第一章路面工程概述
第一节路工程道发展概况
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。
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，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。
3、预期目标
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
二、道路工程发展现状
1、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、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）。
2、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。
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）、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。
第二节路基路面工程的特点
一、公路
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。
1、路基
路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，与路面共同承
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。
2、路面
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。
二、路基路面的基本特点（宏观）
1、建筑材料广、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。
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）；
6、具有足够的抗渗透性；
7、具有低噪声、低扬尘性并减少对环境的负面影响。
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。
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、土的塑性指标等来划分。
二、我国公路路基土的分类
1、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。
2、分类：巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土，并进一步细分为11类。
三、不同路基土的公路工程性质
1、巨粒土：强度和稳定性好，良好；也可用于砌筑边坡；
2、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；
3、砂土：无塑性，强度和水稳性好，但易松散，压实困难；
4、砂性土：良好；
5、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；
6、粘性土：具有较大的可塑性，持水能力强。压实方法得当，排水设施合理也可使用；
7、重粘土：不透水、粘聚力大，塑性大，干燥坚硬，难以施工。
第五节公路自然区划
一、公路自然区划
为了区分各地自然区域的筑路特性，经过长期研究，制定了公路自然区划标准，见图3—1(见教材）。
（一）、区划的原则与分级
1、区划原则
（1）道路工程特征相似的原则；
（2）地表气候区划差异性的原则；
（3）自然气候因素既有综合又有主导作用的原则。
2、区划分级
（1）一级区划
以两条均温等值线：全年均温－2℃等值线和一月份均温0℃等值线；两条等高线：1000m和3000m作为一级区划的标志，将全国分成七个一级区，见表3-1。
表3-1 自然区划
（2）二级区划
①二级区划以潮湿系数为主要区分标志。
②在7个一级区划内进一步分为33个二级区和19个副区（亚区），具体见《公路自然区划标准》。潮湿系数K为年降水量（mm）与年蒸发量（mm）的比值，按区内的K值大小分为六个等级，见表3—2表示。
表公路自然区划
（3）三级区划
三级区划是二级区划的进一步划分。
3.各自然区划的筑路特点
（1）I区——北部多年冻土区：防止翻浆，应采取换土、稳定土、砂垫层等处理方法。
（2）Ⅱ区——东部温润季冻区：防止翻浆和冻胀。
（3）Ⅲ区——黄土高原干湿过渡区：黄土对水分的敏感性，干燥土基强度高、稳定性好。
（4）Ⅳ区——东南湿热区：防止水毁、冲刷、滑坡。
（5）V区——西南潮暖区：充分利用当地材料筑路。
（6）Ⅵ区——西北干旱区：沥青面层材料应具有良好的防透水性；砂石路面经常出现松散，搓板和波浪现象。
（7）Ⅶ区——青藏高寒区：须按保温原则设计。
二、路基湿度状况分析
（一）路基湿度的来源
1．大气降水；
2.地面水；
3.地下水、毛细水；
4.水蒸汽凝结水；
5.薄膜移动水。
（二）、路基湿度状况的预估
1、按所属自然区划和路基潮湿类型估计
（1）干燥类
（2）中湿类
（3）潮湿类
（4）过湿类
通过对各自然区划内不同潮湿类型路基的湿度状况进行广泛调查后，可编制出区分各类路基潮湿类型的临界高度，以及分界相对稠度值，表3—5和表3—6（见教材）列出其中一部分数值可供参考。
下表所列区划界限确定道路所属的路基干湿类型：
对于新建道路可以用路基临界高度作为判别标准，
?（1）H1相对应于Wc1，为干燥和中湿状态的分界标准；?（2）H2相对应于Wc2，为中湿与潮湿状态的分界标准；?（3）H3相对应于Wc3，为潮湿和过湿状态的分界标准。?当路基的地下水位或地表积水水位一定的情况下，路基的湿度由下而上逐渐减小,如图：
第六节路面温度状况分析
一、温度变化
路表温度的周期性起伏，同气温的变化几乎完全同步。
由于部分太阳辐射热被路面所吸收，路面的温度较气温高，面层结构内不同深度处的温度同样随气温的变化而呈现周期性变化，但起伏的幅度则随深度的增加而减小，其峰值也随深度的增加而越来越滞后出现。
图3-4和图3-5分别显示了夏季晴天的情况下沥青类面层和水泥混凝土面层温度的日变化观测结果。路表温度的周期性起伏，同气温的变化几乎完全同步。
图3-4 沥青面层温度日变化曲线
图3-5 水泥混凝土面层温度日变化曲线
路面结构内温度状况随深度而变化的情况，可以更明显地从一天内不同时刻的路面温度随深度分布的曲线图中看出，图3-6即为水泥混凝土面层的一个实例。
温度沿深度一般呈曲线分布。顶面和底面之间的温度坡差（或称梯度），在一天内经历了由负（顶温低于底温）到正（顶温高于底温）再到负的循环变化，具有同气温变化近乎同步的周期性特点，见图3-7。通常在早晨某一时刻（例如8：00）梯度接近于零，午后某时刻（例如13：00～14：00）正温差达到最大值，而在凌晨某时刻（例如3：00～5：00）负温差达到最大值。
图3-7 水泥混凝土面层温度梯度日变化曲线
云和雨对面层温度状况有很大的影响，特别在接近表面处。云层遮住太阳时路面受到的辐射热降低，因而多云天气的面层温度日变化曲线出现局部波动，有许多小峰值。雨天时，日气温变动很小，面层内各深度处的温度日变化曲线也波动很小，并且气温始终低于面层内温度，见图3-8。
图3-8 雨天时沥青路面温度变化曲线
除了日变化之外，面层不同深度处的温度还随气温而经历着年变化，图3-9所示为沥青面层不同深度处的月平均气温变化的情况。可看出，平均气温为最高和最低的7月和1月份，面层的平均温度也相应为最高和最低值。
二、路面的温度状况
自然气温每年和每月都发生周
期性变化，与大气直接接触的路面
表面温度也相应的发生周期性变
化。路面表面温度周期性起伏与气
温的变化基本上是一致的。图3-10
示沥青路面中一天中的温度变化。
可以看出，太阳辐射和气温对沥青
路面有极大的影响。
沥青路面结构内不同深度处的温度，同样随气温变化也呈现出周期性的变化，但变化的幅度随离路表深度增大而减小。图3-11示一
个典型的温度随深度变化的情况。
影响路面结构内温度状况有外部
的和内在的两种因素：
（1）外部：气候条件，例如气温、
太阳辐射、风力、降水量、蒸发量和
冷凝作用等
（2）内在：从地球长波辐射热的散发和热的特性,包括路面材料和地基的热传导率、热容量、对辐射热的吸收的能力等。
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：在路基上按路面行车道及硬路肩设计宽度开挖路槽，保留土路肩，形成浅槽，在槽内铺筑路面。也可采用培槽方法，在路基两侧培槽，或半填半挖的方法培槽。
2、全铺式横断面：在路基全部宽度内都铺筑路面。在高等级公路建设中，有时为了将路面结构内部的水分迅速排出，在全宽范围内铺筑基层材料，保证水分由横向排入边沟。有时考虑到道路交通的迅速增长，适应扩建的需要，将硬路肩及土路肩的位置全部按行车道标准铺筑面层。在盛产石料的山区或较窄的路基上，全宽铺筑中、低级路面。二路面结构与层次划分
（一）路面结构
为了保证路面上雨水及时排出，减少雨水对路面的浸润和渗透而减落路面结构强度，路面表面应做成直线和抛物线形的路拱。
路肩横坡度一般较路面横坡度大1%。但是高速公路和一级公路的硬路肩采用与路面行车道相同的结构时，应采用与路面行车道相同的路面横坡度。
（二）路面结构层次的划分
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
水，有利于行车平稳；1-4％；路肩横披度较路面横坡大1％。
各类路面的路拱平均横坡度
（三）道路路面结构
1.路面结构：面层、基层、垫层。
路面类型
路拱平均横坡度(%)
沥青混凝土、水泥混凝土
1~2 沥青贯入式、沥青碎石、沥青表面处治、
1.5~
2.5
半整齐石块、不整齐石块
2~3 碎、砾石等粒料路面
2.5~
3.5
②功能要求：结构性及功能性。
③材料类型：水泥混合料、沥青混合料及其他混合料。
④结构组成：两层或三层。
面层作用：面层应具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水；其表面还应有良好的抗滑性和平整度。
面层结构：面层有时分两层或三层铺筑，如高速公路沥青面层总厚度18~20cm，可分为上、中、下三层铺筑，并根据各分层的要求采用不同的级配等级。
所需材料：水泥混凝土、沥青混凝土。
（2）基层
①基本特点：行车荷载扩散。