1、路 基 路 面 工 程,Subgrade and pavement engineering,河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室,主讲： 徐 平,1 总 论,河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室,1,2,3,4,5,6,7,8,道路工程发展概况,路基路面工程的特点,影响路基路面稳定的因素,路基土的分类,公路自然区划,路基水温状况及干湿类型,路面结构及层位功能,路面的等级与分类,目 录（contents）,运用阶段,学习研究阶段,了解阶段,接触阶段,1 总 论,路面,道路,马路,公路,路基,路基路面工程,是什么！,1 总 论,道路是供各种车辆（无轨）和行人通行的工程设施。按其使用特点分为
2、城市道路、公路、厂矿道路、林区道路及乡村道路等。,马路的起源原是18世纪末，英国正处于工业革命的热潮之中，工业的发展对交通运输的要求愈来愈高，昔日那种“人走出来的路”，再也不能适应人们的需要了。就在这种情况下，英格兰人约翰马卡丹设计了新的筑路方法，用碎石铺路，路中偏高，便于排水，路面平坦宽阔。后来，这种路便取其设计人的姓，取名为“马卡丹路”，简称“马路”。,公路是指联接城市、乡村和工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路称公路。公路的主要组成部分有路基、路面、桥梁、涵洞、渡口码头、隧道、绿化、通讯、照明等设备及其它沿线设施组成。,路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，与
3、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然灾害的侵蚀和影响，是开挖或堆填 而成的岩土结构物。路基结构形式可以分为：填方路基、挖方路基和半填半挖路基三种形。,路面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，经受自然气候和侵蚀和影响，是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。,1.1 道路工程发展概况,一、道路工程发展历史 1、建国以前： 最早在夏禹时代，有道路里程的概念；以后各朝代道路修筑均有所发展，但缓慢； 到建国前：维持通车8万km，全国1/3的县不同公路，西藏无公路 古代： 唐代2.2万km驿道网 近代：1921年
4、中国修建了第一条公路“长沙湘潭”51km 1949年8万km 特点：数量少，质量差，标准低。,1 总 论,2、建国后（尤其1978年后）公路总里程骤增；等级不断提高；高速公路从无到有。截止2003年底 全国公路总里程180.98万km,其中 等级公路里程143.87万km，占79.5 ，占高速公路29745km.一级 29903km,二级211929km,三级324788km,四级842373km, 等外路371090km。由有路面公路里程194.74km占91.0。 高级路面344271km，次高级443846km,中级425986km， 低级433312km，无路面162416km.目前，
5、通公路的行政村 占全国总数的91.9，尚有173个乡镇56693个行政村不通。 2003年底，全国桥梁31.08万座，1246.61万延米；隧道2175处，100.10万延米。国道交通观测站4638个，连续式观测 站 247个，间隙式3293个。,1 总 论,2020年:东部 95%的人口 30分钟以内上高速,中部 85%的人口 60分钟以内上高速,西部 75%的人口 120分钟内上高速,河南省: 2003年 1418km,2005年 2500km,2007年 4000km,1 总 论,二、道路工程发展现状,1、现代交通运输系统：铁路、公路、水运、航运、管道五种运输方式各有特点（载体、覆盖范围
6、、特色、局限性） 2、高速公路现状：总里程4.5万km，全国分布密度不均匀 3、路基路面技术现状（设计方法、使用性能、存在问题）,1 总 论,存在问题：,1.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。,3.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，20高速公路出现早期大修。,课程特点：,1.交叉性 2.实践性 3.融合性 4.更新性,1 总 论,存在问题：早期破坏、重载,1 总 论,三、道路工程发展趋势,技术发展趋势： （1）服务功能方面：安全化（复杂路况、特殊灾害性天气条件、不良地质状况）、智能化（以人为本、彩色、荧光、融雪）
7、、环保化（排水、降噪、低吸热、吸收汽车尾气） （2）技术性能方面：资源节约、环境友好、寿命延长、性能提升（高温、低温、水稳定性、疲劳）,四、国内外道路工程发展对比,1、国外道路发展 2、70年底进入大发展时期，目前公路网已经基本建成 3、进入全面运营管理阶段 4、国内外道路现状横比,2002年统计数据,1 总 论,第二节 路基路面工程的特点,一、路基、路面的基本概念 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。 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。,1 总 论,二、路基路面的基本特点（宏观）,1、建筑材料
8、广、地方性、废物利用 2、工程量大 3、线形带状,4施工工艺较简单，但季节性强，讲究工序（水文地质情况复杂，气候多变）,5受自然因素和人为因素影响，变异性和不确定性大,1 总 论,三、路基路面应具有的基本性能,1. 承载能力：强度与刚度 2.稳定性 3.耐久性（寿命） 4.表面平整度（舒适性、表面特性） 5.表面抗滑性能（安全性、表面特性）,1 总 论,第三节 影响路基路面稳定的因素,一、主要影响因素（主要影响路基）1.地理条件（几何） 2.地质条件 3.气候条件 4.水文和水文地质条件 5.土的类别,1 总 论,第四节 路基土的分类,一、土的划分原则 不同的使用目的和场合，划分原则不同，如农
9、业、公路等 公路用路基土，世界各国大致相近，均依据土颗粒的粒径组成、土颗粒的矿物成分或其余物质的含量、土的塑性指标,划分依据：土的颗粒组成特征、土的塑性指标和土中有机质存在情况 分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细分为11类,二、我国公路路基土的分类,1 总 论,三、不同路基土的公路工程性质,巨粒土：强度和稳定性好，良好；也可用于砌筑边坡 级配良好的砾石混合料：良好；还可用于中级路面和高级路面的基层； 砂土：无塑性，强度和水稳性好，但易松散，压实困难 砂性土：良好 粉性土：干时易结块，湿时易流动；毛细作用强烈，须经处理才可使用 粘性土：具有较大的可塑性，持水能力强。压实方法得当，排
10、水设施合理也可使用。 重粘土：不透水、粘聚力大，塑性大，干燥坚硬，难以施工,1 总 论,第五节 公路自然区划,一、制定自然区划的原则 道路工程特征相似的原则 地表气候区域差异性的原则 自然气候因素既有综合又有主导作用的原则,1 总 论,二、一级自然区划,1、划分方法：在全国以均温等值线及海拔高度来划分，以均温等值线和三阶梯的海拔高度线为主要标志，二条等高线：1000m、3000m等高线：1000m等高线沿东北大兴安岭、太行、伏牛、武当、雪峰、大朋、友谊关一线，走向北偏东；3000m等高线沿帕米尔高原、昆仑山、阿尔金山、祁连山、岷山、云岭、雪山、大怡岭一线；,1 总 论,2、具体划分：全国首先划
11、分为三大地带：多年冻土、季节冻土和全年不冻土，再进一步根据水热平衡和地理位置划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖、和高寒七个大区：,1 总 论,1 总 论,三、二级自然区划,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、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为33个二级区和19个副二级区。潮湿系数K为年降雨量与年蒸发量之比。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，或是以地表的地貌、水文和土质依据，有各省、市、自治区自行划定。,1 总 论,四、各个自然区划内路基路面设计的注意事项,北部多年冻土区：冻土、冻土退化（全球气温升高） 东部温润集结
12、区：冻胀翻浆 黄土高原干湿过渡区：黄土 东南湿热区：排水、湿软地基 西南潮暖区：不良地质（喀斯特、滑坡） 西北干旱区：缺水、雪害 青藏高寒区：高寒、冻土、,1 总 论,第六节 路基水温状况及干湿类型,一、路基湿度的来源 大气降水 地面水 地下水 毛细水 水蒸气凝结水 薄膜移动水二、大气温度及其对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之一。 冻胀翻浆的机理。,1 总 论,三、路基干湿类型,路基按其干湿状态不同分为四类：干燥、中湿 、潮湿和过湿。一般要求路基处于干燥或中湿状态。 上述四种干湿类型以分界稠度c1 , c2 和c3 来划分。稠度c 定义为土的含水量
13、与土的液限L 之差与土的塑限p 与液限L 之差的比值。 即 c = （ L - ）/（ L - p ） 1.c = 1.0 , 即=p ，为半固体与硬塑状的分界值； 2.c = 0 ,即= L ，为流塑与流动状的分界值； 3. 1.0 c 0，即L p ，土 处于可塑状态。,1 总 论,第七节 路面结构及层位功能,一、路面横断面 路面横断面由行车道、硬路肩和土路肩组成。随道 路等级不同而不同。 1、槽式横断面形成方式：开挖，培槽 2、全铺式横断面排水性路面考虑远期路面的改扩建低等级公路,1 总 论,二、路拱横坡度,1.路拱的作用：横向排水 2.路拱横坡的取值（P23表1-10）： 有利于横向排
14、水，有利于行车平稳； 1-4； 路肩横披度较路面横坡大1。,1 总 论,2.2 路面结构分层及层位功能,1.面层【区别于路面】 基本特点：与外界直接接触。 功能要求：结构性及功能性 材料类型：水泥混合料、沥青混合料及其他混合料 结构组成：两层或三层,道路路面结构,厚度53.5cm,改性沥青砼面层 4cm,水泥砼面层 28cm,二灰碎石基层18cm,石灰土或固化剂处理路床 20cm,冲击压实处理路床（影响深度80cm ）,应力吸收层2cm,防水联接层1.5cm,许尉高速公路长寿命路面结构,道路路面结构,2.基层 基本特点：行车荷载扩散， 功能要求： 结构性 材料类型：有机、无机结合料稳定类 结构
15、组成：两层或三层,道路路面结构,3.垫层 基本特点：承上启下（土基与基层） 功能要求：改善土基的温度和湿度状况，进一步扩散应力。 材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定土。 结构组成：一般为一层。,道路路面结构,垫层结构位于基层以下，主要用于路基状况不良的路段，以确保路面结构不受路基中滞留的自由水的浸蚀以及冻融的危害。通常认为路基处于以下状况，应专门设置垫层。 (1)地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段； (2)排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段； （3）季节性冰冻地区的中期、潮湿路段可能产生冻胀需设防冻垫层的路段；(4)基层或底基层可能受污染以
16、及路基软弱的路段。,道路路面结构,从垫层的设置目的与功能出发，垫层可分为以下几类： (1)防水垫层； (2)排水垫层； (3)防污垫层： (4)防冻垫层。,道路路面结构,2.3 路面的等级划分,一、路面类型 【按照材料组成分类】 土路面 砂石路面 块体路面 沥青路面 水泥路面 复合式路面 其他,道路路面结构,2.3、路面等级划分,根据面层的使用品质、材料组成类型以及结构强度和稳定性， 可以分为四个等级。,道路路面结构,2.4 路面分类【按照力学特性分类】,柔性路面 刚性路面 半刚性路面目前三者之间正在 不断转化，无严格 区分界限。,道路路面结构,小 结,河南理工大学土木工程学院道路与桥梁教研室
17、,一、名词解释 1.公路自然区划 2.路基临界高度 3.平均稠度 4.路拱 5.柔性路面 6.刚性路面,二、思考题 1.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？ 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？ 4.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，填筑路堤时要注意哪些问题？ 6.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 8.我国现行路面是怎样分类与分级的？简述其意义。,三、计算题： 1 已知某市属于4区，有一段粘土路基，路面底面高出地面0.3m，地下水位距地面0.8m，请确定该路基的干湿类型和平均湿度。,
