道路工程發(fā)展概況

1、§1-1 道路工程發(fā)展概況一、古代道路發(fā)展概況1.道路：4000多年前：車和行車的路商代：驛道傳送西周：以都市為中心秦代：大修馳道、直道西漢：驛亭3萬處唐代：以長安為中心的驛道網(wǎng)清末：修建了簡陋的公路1912-1949：13萬 km，通車8萬km。2.路面結(jié)構(gòu)：我國古代：條石、塊石和石板歐洲：石料20世紀(jì)：形成新的學(xué)科分支二、我國路基路面工程的成果1.公路自然區(qū)劃：7大區(qū)2.土的工程分類：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土3.路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性：以回彈模量作為評價(jià)路基強(qiáng)度與穩(wěn)定性的力學(xué)指標(biāo)。4.高路堤修筑技術(shù)與支擋結(jié)構(gòu)：5.軟土地基穩(wěn)定技術(shù)： 6.巖石路基爆破技術(shù)： 7.瀝青路面結(jié)構(gòu)：60

2、年代初，揭開了用國產(chǎn)瀝青筑路的序幕。早期的瀝青路面薄層表面處治層。70年代末，逐步形成了以貫入式路面為主的瀝青路面承重結(jié)構(gòu)。80年代末采用總厚度超過70cm的重型瀝青路面結(jié)構(gòu)。形成了瀝青路面整套技術(shù)。8.水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)：70年代中期，采用水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)。在我國形成丁關(guān)于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的整套技術(shù)。9.柔性路面設(shè)計(jì)理論與方法： 在力學(xué)理論基礎(chǔ)方面，建立了彈性力學(xué)多層結(jié)構(gòu)承受多個(gè)圓形荷載的分析系統(tǒng)。10.剛性路面設(shè)計(jì)理論與方法: 在力學(xué)基礎(chǔ)理論方面，運(yùn)用解析法及有限元法建立彈性力學(xué)層狀結(jié)構(gòu)，彈性地基板體結(jié)構(gòu)模型。 11.半剛性路面結(jié)構(gòu):一種主要的結(jié)構(gòu)型式。12.路面使用性能與表面特性:

3、路面的平整度、破損程度、承載能力及抗滑性能。13.路面養(yǎng)護(hù)管理：路面管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、項(xiàng)目和路網(wǎng)級優(yōu)化管理決策三、引起重視的學(xué)科1材料科學(xué)：材料微觀結(jié)構(gòu)研究，復(fù)合材料研究。2巖土工程學(xué)：土力學(xué)、巖石力學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等。3結(jié)構(gòu)分析理論：設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)為主演變成以結(jié)構(gòu)分析理論為主。4機(jī)電工程：施工裝備的性能與施工工藝。5自動控制與量測技術(shù)：在施工過程中嚴(yán)格控制各項(xiàng)指標(biāo)。6.現(xiàn)代管理科學(xué)：大型的管理系統(tǒng)，對區(qū)域范圍內(nèi)路基路面工程各個(gè)階段的信息進(jìn)行跟蹤、采集、存儲、處理、定期作評估和預(yù)測。§1-2 路基路面工程的特點(diǎn)1.路基定義：在天然地表面按道路的設(shè)計(jì)線形(位置)和設(shè)計(jì)橫斷面(幾何

4、尺寸)的要求開挖或堆填而成的巖土結(jié)構(gòu)物。2.路面定義：在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結(jié)構(gòu)物。3.特點(diǎn)：路基是路面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，路面結(jié)構(gòu)層的存在又保護(hù)了路基。路基和路面相輔相成。路基與路面工程工程數(shù)量十分可觀。路面結(jié)構(gòu)在道路造價(jià)中所占比重很大，達(dá)到30左右。路基路面是一項(xiàng)線形工程，決定了路基與路面工程復(fù)雜多變的特點(diǎn)。一、承載能力要求路基路面結(jié)構(gòu)整體及其各組成部分具有與行車荷載相適應(yīng)的承載能力。結(jié)構(gòu)承載能力包括強(qiáng)度與剛度兩方面。強(qiáng)度抵抗車輪荷載引起的各個(gè)部位的各種應(yīng)力。剛度在車輪荷載作用下不發(fā)生過量的變形。二、穩(wěn) 定 性1.在地表上開挖或填筑，改變原地層結(jié)構(gòu)。2.大氣降水使得路基路面

5、結(jié)構(gòu)內(nèi)部的濕度狀態(tài)發(fā)生變化。3.大氣溫度周期性的變化對路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有重要影響如凍脹、翻漿。三、耐久性 路基路面工程從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工至建成通車需要較長的時(shí)間，因此路基路面工程應(yīng)具有耐久的性能。四、路面表面平整度影響行車安全，行車舒適性以及運(yùn)輸效益的重要使用性能。五、抗滑性能：摩擦系數(shù)。§1-3 影響路基路面穩(wěn)定的因素1地理?xiàng)l件：公路沿線的地形、地貌和海拔高度平原區(qū)地勢平坦，路基需要保持一定的最小填土高度。2地質(zhì)條件：3氣候條件：氣溫、降水、濕度4水文和水文地質(zhì)條件：河流洪水位，常水位5.土的類別：不同的土類具有不同的工程性質(zhì)。§1-4 路基土的分類1.土的分類2.公路用

6、土的工程性質(zhì)巨粒土：高強(qiáng)度、穩(wěn)定性。礫石混合料：強(qiáng)度、穩(wěn)定性滿足要求。砂土：無塑性，壓實(shí)困難。砂性土：粗、細(xì)顆粒適宜，理想材料。粉性土：粉土顆粒，毛細(xì)作用強(qiáng)烈。需改良使用。粘性土：細(xì)顆粒含量多重粘土：§1-5 公路自然區(qū)劃一、公路自然區(qū)劃的制定原則1.道路工程特征相似性原則 2.地表氣候區(qū)域差異性原則 3.自然氣候因素既有綜合又有主導(dǎo)作用的原則 二、公路自然區(qū)劃的劃分我國公路自然區(qū)劃分為三個(gè)等級。1.一級區(qū)劃：七個(gè)一級區(qū)北部多年凍土區(qū)；東部溫潤季凍區(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:依據(jù)潮濕系數(shù)K，將全國分為33個(gè)二級區(qū)和18個(gè)二級副區(qū)

7、。3.三級區(qū)劃：1）以水熱、地理和地貌為依據(jù)，分為若干個(gè)具有相似性的區(qū)域單元；2）以地表的地貌、水文和土質(zhì)為依據(jù)分為若干個(gè)類型單元。 §1-6路基水溫狀況及干濕類型一、路基濕度來源(1)大氣降水；(2)地面水；(3)地下水；(4)毛細(xì)水；(5)水蒸汽凝結(jié)水；(6)薄膜移動水。二、大氣溫度對路基水溫狀況的影響凍脹:沿路基深度出現(xiàn)較大的溫度梯度時(shí)，水分在溫差的影響下以液態(tài)或氣態(tài)由熱處向冷處移動，并積聚在該處。這種現(xiàn)象特別是在季節(jié)性冰凍地區(qū)尤為嚴(yán)重。積聚的水凍結(jié)后體積增大，使路基隆起而造成面層開裂，即凍脹現(xiàn)象。翻漿:春暖化凍時(shí)，路面和路基結(jié)構(gòu)由上而下逐漸解凍，而積聚在路基上層的水分先融解，

8、水分難以迅速排除，造成路基上層的濕度增加，路面結(jié)構(gòu)的承載能力便大大降低。經(jīng)重車反復(fù)作用，路基路面結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生較大的變形，路基土以泥漿的形式從脹裂的路面縫隙中冒出，形成了翻漿。三、路基干濕類型1.干濕狀態(tài)干燥、中濕、潮濕和過濕。要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)。2.分界標(biāo)準(zhǔn)干濕類型以分界稠度wc1、wc2和wc3來劃分。稠度wc定義:土的含水量w與土的液限wl之差與土的塑限wp與液限之差wL的比值。即 wc= (wL- w)/(wL- wp) （1.1）3.公路干濕類型確定:1)對于原有公路，按不利季節(jié)路槽底面以下80cm深度范圍內(nèi)路基土的平均稠度確定。2)對于新建道路，可用路基臨界高度為標(biāo)準(zhǔn)來確定。路

9、基臨界高度:與分界稠度相對應(yīng)的路基離地下水位或地表積水水位的高度稱為路基臨界高度H。 §1-7路面結(jié)構(gòu)及層位功能一、路面橫斷面1.槽式橫斷面2.全鋪式橫斷面二、路拱橫坡度路拱： 橫坡度：行車、排水三、路面結(jié)構(gòu)分層及層位功能1.面層特點(diǎn)：直接同行車和大氣接觸，承受較大的行車荷載的垂直力、水平力和沖擊力的作用，受到降水的浸蝕和氣溫變化的影響。要求：具備較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，抗變形能力，較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，耐磨，不透水；其表面還應(yīng)有良好的抗滑性和平整度。材料：水泥混凝土、瀝青餛凝土、瀝青碎(礫)石混合料、砂礫或碎石摻土或不摻土的混合料以及塊料等。分層：分兩層或三層鋪筑。水泥混凝土路面也有

10、分上下兩層鋪筑。2基層特點(diǎn)：承受由面層傳來的車輛荷載的垂直力，并擴(kuò)散到下面的墊層和土基中去。要求：是路面結(jié)構(gòu)中的承重層，具有足夠的強(qiáng)度和剛度，并具有良好的擴(kuò)散應(yīng)力的能力，具有足夠的水穩(wěn)定性。 材料：主要有各種結(jié)合料(如石灰、水泥或?yàn)r青等)穩(wěn)定土或穩(wěn)定碎(礫)石、貧水泥混凝土、天然砂礫、各種碎石或礫石、片石、塊石或圓石，各種工業(yè)廢渣(如煤渣、粉煤灰、礦渣、石灰渣等)和土、砂、石所組成的混合料等。 分層：分兩層或三層。3墊層特點(diǎn)：改善土基的濕度和溫度狀況；擴(kuò)散基層傳下的荷載應(yīng)力。要求： 要求：水穩(wěn)性、隔溫性。材料：松散粒料，砂、礫石；穩(wěn)定類墊層，水泥、石灰穩(wěn)定。§1-8路面的等級與分類一、路面類型面 層 類 型適 用 范 圍瀝 青 混 凝 土高速公路、一級公路、二級公路、三級公路水 泥 混 凝 土高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路瀝青貫入、瀝青碎石瀝青表面處治三級公路、四級公路砂 石 路 面四級公路二、路面分類 1柔性路面總體結(jié)構(gòu)剛度較小，產(chǎn)生較大的彎沉變形，抗彎拉強(qiáng)度較低，土基承受較大的單位壓力。主要靠抗壓強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度承受車輛荷載的作用。包括各種未經(jīng)處理的粒料基層和各類瀝青面層、碎(礫)石面層或塊石面層組成的路面結(jié)構(gòu)。2剛性路面主要指用水泥混凝土作面層或基層的路面結(jié)構(gòu)。抗彎拉強(qiáng)度高，較高的彈性模量