路面工程道路工程pdf

　　道 路 工 程 第四讲 路面工程 1 了解路面的类型、特点及结构组成 了解路面工程设计的基本要求和设计指标 2 本章主要内容 4.1 路面工程概述 4.1.1 路面结构分层及层位功能 4.1.2 路面类型 4.1.3 路面基本要求 4.2 沥青路面设计概述 4.2.1 沥青路面的技术方面的要求 4.2.2 沥青路面的结构设计概述 4.3 水泥混凝土路面设计概述 4.3.1 水泥混凝土路面的技术方面的要求 4.3.2 水泥混凝土路面的结构设计概述 3 4.1 路面工程概述 概念 路面是道路的重要工程结构物，它铺筑在路基顶面，是用不同材 料或混合料分层铺筑而成的供车辆行驶的一种层状结构物。路面 结构直接承受车轮荷载，其质量优劣直接影响到道路的使用品质 路面要求 足够的强度和刚度 足够的稳定性 耐久性 平整度 抗滑性 4 4.1 路面工程概述 路面结构及层位功能 路面横断面形式 a) 槽式； b) 全铺式 1-路面；2-土路肩；3-路基； 4-路缘石（测石）；5-加固路肩（硬路肩） 5 4.1.1 路面结构分层及层位功能 路缘 路拱横坡 基层 石 面层 土路肩 i i 土路肩 路基 加固路肩 垫层（或隔离层） 面层：承受行车荷载、环境变化 基层：承重作用，应有足够的强度。分为上基层和下基层。 垫层：防水、防冻、扩散荷载应力作用，在土质较差、水温状况不 良时设置垫层。 6 路面结构 • 面层：要保证结构强 度、刚度、不透水性、 温度稳定性、平整度、 粗糙度和耐磨性。 • 联结层：加强面层与 基层的联结，提高面层 的抗疲劳能力。 • 基层：路面结构的承 重层 • 底基层：重要道路和 高速公路多采用。 • 垫层：在路基排水不良或有冻胀翻浆的路段设置。 7 4.1.1 路面结构分层及层位功能 面层是直接同行车和大气接 触的表面层次，它承受较大 的行车荷载的垂直力、水平 力和冲击力的作用，同时还 受到降水的浸蚀和气温变化 的影响 修筑面层所用的材料主要有 ：水泥混凝土、沥青混凝土 、沥青碎（砾）石混合料、 砂砾或碎石掺土或不掺土的 混合料以及块料等 8 4.1.1 路面结构分层及层位功能 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 层去 ，基层是路面结构中 的承重层，它应有充足 的强度和刚度，并具有良 好的扩散应力的能力 基层修筑材料主要是：结合 料、稳定土或工业废渣组成 的混合料、贫水泥混凝土、 各种碎石等 9 4.1.1 路面结构分层及层位功能 垫层介于土基与基层之间 功能是改善土基的湿度和 温度状况，另—方面的功 能是将基层传下的车辆荷 载应力进一步加以扩散， 以减小土基产生的应力和 变形。同时也能阻止路基 土挤入基层中，影响基层 结构的性能 垫层材料分为两类 一类是由松散粒料 另一类是用水泥或石灰稳 定土等修筑的稳定类垫层 10 4.1.2 路面类型 按面层材料分： 沥青路面、水泥混凝土路面、块料路面、粒料路面 结构 沥青路面 混凝土路面 块料路面 粒料路面 层次 沥青混凝土、 普通混凝土、钢筋 整齐块石、 泥结碎石、级 面层 沥青碎石、 混凝土、预应力混 半整齐块石、混 配砾石、粒料 沥青表面处治 凝土 凝土块料 改善土 水泥－粉煤灰稳定粒 素混凝土、水泥－ 素混凝土、水泥 料、沥青碎石、沥青 粉煤灰稳定粒料、 －粉煤灰稳定粒 石灰或水泥稳 基层 稳定土或碎石、水结 沥青碎石、水结或 料、沥青碎石、 定土、 或泥灰结碎石、级配 泥灰结碎石、级配 水结或泥灰结碎 天然砂石 砾石 砾石 石、级配砾石 石灰或水泥稳定土、 石灰或水泥稳定土 垫层 砂石、废渣 、砂石、废渣 11 4.1.2 路面类型 按技术条件及面层类型不同，可分为： 高级路面、次高级路面、中级路面、低级路面。 路面等级 面层类型 适用的道路等级 水泥混凝土路面 高速公路、一级和二 高级路面 沥青混凝土路面 级、城市快速路、主 干道 热拌沥青碎石 沥青贯入式 次高级 沥青上拌下贯式 二级 路面 热拌沥青碎（砾）石混合料 三级 沥青表面处治 碎（砾）石（泥结或级配） 三级 中级路面 及其他粒料 四级 低级路面 粒料改善土 四级 按工作特性分：柔性路面、刚性路面、半刚性路面 12 4.2 沥青路面 沥青路面概念 沥青路面是采用沥青 材料作结合料，粘结 矿料或混合料修筑面 层与各类基层和垫层 的路面结构 沥青施工图片 13 4.2 沥青路面 沥青路面优点 1.表面平整，行车舒适 2.沥青路面强度可调节， 以适应不同交通量需求 3.透水性小，结构强度高 4.施工简便，易于修补 1.抗弯拉强度低 沥青路面缺点 2.温度稳定性差 3.施工受季节和气温影响大 14 4.2 沥青路面 沥青路面分类 沥青路面按强度构成原理嵌挤类和密实类: 嵌挤类修筑的路面要求矿料尺寸均一，其强度和稳定性取 决于骨料嵌挤所产生的内摩阻力。如沥青碎石路面 密实类要求矿料按照最大密实度原则设计，其强度和稳定 性依赖于材料的粘结力和内摩阻力，如水泥混凝土路面、 沥青混凝土路面 15 4.2 沥青路面 沥青路面分类 沥青路面按施工工艺的不同分为： 层铺法:分层洒布沥青，分层铺撒矿料和碾压的 方法修筑。如沥青表面处治和沥青贯入式 路拌法:在路上用机械将矿料和沥青材料就地拌 和摊铺和碾压密实而成的沥青面层。如路拌沥 青碎石和路拌沥青表面处治 厂拌法:一定级配的矿料和沥青材料在工厂用专 用设备加热拌和，然后送到工地摊铺碾压而成 的沥青路面。如沥青混凝土和厂拌沥青碎石 16 4.2 沥青路面 沥青路面分类 沥青路面按照筑路材料可分为沥青碎石、沥青混 凝土、沥青贯入式、沥青表面处治四大类 1.沥青碎石 沥青碎石路面是由不同粒径的级配矿料，掺入少 量矿粉，用沥青作结合料，按比例拌合，压实成 型的路面 根据铺筑和压实时沥青混合料的温度，沥青碎石 可分为热铺、温铺和冷铺三种。 17 4.2 沥青路面 沥青碎石特点 ① 由于沥青碎石的强度主要靠 石料颗粒间的嵌锁力，受沥 青软化的影响较小，因此其 热稳性较好 ② 沥青碎石的沥青用量较沥青 混凝土和沥青贯入式为少， 因此，沥青碎石的工程造价 较低。 ③ 沥青碎石混合料可以在厂内 或中心站集中拌制，质量容 易得到保证 ④ 沥青碎石面层的可施工期比 沥青贯入式面层长 沥青碎石的主要缺点是：孔隙率较大，空气和表面水易透入 18 4.2 沥青路面 2.沥青贯入式 沥青贯入式路面是在初步压实的碎石上分层浇筑沥青、撒布 嵌缝料，经压实而成的面层结构，厚度通常为4~8cm 。 沥青贯入式路面是次高级路面，也可用作高级路面的基层和 联结层 沥青贯入式优缺点 优点：强度高、稳定性好、施工简便和不易产生裂缝 缺点：沥青撒布料在矿料中不易均匀，容易照成强度不均 匀；沥青贯入式路面是多孔结构，路表水容易渗入，耐久性差 19 4.2 沥青路面 3.沥青混凝土 用不同粒级的碎石、天然砂或破碎砂、矿粉和沥青按一定比例在拌和机中 热拌所得的混合料称沥青混凝土混合料。这种混合料的矿料部分具有严格 的级配要求，这种混合料压实后所得的材料具有规定的强度和孔隙率时， 称作沥青混凝土。 沥青混凝土优缺点 ① 质量符合要求的沥青混凝土路面的强度高 ② 拥有非常良好的平整度，表面坚实、无接缝。 ③ 透水性小，经久耐用 ④ 混合料通常集中在拌和楼用机械加工拌制，石料的配合比以及沥青 用量都得以严格控制，质量容易得到保证。 ⑤ 施工作业面大，操作方便 ⑥ 沥青混凝土面层的可施工期较沥青表面处治和沥青贯入要长。 20 4.2 沥青路面 4.沥青表面处治 沥青表面处治路面是用沥青和矿料按层铺或搅拌的办法，修 筑厚度不大于3cm 的一层路面面层。 沥青表面处治优缺点 优点：造价低，工艺简单，进度快，使用质量高 缺点：厚度小，承载力较低，不能单独作为受力结构层 21 4.2.1 沥青路面的技术要求 1.沥青路面对路基的要求： ①路基要有尽可能高的强度； ②路基要有尽可能高的稳定性 为保证路基的强度和刚度，首先要防治或减少自由 水进入路基；其次是分层填筑，按照重型压实标准 加强路基压实，尤其是路基上部的压实度。 22 4.2.1 沥青路面的技术要求 2.沥青路面对基层的要求 ①具有足够的强度和刚度 强度条件：不产生剪切破坏（粒料基层）和弯拉破 坏（半刚性基层） 刚度条件：在预期行车荷载的反复作用下，不会产 生超过允许的残余变形。 ②具有良好的稳定性 采用水稳定性良好的材料作为路面基层，寒冷地区 或季冻地区基层还应具有一定的抗冻性和较好的抗 低温开裂性能 23 4.2.1 沥青路面的技术要求 ③表面平整、密实，拱度与面层一致 薄沥青面层的平整度、拱度取决于基层的平整度和 拱度 ④与面层结合良好 基层和面层结合良好，可以减小面层底部的拉应力 和拉应变，防止薄沥青面层发生滑动、推移破坏。 基层的表面结构要均匀，有一定粗糙度 ⑤具有较小干燥收缩和温度收缩变形，以减少反射 裂缝 24 4.2.1 沥青路面的技术要求 3.沥青路面的强度和稳定能力要求 ①影响沥青路面强度的主要因素是沥青面层材料的 摩阻力和粘结力 沥青的摩阻力与矿料尺寸、形状、表面粗糙程度等 因素有关； 沥青路面的粘结力与沥青粘度和矿物比面积有关。 沥青路面的粘结力与沥青活性和矿料亲和性有关。 沥青路面的粘结力与温度有关。 25 4.2.1 沥青路面的技术要求 ②沥青路面稳定性 热稳定性 低温抗裂稳定性 抗疲劳稳定性 水稳定性 耐久性 26 4.2.2 沥青路面结构设计概述 （一）沥青路面的设计内容： 路面结构层组合设计 路面结构层厚度计算 路面材料配合比设计 方案的经济性分析和比较 27 4.2.2 沥青路面结构设计概述 （二）沥青路面的设计方法： 经验半经验法 对试验路或使用道路的实验观测，建立路面结构（结构层组合、 厚度和材料性质）、车辆荷载（轴载大小和作用次数）和路面使用 性能之间的关系 特点是符合试验地的实际，但是不能结合不同地方的实际 典型代表：CBR法，AASHTO法 理论分析法 应用力学原理分析路面结构在荷载与环境作用下的力学响应（应 力、应变和位移），建立力学响应与路面使用性能之间的关系模 型，路面设计按使用要求，运用关系模型完成结构设计 特点是理论联系实际，是 目前设计方法发展的总趋势 典型代表：我国现行沥青路面设计方法、AI法和SHELL法 28 4.2.2 沥青路面结构设计概述 （三）设计指标 1.损伤模式 A 、断裂和裂缝类：纵裂、横裂、网裂 B、永久变形类：车辙 C、耗损类：沉陷、松散、坑槽 29 通过路面损坏模式分析，将断裂和裂缝类和永久变形类作 为结构设计主要考虑的损坏，认为疲劳开裂、低温开裂和 30 。 4.2.2 沥青路面结构设计概述 2.设计指标 路表面回弹弯沉值为设计指标，沥青混凝土面层和半刚 性材料的基层、底基层层底弯拉应力为验算指标，城市 道路增加面层剪应力验算指标 ls ≤ld （变形要求） σ ≤ σ （强度要求） m d 设计控制标准——根据路面结构的破坏过程和破坏机理 所达到的极限状态，从力学响应提出的控制指标 31 4.3 水泥混凝土路面设计概述 定义 优点： 1.强度高 2.稳定性高 3.耐久性好 4.养护费用小 5.抗滑性能好 6.有利于夜间行驶和提速 缺点：1.水泥和水的需求量大；2.接缝较多； 3.开放交通迟缓；4.修复困难 32 4.3.1 水泥混凝土路面的技术方面的要求 （1）水泥混凝土路面的力学特性 水泥混凝土路面由混凝土板、基层、垫层组成。 要求具有足够的弯拉强度、疲劳强度、抗压强度和 耐久性。良好的抗滑、耐磨、平整等表面特性。混 混 凝土板的抗拉弯强度是主要的设计依据 凝土板的抗拉弯强度是主要的设计依据 设置接缝减小温度变化引起的胀缩效应和温度翘曲 效应 （2 ）对土基和基层的要求 强度高、刚度大、稳定性好 33 4.3.1 水泥混凝土路面的技术方面的要求 （3 ）接缝的构造和布置 接缝设置原因 34 4.3.1 水泥混凝土路面的技术方面的要求 （3 ）接缝的构造和布置 1）接缝类型：胀缝、缩缝和施工缝 35 4.3.1 水泥混凝土路面的技术方面的要求 2 ）接缝设计要求： ① 控制温度收缩应力和翘曲应力引起的裂缝位置的出现 ② 通过接缝提高一定的荷载传递 ③ 防止坚硬的杂物落入接缝内和路表水渗入 36 3 ）横缝的构造与布置 横向接缝分为横向缩缝、横向胀缝和横向施工缝。 横向缩缝保证板因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂 ，从而避免产生不规则的裂缝。通常设置在临近桥梁或其他固定 构造物处，或与其他道路相交处设置。 横向胀缝保证板在温度上升时能部分伸张，从而避免产生热天的 拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。通常垂至于路 中线方向等间距布置，间距一般在4～6m范围内选用。 横向施工缝是混凝土路面每天完工及因雨天或其他原因不能继续 施工时，应尽量在胀缝处收工。 各种各样的形式的接缝都必须要提供相应的传荷与防水设施。 37 纵缝分为纵向缩缝和纵向施工缝。 纵向施工缝：一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向 施工缝。 纵向缩缝：一次铺筑宽度大于4.5m时，需要设置纵向缩缝 38 4.3.2 水泥混凝土路面结构设计概述 （一）水泥混凝土路面设计内容： 面层材料组成设计 路面结构层组合设计 板厚计算 板平面尺寸确定 接缝构造和配筋设计 39 4.3.2 水泥混凝土路面结构设计概述 （二）水泥混凝土路面设计理论 小挠度弹性薄板 （三）水泥混凝土路面设计指标 1.损伤模式 断裂 变形 接缝损坏 表面损坏 2.设计指标 荷载疲劳应力+温度疲劳应力≤混凝土抗弯拉强度 40 祝大家考试顺利，学习进步！ 41

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