路基路面工程課件第1章總論

2023/1/141第1章

總論2023/1/142本章主要介紹道路工程特點(diǎn)、發(fā)展概況、知識(shí)結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的基礎(chǔ)知識(shí)等，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1

道路工程發(fā)展概況與知識(shí)結(jié)構(gòu)體系1.2

路基路面的功能和要求1.3

影響路基路面穩(wěn)定的因素1.4

路基土的分類1.5

公路自然區(qū)劃1.6

路基水溫狀況及干濕類型1.7

路面結(jié)構(gòu)及層次劃分1.8

路面的等級(jí)與分類本章內(nèi)容2023/1/1431.1.1道路工程發(fā)展概況（1）古代：歷史輝煌道路施工歷史悠久：4000多年前出現(xiàn)道路；商代開始有驛道；西周開創(chuàng)道路體系，建立道路管理制度；秦代修建直道、馳道，建立道路交通網(wǎng)，總里程達(dá)1.2萬公里；西漢驛站3萬多處，“絲綢之路”的開通，為東西方文化交流做貢獻(xiàn)。唐代是我國古代道路發(fā)展的鼎盛時(shí)期，初步建立了以城市為中心的道路網(wǎng)，其間在道路結(jié)構(gòu)、施工方法等方面均有許多創(chuàng)新；清代已將道路分成了“官馬大路”、“大路”、“小路”三個(gè)等級(jí)，其中“官馬大路”已達(dá)2000km以上。1.1道路工程發(fā)展概況與知識(shí)結(jié)構(gòu)體系2023/1/144（2）近代：發(fā)展緩慢封建制度和帝國主義列強(qiáng)的侵略束縛了生產(chǎn)力的發(fā)展，延緩中國公路的建設(shè)。清末，在原有驛道上修建了一些公路。1912-1949年中華民國時(shí)期，公路有了初步發(fā)展（13萬公里，標(biāo)準(zhǔn)很低，設(shè)施簡陋，路況很差，西藏地區(qū)尚無公路）。汽車運(yùn)輸是從1901年由國外輸入第一輛汽車開始的。到1949年汽車保有量僅5萬輛。2023/1/145（3）現(xiàn)代：飛速發(fā)展1908年我國建成第一條正規(guī)公路，廣西龍州-那堪。建國后，公路交通事業(yè)得到迅速發(fā)展。80到90年代中期，中國大陸開始大規(guī)模興建高速公路，十年來，陸續(xù)投入運(yùn)行的主要高速公路達(dá)二十余條，總里程為6258公里。2004年12月17日國務(wù)院審儀通過《國家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》，7條放射線，9條南北縱向線，18條東西橫向線，即“7918網(wǎng)”，總規(guī)模大約為8萬5千公里。2023/1/146我國公路發(fā)展概況：1991年“八五”計(jì)劃用30年左右的時(shí)間建成12條長度約3.5萬千米的“五縱七橫”國道主干線。2000年12月31日，全國總里程達(dá)到167.98萬千米，全國公路密度為17.5km/百平方公里.“十五”計(jì)劃，公路方面重點(diǎn)建設(shè)“一個(gè)系統(tǒng)三個(gè)網(wǎng)絡(luò)”。即國道主干線系統(tǒng)，區(qū)域干線公路網(wǎng)絡(luò)，縣鄉(xiāng)公路網(wǎng)絡(luò)，公路運(yùn)輸服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。到2005年，全國公路總里程達(dá)到160萬公里。其中高速公路超過2.5萬公里，二級(jí)以上公路里程達(dá)到28萬公里，公路密度達(dá)到每百平方公里16.7公里，全國99.5%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和93%的行政村通公路。截至2010年底，我國高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)7.4萬公里，僅次于美國，位居世界第二。至2012年底，9.6萬公里。2015年底，12.57萬公里，當(dāng)年新增1.22萬公里。2023/1/147我國路面發(fā)展的三個(gè)階段：第一階段：恢復(fù)原有公路和加快建設(shè)一些干線公路，解決通車問題。代表性的正規(guī)路面：泥結(jié)碎石和級(jí)配礫石路面。第二階段：公路里程迅速增長的同時(shí)，改善路面的行車質(zhì)量，增加車速。出現(xiàn)渣油表面處置路面。第三階段：提高路線和路面等級(jí)，改建和新建高速公路。代表路面：水泥路面和瀝青路面。由于交通軸載明顯增大，瀝青路面早損對瀝青路面上行車的安全和降低噪音提出了更高要求。一些新的表面層結(jié)構(gòu)和新的瀝青混合料面層在歐洲出現(xiàn)并推廣。如多空隙瀝青混凝土，開級(jí)配磨耗層，碎石瀝青砂膠混凝土。

2023/1/1481.1.2

知識(shí)結(jié)構(gòu)體系2023/1/1492023/1/1410路基路面工程學(xué)科是古老的道路工程學(xué)科派生出的一個(gè)重要的學(xué)科分支。主要研究公路、城市道路和機(jī)場跑道的路基、路面設(shè)計(jì)原理和方法、路基路面結(jié)構(gòu)組合、路用材料性能要求以及路基路面結(jié)構(gòu)層施工、養(yǎng)護(hù)、維修和管理技術(shù)等。我國在路基路面工程建設(shè)和科學(xué)研究中取得的成果，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1.1.3

路基路面工程科研成果2023/1/1411（1）公路自然區(qū)劃我國現(xiàn)行的《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》分三級(jí)區(qū)劃：一級(jí)區(qū)劃：根據(jù)地理、地貌、氣候、土質(zhì)等因素將我國劃分為7個(gè)大區(qū)；二級(jí)區(qū)劃：以氣候和地形為主導(dǎo)因素；三級(jí)區(qū)劃：以行政區(qū)域作為界限。（2）土的工程分類

依據(jù)土的顆粒組成特征、土的塑性指標(biāo)、土中有機(jī)質(zhì)的含量，將公路用土按照不同的工程性質(zhì)劃分為：巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土四大類。2023/1/1412（3）路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性

確定了以“回彈模量”作為評價(jià)路基強(qiáng)度和穩(wěn)定性的指標(biāo)，建立了成套室內(nèi)外試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法和儀器設(shè)備。開展最佳含水量與最大密實(shí)度的相關(guān)關(guān)系的研究，并統(tǒng)一規(guī)定以重型擊實(shí)實(shí)驗(yàn)作為基本控制標(biāo)準(zhǔn)。在特殊土地區(qū)，采用各種有效技術(shù)措施修建公路路基取得了十分寶貴的經(jīng)驗(yàn)。（4）高路堤與路基支擋結(jié)構(gòu)

A、輕質(zhì)塑料塊修筑路堤；B、輕型路基支擋結(jié)構(gòu)。（5）軟土地基處理技術(shù)

建立預(yù)測分析模型來預(yù)估和控制軟土地基加固處理后的沉降，提高路基的穩(wěn)定性。2023/1/1413（6）瀝青路面結(jié)構(gòu)及施工方法研究

早期表面處治；70年代末，貫入式路面為主的瀝青路面；80年代末，瀝青路面成為一種主要結(jié)構(gòu)形式。（7）柔性路面設(shè)計(jì)理論與方法建立了多個(gè)圓形荷載作用下的彈性層狀體系結(jié)構(gòu)模型，開發(fā)了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序。提出了控制路面結(jié)構(gòu)主要性能的設(shè)計(jì)指標(biāo)體系，形成了符合我國目前交通狀況的荷載作用模式及交通分析方法。（8）剛性路面結(jié)構(gòu)及施工方法研究路用水泥的性能、指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)工藝；水泥混凝土路面基層的作用及路面結(jié)構(gòu)性能與設(shè)計(jì)方法；接縫的工作原理、構(gòu)造及設(shè)計(jì)方法。2023/1/1414（9）剛性路面設(shè)計(jì)理論與方法運(yùn)用解析法及有限元分析法建立了彈性層狀體系結(jié)構(gòu)，彈性地基板結(jié)構(gòu)模型，形成了完整而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法并開發(fā)了與之相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序；建立了以彈性力學(xué)為基礎(chǔ)，以混凝土彎拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，綜合考慮荷載應(yīng)力與溫度應(yīng)力作用的設(shè)計(jì)體系與方法；建立了地基支承、疲勞效應(yīng)、動(dòng)力效應(yīng)等一整套設(shè)計(jì)參數(shù)的取值與測試方法。（10）半剛性路面結(jié)構(gòu)（11）路面使用性能與表面特征（12）路面維護(hù)管理2023/1/14151.1.4

路基路面工程技術(shù)發(fā)展趨勢總體趨勢：多學(xué)科交叉發(fā)展。（1）材料科學(xué)路基路面工程每一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，均首先在路用材料上著手。材料微觀結(jié)構(gòu)的研究，復(fù)合材料的研究等成果也逐步應(yīng)用于路基路面工程。（2）巖土工程學(xué)

路基路面結(jié)構(gòu)均依托天然地表的巖石與土壤構(gòu)筑而成。因此，巖石力學(xué)、土力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)等巖土工程學(xué)的科技成果都是路基路面工程學(xué)的重要理論基礎(chǔ)。2023/1/1416（3）結(jié)構(gòu)分析理論

目前的設(shè)計(jì)方法所依據(jù)的靜力線彈性力學(xué)分析理論還不能完全滿足要求，許多學(xué)者仍然致力于路基路面結(jié)構(gòu)分析的力學(xué)基礎(chǔ)研究，如動(dòng)力荷載與結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)，非線性及粘彈性等數(shù)學(xué)力學(xué)模型的建立，以及適應(yīng)于各種要求、各種邊界條件的數(shù)學(xué)分析方法和數(shù)值解析方法等。路基路面工程結(jié)構(gòu)分析理論的進(jìn)一步發(fā)展將有可能使宏觀結(jié)構(gòu)分析與材料的組成特性以及材料的微觀結(jié)構(gòu)與微觀力學(xué)相融為一體，而成為路基路面工程設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。2023/1/1417（4）機(jī)電工程

（5）自動(dòng)控制與檢測技術(shù)

（6）系統(tǒng)工程及現(xiàn)代管理科學(xué)2023/1/14181.2路基路面的功能和要求1.2.1路基路面工程在道路工程中的地位：（1）路基路面是道路工程的主要組成部分路基天然地基上按路線的平面位置及縱坡要求開挖或填筑成一定斷面形狀的土質(zhì)或石質(zhì)結(jié)構(gòu)物。它是道路這一線形建筑物的主體，又是路面的基礎(chǔ)，為路面長期受荷提供保障。路面路基表面上用不同材料或混合料分層鋪筑而成的供汽車行駛的一種層狀結(jié)構(gòu)物，直接承受車輪荷載的作用，保護(hù)了路基。

路基路面兩者相輔相成，共同承受行車荷載和自然因素的作用，其質(zhì)量好壞直接影響到道路的使用品質(zhì)，是不可割的整體，應(yīng)綜合考慮。2023/1/1419（2）工程量大，其造價(jià)在道路造價(jià)中比重大

路基路面工程是道路工程的重要組成部分，其工程數(shù)量十分可觀，如平原、微丘區(qū)的三級(jí)公路，每公里土石方數(shù)量約8000m3～16000m3，山嶺、重丘區(qū)的三級(jí)公路，每公里土石方數(shù)量則可達(dá)20000～60000m3以上，對于高等級(jí)公路，其工程數(shù)量就更為可觀。路面結(jié)構(gòu)在道路造價(jià)中所占比重很大，一般都要達(dá)到30%左右。2023/1/14201.2.2路基路面工程的特點(diǎn)

典型特點(diǎn)：復(fù)雜多變路基路面是一種線形構(gòu)筑物→連綿數(shù)百公里甚至上千公里，跨越若干省份→公路沿線地形起伏，地質(zhì)、地貌、氣候特征多變，且沿線城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度與交通繁忙程度不一→路基路面工程復(fù)雜多變的特點(diǎn)。2023/1/1421基本要求：現(xiàn)代化的公路交通運(yùn)輸要求道路具有良好的使用性能，能為車輛運(yùn)行提供良好的行駛條件和服務(wù)水平，使車輛在各種氣候條件下均能快速、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。因此，路基路面結(jié)構(gòu)應(yīng)具有一系列基本性能。1.2.3對路基路面基本性能的要求2023/1/1422車輛荷載(豎直與水平)→路面→路基→路基路面結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生不同性質(zhì)和大小的應(yīng)力、應(yīng)變及位移→如果路基路面結(jié)構(gòu)整體或某一部分強(qiáng)度或剛度不足以抵抗這些應(yīng)力、應(yīng)變及位移的作用→路基路面結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)斷裂、碎裂或沉陷、波浪、磨損等損壞和變形現(xiàn)象，使路況惡化，服務(wù)質(zhì)量下降。由此可見路基路面結(jié)構(gòu)必須具有：足夠的承載能力：強(qiáng)度→抵抗荷載作用下產(chǎn)生的各種應(yīng)力剛度→抵抗荷載長期作用下所產(chǎn)生的變形。（1）足夠的承載能力（強(qiáng)度和剛度）2023/1/1423路基路面結(jié)構(gòu)直接袒露在大氣中，處于一種復(fù)雜的、不穩(wěn)定的環(huán)境中→路基路面要為車輛運(yùn)行提供良好的行駛條件和服務(wù)水平→路基路面必須要承受住這種不穩(wěn)定狀態(tài)→足夠的穩(wěn)定性（經(jīng)常受到大氣溫度、濕度變化的影響，而路基路面材料對于氣候和水分變化因素的影響又較為敏感，從而使其性能也隨之發(fā)生變化，這些變化使路基路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度也同時(shí)發(fā)生變化，這種變化幅度的大小，稱為路基路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。）（2）足夠的穩(wěn)定性2023/1/1424路基路面工程投資昂貴，從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工至建成通車需要較長的時(shí)間，對于這樣的大型工程都應(yīng)有較長的使用年限，一般的道路工程使用年限至少數(shù)十年。承重并經(jīng)受車輛直接輾壓的路面部分要求使用年限二十年以上，因此路基路面工程應(yīng)具有耐久的性能；必須具有足夠的抗疲勞、抗老化和抗變形積累的能力。提高耐久性：精心設(shè)計(jì)、施工、選材；系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理。（3）耐久性2023/1/1425影響車輛性能、加劇車輛損壞；影響行車安全與舒適；加劇路面損壞。（4）表面平整2023/1/1426現(xiàn)代交通車速不斷提高，對路面的抗滑能力提出了更高的要求。道路表面應(yīng)具有足夠的抗滑能力，以保證在最不利情況下，車輛能高速安全行駛，而且在外界因素作用下，其抗滑能力不致很快降低。道路表面的抗滑能力可以通過采用堅(jiān)硬、耐磨、表面粗糙的粒料組成路面表層來實(shí)現(xiàn)，也可以采用一些工藝措施來實(shí)現(xiàn)，如水泥混凝土路面表面的刷毛或刻槽等。此外，路表面的積雪、浮冰、污染等也會(huì)降低路面的抗滑性能，必須及時(shí)予以清除。1.2.5表面抗滑性能2023/1/1427

路基路面結(jié)構(gòu)的主體裸露在大氣中，并具有路線長，與大自然接觸面廣的特點(diǎn)，其穩(wěn)定性在很大程度上由當(dāng)?shù)刈匀粭l件所決定。因此，應(yīng)在深入調(diào)查道路沿線從總體到局部，從大區(qū)域到具體路段的自然情況的基礎(chǔ)上，分析研究掌握各有關(guān)自然因素的變化規(guī)律及對路基路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，從而針對當(dāng)?shù)貙?shí)際情況采取有效的工程措施，以保證路基路面具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。（1）自然因素（2）人為因素1.3影響路基路面穩(wěn)定性的因素2023/1/1428（1）地質(zhì)和地理?xiàng)l件

道路沿線的地形、地貌及海拔高度，不僅影響到道路的路線走向和線形設(shè)計(jì)，還影響到路基路面設(shè)計(jì)。平原區(qū)地勢平坦，易積聚地面水，地下水位高，路基需保證最小填土高度，路面結(jié)構(gòu)層則需選擇水穩(wěn)定性良好的材料，并采用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)排水設(shè)施；丘陵區(qū)地勢起伏，山嶺區(qū)地勢陡峭，如路基路面排水設(shè)計(jì)不當(dāng)，易導(dǎo)致路基路面穩(wěn)定性下降，出現(xiàn)各種變形和破壞現(xiàn)象。1.3.1

自然因素2023/1/1429（2）氣候條件

如氣溫、降水、空氣濕度、冰凍深度、日照、蒸發(fā)、風(fēng)向、風(fēng)力等，都將影響道路沿線地面水和地下水的狀況，并影響到路基路面的水溫狀況。一年之中氣候的季節(jié)性變化，使路基路面的水溫狀況也發(fā)生季節(jié)性周期變化。氣候還受到地形的影響，如山南與山北，山頂與山腳的氣候差別等因素，都將影響路基路面的穩(wěn)定性。2023/1/1430（3）水文及水文地質(zhì)條件

水文條件如道路沿線地表水的排泄情況，河流洪水位、常水位的高低，有無地表積水和積水期的長短，河岸的沖刷和淤積情況等；水文地質(zhì)條件如地下水位，地下水的移動(dòng)情況，有無泉水、層間水、裂隙水等，所有這些地面水與地下水都將影響路基路面的穩(wěn)定性，如處理不當(dāng)，極易引起各種病害。2023/1/1431（4）土的類別和強(qiáng)度

土是修筑路基路面的基本材料，不同類別的土具有不同的工程性質(zhì)，將直接影響到路基路面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。2023/1/1432荷載作用

靜載、動(dòng)載的大小及重復(fù)作用次數(shù)。路基路面結(jié)構(gòu)路基填料類別與性質(zhì)，斷面形式，路面等級(jí)與結(jié)構(gòu)類型，排水構(gòu)筑物設(shè)置情況，路面表層是否滲水等。施工方法與質(zhì)量不同類別的土是否分層填筑，路基壓實(shí)方法及質(zhì)量，面層的施工質(zhì)量與水平等。

養(yǎng)護(hù)措施一般措施及在設(shè)計(jì)、施工中未及時(shí)采用而在養(yǎng)護(hù)過程中加以補(bǔ)充的改善措施。此外，還有沿線附近的人為設(shè)施，如水庫、排灌渠道、水田及人為的活動(dòng)等。1.3.2人為因素2023/1/1433在生產(chǎn)實(shí)踐中，我們?？煽吹讲缓橇系耐谅酚鲇暄┖竽酀舨豢?，車輛駛過時(shí)便形成車轍，久晴之后土路卻又非常堅(jiān)硬且塵土飛揚(yáng)，這說明土的狀態(tài)和性質(zhì)與其含水量、顆粒組成及有機(jī)質(zhì)的存在有著十分密切的關(guān)系。我國的公路用土根據(jù)土的塑性指標(biāo)、土的顆粒組成特征和土中有機(jī)質(zhì)存在的情況，分為巨粒土、粗粒土、細(xì)粒土和特殊土四類，其分類總體系如圖1-1所示。1.4路基土分類及土的工程性質(zhì)2023/1/1434圖1-1公路用土的分類2023/1/14351.4.1土的分類依據(jù)土的塑性性質(zhì)

以塑性指數(shù)（Ip）表示的土的可塑性大小是粘性土區(qū)別于砂性土的主要特征，Ip值越大，土的粘性顆粒所占的比例愈大。土的顆粒組成特征根據(jù)篩分法確定土中各粒組的含量，再按粒組范圍劃分為表1-1所示的粒組。粒組劃分界限反映了土的某些性質(zhì)改變的粒徑值，如分子運(yùn)動(dòng)，毛細(xì)水上升，導(dǎo)水性，滲透性等。土中有機(jī)質(zhì)存在的情況

土中的有機(jī)質(zhì)包括未完全分解的動(dòng)植物殘骸和完全分解的無定形物質(zhì)，后者多呈黑色或暗色，有臭味，有彈性，可借目測、手摸及嗅覺判別。2023/1/14361.4.2土的名稱基本代號(hào)土類名稱可由基本代號(hào)構(gòu)成：兩個(gè)基本代號(hào)構(gòu)成第一個(gè)代號(hào)表示土的主成分，第二個(gè)代號(hào)表示土的副成分（土的液限或級(jí)配），如代號(hào)CbSI表示卵石夾土，Gw表示級(jí)配良好的礫石。三個(gè)基本代號(hào)構(gòu)成第一個(gè)代號(hào)表示土的主成分，第二個(gè)代號(hào)表示液限或級(jí)配情況，第三個(gè)代號(hào)則表示土中所含次要成分，如CHG為含礫高液限粘土，MHO表示含有機(jī)質(zhì)高液限粉土。液限的高低以50為界。2023/1/14371.4.3公路用土分類

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(xì)粒土

試樣中細(xì)粒組質(zhì)量大于總質(zhì)量的50%。2023/1/14382023/1/1439細(xì)粒土的分類及性質(zhì)在很大程度上與土的塑性指標(biāo)相關(guān)，現(xiàn)行土工試驗(yàn)規(guī)程將塑性圖作為細(xì)粒土的分類標(biāo)準(zhǔn)。對于一般細(xì)粒土，可按液限（WL）將其分為四類。低液限（WL<28%）中液限（WL=28%～50%）高液限（WL=50%～70%）很高液限（WL>70%）下圖是《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051-93）中采用的塑性圖，它表明了土的塑性指數(shù)（Ip）與液限（WL）的良好線性相關(guān)關(guān)系。圖中用A、B兩線將坐標(biāo)空間劃分為四個(gè)區(qū)域，大致區(qū)分了細(xì)粒土的塑性性質(zhì)。利用塑性圖，可確定細(xì)粒土或有機(jī)質(zhì)土土類名稱。2023/1/1440《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ051-93）2023/1/1441《公路土工試驗(yàn)規(guī)程》（JTGE40-2007）Ip=7和Ip=4之間的過渡區(qū)，按照相鄰的土層進(jìn)行考慮。2023/1/1442細(xì)粒土位于塑性圖A線以上

①B線右側(cè)，高液限粘土（CH）或有機(jī)質(zhì)高液限粘土（CHO）；②B線左側(cè)，Ip=10線以上，低液限粘土（CL）或有機(jī)質(zhì)低液限粘土（CLO）；細(xì)粒土位于塑性圖A線以下

①

B線右側(cè)，稱高液限粉土（MH）或有機(jī)質(zhì)高液限粉土（MHO）；②B線左側(cè)，Ip=10線以下，稱低液限粉土（ML）或有機(jī)質(zhì)低液限粉土（MLO）；2023/1/1443細(xì)粒土位于A或B線上土中粗、細(xì)粒組質(zhì)量相同，稱細(xì)粒土（F）；位于塑性圖A線上，稱粘土（C）；位于塑性圖B線上，A線上方，稱高液限粘土（CH）；位于塑性圖B線上，A線下方，稱高液限粉土（MH）。當(dāng)細(xì)粒土中含有粗粒時(shí)，若粗粒組中礫類占優(yōu)勢，稱含礫細(xì)粒土，在細(xì)粒土代號(hào)后綴以S.2023/1/14441.5.1公路自然區(qū)劃的劃分原則原因：（1）我國地域遼闊，又是一個(gè)多山國家。從北向南處于寒帶、溫帶和熱帶；從青藏高原到東部沿海高程相差4000m以上，因此自然因素變化極為復(fù)雜，各地的地形、地貌、水文及水文地質(zhì)條件和氣候條件各不相同。（2）不同地區(qū)的自然條件的差異與公路建設(shè)密切相關(guān)。目的：為區(qū)分不同地理區(qū)域自然條件對公路工程影響的差異性。1.5公路自然區(qū)劃2023/1/1445公路自然區(qū)基本原則：（1）道路工程特征相似性原則

同一區(qū)劃內(nèi)，在相同的自然因素作用下，筑路具有相似性原則。（2）地表氣候區(qū)差異性原則

地表氣候是地帶性差異與非地帶性差異的綜合結(jié)果。（3）自然氣候要素既綜合又有主導(dǎo)作用原則

自然氣候的變化是各種因素綜合作用的結(jié)果，但其中又有某種因素起主導(dǎo)作用。2023/1/14461987年交通部《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ003-86）規(guī)定，我國公路自然區(qū)劃分為三個(gè)等級(jí)。一級(jí)自然區(qū)：

根據(jù)全國大范圍內(nèi)對公路建設(shè)具有控制作用的地理—?dú)夂蛞蛩?，并適當(dāng)考慮土質(zhì)和其他自然因素，將全國劃分為凍土、溫濕、干濕過渡、濕熱、潮暖、干旱和高寒七個(gè)大區(qū)。在該七個(gè)自然區(qū)內(nèi)，路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)重點(diǎn)考慮的特點(diǎn)各不相同，現(xiàn)簡單分?jǐn)⒂诤螅?.5.2公路自然區(qū)劃2023/1/1447I區(qū)，北部多年凍土區(qū)該區(qū)北部為連續(xù)分布的多年凍土，南部為島狀分布多年凍土。對于地沼地帶多年凍土層，應(yīng)使路基下部保持凍結(jié)狀態(tài)而不受到大氣熱量的影響，保溫是道路設(shè)計(jì)的重要原則。因此，不可輕易挖去天然地表原有的覆蓋層。對于非多年凍土層，則需將表面泥炭層全部或局部挖除，疏干水分后填筑路堤。而對于該地區(qū)的林區(qū)山間道路，因地表土濕度大，地表徑流量大，易產(chǎn)生翻漿現(xiàn)象，應(yīng)采取換填穩(wěn)定土及鋪設(shè)砂墊層等方法處理。II區(qū)，冬季濕潤季凍區(qū)翻漿和凍脹是該區(qū)路基路面結(jié)構(gòu)最常見的病害，其輕重程度主要取決于路基潮濕程度，可根據(jù)不同的路基潮濕狀態(tài)采取相應(yīng)的措施。2023/1/1448III區(qū)，黃土高原干濕過渡區(qū)由于黃土對水的敏感性，使該區(qū)路基呈兩種截然不同的狀態(tài)即干燥地段土基強(qiáng)度高、水穩(wěn)定性好，而河谷盆地的潮濕路段以及灌區(qū)耕地土基穩(wěn)定性差、強(qiáng)度低，需采取相應(yīng)措施，認(rèn)真處理。IV區(qū)，東南濕熱區(qū)該區(qū)季節(jié)性雨季雨量充沛集中，臺(tái)風(fēng)暴雨多，水毀、沖刷、滑坡是道路的主要病害，應(yīng)設(shè)置完整而暢通的路基路面綜合排水系統(tǒng)。另外，該區(qū)水稻田多，土基濕軟，強(qiáng)度低，應(yīng)采取相應(yīng)措施。針對該區(qū)夏季氣溫高，熱季長的特點(diǎn)，若采用瀝青路面結(jié)構(gòu)，則應(yīng)充分考慮瀝青材料的高溫穩(wěn)定性。V區(qū)，西南潮暖區(qū)該區(qū)多山，有豐富的筑路材料，可充分利用當(dāng)?shù)刂凡牧?，以降低工程造價(jià)，但對于水文及水文地質(zhì)不良地段，則應(yīng)采取穩(wěn)定路基的措施。2023/1/1449VI區(qū)，西北干旱區(qū)該區(qū)冰凍深度多在100cm～150cm以上，大部分地區(qū)地下水位低，一般道路凍害較輕，但如河套灌區(qū)，內(nèi)蒙草原洼地等個(gè)別地區(qū)地下水位高，翻漿嚴(yán)重；丘陵區(qū)1.5m以上深路塹冬季積雪較厚，雪水易侵入路面結(jié)構(gòu)而造成危害，故瀝青面層材料應(yīng)具有良好的防水性能并對路肩也作防水處理。由于該區(qū)氣候干燥，砂石路面常出現(xiàn)松散，搓板和波浪等現(xiàn)象。VII區(qū)，青藏高原區(qū)該區(qū)局部路段有多年凍土，需按保溫原則設(shè)計(jì)，又由于其地處高原，氣候寒冷，晝夜溫差大，日照時(shí)間長，瀝青材料易老化。另外，該區(qū)年平均氣溫相對偏低，路基路面結(jié)構(gòu)易受凍害。2023/1/1450二級(jí)自然區(qū)：仍以氣候和地形為主導(dǎo)因素，但其標(biāo)志是以潮濕系數(shù)K為主的標(biāo)志體系，與一級(jí)自然區(qū)劃有顯著差別。二級(jí)區(qū)劃根據(jù)主導(dǎo)因素與標(biāo)志在全國七個(gè)一級(jí)區(qū)內(nèi)又分為33個(gè)二級(jí)區(qū)和19個(gè)副區(qū)（亞區(qū)），并根據(jù)全年潮濕系數(shù)K值的大小，分為六個(gè)等級(jí)，即：過濕區(qū)K＞2.00

中濕區(qū)2.00≥K＞1.50

潤濕區(qū)1.50≥K＞1.00

潤干區(qū)1.00≥K＞0.50

中干區(qū)0.50≥K＞0.25

過干區(qū)K≤0.252023/1/1451潮濕系數(shù)K按下式計(jì)算(年降雨量/年蒸發(fā)量)：由于年蒸發(fā)量值無法直接測定，可用可能蒸發(fā)量代替，可能蒸發(fā)量采用H.L.彭曼公式計(jì)算。

三級(jí)自然區(qū)：根據(jù)各地區(qū)自然條件表現(xiàn)出來的特點(diǎn)，在二級(jí)區(qū)劃內(nèi)進(jìn)一步劃分而得。有兩種劃分方法，其一，按照地貌、水文和土類將二級(jí)區(qū)進(jìn)一步劃分為若干類型單元；其二，是按水熱、地理和地貌等標(biāo)志，將二級(jí)區(qū)細(xì)分為若干區(qū)域，各地可根據(jù)當(dāng)?shù)鼐唧w條件選用。2023/1/14521.6路基水溫狀況及干濕類型1.6.1路基濕度的來源路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性在很大程度上與路基的濕度以及大氣溫度引起的路基的水溫狀況密切相關(guān)。

1）大氣降水—大氣降水通過路面，路肩邊坡和邊溝滲入路基；

2）地面水—邊溝流水、地表涇流水因排水不良，形成積水、滲入路基；

3）地下水—路基下面一定范圍內(nèi)的地下水浸入路基；

4）毛細(xì)水—路基下的地下水，通過毛細(xì)管作用，上升到路基；

5）水蒸汽凝結(jié)水—在土的空隙中流動(dòng)的水蒸汽，遇冷凝結(jié)成水；

6）薄膜移動(dòng)水—在土的結(jié)構(gòu)中水以薄膜的形成從含水量較高處向較低處流動(dòng)，或由溫度較高處向凍結(jié)中心周圍流動(dòng)。2023/1/14531.6.2大氣溫度及其對路基水溫狀況的影響

1）路基水溫狀況：路基濕度受到水與當(dāng)?shù)卮髿鉁囟葍蓚€(gè)重要因素的影響。由于濕度與溫度變化對路基產(chǎn)生的共同影響稱為路基的水溫狀況。

2）不良路基水溫狀況后果：凍脹與翻漿。

3）影響原理：降溫時(shí)：負(fù)溫區(qū)—土粒表面剩余表面自由能—水分移動(dòng)；正溫區(qū)—溫度坡差—水分移動(dòng)→凍脹；升溫時(shí)：解凍順序—由上而下逐漸解凍—水分難以迅速排除—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→翻漿。2023/1/14541.6.3路基干濕類型

路基的強(qiáng)度與穩(wěn)定性，同路基的干濕狀態(tài)有密切關(guān)系，并在很大程度上影響路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1）路基按其干濕狀態(tài)不同，分為四類：干燥、中濕、潮濕和過濕。為了保證路基路面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，一般要求路基處于干燥或中濕狀態(tài)。

2）劃分依據(jù)：分界稠度wci

(wc1

、wc2

、wc3)

土的稠度：

wc——土的稠度；

wL——土的液限；

w——土的含水量；

wp——土的塑限。2023/1/14553）討論：wc=1.0→w=wp

→為半固體與硬塑狀的分界值；wc=0→w=wL

→為流塑與流動(dòng)狀的分界值；1.0>wc>0→wL>w>wp

→土處于可塑狀態(tài)。結(jié)論：土的稠度較準(zhǔn)確地表示了土的各種形態(tài)與濕度的關(guān)系，稠度指標(biāo)綜合了土的塑性特性，包含了液限與塑限，全面直觀地反映了土的硬軟程度，物理概念明確；以稠度作為路基干濕類型的劃分標(biāo)準(zhǔn)是合理。在不同的自然區(qū)劃，不同的土組的分界稠度是不同的。2023/1/1456

路基干濕類型表路基干濕類型路基平均稠度wc與分界相對稠度的關(guān)系一般特性干燥wc＞wc1路基干燥穩(wěn)定，路面強(qiáng)度和穩(wěn)定性不受地下水和地表積水影響。路基高度H＞H1中濕wc1≥wc＞wc2

路基上部土層處于地下水或地表積水影響的過渡帶區(qū)內(nèi)，路基高度H2＜H≤H1潮濕wc2≥

wc＞wc3

路基上部土層處于地下水或地表積水毛細(xì)影響區(qū)內(nèi)，路基高度H3＜H≤H2過濕wc≤wc3

路基極不穩(wěn)定、冰凍區(qū)春融翻漿，非冰凍區(qū)彈簧，路基經(jīng)處理后方可鋪筑路面，路基高度H＜H32023/1/14574）路基干濕類型的確定在公路勘測設(shè)計(jì)中，通過現(xiàn)場勘查確定路基干濕類型：A：對于已有公路：按不利季節(jié)路槽底面以下80cm深度內(nèi)土的平均稠度確定。于路槽底面以下80cm內(nèi)，每10cm取土樣測定其天然含水量、塑限含水量和液限含水量：

wci=(wLi-wi)/(wLi-wpi)

wc=∑wci/8之后，按表1-7，1-8確定路基干溫類型。B：對于新建道路：用路基臨界高度H作為判別標(biāo)準(zhǔn)。2023/1/1458

路基臨界高度H：當(dāng)路基的地下水位或地表積水水位一定的情況下，路基的濕度由下而上逐漸減少。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；即，在不利季節(jié)，當(dāng)路基處于干燥、中濕和潮濕狀態(tài)時(shí)，路槽底面距地下水位或地面積水位的最小高度。

H1→w1→干燥和中濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)；

H2→w2→中濕與潮濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)；

H3→w3→潮濕和過濕狀態(tài)的分界標(biāo)準(zhǔn)。2023/1/14591.7路面結(jié)構(gòu)及層次劃分1.7.1路面橫斷面橫斷面組成：行車道、硬路肩和土路肩路面橫斷面的類型：槽式橫斷面：在路基上按路面行車道及硬路肩設(shè)計(jì)寬度開挖路槽，保留土路肩，形成淺槽，在槽內(nèi)鋪筑路面。也可采用培槽方法，在路基兩側(cè)培槽，或半填半挖的方法培槽。全鋪式橫斷面：在路基全部寬度內(nèi)都鋪筑路面。（高等級(jí)公路、道路交通增長面擴(kuò)建時(shí)，在盛產(chǎn)石料的山區(qū)、較窄的路基上時(shí)等）2023/1/14601.7.1路面橫斷面2023/1/14611.7.2路拱橫坡度1目的：

A.為了保證路面上雨水及時(shí)排出，減少雨水對路面的浸潤和滲透，減弱路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；

B.減少雨水對行車安全的影響2形式：直線型、拋物線型、直線型接拋物線型、折線形3原則：

A.有利于行車平穩(wěn)；

B.有利于行車平穩(wěn)；

C.有利于施工。2023/1/14624一般做法：1）等級(jí)高→較小橫坡；等級(jí)低→較大橫坡(平整度/水穩(wěn)定性/透水性)2）特殊地區(qū)（干旱、積雪、浮冰→?。欢嘤辍螅?）道路縱坡大/車速高/交通量大/載重量大/有拖掛車→小4）有中央分隔帶：單坡排水與雙坡排水5）路肩橫坡度一般較路面橫坡大1%。但是高速公路和一級(jí)公路的硬路肩采用與路面行車道相同的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)采用與路面行車道相同的路面橫坡度。2023/1/14631.7.3路面結(jié)構(gòu)分層與層位功能1路面結(jié)構(gòu)組成行車荷載和自然因素對路面的影響隨深度的增加而逐漸減弱。因此，對路面材料的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性等要求也可隨深度而逐漸降低。為適應(yīng)這一特點(diǎn)，路面結(jié)構(gòu)通常按深度遞減的原則采用不同的材料分層鋪筑?，F(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，高級(jí)路面結(jié)構(gòu)由面層、基層和墊層組成，各層又可分為二至三層（圖1-6）。2023/1/1464圖1-6

路面結(jié)構(gòu)組成1-面層2-基層3-墊層4-水泥混凝土路面板5-路肩面層6-路肩基層7-路基8-路拱橫坡9-路肩橫坡10-行車道寬度11-路肩寬度12-路基頂寬2023/1/14652結(jié)構(gòu)層的基本要求面層——面層是直接與行車和自然因素相接觸的表面層次，其主要作用是承受行車荷載引起的垂直力、水平力、沖擊力以及自然因素的作用。A.承受行車荷載引起的力→較高的強(qiáng)度、抗變形能力B.受降水的浸蝕和氣溫影響→較好的水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性，不透水C.汽車行駛表面→平整D.安全→抗滑性，耐磨結(jié)構(gòu)：面層由一層/數(shù)層組成，頂面可加鋪磨耗層，底面可增設(shè)聯(lián)結(jié)層材料：水泥混凝土、瀝青混凝土、瀝青碎石混合料。2023/1/1466基層——設(shè)置在面層之下，承受面層傳來的車輛荷載，并與面層一起將車輪荷載的作用擴(kuò)散、傳遞到墊層與土基的結(jié)構(gòu)層?；鶎拥淖饔煤鸵笠暶鎸拥念愋筒煌兴町?。A.路面結(jié)構(gòu)中的承重層→足夠的強(qiáng)度剛度B.力的擴(kuò)散→良好的應(yīng)力擴(kuò)散能力C.受大氣因素影響小，但受地下水與面層滲入雨水影響→足夠的水穩(wěn)定性D.保證面層平整→較好的平整度結(jié)構(gòu)：有時(shí)需要設(shè)兩層：上基層，底基層。材料：各種結(jié)合料（石灰、水泥、瀝青）。2023/1/1467墊層——墊層介于基層和土基之間，其主要作用是改善土的水溫狀況，保證面層和基層的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性不受土基水溫狀況變化所造成的不良影響。A.應(yīng)力的擴(kuò)散，減少土基的應(yīng)力與變形→一定的強(qiáng)度與應(yīng)力擴(kuò)散能力B.阻止路基土擠入基層，影響基層性能→一定厚度C.改善土基的濕度和溫度狀況→較好的水穩(wěn)定性與隔溫能力材料：水穩(wěn)性和隔熱性要好。松散材料：砂、礫石、爐渣、片石(透水性墊層)

整體性材料：石灰土、爐渣石灰土。2023/1/1468另：對路基的要求：路基是路面的支撐結(jié)構(gòu)物，對路面的使用性能有重要影響。（1）整體穩(wěn)定填挖引起路基失穩(wěn)、軟土上高路基、巖質(zhì)土質(zhì)山坡上開挖。嚴(yán)重性：交通阻斷，易引起交通事故。措施：正確設(shè)計(jì)，采取排水、防護(hù)和加固、支撐工程。（2）變形小自重、車輛荷載作用下變形；地基軟弱、填土疏松、過分潮濕時(shí)產(chǎn)生沉陷和變形。危害：導(dǎo)致路面出現(xiàn)過量的變形和應(yīng)力增大，促使路面過早損壞并影響舒適性。措施：爭取合適填料充分壓實(shí)，改善水溫狀況，加固軟弱地基。2023/1/14693路面結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)道路工程結(jié)構(gòu)物的最大特點(diǎn)是裸露于大自然中，受各種荷載和自然環(huán)境因素的綜合作用。從設(shè)計(jì)、施工及養(yǎng)護(hù)要求考慮，路面結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：（1）力學(xué)計(jì)算影響因素復(fù)雜路面結(jié)構(gòu)受靜載、動(dòng)載和其他重復(fù)荷載的作用，力學(xué)計(jì)算復(fù)雜。（2）結(jié)構(gòu)層材料性質(zhì)和強(qiáng)度受多變的環(huán)境因素影響大且這些影響難以用一個(gè)數(shù)據(jù)或一個(gè)公式來表達(dá)和估算。（3）環(huán)境因素復(fù)雜多變道路是線型結(jié)構(gòu)物，且具有相當(dāng)?shù)拈L度。一條道路往往穿越若干省份和地區(qū)，不同地區(qū)的水溫狀況的變化，都將對路面設(shè)計(jì)和使用性能及養(yǎng)護(hù)產(chǎn)生影響，也給土基及各層材料的參數(shù)測定和選用帶來許多困難。2023/1/14704路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)和內(nèi)容路面設(shè)計(jì)的目的：在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在車輛荷載和環(huán)境因素的反復(fù)作用下，路面結(jié)構(gòu)必須保持滿足車輛行駛要求的良好路況，具有保證車輛接近最佳平均車速安全通行的能力。路面設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：根據(jù)道路所在地的交通情況、材料供應(yīng)情況、施工技術(shù)條件及投資水平等實(shí)際情況，為車輛全天候通行提供高速、安全、舒適、經(jīng)濟(jì)的路面結(jié)構(gòu)，要求路面結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，在車輛荷載和多變的環(huán)境因素的重復(fù)交替作用下