路基路面工程SubgradeandPavementEngineering

1.路基：在天然地表面上按照道路的設計路線位置和一定的技術要求開挖或填筑而成的巖土結構物。

2.路面：在路基頂面的行車部分用各種混合料鋪筑而成的層狀結構物。一基本概念

《路基路面工程》課程介紹

路基是路面結構的基礎，承受由路面?zhèn)鱽淼男熊嚭奢d，堅強而又穩(wěn)定的路基為路面結構長期承受行車荷載提供了重要的保證；路面結構的存在又保護了路基，使之避免直接經受車輛和大氣的破壞作用，長期處于穩(wěn)定狀態(tài)。路基路面相輔相成，組成一不可分離的整體。3.路床：路面底面以下0.8m或1.2m范圍內的路基部分，在結構上分為上路床（0－0.3m）及下路床（0.3－0.8m或1.2m）兩層二本課程的主要內容1.路基工程部分

.概論

.一般路基設計

.路基穩(wěn)定性分析計算

.路基防護與加固

.擋土墻設計

.路基路面排水設計2.路面工程部分.路面結構組成、行車荷載、環(huán)境因素及材料的力學性質.塊料、碎礫石、無機結合料穩(wěn)定材料及路面.瀝青路面.瀝青路面設計.水泥混凝土路面.水泥混凝土路面設計

三本課程的特點路基路面工程是有關道路結構設計與建筑的一門綜合性的科學。隸屬土木工程學科。路基路面工程課程特點：1.與其他學科密切相關以工程地質為基礎，與土力學、結構工程、巖土工程、材料科學等相關，涉及到水力學、橋梁水文等學科。2.理論聯系實際應用不僅有理論基礎知識，還有相當多實際應用知識，包括技術要求、技術標準。四、本課程在教學體系中的位置五、本課程的內容主要以公路為主。1.1路基路面工程發(fā)展概況2.國外道路工程發(fā)展

1.拿破侖時代法國工程師特雷薩蓋，1764年發(fā)明了新的筑路方法，10年后在法國獲得普遍采用，建成了著名的法國道路網.法國尊稱特雷薩蓋為現代道路建設之父。首先用科學方法改善道路施工技術，筑路技術向科學化和近代化邁出了第一步。

2.英國的蘇格蘭工程師特爾福德，1815年建筑道路時，采用層式大石塊基礎的路面結構，大塊石基礎稱為特爾福德基層。特爾福德以道路工程師的身份首先創(chuàng)辦了土木工程師學會，并擔任了終身的主席，逐漸發(fā)展成為國際上群眾性學術團體。

3.英國蘇格蘭的工程師馬克當，1816年取消特爾福德所發(fā)明的笨重的大石塊基礎而代之以小尺寸的碎石材料，今天道路工程界仍將這種碎石路面稱為馬克當路面。

馬克當首先科學地闡述了路面結構的兩個基本原則，至今猶為道路工程的工作者所肯定：

<1>道路承受交通荷載的能力，主要依靠天然土基，并強調土路基要具備良好的排水，當土路基處于干燥狀態(tài)下，才能承受交通荷載而不致發(fā)生過大沉降；

<2>用有棱角的碎石，互相咬緊鎖結成為整體，形成堅固的路面。4.1883年戴姆勒和1885年本茨分別發(fā)明汽車.5.1888年鄧洛普發(fā)明充氣輪胎.

加上馬克當發(fā)明的碎石路面，成為近代道路交通的三大支柱。戴姆勒:德國工程師和發(fā)明家,現代汽車工業(yè)的先驅者之一。

1872年，戴姆勒設計出四沖程發(fā)動機。

1883年，他與好友著名的發(fā)明家邁巴赫合作，成功研制出使用汽油的發(fā)動機.1885年，將此發(fā)動機安裝于木制雙輪車上，從而發(fā)明了摩托車。

1886年，戴姆勒把這種發(fā)動機安裝在他為妻子生日而購買的馬車上，創(chuàng)造了第一輛戴姆勒汽車。

1926年，戴姆勒公司和奔馳公司合并，成立了在汽車史上舉足輕重的戴姆勒－奔馳公司.本茨:德國機械工程師，汽油機的發(fā)明者和改進者之一。

1885年，本茨制成了單氣缸二沖程三輪汽車。

1886年，本茨獲得汽車制造的專利權。

1893年，制造出四輪汽車，

1899年，生產出第一輛賽車。

1900年，本茨公司已售出裝有三馬力發(fā)動機的汽車達4000輛，成為歐洲最大的汽車制造公司。

1.1901年中國開始有了兩輛汽車。

2.“公路”一詞的出現，1920年廣東省成立“公路處”開始，以后各地沿用，遂普遍應用于國內。

3.孫中山先生倡言：“道路是文明之母和財富之脈”，并有百萬英里碎石公路的設想。4.1934年公布《公路工程準則》，對于路線幾何設計、路面和橋涵工程等都有規(guī)定，統(tǒng)一了公路工程的技術標準?！豆饭こ碳夹g標準》(JTGB01-2014)5.截至1945年抗戰(zhàn)勝利，全國公路總里程為123720公里，1949年能通車的公路不過7.5萬公里。3.國內道路工程發(fā)展7.波恩至科隆高速公路是世界上第一條高速公路，建于1932年。1988年上海至嘉定高速公路建成通車，結束了我國大陸沒有高速公路的歷史；1990年，被譽為“神州第一路”的沈大高速公路全線建成通車，標志著我國高速公路發(fā)展進入了一個新的時代；1993年京津塘高速公路的建成，我國擁有了第一條跨省市的高速公路。6.到2008年底，全國公路通車里程達到358.37萬公里，其中高速公路總里程為6.03萬公里，繼續(xù)居世界第二位。

8.1990年，山東第一條高速公路“濟青路”破土動工，1993年12月18日，全長318公里的濟青高速公路建成通車。2015年底，全國公路通車里程達到457萬公里，其中高速公路總里程為12萬公里，居世界第一位。2018全國公路總里程477.35萬公里高速公路13.65萬公里2020全國公路總里程510萬公里高速公路15.5萬公里。9.2005年公布的高速公路網發(fā)展規(guī)劃，加快國家高速公路網主骨架建設。到2020年，基本建成國家高速公路網.

中國高速公路通車總里程將達8.5萬公里。新路網由7條首都放射線、9條南北縱向線和18條東西橫向線組成，簡稱為“7918網”2013年，國務院批準了《國家公路網規(guī)劃（2013年—2030年）》，國家高速公路網（簡稱“71118網”）由7條首都放射線、11條南北縱線、18條東西橫線，共36條主線，以及地區(qū)環(huán)線、并行線、聯絡線等組成，約11.8萬公里。規(guī)劃建設展望線約1.8萬公里，總里程13.6萬公里，連接全國地級行政中心、城鎮(zhèn)人口超過20萬的中等及以上城市、重要交通樞紐和重要邊境口岸。10.存在問題：

<1>.公路網標準低，數量少，布局不合理。

<2>.道路交通管理落后，城市交通擁擠阻塞。

<3>.規(guī)劃不合理，路網總體服務水平低,抵御自然災害能力差。

<4>.公路建設質量差，20％高速公路出現早期大修。

<5>.收費高在全美8.9萬公里高速公路中，只有約8000公里是收費路段。中國成為世界上收費公路最多的國家。3.國外高速公路的發(fā)展趨勢（1）相鄰國家之間合作修建高速公路，形成國際高速公路網。更好地發(fā)揮高速公路效益，加強國際之間的公路運輸聯系。

（2）信息化公路將逐步實現。（2020年提出新基建工程建設）信息化公路將著眼于道路的多功能利用，不僅使用路面，還要利用空間，不僅具有運輸人和物資的固有的交通功能，還有輸送電力等能源及各種信息，加上其所派生出的美化環(huán)境、抗災避難及作為建造其他建筑物的基礎等空間功能。

（3）衛(wèi)星檢測及控制系統(tǒng)將得到廣泛利用。交通控制中心將充分利用衛(wèi)星地面系統(tǒng)轉發(fā)的交通信息，按新的交通流理論，指揮汽車按最優(yōu)路線行駛，既節(jié)約時間，又創(chuàng)造最大利益。1.2路基路面工程的特點一、路基路面工程的特點

1.工程量大、投資大路基與路面工程是道路工程的主要組成部分，工程量十分可觀，例如微丘區(qū)的三級公路，每公里土石方數量約8000~16000m3；山嶺、重丘區(qū)的三級公路每公里可達20000~60000m3；對于高速公路，數量更為可觀。路面工程則需要大量的瀝青、水泥和其他石料等，施工所耗費的材料、人工、機械臺班的數量大，施工周期長。路面結構在道路造價中所占比重很大，一般都要達到30%左右。2.涉及面廣、占地范圍大路基路面是一項線型工程，延續(xù)數百公里，甚至上千公里，占用土地范圍大。3.結構復雜多變公路沿線地形起伏、地質、地貌和氣象特征多變，再加上沿線城鎮(zhèn)經濟發(fā)達程度與交通繁忙程度不一，路基斷面形式、防護構造物應根據不同的情況設置。4.路基與路面相互制約合理設計路基，可以減少路面的厚度，降低路面造價。隨著我國高等級公路建設的迅速發(fā)展，行車荷載、車輛密度和車速增大，對路基的強度、穩(wěn)定性和沉降控制等要求也越來越高，因此，路基設計要與路面設計結合起來綜合考慮。5.對公路的使用性能影響大路基與路面的強度和穩(wěn)定性直接影響公路的質量和造價。許多公路出現各種各樣的病害，相當多的情況是路面損壞、路基坍塌，有些軟土地基地段，出現路基過大的沉陷，嚴重影響車輛通行和行車安全，增加了養(yǎng)護費用，路基路面在公路工程中占有重要的地位。研究路基路面工程的方法：1.概念判斷是建立在試驗、工程經驗積累和大量的調查統(tǒng)計基礎上，考慮對路基路面的各種影響因素，做出正確的判斷和采取相應的技術措施；2.理論分析是建立在相關的力學理論知識基礎上，并借助于各種計算手段，特別是應用電子計算機，對路基路面進行分析和計算。概念判斷和理論分析兩者是相輔相成、缺一不可。

1.3公路的自然區(qū)劃

我國地域遼闊，從北向南分別處于寒帶、溫帶和熱帶，從西部的青藏高原到東部的沿海高程相差4000m以上。不同地區(qū)自然條件差異很大。不同地區(qū)的溫度和濕度差異引起的土基和路面材料的變化對路基路面構筑有明顯影響，因此不同地區(qū)的路基路面的設計、施工及養(yǎng)護是不同的，根據《公路自然區(qū)劃標準JTJ003-86》我國劃分為七個大區(qū)。一、區(qū)劃的原則和分級1.區(qū)劃的原則

<1>.道路工程特征相似性原則；同樣的自然因素下筑路具有相似性的地區(qū)，劃分為同一區(qū)劃內。<2>.地表氣候區(qū)劃差異性原則；地表氣候相似的地區(qū)，劃分為同一區(qū)劃內。地表氣候的差異分為地帶性差異和非地帶性差異。<3>.自然氣候因素的綜合性與主導性相結合的原則；自然氣候的變化是各種因素綜合作用的結果，但其中又有某種因素起主導作用，將某種因素起主導作用的地區(qū)，劃分為同一區(qū)劃內。2.區(qū)劃的分級：《公路自然區(qū)劃標準JTJ003-86》1.一級區(qū)劃——按照等溫線將全國劃分為多年凍土、季節(jié)凍土和全年不凍土三大地帶，然后根據水熱平衡和地理位置，劃分為七個大區(qū)。2.二級區(qū)劃——在一級區(qū)劃內，再以潮濕系數為依據，分為六個等級（過濕，中濕，潤濕，潤干，中干，過干），分為33個二級區(qū)19個二級副區(qū)。潮濕系數K：降雨量R與年蒸發(fā)量Z之比。K=R/Z3.三級區(qū)劃——按照兩種劃分依據，一是水熱、地理、地貌；二是地表地貌、水文地質，由各省、自治區(qū)自行劃定。Ⅰ北部多年凍土區(qū)；Ⅱ東部溫潤季凍區(qū)；Ⅲ黃土高原干濕過渡區(qū)Ⅳ東南濕熱區(qū)；Ⅴ西南潮暖區(qū)；Ⅵ西北干旱區(qū)；Ⅶ青藏高寒區(qū)。Ⅰ北部多年凍土區(qū)中有：Ⅰ1連續(xù)多年凍土區(qū)，Ⅰ2島狀多年凍土區(qū)，Ⅳ7華南沿海臺風區(qū)Ⅳ7a臺灣山地副區(qū)Ⅳ7b海南島西部潤干副區(qū)Ⅳ7c南海諸島副區(qū)Ⅱ東部溫潤季凍區(qū)中有：Ⅱ1東北東部山地潤濕凍區(qū)Ⅱ1a三江平原副區(qū)Ⅱ2東北中部山前平原重凍區(qū)Ⅱ2a遼河平原凍融交替副區(qū)Ⅱ3東北西部潤干凍區(qū)Ⅱ4海灤中凍區(qū)Ⅱ4a冀北山地副區(qū)Ⅱ4b旅大丘陵副區(qū)Ⅱ5魯豫輕凍區(qū)Ⅱ5a山東丘陵副區(qū)Ⅴ西南潮暖區(qū)中有Ⅴ1秦巴山地潤濕區(qū)Ⅴ2四川盆地中濕區(qū)Ⅴ2a雅安、樂山過濕副區(qū)Ⅴ3三西、貴州山地過濕區(qū)Ⅴ3a滇、南桂西潤濕副區(qū)Ⅴ4川、滇、黔高原干濕交替區(qū)Ⅴ5滇西橫斷山地區(qū)Ⅴ5a大理副區(qū)Ⅲ黃土高原干濕過渡區(qū)中有Ⅲ1山西山地、盆地中凍區(qū)Ⅲ1a雁北張宣副區(qū)Ⅲ2陜北典型黃土高原中凍區(qū)Ⅲ2a楡林副區(qū)Ⅲ3甘東黃土山地區(qū)Ⅲ4黃渭間山地、盆地輕凍區(qū)Ⅵ西北干旱區(qū)中有Ⅵ1內蒙草原中干區(qū)Ⅵ1a河套副區(qū)Ⅵ2綠洲——荒漠區(qū)Ⅵ3阿爾泰山地凍土區(qū)Ⅵ4天山——界山山地區(qū)Ⅵ4a塔城副區(qū)Ⅵ4b伊黎河谷副區(qū)Ⅳ東南濕熱區(qū)中有Ⅳ1長江下游平原潤濕區(qū)Ⅳ1a鹽城副區(qū)Ⅳ2江淮丘陵、山地潤濕區(qū)Ⅳ3長江中游平原中濕區(qū)Ⅳ4浙閩沿海山地中濕區(qū)Ⅳ5江南丘陵過濕區(qū)Ⅳ6武夷南嶺山地過濕區(qū)Ⅳ6a武夷副區(qū)Ⅶ青藏高寒區(qū)中有Ⅶ1祁連——昆侖山地區(qū)Ⅶ2柴達木荒漠區(qū)Ⅶ3河源山原草甸區(qū)Ⅶ4羌塘高原凍土區(qū)Ⅶ5川藏高山峽谷區(qū)Ⅶ6藏南高山臺地區(qū)Ⅶ6a拉薩副區(qū)二、各自然區(qū)的特點Ⅰ區(qū)——北部多年凍土區(qū)北部為連續(xù)分布多年凍土，南部為島狀分布多年凍土。筑路時應以保護多年凍土層為原則。Ⅱ區(qū)——東部溫潤季凍區(qū)該區(qū)路面結構突出的問題是防止翻漿和凍脹Ⅱ5：魯豫輕凍區(qū)：K0.5－1.0；年降雨量600－800mm；最大凍深10－40；地下水埋深2－3

主要自然病害：泥濘、水毀，魯西南地震。局部輕微翻漿，公路修建較為有利，河漫灘地和凹地常遭水淹，暴雨影響公路暢通Ⅱ5a：山東丘陵副區(qū)：K0.75－1.25；年降雨量600－1000mm；最大凍深30－50；地下水埋深>3主要自然病害：泥石流、水毀，地震。路基強度高、筑路材料豐富，地勢復雜，山洪對公路一定影響Ⅲ區(qū)——黃土高原干濕過渡區(qū)該區(qū)特點是黃土對水分的敏感性，干燥土基強度高、穩(wěn)定性好。在河谷盆地的潮濕路段以及灌區(qū)耕地，土基穩(wěn)定性差，強度低，必須認真處理。Ⅳ區(qū)——東南濕熱區(qū)該區(qū)雨量充沛集中，水毀、沖刷、滑坡是道路的主要病害，路面結構應結合排水系統(tǒng)進行設計。該區(qū)水稻田多，土基濕軟。由于氣溫高、熱季長，要注意黑色面層材料的熱穩(wěn)定性和防透水性。Ⅴ區(qū)——西南潮暖區(qū)該區(qū)山多，筑路材料豐富，對于水文不良路段，必須采取措施，穩(wěn)定路基。Ⅵ區(qū)——西北干旱區(qū)該區(qū)大部分地下水位很低，道路凍害較輕。個別地區(qū)，如河套灌區(qū)，內蒙草原洼地，地下水位高，翻漿嚴重。丘陵區(qū)1.5m以上的深路塹冬季積雪厚，雪水浸入路面造成危害，所以瀝青面層材料應具有良好的防透水性，路肩也應作防水處理。Ⅶ區(qū)——青藏高寒區(qū)該區(qū)局部路段有多年凍土，須按保溫原則設計；氣候寒冷，晝夜氣溫相差很大，日照時間長，瀝青老化很快，路面易遭受冬季雪水滲入而破壞。凍土是指溫度在0℃以下，并含有冰的各種巖土。土在凍結時的強度相當了次堅石，但含冰凍土一旦融化就完全喪失承載力。所以，凍土工程中溫度是一個關鍵參數。青藏鐵路是世界上海拔最高和線路最長的高原鐵路，全長約1925公里，其中格拉段長約1118公里。穿越多年凍土區(qū)長度為632公里，高原、凍土和生態(tài)脆弱就成為青藏鐵路修筑的三大難題，而凍土問題是青藏鐵路成敗的最關鍵問題。1.4路基土的分類和工程性質我國公路用土依據顆粒組成、土的塑性指數和土質化學成分為4類11種巨粒土：（顆粒>60mm）質量多余總質量的50％的土。

1.漂石：大于200mm顆粒的含量大于50％的土用作砌筑工程結構物，或破碎后用作混合材集料，不能用于路基填筑

2.卵石：大于200mm顆粒的含量小于等于50％的土用作砌筑工程結構物，或破碎后用作混合材集料，是強度和穩(wěn)定性都好的路基填料，但是不能用于路基上層填筑粗粒土:

（0.074mm<顆粒<60mm）質量多余總質量的50％的土。1.礫類土：（2mm<顆粒<60mm）質量多余總質量的50％的土是強度和穩(wěn)定性都好的路基填料，但是不建議用于路基上層填筑；級配和強度等性質優(yōu)良的礫石或砂礫用作混合材集料（水泥混凝土或貧混凝土等）2.砂類土：（2mm<顆粒<60mm）質量小余總質量的50％的土（1）砂——純粹的砂是強度和穩(wěn)定性都好的路基填料，同時也用于其他混合材集料，細砂或粉砂容易產生被動水攜帶、砂土液化或管涌，不適用于高路堤、沿河路堤和堤壩（2）砂性土——是強度和穩(wěn)定性都好的優(yōu)良路基填料三.細粒土

（顆粒<0.074mm）質量多余總質量的50％的土。（1）塑性指數可塑性是粘性土區(qū)別于砂土的重要特征?？伤苄缘拇笮∮猛撂幵谒苄誀顟B(tài)的含水量變化范圍來衡量，從液限到塑限含水量的變化范圍愈大，土的可塑性愈好。

（2）液性指數

液性指數是表示天然含水量與界限含水量相對關系的指標，可塑狀態(tài)的土的液性指數在0到l之間，液性指數越大，表示土越軟；液性指數大于1的土處于流動狀態(tài)；小于0的土則處于固體狀態(tài)或半固體狀態(tài)。粘性土的狀態(tài)可根據液性指數IL

分為堅硬、硬塑、可塑、軟塑和流塑，IL值

IL≤0

0<IL≤0.25

0.25<IL≤0.75

0.75<IL≤1.01.0<IL

狀態(tài)堅硬硬塑可塑軟塑流塑<1>.粉質土強度低，干縮，毛細作用強，毛細上升高度高，可達1.5m，是不良路基填料，粉質土含有較多的粉土顆粒，干時有粘性，易破碎；浸水時，易成為流動狀態(tài)。<2>.粘性土粘性土含有較多的細顆粒，內摩擦系數小而粘聚力大，透水性小，吸水能力強，干縮濕脹，較大可塑性，不適用于水濕狀況劇烈變化地區(qū)，可用于干旱地區(qū)路堤填筑或某些特殊部位，也可以用來與砂土拌合后形成砂性土使用<3>.有機質土——不宜用作路基填料四.特殊土

不宜用作路基填料<1>濕陷性黃土：呈黃色或黃褐色，粉土含量占60％以上，含有大量的碳酸鹽、硫酸鹽和可溶性鹽類，天然孔隙比在1左右。在自重壓力或附加壓力共同作用下，受水浸濕后的結構迅速破壞而發(fā)生顯著附加下沉。<2>膨脹土：粘性含量高，其中0.002mm的膠體顆粒一般超過20％，土的液限wI>40%,塑性指數Ip>17，在22～35之間，自由膨脹率>40%,吸水膨脹，失水收縮，強度較高，壓縮性低，易被誤認為是較好的土。<3>鹽漬土：地表土層1m以內的土易溶鹽含量大于0.5％根據其含鹽量可分為：氯鹽漬及亞氯鹽漬土、鹽酸鹽漬土及亞鹽酸鹽漬土、碳酸鹽漬土

土作為路基的建筑材料，砂性土最優(yōu)，粘性土次之，粉性土屬不良材料，容易引起路基病害，一些特殊土類用于填筑路基必須采取相應的技術措施進行處理。1.5路基水溫狀況及干濕類型一、濕度對路基的影響路基的濕度狀況變化是影響路基路面結構強度、剛度與穩(wěn)定性的重要因素之一，應該盡量使路基平衡濕度（路基上部中心附近趨向穩(wěn)定平衡的濕度）趨于較干燥或穩(wěn)定的狀態(tài)，使路基保持穩(wěn)定。濕度的來源1.大氣降水——大氣降水通過路面，路肩邊坡和邊溝滲入路基；2.地面水——邊溝的流水、地表涇流水因排水不良，形成積水、滲入