1、主讲：杨帆主讲：杨帆引引 言言n 路基路面工程是道路桥梁工程技术、市政路基路面工程是道路桥梁工程技术、市政工程技术等专业最重要的主干核心课之一。路工程技术等专业最重要的主干核心课之一。路基路面工程在道桥专业的课程体系中起承上启基路面工程在道桥专业的课程体系中起承上启下的作用，路基路面工程是工程地质、土力学、下的作用，路基路面工程是工程地质、土力学、公路工程材料等先修课程的具体应用，同时又公路工程材料等先修课程的具体应用，同时又为公路施工技术、公路施工组织设计、公路工为公路施工技术、公路施工组织设计、公路工程检测与养护等后续课程奠定坚实的基础。程检测与养护等后续课程奠定坚实的基础。n 因此，学习
2、好本课程，掌握路基路面工程因此，学习好本课程，掌握路基路面工程设计的基本知识和基本理论，对于日后从事道设计的基本知识和基本理论，对于日后从事道路勘察设计、道路施工、施工图图纸会审和工路勘察设计、道路施工、施工图图纸会审和工程计量等工作具有极其重要的意义。程计量等工作具有极其重要的意义。第一篇 路 基 工 程第一章第一章 绪绪 论论n本章学习要点：n 公路的组成、路基工程特点，影响路基稳定的因素及路基的要求，路基土的工程特性及工程分级，公路自然区划，路基干湿类型与路基临界高度、最小填土高度，路基受力状况与路基工作区，路基土的应力应变特性与土基的强度指标。第一节公路的组成及路基的工程特点第一节公路
3、的组成及路基的工程特点n一、公路组成 公路是供汽车或其他车辆行驶的一种线形带状结构体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和排水设施等基本部分组成。此外，还有路线交叉、防护工程和交通工程及沿线设施等。路基是路面、路肩、边坡、边沟等部分的基础。它是按照路线的平面位置和设计高程在地面上开挖和填筑成一定断面形式的线形人工土石料构造物。路基作为行车部分的基础，必须保证有足够的强度和稳定性，能防止水及其他自然灾害的侵蚀。路面是公路表面部分。它是用一定级配的混合料铺筑于路基之上的单层或多层结构物。路面要求平整，具有足够的强度，良好的稳定性和抗滑性能。路面质量的好环，直接影响到行车的安全性、舒适性和车辆的通行
4、能力。桥涵是公路跨越河流、山谷、通道等障碍物而架设的结构物。一般用钢筋混凝土、块石等材料建造而成。隧道是连接山岭两侧公路的一条山洞。隧道修筑施工技术复杂，工程造价比一般路面高，但它缩短了两地间行车距离，提高了公路的技术等级，保证了行车快速安全，从而降低运输成本。公路防护工程是对路基进行防护和加固，以保证路基的强度和稳定性，从而维持正常的汽车通行和行车安全。二、公路路基的分类和路基工程特点二、公路路基的分类和路基工程特点n1、公路路基的分类n（1）按其形式不同：整体式和分离式n（2）按其材料不同：石质路基、土质路基、土石混填路基、软质材料路基软质材料路基等。n（3）按其填挖不同：填方路基，挖方路
5、基、填挖集合路基、零填零挖路基等。n（4）按其所处条件不同：一般路基、特殊地基（软土、人工填土、失陷性黄土、红粘土、膨胀土、多年冻土）等。n 2、路基工程特点、路基工程特点n结构形式简单，工艺相对简单。n路基工程土石方数量大。n路面工程耗资多。n工程复杂多变。n作用的车辆荷载的随机性。n材料差异性大，可靠性差。n路基路面的损坏状态和原因，常是多种复杂的。n影响因素多变、牵涉范围广、施工组织安排不易。三、路基工程与其他有关工程项目的关系三、路基工程与其他有关工程项目的关系与路线设计的关系与路线设计的关系1.1.道路线形的确定，不仅要考虑到线道路线形的确定，不仅要考虑到线形的优劣，还要考虑路基的稳
6、定、土形的优劣，还要考虑路基的稳定、土方量的大小、工程地质情况及工程的方量的大小、工程地质情况及工程的难易程度等。难易程度等。2.2.对于路线难以避让的不良地段，也对于路线难以避让的不良地段，也可以选择较好的线形，通过正确的路可以选择较好的线形，通过正确的路基设计来处理好不良地质。基设计来处理好不良地质。与路面工程的关系与路面工程的关系1.1.路基的强度与稳定性，是保证路面路基的强度与稳定性，是保证路面强度与稳定性的基本条件。提高路基强度与稳定性的基本条件。提高路基的强度与稳定性，就可以减少路面厚的强度与稳定性，就可以减少路面厚度、降低路面造价。度、降低路面造价。2.2.路面强度的好坏也是路基
7、强度与稳路面强度的好坏也是路基强度与稳定性的重要影响因素。良好的路面可定性的重要影响因素。良好的路面可以防止雨水侵入路基，确保路基的强以防止雨水侵入路基，确保路基的强度与稳定性。度与稳定性。与桥涵工程的关系与桥涵工程的关系桥头引道路基与桥位的选设和桥桥头引道路基与桥位的选设和桥孔的设计密切相关，桥梁基础的孔的设计密切相关，桥梁基础的确定及桥梁造价与地基有直接的确定及桥梁造价与地基有直接的关系。关系。隧道内的路基排水设施要完善。隧道内的路基排水设施要完善。隧道洞口两端路基与隧道内路基隧道洞口两端路基与隧道内路基的衔接要恰当。的衔接要恰当。与隧道工程的关系与隧道工程的关系第二节影响路基稳定的因素及
8、对路基的要求第二节影响路基稳定的因素及对路基的要求n一、影响路基稳定的因素n1、地理条件n2、地质条件n3、气候条件n4、水文和水文地质条件n5、土的类别土的类别n6、路基设计n7、路基施工n8、养护措施n9、植被覆盖植被覆盖n 总之，地质条件是引起路基路面破坏的基本前提，水则是造成病害的主要原因。n二、对路基的基本要求n 路基除断面尺寸应符合设计规范要求外，还应满足下列基本要求。1、具有足够的整体稳定性。2、具有足够的承载力。3、具有足够的水温稳定性和耐久性。4、应符合环境保护要求，避免引发地质灾害，减少对生态环境的影响。n三、保证路基强度和稳定性的措施n1正确设计n2选择良好填料n3正确填
9、筑，充分压实n4保证路基合理高度n5设计地面排水n6设置隔离层、隔温层隔离层、隔温层n7边坡加固、防护第三节路基土的分类及工程特性第三节路基土的分类及工程特性n一、路基土的分类n1、分类的基本原则n（1）应选用对土的工程性质、最能反映土的基本属性便于测定的指标作为分类依据。n（2）要有一定的逻辑性。（体系、简单易记）n（3）应能反应土在不同工作条件下的特性。2、分类体系n划分依据：根据土的颗粒组成，塑性指数和土中有机质含量分类：n分类：巨粒土、粗粒土、细粒土、特殊土n3、分类方法n1.按有机质含量：有机质土，无机质土有机质土，无机质土。n2.无机质土按粗粒含量：巨粒土、粗粒土、细粒土三类。n3
10、.巨粒土、粗粒土按其细粒含量和级配进一步细分（粒径大小、不均匀系数和曲率系数曲率系数）。n4.细粒土按塑性指数Ip和液限WL在塑性图上进一步细分。(补充）二、土的工程性质n1、巨粒土：强度和稳定性很高，是筑路的良好材料，也可用于边坡护砌。n2、级配良好的砾石混合料：除可填路基外，可用于中级路面或路面基层或底基层。n3、砂土无塑性：强度与水稳性好，但粘结性小，易松散，可掺少量粘土，利于压实。n4、砂性土：既有一定数量粗颗粒，又有一定数量的细粒，级配适宜，为理想的填料。n5、粉性土：毛细作用毛细作用强烈，易造成冻胀翻浆，属于不良公路用土。n6、粘性土：在适合含水量下应充分压实和在良好的排水条件下，
11、筑成路基也能稳定。n7、重粘土：不透水，粘聚力大，干燥时很坚硬，施工难易开挖与破碎。总结总结n 作为路堤填料，砂性土最优，粘性土次之，粉性土属不良材料，重粘土也为不良材料。此外，腐殖土，盐渍土等也是不良筑路材料。还有一些特殊土类，如有特殊结构的土、含有机质的土以及易溶盐的土等，用以填筑路基时必须采取相应的技术措施。三、路基土的工程分级n分类依据：开挖难易程度。n分类：松土，普通土，硬土，软石，次坚石，坚石。n路基土石划分的标准：参看书本第8面第四节第四节 公路自然区划公路自然区划n一、区划目的n 区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，便于道路工作者在路基路面结构类型选择以及设计、施工
12、和养护中采取合适的设计参数和技术措施，保证路基路面的强度和稳定性。n二、区划原则n以自然气候因素的综合性和主要性相结合为原则。n1.道路工程特性相似性原则：即同一区划内，在同样自然因素下筑路具有相似性。n2.地表气候区划差异性原则：即地表气候是地带性差异与非地带性差别的结果。n3.自然气候因素既有综合又有主导作用的原则：即自然气候变化是多种因素作用结果。但其中又有某些因素起着主导作用。n三、区划方法n分三级区划：n1.一级区划：全国首先划分为三大地带：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：n2.二级区划：在一级区划
13、的基础上，以潮湿系潮湿系数数K（年降雨量R/年蒸发量Z）为主要指标（分6个等级），还考虑气候特征、地貌类型、自然病害等因素，将全国划分为33个二级区划和19个副区，共52个二级区划。n3.三级区划：在二级区划基础上，由各地区根据当地具体情况再自行划定。(书中有两种划分法）四、各自然区划的筑路特点n区北部多年冻土区：道路设计原则保温。n区东部湿润季冻区：路面结构要突出防冻胀与翻浆。n区黄土高原干湿过渡区：筑路的主要问题是黄土的冲蚀与遇水湿陷。n区东南湿热区：筑路的主要问题是水毁、冲刷和滑坡。n区西南潮暖：该区土基软湿，注意路基整体稳定性。n区西北干旱区：气候干燥，可采用沥青混凝土层解决砂石路面搓
14、泥、松散。注意沙漠地区风蚀和沙埋。n区青藏高寒区：有多年冻土，注意保温设计，且沥青路面在日照下易老化。如不注意各区的筑路特点，则可能造成工程病害。由土体失稳造成的病害（一）由土体失稳造成的病害（二）由土基强度低造成的病害第五节路基干湿类型及路基临界高度第五节路基干湿类型及路基临界高度n 路基的强度与稳定性，同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响路面结构设计。因此，在进行路基路面设计前应严格区分路基的干湿类型。n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 薄膜移动水大气降水，通过路面、路肩和边坡渗入路基；边沟大气降水，通过路面、路肩和边坡渗入路基；边沟水及排水不良
15、时的地表积水，以毛细水的形式渗入路基；水及排水不良时的地表积水，以毛细水的形式渗入路基；靠近地面的地下水，借助毛细作用上升到路基内部；靠近地面的地下水，借助毛细作用上升到路基内部；在土粒空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结为水在土粒空隙中流动的水蒸汽，遇冷凝结为水42132图0.8 路基湿度来源示意图1-大气降水；2-地面水；3-地下水上升的毛细水；4-水蒸气凝结的水渗入路面渗入路面渗入路肩渗入路肩由路肩由路肩由边沟由边沟由较高处渗入由较高处渗入地下水位地下水位由下层土由下层土水汽移动水汽移动由地下水由地下水地下水位变动地下水位变动n二、水温状况变化对道路工程的影响n 路基湿度除了水的来源之外，另一个
16、重要因素是受当地大气温度的影响。由于湿度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。沿路基深度出现较大的温度梯度时，水分在温差的影响下以液态或气态由热处向冷处移动，并集聚在该处。这种现象在季节性冰冻地区最为严重。n 冻胀和翻浆就是路面在温度和湿度共同作用下产生的病害。冻胀与翻浆冻胀与翻浆二、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 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
17、分界；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。由此可以得出稠度越大土越硬，越小土越处于流动状。不同土质其分界稠度是不一样的（表1-1-5）n路基干湿类型的划分方法n1、平均稠度划分法（适用于已建公路）n 根据不利季节测定路床80cm内土层的含水量，确定其平均稠度；按自然区划、土类查表确定分界稠度；比较平均稠度与分界稠度，确定干湿类型。n(1)稠度、分界稠度 n 2）计算平均稠度8cm8081icicww内的算术平均稠度：路槽以下（2）平均稠度 1）于路槽底面以下80cm内，每10cm取土样测定其天然含水率、塑限含水率和液限含水率。i：第i层土的
18、天然含水量 piliiliiwwwwwci层的稠度：第路基干湿状态的稠度建议值路基干湿状态的稠度建议值wc0.750.90wc0.751.05wc0.90wc1.05粉质土wc0.800.95wc0.801.10wc0.95wc1.10粘质土wc0.851.00wc0.851.20wc1.00wc1.20土质砂wcwc3wc2wcwc3wc1 wcwc2wcwc1过湿状态潮湿状态中湿状态干燥状态 干湿状态土 组注：注：w wc1c1、w wc2c2、w wc3c3分别为干燥和中湿、中湿和潮湿、潮湿和过湿状态路基的分界稠度，分别为干燥和中湿、中湿和潮湿、潮湿和过湿状态路基的分界稠度，w wc c
19、为路床表面以下为路床表面以下800mm800mm深度内的平均稠度。深度内的平均稠度。例题：某区二级路，路基为粘质土，计划对路面进行加铺改造设计，现需确定原路基的干湿状况。（1）通过勘察，不利季节时，路槽下80cm内某层（10cm深）土样的测定参数为：含水率=15%；液限含水率L=24%；塑限含水率P=16%，计算该层的稠度。（2）路槽下80cm内土的平均稠度为c=0.96，试判断该路基的潮湿状况。步骤1：该层土稠度12.116.0-24.0.150-24.011111plwwwwwl步骤2:查表，根据区划，土质，找到分界稠度c1、c2、c3c3（0.86）c（0.96）c2（0.98）该路基土
20、属于潮湿状态。2、根据临界高度划分（适用于新建公路）n 临界高度：不利季节，当路基分别处于干燥，中临界高度：不利季节，当路基分别处于干燥，中湿或潮湿状态时，路槽底面距地下水位或地面积水位湿或潮湿状态时，路槽底面距地下水位或地面积水位的最小高度。的最小高度。n H1 H1（干燥状态临界高度）；（干燥状态临界高度）；H HH H1 1，干燥状态，干燥状态pH2H2（中湿状态临界高度）；（中湿状态临界高度）；H H2 2H HH H1 1：中湿状态：中湿状态pH3H3（潮湿状态临界高度）；（潮湿状态临界高度）；H H3 3H HH H2 2：潮湿状态：潮湿状态n例：某地要新建一条高速公路，该地自然区
21、划属例：某地要新建一条高速公路，该地自然区划属VI4VI4区，区，土质为红粘土，通过野外勘探调查得知不利季节该处土质为红粘土，通过野外勘探调查得知不利季节该处地下水位距路基顶面高度地下水位距路基顶面高度H=2.5mH=2.5m，试判断该路所处的，试判断该路所处的干湿状况。干湿状况。n步骤步骤1 1：根据该地区的自然区划和土质，查表：根据该地区的自然区划和土质，查表1-1-71-1-7，得到临界高，得到临界高度度 H1=1.71.8m H1=1.71.8m；H2=1.01.2mH2=1.01.2m；H3=0.81.0mH3=0.81.0mn步骤步骤2 2：对比：对比H H与与H1H1、H2H2、
22、H3H3的大小关系，判断干湿类型：的大小关系，判断干湿类型：n H HH1;H1;该路基处于干燥状态该路基处于干燥状态三、路基最小填土高度三、路基最小填土高度n 路基填土高度：指路肩边缘距原地面的高度。n 路基最小填土高度：为保证路基稳定，根据土质、气候和水文地质条件所规定的路肩边缘至原地面的最小高度。n 1、目的：公路建设中,降低填土路基高度,不但能节约耕地资源、减少土方量、降低工程造价,实现我国公路建设的可持续发展,而且能提高公路的行车安全、使道路与周围环境和谐一致。n 2、影响因素：影响路基最小填土高度的因素包括有防洪要求、路基土类型、路基强度及压实度、排水设计和运营沉降等。而影响路基强
23、度和稳定性的重要因素是水。由于水的浸入,路基土可由固态、半固态、塑态变为液态,路基土的干湿类型也就由干燥、中湿、潮湿变为过湿,使强度逐渐丧失。所以,路基的强度与稳定性,同路基的干湿类型有密切关系,并在很大程度上影响路面结构及厚度的确定。n。3、要点：水文及水文地质条件不良地段的路基设计最小填土高度不应小于路床处于中湿状态的临界高度。因而,要计算最小填土高度,必须正确确定公路路基干湿类型。第六节第六节 路基力学特性路基力学特性n一、路基受力状况n路基承受着路基自重和汽车轮重这两种荷载。n 汽车轮重：计算时，假定车轮荷载为一圆形均布垂直荷载，路基为一弹性均质半空间体。轮胎轮胎/路面接触面路面接触面
24、n 路基土在车轮荷载作用下所引起的垂直应力可以用近似如下公式计算。212.5zpZDpp车轮荷载的均布单位压力，车轮荷载的均布单位压力，KPaKPa；DD圆形均布荷载作用面积的直径，圆形均布荷载作用面积的直径，mm；ZZ圆形均布荷载中心下应力作用点的深度，圆形均布荷载中心下应力作用点的深度，mm。n 路基土本身自重：在路基内深度为Z处所引起的垂直压应力2按下式计算。n 2=Zn式中：土的容重，kNm3；n Z应力作用点深度，m。n 路基内任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的1 和由土基自重引起的2。n 概念：在路基某一深度Za处，当车轮荷载引起的垂直应力1与路基土自重引起的垂直应力2相比所占
25、比例很小，仅为11015时，该深度Za范围内的路基称为路基工作区。n 在工作区范围内的路基，对于支承路面结构和车轮荷载影响较大，在工作区范围以外的路基，影响逐渐减小。n 必须保证工作区土基具有足够的强度和水稳性，这个深度范围随行车荷载的大小与路面的刚度而异，通常约为0.92.4m。二、路基工作区n确定：路基工作区深度Za可以用下式计算。式中：Za路基工作区深度，m；p一侧轮重荷载，MPa；K系数，取及05；土的容重，kNm3；n系数，n510n结论：1、路基工作区随车轮荷载的加大而加深。n2、路基工作区的实际深度随路面强度的增加而减少。n3、路基工作区内，土基的强度和稳定性对保证路面结构的强度
26、和稳定性极为重要，对工作区范围内的土质选择、路基的压实度应提出较高的要求。n4、当工作区深度大于路基填土高度时，天然地基上部土层和路堤应同时满足工作区要求，充分压实。三、路基土的应力三、路基土的应力应变特性应变特性n 路基土的变形包括弹性变形和塑性变形，过大的塑性变形导致沥青路面出现车辙和纵向不平整，会导致水泥混凝土路面板的断裂。弹性变形过大将导致沥青面层和水泥混凝土面板产生疲劳开裂。n 路基土在车轮荷载作用下产生的应变，不仅与荷载应力的大小有关系，而且与荷载作用持续的时间有关系。加载初期，变形量随荷载持续时间的延长而增大，以后逐渐趋向稳定。重复荷载对路基土的影响n 土基在重复荷载作用下产生的
27、塑性变形积累，最终n将导致何种状况，主要取决于：n（1）土的性质（类型）和状态（含水量、密实度、n结构状态）；n（2）重复荷载的大小以重复荷载同一次静载下达到n的极限强度之比来表示，即相对荷载；n（3）荷载作用的性质，即重复荷载的施加速度，每n次作用的持续时间以及重复作用的频率；n（4）土基中侧向应力的大小。重复荷载对路基土的影响n 重复荷载对土基的影响主要体现在塑性变形累积。一是土体逐渐被压密，每次的塑性变形量逐渐减小，直至最后稳定，这种不会导致土体产生剪切破坏；二是每一次加载作用在土体中产生了逐步发展的剪切变形，形成能引起土体整体破坏的剪裂面，最后达到破坏。四、路基土的强度指标四、路基土的
28、强度指标 路基土的强度是指路基土在外力和重力作用下抵抗相对滑动面位移变形和竖向垂直位移变形的能力。（一）路基土的承载能力 路基的承载能力都用一定应力级位下的抗变形能力来表征，主要参数有E、CBR、K。1、土基的回弹模量E 在弹性变形阶段内，在垂直荷载作用下，抵抗竖向变形的能力，称为土基回弹模量。以回弹模量表征土基的承载能力，可以反映土基在瞬间荷载作用下的可恢复变形性质，因而可以应用弹性理论公式描述荷载与变形之间的关系。以回弹模量作为表征土基承载能力的参数，可以在弹性理论为基本体系的各种设计方法中得到应用。n 2、加州承载比（CBR）n 加州承载比是早年由美国加利福尼亚州提出的一种评定土基及路面
29、材料承载能力的指标。承载能力以材料抵抗局部荷载压入变形的能力表征，并采用高质量标准碎石为标准，以它们的相对比值表示CBR值。nCBR值的室内测试及现场测试。n 室内要按施工现场的含水量和压实度成型圆柱形标准试件，在加载前要浸水4d。n 室外测试结果受现场含水量和压实均匀性的影响，必须加以修正。3、地基反应模量Kn用温克勒地基模型描述土基工作状态时，用地基反应模量表征土基的承载能力。n温克勒地基的假定：土基顶面任意一点的弯沉l，仅同作用于该点的垂直压力p成正比，而同其它相邻点处的压力无关。(二)抗剪强度指标n 剪切变形：当杆件在两相邻的横截面处有一对垂直于杆轴，但方向相反的横向力作用时，其发生的
30、变形为该两截面沿横向力方向发生相对的错动，此变形称为剪切变形。n抗剪强度：指土体抵抗剪切破坏的能力。路基土的抗剪强度对分析土坡稳定以及挡土墙后土压力计算具有十分重要意义 路面结构层因抗剪强度不足而导致的破坏有三种情况：（1）路面结构层厚度较薄，总体刚度不足，车轮荷载通过薄层结构传递给土基的剪应力过大，导致路基路面整体结构发生剪切破坏；（2）无结合料的粒料基层因层位不合理，内部剪应力过大而引起部分结构层产生剪切破坏；（3）面层材料的抗剪强度过低，在受到较大水平力作用时，面层材料产生纵向或横向推移等各种剪切破坏。练练 习习n1、已知某市属于VI6区，有一段粘土路基，路床表面高出地面0.3m，地下水位距地面0.8m，请确定该路基的干湿类型。n2、不同性质的工程土如何处理能改善或提高其使用质量。
