新路基路面工程 教学课件 李维勋 14

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• 3）计算回弹模量Etc • 4）水泥混凝土的设计强度与弯拉弹性模量 • 设计弯拉强度fcm • 混凝土的试配强度
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• 14.4.3 荷载疲劳应力 • (1)临界荷位 • (2)荷载疲劳应力计算 • 修正后的荷载疲劳应力
图14-13 临界荷位
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• 14.4.4 温度疲劳应力 • 温度疲劳应力
• ③确定材料参数—试验确定混凝土的设计弯拉强 度和弹性模量，基层、垫层和路基的回弹模量， 基层顶面的当量回弹模量。
• ④计算荷载疲劳应力—由应力计算图或公式得到 标准轴载作用下板边缘中部的最大荷载应力；按 接缝类型选定接缝传荷系数；按标准轴载累计作 用次数计算得到疲劳应力系数；按交通等级选定 综合系数；综合上述计算结果可得到荷载疲劳应
• 1)荷载作用于板中（荷位①），荷载中心处板底最大弯拉 应力
• 2)荷载作用于板边缘中部（荷位②），荷位下板底的最大 弯拉应力
• 3)荷载作用于板角隅（荷位③），最大拉应力产生在板的 表面离荷载圆中心为x1的分角线上
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图14-4 三种荷载位置
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• 14.1.3 弹性半空间地基板的荷载应力分析
• 对于外荷载与弹性地基板本身均属于轴对称的情 况下
• 14.4.5 板厚确定 • ①收集并分析交通参数—收集日交通量和轴载组
成数据，确定轮载分布系数，计算设计车道标准 轴载日作用次数，由此确定道路的交通等级，并 进而选定设计年限、选定交通量年平均增长率， 计算使用年限内标准轴载的累计作用次数。
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• ②初拟路面结构—初选路面结构层次、类型和材 料组成；拟定各层的厚度、面层板平面尺寸和接 缝构造。
• 由第②、③点假设，应用几何方程可得到应变与竖向位移 的关系式

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1.2 路基路面工程特点与性能要求
二 要求路面具有以下性能要求
2.稳定性 天然地表面因修建道路而导致地表失衡，在达到新的平衡
之前，道路处于暂时不稳定状态。 对路面结构的稳定性有重要影响的有： （1）大气降水：使结构内部湿度发生变化，低洼处排水不良， 长期积水会使得较矮的路堤软化，导致路面失去承载力。而且 处于某一深度的地下水可以通过毛细润湿和渗透进入路基。
课程性质：是道桥及渡河工程、交通土建等专业必修的一门专 业主干课程，主要讲述公路与城市道路路基工程、路面工程的 基本理论和基本知识。 与其他课程的关系：《结构力学》、《土力学》、《工程地质 学》、《道路建筑材料》。
现代路基路面工程的特点： 1.适应人类社会建设与发展的要求； 2.满足快速、安全、舒适的行车要求； 3.满足环保、友好、低能耗的现代功能要求；
1.1 路基路面工程发展概况
二 我国路基路面工程建设和研究的成果：
●沥青路面结构 ♦水泥混凝土路面结构 ●半刚性路面结构 ♦柔性路面、刚性路面设计理论与方法 ●路面使用性能与表面特性 ♦路面养护管理
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1.2 路基路面工程特点与性能要求
一 特点
1.路基：在天然地表面按照道路的设计线型（位置）和设计 断面（几何尺寸）的要求开挖或者堆填而成的岩土结构物。 2.路面：在路基顶面的行车部分用各种混合料铺筑而成的层 状结构物。
图为通向柏林的A9公路，使用时间超过了50年，图 8 中为第一阶段的水泥路面。
1.1 路基路面工程发展概况
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1.1 路基路面工程发展概况
二 我国路基路面工程建设和研究的成果：
●公路自然区划 ♦土的工程分类 ●路基的强度和稳定性 ♦高路堤修筑技术与支挡结构 ●软土地基稳定技术 ♦岩石路基爆破技术

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路基的干湿类型
路基湿度的来源
大气降水、地面水、地下水、
水蒸气及其凝结水、给排水设施泄露
路基干湿类型的划分
标准：平均稠度Bm=（WL-Wm）/（WL-Wp） 类型：干燥、中湿、潮湿、过湿
路基临界高度
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6.2路基设计 一． 路基横断面基本形式
路堤
路堑
半挖半填路基
3.1竖曲线设计
定义 分类 作用
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竖曲线要素计算
变坡角 1 （2 “”为凸曲线、“”为凹曲线） 曲线长L R
切线长T
L 2
外矢距E T 2 2R
切高y x2 2R
竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T 某桩号在凸（凹）曲线上的设计标高
=该桩号在切线上的设计高-（+）y
拓宽路口式交叉口设计 拓宽车道数
拓宽位置的选择
拓宽车道长度的计算
环形交叉口设计
中心岛的形状和尺寸
环道的宽度
交织角
环岛进出口的转弯半径
第32页/共94页环 道 的 横 截 面
交叉口竖向设计
原则
基本形式
设计方法及步骤
O2
E2 A
E D3
E3
M3
O3 F3 F
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计算图示
5.2立体交叉设计
路基土方施工
开挖
运输
填堆
压实
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修整
路基压实
压实土基的意义
影响路基压实效果的因素：
干
内因： 含水量
容 重
土质
外因： 压实功能
压实机具
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图13-16 胀缝传力杆的架设（钢筋支架法） 1—先浇的混凝土；2—传力杆；3—金属套筒；4—钢筋； 5—支架；6—压缝板条；7—嵌缝板；8—胀缝模板
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图13-17 胀缝传力杆的架设（顶头模固定法） 1—端头挡板；2—外侧定位模板；3—固定横木
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• ③有接缝，一般水泥混凝土路面要建造许多接缝，这些接缝不但增加施工 和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响行车的舒适性。同时接缝 又是路面的薄弱点，如处理不当，将导致路面板边和板角处破坏。
• ④修复困难，水泥混凝土路面破坏后，开挖很困难，修补工作量也大，且 影响交通，这对于有地下管线的城市道路，带来较大困难。
图13-2 混凝土变形及开裂 a)由于温度坡差引起的变形；b)由于温度坡差引起的开裂； c)由于均匀温度下降使板的开裂
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图13-3 路面接缝设置 1—横缝；2—纵缝
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• (1)横缝的构造与布置 • ①胀缝 • ②缩缝 • ③横向施工缝 • (2)纵缝的构造与布置 • 纵缝是指与行车方向平行的接缝。
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图13-22 施工终了时施工胀缝
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图13-23 滑模式摊铺机摊铺工艺过程图 1—螺旋摊铺器；2—刮平器；3—振捣器；4—刮平板； 5—振动振平板；6—光面带；7—混凝土
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• 3)混合料的卸料、布料
• 4)混凝土的
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• ⑥稳定性好，水泥混凝土路面受到水的浸入和温度等自然因素影响时，引起的强度变化小，不存在沥青路 面的那种老化现象。
• (2)缺点 • ①开放交通较迟，水泥混凝土路面铺筑后，一般要经过15～20天的湿治养生，才能开放交通，如需提前开

行车舒适性以及运输效益的重要使用性能
5.表面抗滑性能 (Surface Skid Resistance) 保证车
轮与路面之间有足够的附着力和摩擦力，以增加行车安全
6.低扬尘性
三、路基路面稳定的影响因素
1、地理条件 地形地貌 海拔高度 路线与地势地貌的结合程度
2.地质条件
岩石或土的种类与成因
地质走向与层理 有无软弱层或软弱夹层 有无地震、泥石流或岩溶等不 良地质情况
路基路面工程要求有很好的耐久性能
4.表面平整度 (Surface Smoothness) 是影响行车安全、
行车舒适性以及运输效益的重要使用性能
5.表面抗滑性能 (Surface Skid Resistance) 保证车轮
与路面之间有足够的附着力和摩擦力，以增加行车安全
二、路基路面的功能要求
4.表面平整度 (Surface Smoothness) 是影响行车安全、
主要内容
第一节 道路工程发展概况
第二节 路基路面工程的特点 与功能要求 第三节 路基路面的构造组成与路面分类、分级
第四节 行车荷载 第五节 公路自然区划
第一节 道路工程发展概况
道路的发展可粗分为四个阶段：
第一阶段：供行人和牛马及其它兽类
行走、驮运货物的阶段。此时期的道 路通常称为小路或小径(Trail) 。
2.路堤
设计标高高于原地面标高的填方路基，主要作用：支承路床和
路面。路床以下的路堤分为：上路堤（路面底面下80-150cm的
填方部分）、下路堤（上路堤以下的填方部分）。
3.路堑
设计标高低于原地面标高、通过开挖天然地面而成的路基。
路堑边坡处于地壳表层，开挖暴露以后，容易受到自然因素与

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四、填隙碎石基层
• 碎石基层可采用干压方法，要求填缝紧密，碾压坚实。 如土基软弱，应先铺筑低剂量石灰土或砂砾垫层，以 防止软土上挤和碎石下陷。
• 施工工序， • （1）准备下承层 • （2）施工放样，恢复中线，没10-15m设一桩，并测
出标高 • （3）备料。计算各段需要的粗碎石数量级填隙料。 • （4）摊铺粗碎石 • （5）初压。用两轮压路机碾压3-4遍，每次重叠三分
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• 泥结碎石亦能用作路面的基层，但其水 稳定性较差，当用作沥青路面基层时一 般只适用于干燥路段。泥结碎石作为基 层时，主层矿料的粒径不宜小于40mm， 并不大于层厚的0.7倍。嵌缝料应与主层 矿料的最小粒径相衔接。土的塑性指数 以10－12为宜，含土量不宜大于混合料 总重的 15％。
铺 • 3）预碾碎石； • 4）碾压碎石并洒水； • 5）撒铺嵌缝料并碾压与洒水粘压； • 6）撒铺石屑（米石）并洒水碾压成型； • 7）初期养护。
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• 水结碎石，一般情况应全幅施工。不论分 一层或两层均应按压实系数1.25－1.3一次 摊铺，并须仔细找平。
• 根据碾压时碎石的移动、嵌挤以及最后成 型等情况，水结碎石路面的碾压过程可分 为三个阶段。
• 力学强度和稳定性：有赖于碎石的相互嵌挤作用，也有赖于 土的粘结作用。
• 石料要求：等级不宜低于IV级，长条、扁平状颗粒不宜超过 20％。不产石料地区的次要道路，交通量少时，可采用僵石 和碎砖等材料。所用粘土，应具有较高的粘性，塑性指数以 12－15为宜。粘土内不得含腐殖质或其它杂物。粘土用量一
般不超过混合料总重的15％－18％。
❖ 特点：具有良好的整体性、足够的力学强度、抗 水性和耐冻性。其初期强度较高，且随龄期增长 而增长。

((44))、、水水平平荷荷载载 水平力与车轮垂直压力及路面 与车轮间的附着系数有关。
正常行驶时 弯道行驶
F0 P
制动或驱动时 Fb fb P
水平力可使路面产生波 浪、拥抱、推挤等现象， 因此要求路面面层材料 应具有足够的抗剪强度， 尤其在弯道、交叉口、 公交车停靠站附近。
• 行车荷载对路面的作用是随时间推延累计增加的，即荷载作 用具有瞬时性和重复性，也就是说行车荷载对路面的作用主 要取决于两方面：一是轴载重量大小，二是重复作用次数多 少。
热拌沥青碎石混合 料、沥青贯入式
热拌沥青碎石混合 料、沥青表面处治
中级路面 低级路面
水结碎石、泥结碎 石、级配碎砾石、 半整齐石块路面
粒料改善土
１２ １０ ８ ５
５
＞２００ １００～２００ １０～１００
≤１０
1、高级路面 ①公路等级：高速、一、二级公路用； ②面层类型：沥青砼、水泥砼； ③特点： a.强度、刚度高，稳定性好； b.使用寿命长，能适应较繁重的交通量； c.平整无尘，能保证高速行车； d.养护费用少，运输成本低； e.投资大。
• 材料：水泥混凝土、沥青混凝土
2、基层：
作用：基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力， 并扩散到下面的垫层和土基层中去，是路面结构中的承重层。 因此，基层应具有强度和刚度，扩散荷载能力、水温稳定性。
结构：基层也可分为两层或三层铺筑，称为基层（或上 基层、基层）、底基层。对底基层材料质量的要求可低些，可 使用当地材料来修筑。
4、低级路面 ①公路等级：四级公路； ②面层类型：粒料、当地材料。 ③特点： a.强度、刚度最低； b.水稳性、平整度均差，易扬尘； c.仅适应较小交通量； d. 低速行车，适用较小交通量； e.造价低，养护运输成本高。

Ne
365[1 r)t r
1]
N1
or Ne
365[1 r(1
r)t 1] r )t 1
Nt
式中：Ne——设计年限内一个车道上的累计当量轴次；
t ——设计年限；
N1——第一年双向平均日当量轴次； Nt ——第t年双向平均日当量轴次； r ——设计年限内交通量年增长率（%）
η——车道系数。
b.土基回弹模量EO； c.路面材料模量。第22页/共54页
c.沥青碎石：以一定级配的矿料用沥青做结合 料，按一定比例配合，拌匀，铺压而成的路面 结构层。适用于高级、次高级路面面层，高级 路面基层，联结层。
d.沥青砼：由适当比例的各种不 同大小颗粒第7的页/共54页
矿料和沥青在一定温度下拌和成混 合料，经铺压
④ 水泥砼：以水泥与水合成水泥浆为 结合料，碎
（砾）石为骨料，砂为填充料，按适 当的配合比
≤1 0
第15页/共54页
②沥青层厚度确定
半刚性基层上沥青层推荐厚度
公路等 级
沥青层推荐厚度(㎝)
公路等 级
沥青层推荐厚度(㎝)
高速
12～18
三
2～4
一
10～15
四
1～2.5
二
5～10
第16页/共54页
③基层选择： a.有足够强度，水稳定性，抗冻性； b.收缩变形小，抗冲刷能力强； c.就地取材； d.确定合理配合比； e.每侧比路面宽至少25㎝。
第13页/共54页
②在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、 合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则。进行路 面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安 全可靠，有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。

二、温度变化预测 影响路面结构内温度状况的因素： 外部－气温、太阳辐射、云量、风速、降水量； 内部－路面材料导热系数、比热等。
路面温度预测 统计法：实测温度+气象资料→回归 局限性强 理论法：热传导理论→预估方程 参数难以确定，假设太多。
Tmax a bTamax cQ
第25页/共78页
§2-3 土基的受力与强度
5. 真空吸力
车辆行驶时在车轮的后方与路
面之间形成暂时的真空而对路
面产生真空吸力，真空吸力主
要对材料粘结力差的中、低级
砂石路面起作用，导致路面骨
料松动，路面结构逐步发生破
坏。
第16页/共78页
五、交通分析
1、交通量
交通量是指在单位时间内，通过道路某一断面的
交通实体数。
交通当量是把不同车型的交通量换算成标准车型
量的逐年变化； 4、汽车的静态荷载与动态荷载特性比较。
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一、车辆的种类
㈠客车
1、小客车

2、中客车
3、大客车
㈡货车
1、按载重量分为轻、中、重型货车。
2、按车身组合情况分为单一车和组合车。
①单一车：整车或固定车身类
②组合车：牵引车+全挂车
（本身无动力，独立承载，依靠其他车辆牵引行驶）
方向系数一般情况下，取0.5，但有些道路有可
能出现一个方向的车辆明显多于另一个方向的情 况，这时需要通过调查后确定其数值。 。
车道系数：慢车道的交通量除以该方向交通量。
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在路面结构设计中，通过调查分析确定初始年平均日交通量，调 查有两种：
一、通过现有的交通流量观测站的调查资料获得 二、尚未设站的道路，临时布站进行观测

高 职 高 专 道 桥 专 业
路基路面工程 ppt 课件
书名：路基路面工程 ISBN： 7-111-17257-4/U.858课 作者：李维勋 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件
路 基 路 面 工 程
制作：周娟
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高 职 高 专 道 桥 专 业
路基路面工程 ppt 课件
第二章 一般路基设计 主要内容
三、堆料坪与错车道 堆料坪 设置位置：路旁或路肩外侧 设置要求：每隔50~100m设置一个，长为 5~8m，宽为2 m。
路 基 路 面 工 程
路基宽 度 堆料坪长 度
制作：周娟
堆料坪宽度
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高 职 高 专 道 桥 专 业
错车道 规定：四级公路采用4.5m路基，应设置错车 道。 要求：路基宽度不得短于6.5m，每隔 200~500m设置一处
路 基 路 面 工 程
制作：周娟
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高 职 高 专 二、三、四级公路路基标准横断面 道 桥 专 业
路基路面工程 ppt 课件
路 基 路 面 工 程
二级公路加宽硬路肩时
三、四级公路一般情况
制作：周娟
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高 职 高 专 道 桥 专 业
路基路面工程 ppt 课件

各种公路路基宽度
高速公路、一级公路 120 8 45.00 6 34.50 4 28.00 8 44.00 100 6 33.50 4 26.00 6 32.00 80 4 24.50 60 4 23.00
1︰1.5
1︰1.3
1︰1.75
1︰1.5
制作：周娟
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高 职 高 专 道 桥 专 业
路堑边坡
路 基 路 面 工 程
a)直线形