穩(wěn)定。 在各種自然因素作用下強(qiáng)大性好第72頁(yè)/共97頁(yè) 如何保證瀝青路面的水穩(wěn)定性，是路面結(jié)構(gòu)冊(cè)選擇與組合需要解決的重要問(wèn)題，在潮濕和某些中濕路段上修建瀝青路面時(shí)，由于其不透氣，使路基和基層中水分蒸發(fā)的通路被阻斷，因而向基層積聚。會(huì)導(dǎo)致土的剛度和強(qiáng)度下降，路面開(kāi)裂破壞。所以瀝青路面的基層一般要選擇水穩(wěn)定性好的材料。 4.基本步驟 路面等級(jí)和類型的選定 基層類型的選定 確定路面結(jié)構(gòu)層次和初步擬各結(jié)構(gòu)層厚度第73頁(yè)/共97頁(yè) 第五節(jié) 新建路面設(shè)計(jì) 1、荷載與彎沉公式 假設(shè)土基為一半無(wú)限均質(zhì)彈性體，在圓形垂直荷載作用下，路表面距荷載中心軸距離為r的某點(diǎn)，其彎沉值計(jì)算由公式2-4-23。 2、土基的

58、強(qiáng)度指標(biāo) 其表達(dá)指標(biāo)有幾個(gè)，在路面設(shè)計(jì)中是以路表面彎沉為控制指標(biāo)的，土基強(qiáng)度可以采用土的回彈模量。 土基的Eo值，在現(xiàn)場(chǎng)一般采用承載板法測(cè)定，得到P-l曲線，然后利用公式計(jì)算。在路面設(shè)計(jì)時(shí)，可按小于或等于1mm的彎沉來(lái)確定對(duì)應(yīng)的E值。把試驗(yàn)結(jié)果，按線性歸納法整理和計(jì)算： Eo=19.3pi/Li 這個(gè)方法在最不利季節(jié)測(cè)定取得 Eo 值。表3-3-1至3-3-3給出了土基回彈模量的建議值，可查用。第74頁(yè)/共97頁(yè) 3、路面材料的回彈模量 以彎沉為設(shè)計(jì)指標(biāo)的路面設(shè)計(jì)方法，對(duì)路面材料回彈模量應(yīng)在不利堅(jiān)決測(cè)定，可以采用現(xiàn)場(chǎng)分層或整層測(cè)定的方法確定。具體內(nèi)容見(jiàn)P221224。 4、路面材料的抗彎拉強(qiáng)度

59、 整體性材料都具有一定的彎拉強(qiáng)度，在一次過(guò)大軸載作用下，有可能在結(jié)構(gòu)層地面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，造成結(jié)構(gòu)層斷裂破壞。 路面材料的抗彎拉強(qiáng)度計(jì)算公式： si=PiL/bh第75頁(yè)/共97頁(yè) 二、雙層體系應(yīng)力和彎沉的計(jì)算 在路面結(jié)構(gòu)層中，雙層體系有兩種情況： 一是單層低級(jí)路面加上路基 一是瀝青表處加上基層和路基 規(guī)范規(guī)定，在路面設(shè)計(jì)時(shí)將表處的厚度扣除1cm后，剩余厚度并入基層計(jì)算，這樣也構(gòu)成了雙層體系。它的表面彎沉計(jì)算公式見(jiàn)2-4-23。第76頁(yè)/共97頁(yè) 三、三層體系計(jì)算 1、在計(jì)算中習(xí)慣上將路面第一層厚度和回彈模量用h和El表示，第二層用H和E2表示，路基回彈模量用Eo表示，由公式2-4-19可得

60、到在雙圓荷載作用下三層體系的計(jì)算公式2-4-24。 新的路面設(shè)計(jì)方法是針對(duì)路面設(shè)計(jì)方法中增加的指標(biāo)，確定計(jì)算公式和控制方法。設(shè)計(jì)體系采用三層彈性冊(cè)狀體系理論解，統(tǒng)一考慮路面的結(jié)構(gòu)組合、厚度計(jì)算和材料組成設(shè)計(jì)。對(duì)四層以上結(jié)構(gòu)，則采用當(dāng)量厚度換算，折算成三層體系進(jìn)行計(jì)算。第77頁(yè)/共97頁(yè) 2、層間接觸條件 瀝青面層及其下面的瀝青層，如果連續(xù)施工，就為連續(xù)接觸，相反則是滑動(dòng)接觸； 瀝青混凝土面層與非瀝青類的結(jié)構(gòu)層之間，都是滑動(dòng)接觸； 穩(wěn)定性材料結(jié)構(gòu)層與沙礫材料結(jié)構(gòu)層或土基直接接觸，是連續(xù)接觸。 3、材料的非完全彈性性質(zhì)因素 各種路面材料，并不是理想的彈性體，而是有彈、粘、塑性、非線性、各向異性的性