路面工程

第 1章路面工程概述（绪论）
1、路面的结构（掌握）
路面横断面由行车道、硬路肩或土路肩组成，随道路等级不同而变化。

路面横断面的形式随道路等级的不同，可选择不同的型式，通常分为槽式横断面和全铺式横断面。

保证路面上雨水及时排出，缓解雨水对路面的浸润和渗透而减弱路面结构强度，路面表面应做成直线型或抛物线型的路拱。

4、路面结构的层位功能（熟练掌握）
行车荷载和自然因素对路面的影响，随深度的增加而逐渐减弱。

对路面的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随深度的增加而逐渐降低。

为了适应这一特点，路面结构通常是分层铺筑的，按照各个层位功能的不同，划分为三个层次，即：面层、基层和垫层。

面层功能要求：结构性及功能性，足够的结构强度、耐磨、抗滑、平整、温度稳定性和不透水。

基层功能要求：足够的刚度和强度，水稳定性。

垫层功能要求：改善土基的温度和湿度状况，进一步扩散应力。

5、路面的分类（掌握）
按照材料组成分类土路面v砂石路面v块体路面v沥青混凝土路面v水泥混凝土路面v复合式路面v其他路面
按照路面力学特性出发，路面可分为三种类型：柔性路面、刚性路面、半刚性路面。

根据基层材料类型及组合的不同，可以将沥青混凝土路面划分为柔性基层沥青路面，半刚性基层沥青路面、半刚性基层沥青路面和组合式基层沥青路面。

第 2章行车荷载
1、车辆的类型、轮轴组合型式。

（了解）
道路上通行的车辆主要分为客车与货车两大类。

客车：小客车、中客车、大客车。

货车：整车、牵引式半挂车、牵引式挂车。

绝大部分车辆的前轴为二个单轮组成的单轴，轴载约为汽车总质量的三分之一。

汽车的后轴有单轴、双轴和三轴三种，大部分汽车后轴由双轮组组成，只有少量轻型货车由单轮组成后轴。

每根后轴的轴载大约为前轴轴载的两倍。

由于汽车货运向大型重载方向发展，货车的总质量有增加的趋势，为了满足各个国家对汽车轴限的规定，趋向于增加轴数以提高汽车总质量。

这样就出现了各种多轴多轮的货车，以减轻对路面的压力。

单轮组，双轮组和四轮组的含义：
v单轮组：一根轴上每侧有1个轮子；
v双轮组：一根轴上每侧有2个轮子；
v四轮组：一根轴上每侧有4个轮子
2.静态车辆对路面的作用——轮胎与路面之间的压强分布和接触形状。

（了解）
轮胎与路面的接地形状介于矩形和椭圆形之间。

v荷载较大时，接地形状接近于矩形。

假定在接触面积内，接触压力是均匀分布的。

将车轮荷载简化为当量的圆形均布荷载。

路面设计采用双轮组单轴载100kN作为标准轴载，以BZZ—100表示。

3、运动车辆对路面的作用即动态影响以及在设计中的体现。

（掌握）
由于车身自身的振动和路面的不平整，车轮实际上是以一定的频率和振幅在路面上跳动着。

作用在路面上的轮载时而大于静轮载，时而小于静轮载，呈正态分布。

振动荷载的最大峰值与静载之比称为冲击系数。

在设计沥青路面时，由于沥青路面的粘弹性和减振作用，以静轮载作为设计荷载。

在设计水泥混凝土路面时，由于水泥路面上接缝的存在，而且水泥路面的刚度很大，车辆的振动较大，对路面的冲击力也大，必须考虑车辆的冲击力对路面的损害
4、交通在道路上的不均匀分布（方向系数、车道系数和轮迹横向分布系数），即车辆轮迹的横向分布；在混合行驶的道路上，累计轴载的计算与分向行驶的道路的不同。

（熟练掌握）难点
方向系数为一个行车方向的交通量占整个行车道交通量的比例。

将慢车道的交通量除以该方向的交通量，便可得到车道系数。

对于路面横断面上轮迹宽度范围内的频率，等于该宽度范围内所受到的车辆作用次数同通过该横断面的车辆作用总次数的比值，称为轮迹横向分布系数。

在不分向混合行驶的状况下，轮迹分布的观测是在整个路面宽度范围内进行的。

5、标准轴载的参数。

（熟练掌握）
BZZ—100设计参数：
两轮中心距（cm）1.5d单轮传压面当量圆直径d（cm）21.30轮胎接触压力p（MPa）0.70标准轴载P（kN）100
6、轴载换算以及累计轴载作用次数的计算。

（熟练掌握）难点
第 3章自然因素对路面结构的影响
1、公路自然区划的目的、原则和方法，七个大区的筑路特点。

（了解）
各地区自然条件特征不同，对公路构造物产生的影响和造成的病害是各不相同的。

因此，在公路设计、施工和养护中应考虑的问题也各不相同。

《公路自然区划标准》JTJ003-86规划三原则：
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。

我国公路自然区划，采用三级分区。

一级区划主要按大范围的气候、地理和地貌等条件的差异，将全国划分为多年冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮暖、西北干旱和高寒7个大区；二级区划是在一级区划基础上以潮湿系数为主进行划分；三级区划是在二级区内划分更低一级的区域或类型单元。

2、温度对路面结构的影响以及在设计中的体现。

（掌握）结合课程内容，可从材料设计（沥青材料的选择，沥青混合料的高温、低温性能），结构组合设计，厚度计算等方面考虑。

难点
材料性能的影响
沥青混凝土的模量从0℃-40℃时降低为1/40，低温变脆；高温蠕变导致沥青路面车辙、拥抱；高温水泥路面接缝损坏；拱起；低温导致路面冻胀、开裂；
在进行路面结构的分析和设计时，应考虑自然因素的影响。

主要考察在自然因素的影响下路面体系的温度和湿度状况。

温度状况主要是讨论路面面层结构内的温度状况，湿度状况则以土基为主。

3、路面结构湿度变化来源。

（了解）
大气降水和蒸发、地面水的影响、地下水、温度。

4、湿度对路面结构的影响以及在设计中的体现。

（掌握）难点
5、路基冻胀和翻浆的形成过程以及处治措施。

（掌握）温度、湿度的综合影响。

冻胀和翻浆的过程（季节性冰冻地区）：⑴水分上移⑵冻胀⑶冰融⑷翻浆
冻胀与翻浆的处治方法：⑴换填土⑵铺设隔离层⑶设置路肩盲沟或渗沟⑷改善路面结构。

第 4章路基材料特性
1、土的工程分类及其工程性质。

（了解）
按照现行的《公路土工试验规程》中土的工程分类方法，土可分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土。

巨粒土有很高的强度及稳定性，是填筑路基的良好材料。

砾类土由于粒径较大，内摩擦力亦大，因而强度和稳定性均能满足要求。

粉性土属于不良的公路用土，如必须用粉性土填筑路基，则应采取技术措施改良土质并加强排水、采取隔离水等措施。

特殊土主要有三类：ß特殊结构的土——黄土ß含有机质的土——腐殖土ß含易溶盐的土——盐渍土用特殊土填筑路基时，应在设计和施工上采取适当处
治措施。

2、土基的应力—应变特性。

（了解）
行车荷载产生的竖向附加应力，对路基的扰动影响随深度降低；自重应力随深度变大。

1.非线性
2.塑性
3.土基的流变性质
4.重复荷载作用下土基的变形特性v土基承受着车轮荷载的重复作用，每次荷载作用时，土基的变形可分为弹性变形和塑性变形两部分。

3、评定路基土荷载-变形关系的指标：回弹模量、地基反应模量和 CBR。

（掌握）
回弹模量：应力卸除阶段，应力—应变曲线的割线模量
用温克勒(E.Winkler)地基模型描述土基工作状态时，用地基反应模量K表征土基的承载力。

根据文克勒地基假定，土基顶面的沉降仅同该点的压力大小成正比，而同相临点处的压力无关，此时压力与沉降的比为地基反映模量- K。

加州荷载比（CBR）
早年由美国加利福尼亚州提出的一种评定土基及路面材料承载能力的指标，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。

以一标准断面的压头在一定速度下压入试样内，达到
规定深度(2.54mm)的压力与压入高质量标准碎石试样同一深度所需要的压力的百分比。

4、采用临界高度法和平均稠度法判断路基的干湿类型并查表确定路基回弹模量。

（熟练掌握）
路基土的强度和稳定性，同路基的干湿状态有密切关系，并在很大程度上影响着路面结构设计。

正确区分路基的干湿类型，是做好路基路面设计的前提。

土基干湿类型可分为干燥、中湿、潮湿和过湿四种。

路基土所处的状态是由土体的含水量或稠度决定的，含水量取决于湿度的来源及作用的延续时间。

路基设计时，要求路基保持干燥或中湿状态。

对潮湿、过湿的路基，必须采取一定的技术措施，保证路基的强度和稳定性。

路基临界高度：在不利季节，当路基处于某种干湿状态时，与分界稠度相对应的路床表面距地下水位或地表积水水位的高度。

新建公路路基回弹模量的确定（查课本图）
⑴算路床表面（路槽底）距地下或地表积水位的高度H。

⑵据土组和自然区划，查表1-6确定临界高度H1、H2和H3。

⑶确定土基的干湿类。

据H与临界高度H1、H2和H3的大小关系，查表1-5
根确定土基的干湿类型，并确定路基土的稠度范围。

4.定土的平均稠度，根据土组和自然区划，查表1-4确定土的平均稠度wc。

⑸估计土的回弹模量；v根据土组和自然区划，参考表6-7（P153）估计路基
回弹模量设计值。

第 5章基层和垫层材料
1、粒料类材料嵌锁型碎石以及级配碎石（砾石）的组成。

（了解）
没有结合料稳定的颗粒材料称为粒料。

有嵌锁型碎石以及级配碎石（砾石）混合料两种。

嵌锁作用，并以石屑嵌缝后形成嵌锁型碎石用粒径较单一的轧制碎石作主骨料，通过碾压形成。

它使用单一尺寸的粗碎石（20~40mm、25~50mm或30~60mm）作主骨料，经初步碾压稳定后，再撒铺0~5(或10)mm的石屑，并用振动压路机碾压，靠振动压路机的振动力使石屑填塞到主骨料的孔隙中，直到把孔隙填满为止。

级配型集料包括级配碎石、级配碎砾石和级配砾石。

2、粒料类材料强度影响因素。

（掌握）
3、无机结合料稳定类材料（石灰稳定土、二灰稳定土和水泥稳定土）的强度形成原理。

（掌握）
石灰土的强度形成主要依靠石灰和土发生的反应：⑴凝胶反应（称火山灰反应）⑵离子交换反应⑶石灰结晶硬化和碳酸化中产生的Ca(OH)2 ·nH2O、
CaCO3 ·nH2O晶体，将土颗粒胶结起来，提高土的强度和整体性。

二灰稳定土强度形成主要依赖于火山灰反应的生成物。

石灰稳定集料的强度形成主要取决于集料颗粒之间的内摩擦阻力和嵌锁作用。

水泥稳定土强度形成主要取决水泥水化硬化、火山灰反应和离子交换过程。

4、无机结合料稳定类材料强度形成的影响因素。

（掌握）
影响石灰稳定土强度因素：⑴石灰细度以及含量⑵土与集料⑶最佳含水量⑷生条件
影响二灰稳定土强度的因素：可归纳为四个方面：材料、配合比、施工和养生。

影响水泥稳定土强度的主要因素：水泥剂量、土质、集料颗粒组成等。

5、无机结合料稳定粗粒土、中粒土和细粒土的温缩和干缩特性，反射裂缝的防治措施。

（掌握）
温缩性的影响因素：稳定土中的固体矿物包括原材料矿物和新生矿物。

温缩性：石灰稳定集料<石灰土。

减小石灰稳定土温缩裂缝的措施：⑴选择最佳施工季节⑵掺加集料（砂砾、碎石等）
干缩性的影响因素：含有较多粘土矿物以及分散度大、比表面积大的材料干缩性大。

石灰稳定土中粒料增加时，降低整体材料的比表面积和需水量，并对水化凝胶物的收缩产生一定的抑制作用，可较大幅度的降低干缩性。

干缩性: 石灰稳定集料<石灰土
减小石灰稳定土干缩裂缝的措施：
⑴控制压实含水量⑵严格控制压实标准⑶成型初期的潮湿养护重视初期养护，保证石灰土表面处于潮湿状况，谨防干晒。

⑷掺加集料（砂砾、碎石等）在石灰稳定土中⑸早铺筑面层。

半刚性基层的缩裂会反射到面层，为了防止基层裂缝的反射，国内外常采取以下措施：⑴设置中间结构层⑵铺筑土工格栅
6、无机结合料稳定类材料的适用性（公路等级以及路面结构中的层位）（掌握）
无机结合料稳定细粒土的干缩性和温缩性较大，强度形成前易软化，易被水冲刷，不适宜做用做二级和二级以上公路高级路面的基层。

石灰稳定土早期强度低，石灰稳定集料只可用作三级或四级公路的基层。

二灰稳定集料宜用于高速公路的下基层或底基层。

均匀密实型混合料适用于高速公路、一级公路的底基层，二级及二级以下公路的基层。

悬浮密实型混合料可用于二级及二级以下公路的基层和各级公路的底基层。

高速公路、一级公路的基层或上基层宜选用骨架密实型混合料。

7、无机结合料稳定类材料的组成设计步骤。

（掌握）
混合料组成设计的基本原则是：结合料剂量合理、尽可能采用综合稳定以及集料应有一定级配。

混合料配合比设计步骤：⑴选定不同的石灰或水泥剂量⑵确定各种混合料在不同结合料剂量下的最佳含水量和最大干密度⑶按规定压实度分别计算不同石灰或水泥剂量的试件应有的干密度。

⑷试件在规定温度下保温养生6d，浸水24h 后，进行无侧限抗压强度试验。

⑸选定石灰或水泥的剂量⑹调整结合料的剂量。

8、路面材料的应力-应变特性、累积变形和疲劳特性。

（了解）
材料受力后，变形有弹性、粘弹性、粘性和塑性四种变形
路面结构在荷载重复作用下，出现的破坏极限状态有两类：⑴变形累积产生沉陷和车辙；⑵疲劳破坏。

材料处于弹塑性工作状态，路面在行车荷载重复作用下会因塑性变形累积到一定限度而产生沉陷或车辙，路面使用功能将下降至允许限度以下，出现累积变形破坏；这是路面的一种主要病害。

疲劳破坏的出现，是由于材料内部存在局部缺陷或不均质，荷载作用下在该处发生应力集中而出现微裂隙；应力的反复作用使微裂隙逐步扩展，从而不断减少有效的承受应力的面积，终于在反复作用一定次数后导致破坏。

第 6章沥青混合料
1、沥青混合料的原材料——粗集料与细集料的物理力学性质的评价指标（如砂当量SE、亚甲蓝值MBV，坚固性，压碎值，洛杉矶磨耗损失，磨光值PSV 等）
的含义。

（掌握）
ß 压碎值：石料抵抗压碎的能力ß 磨光值：石料抵抗磨光的能力，即保持其原有粗糙的能力ß 磨耗值：石料抵抗磨擦、剪切的能力ß 冲击值：石料抵抗多次连续的重复冲击荷载的能力；砂当量：测定天然砂、人工砂、石屑等各种细集料中所含的粘性土或杂质的含量，以评定集料的洁净程度。

亚甲蓝试验的目的是确定细集料、细粉、矿粉中是否存在膨胀性粘土矿物并确定其含量的整体指标，从而评定集料的洁净程度，以亚甲蓝值MBV表示。

2、矿质混合料的级配类型、级配理论、工程设计级配范围的调整、组成设计（规划求解法计算各种集料的用量比例）。

（掌握）难点
各种不同粒径的集料，按一定比例搭配起来，以达到较高的密实度和较大的摩擦力，主要有两种级配。

⑴连续级配⑵间断级配
目前常用的级配理论主要有最大密度曲线理论和粒子干涉理论。

采用电子表excel求解，主要的步骤如下：ß ⑴输入已知数据，并输入合成级配的计算式ß ⑵建立目标控制条件ß ⑶设置规划求解参数值ß ⑷规划求解法计算各种集料用量ß ⑸利用excel绘制合成
调整级配曲线：混合料的粗集料位于最大密度线的上方，细集料位于最大密度线的下方。

这样的级配曲线呈S形。

设计合成级配不得有太多的锯齿形交错，且在0.3mm～0.6mm范围内不出现“驼峰”。

v当反复调整不能满意时，宜更换材料设计。

3、沥青混合料的原材料——道路石油沥青技术评价指标（如针入度PT, m,t、软化点TR&B、延度、针入度指数PI、与集料的粘附性能、采用薄膜烘箱试验(TFOT)和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)来评价沥青耐久性的方法、闪点、燃点等）（掌握）针入度法是指在规定温度和时间条件下，一定质量的标准针垂直贯入试样的深度所表示的粘度，其贯入的深度以针入度值表示。

单位为0.1mm。

延度测定：v沥青样制成∞字形标准试样(中间最小截面积为1cm2)。

在规定拉伸速度和规定温度下，拉断时的伸长长度，以cm为单位。

针入度指数法方法的基本思路是沥青针入度值的对数(lgP)与温度(T)具有线
性关系。

粘附性评价方法—粘附性试验：水浸法；水浸法
采用薄膜烘箱试验(TFOT)和旋转薄膜烘箱试验(RTFOT)来评价沥青的耐久性。

必须测定沥青加热闪火和燃烧的温度，即所谓闪点和燃点。

4、沥青路面的气候分区指标。

（了解）
气候分区的指标有三个：气候分区的指标有三个：⑴高温指标⑵低温指标⑶雨量指标
5、道路石油沥青的选用方法。

（了解）
6、沥青混合料的分类和组成结构。

（掌握）
①按结合料分类ß 根据所用沥青的品种或性质分别有普通石油沥青混合料、改性沥青混合料和煤沥青混合料。

②按沥青混合料拌制和摊铺时要求的温度分类1.拌热铺沥青混合料2.常温沥青混合料③按矿料级配组成及混合料空隙率大小分类根据空隙率有：开式：空隙率>18%密实式：3%<空隙率<6%半开式：6%<空隙率<12%矿料级配类型有：连续级配；间断级配；开级配③按矿料级配组成及混合料空隙率大小分类⑴连续级配密实式沥青混合料⑵开级配沥青混合料⑶半开级配沥青混合料⑷间断级配密实式沥青混合料
根据沥青混合料各组分间的相互嵌挤形式可将其分为3类典型的结构。

①悬浮密实结构②骨架空隙结构③骨架密实结构
7、沥青混合料的强度及影响因素。

（掌握）
沥青混合料在常温和较高温度下，由于沥青的粘结力不足而产生变形或由于抗剪强度不足而破坏，一般采用库仑理论来分析其强度和稳定性。

⑴青粘度的影响⑵集料的粒径、颗粒形状和表面特性的影响⑶沥青与矿料化学
性质的影响⑷矿粉的比表面积⑸沥青用量的影响⑹影响沥青混合料抗剪强度的外因
8、沥青混合料的技术性质及实验检测方法。

（掌握）
沥青混合料的技术性质ß ①高温稳定性——车辙(动稳定度)试验②低温抗裂性——工程中采用低温弯曲试验来评定沥青混合料的抗低温开裂能力。

③沥青混合料的水稳定性——沥青与集料的粘附性试验，浸水马歇尔试验和冻融劈裂试验检验沥青混合料的水稳定性。

④耐久性⑤抗滑性——摆式仪⑥施工和易性⑦渗水性——渗水性检验*
9、密级配热拌沥青混合料配合比设计步骤（主要是矿质混合料的组成设计和根据马歇尔试验确定沥青最佳用量）以及设计时的一些重要指标（空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度等）的概念。

（掌握）难点
密级配沥青混凝土配合比设计步骤：
矿质混合料的配合比组成设计⑴确定沥青混合料类型⑵确定工程设计级配范围⑶选择符合规范规定技术性质要求的各种矿料即粗集料、细集料及矿粉，并进行筛分试验；⑷采用电子表格用试配法进行级配设计⑸按现行《公路工程集料试验规程》规定的方法，从工程实际使用的材料中取代表性样品，分别测定各种选用矿料的密度、吸水率、颗粒组成和沥青的密度；⑹确定沥青最佳用量——
采用马歇尔试验法来确定沥青最佳用量：按所设计的矿料配合比配制五组矿质混合料；ß 每组按规范推荐的沥青用量范围加入适量沥青，并按一定的间隔递增；
ß 拌合均匀制成马歇尔试件，进行试验，测出试件的密实度、稳定度和流值等，并确定出最佳沥青用量。

马歇尔试验测定的指标有两个：ß 一是反映沥青混合料抵抗荷载能力的马歇尔稳定度MS(以kN计) 二是反映沥青混合料在外力作用下，达到最大破坏荷载时，试件垂直变形的流值FL(以0.1mm计)。

①制备试件②测试试件的物理指标－密度③计算试件的物理指标－空隙率——在压实状态下的沥
青混合料试件中，集料与沥青实体之外的空隙（不包括矿料本身或表面已被沥青封闭的孔隙）体积占试件总体积的百分率。

④进行马歇尔试验，测定马歇尔稳定度及流值等物理力学性质。

矿料间隙率（VMA）在压实状态下的沥青混合料试件中，矿料实体以外的空间体积占试件总体积的百分率。

.有效沥青饱和度VFA压实沥青混合料中，有效沥青部分体积占矿料骨架以外的空隙部分体积的百分率。

10、沥青混合料的应力-应变特性与时间、温度和荷载有关，不同于其他筑路材料。

（了解）
第 7章沥青路面设计
1、沥青路面的基本特性及弹性层状体系理论的基本概念。

（了解）
沥青路面的特点：⑴沥青路面表面平整、坚实、无接缝，路面具有一定的柔性，所以行车平稳、舒适、噪音小。

⑵沥青路面晴天无尘土，雨天不泥泞，在强光照射下不反光，便于行车。

⑶适宜于用机械化施工，且施工进度快。

⑷可以分期修建，适合新建、改建各种道路，满足不同交通量的需要，其养护维修方便。

⑸温度稳定性较差。

⑹黑色路面，夜间行车视距差。

2、沥青路面的主要损坏模式。

（掌握）
1.路面局部沉陷
2.车辙
3.疲劳开裂
4.推移
5.低温缩裂
6.泛油
7.松散和坑槽
8.反射裂缝
3、掌握沥青路面结构层次的选择和组合设计的原则及方法。

（掌握）
沥青路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成。

⑴按各结构层功能及其使用要求选择结构层次⑵按各结构层的应力分布特性
⑶选用适当的层数和层厚
4、新建沥青路面结构厚度的设计标准（整体刚度和抗疲劳开裂）。

（熟练掌握）沥青面层厚度应根据公路等级、交通量和交通组成、气候条件以及所选路面结构类型等因素确定。

沥青路面结构层厚度的确定应满足结构整体刚度与沥青层或半刚性基层、底基层的抗疲劳开裂的要求。

路面结构表面在双轮荷载作用下轮隙中心处的计算弯沉值ls不大于设计(容许)弯沉值ld。