路基路面工程第一章 绪论

全国公路自然区划图
一级自然区划的路面结构设计
我国7个一级自然区划的路面结构设计侧重点各不相同，根据各 地区经验，大致可归纳如下： ➢ Ⅰ区—北部多年冻土区：保温、排干水分 ➢ Ⅱ区—东部湿润季冻区：防冻胀与翻浆 ➢ Ⅲ区—黄土高原干湿过渡区：防止黄土冲蚀与遇水湿陷 ➢ Ⅳ区—东南湿热区：路面高温稳定性能 ➢ Ⅴ区—西南潮暖区：路基整体稳定性 ➢ Ⅵ区—西北干旱区：沙漠地区风蚀和沙埋 ➢ Ⅶ区—青藏高寒区：沥青路面老化
365N1
1
t
1
• N1——设计的初始年平均日交通量； • Nt——设计的末年年平均日交通量；
➢ 轴载组成与等效换算
道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换算为某 一标准轴载的当量通行次数。
轴载谱
轴载换算公式：
i
Ns Ni
ห้องสมุดไป่ตู้
Pi Ps
n
• Ps——标准轴载重，kN； • Ns——标准轴载作用次数；
• 式中WI ——路基顶面以下80 cm内，每10 cm。
➢ 新建公路
新建公路时，若能确定路基临界高度值，则可以此作为判 别标准，与路基设计高度作比较，由此确定路基干湿类型，
路基临界高度与路基干湿类型
• H1对应于WC1，为干燥与中湿状态的分界标准； • H2对应于WC2，为中湿与潮湿状态的分界标准； • H3对应于WC3，为潮湿与过湿状态的分界标准。
1.4.2 大气温度及其对路基水温状况的影响
• 路基湿度水的来源； • 大气温度的影响； • 湿度和温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。
1.4.3 路基干湿类型
➢ 划分：干燥、中湿、潮湿、过湿 ➢ 路基的干湿类型以分界稠度来划分。 ➢ 稠度：土的含水率与其液限之差与塑限和液限之差的比值，即：
➢ 地理条件：地形、地貌、海拔高度 ➢ 地质条件：岩石种类、成因、岩石走向、岩层厚度、有无断
层 ➢ 气候条件：气温、降水、湿度 ➢ 水文和水文地质条件：地表水、地下水位 ➢ 土的类别：砂性土、黏性土
1.3 公路自然区划
目的
应体现不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性，以便 于在路基路面结构类型选择，以及设计、施工和养护中采取合 适的设计参数和技术措施，保证路基路面的强度和稳定性。
中湿类路基的湿度状况
饱和度按下式计算：
• 式中Sr——饱和度，%；
TMI值：
TMI
y
=
100Ry 60DFy PEy
• 式中Ry——y年的水径流量，cm；
1.5 路面结构与分类
1.5.1 路面结构及层位功能
➢面层 直接承受行车及自然因素作用的结构层。 ➢基层 主要承受面层传来的车辆荷载。 ➢垫层 保证面层和基层的强度、刚度、稳定性不受土基水温状况影响。 ➢路拱 减少雨水对路面结构强度影响
qmax p
纵向滑移路面附着系数
轴载的动态波动轮载的这种波动，可近似看作呈正态分布， 其变异系数主要随下述3个因素而变化：
➢ 行车速度。车速越高，变异系数越大。 ➢ 路面的平整度。平整度越差，变异系数越大。 ➢ 车辆的振动特性。轮胎的刚度低，减振装置的效果越好，变
异系数越小。 正常情况下，变异系数一般小于0.3。
在《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）中： 路基湿度状况受大气降水和蒸发、地下水、温度和路面结构及其 透水程度等多种因素的影响。 ➢ 地下水或地表长期积水的水位高，路基工作区均处于地下水毛
细润湿影响范围内，路基平衡湿度由地下水或地表长期积水的 水位升降所控制，路基湿度状态可定义为潮湿类路基。 ➢ 地下水位很低，路基工作区处于地下水毛细润湿面之上，路基 平衡湿度由气候因素所控制。路基湿度状态定义为干燥类路基。 ➢ 中湿类路基的湿度兼受地下水和气候因素影响，路基工作区被 地下水毛细润湿面分为上、下两部分，下部受地下水毛细润湿 的影响，上部则受气候因素影响.
1.5.2 路面分类
➢ 柔性基层沥青路面：刚度小 ➢ 半刚性基层沥青路面：刚度处于柔性与刚性之间 ➢ 组合式基层沥青路面：防止半刚性基层产生反射裂缝 ➢ 复合式路面：半刚性或柔性基层上设有刚性材料下面层 ➢ 水泥混凝土路面：抗弯拉强度高、刚度大
1.6 行车荷载
1.6.1 车辆的种类
道路上通行的汽车车辆主要分为客车与货车两大类。
轴载的动态波动
1.6.5 交通分析 ➢ 交通量：
一定时间间隔内各类车辆通过某一道路横断面的数量。
交通量年平均增长率r变化范围
路面结构设计中，通过调查分析确定初始年平均日交通量 N1， 按式进行计算：
365
Ni
N1
i=1
365
在路面结构设计中，设计年限内的累计交通量 Ne可以按式
预估：
Ne =
WC
=
WL IP
W
• WC =1.0，即W W P 时，为半固体与硬塑状的分界值； • WC =0，即 W W L 时，为流塑与流动状的分界值；
• 0＜WC ＜1，即 W P W W L 时，土处于可塑状态。
➢ 已建公路 ➢ 按照不利季节路槽地面以下80cm深度内土的平均稠度确定。
每10cm取土样测定天然含水率、液限、塑限：
合建设。
全国公路总里程及公路密度图
• 至2015年底，全国公路总里程达457.73万km，公路密度为 47.68 km/百km2
全国高速公路里程表
• 公路养护里程446.56万km，占公路总里程97.6%。全国高速 公路里程达12.35万km。
1.2 路基路面工程的特点、要求及影响因素
1.2.1 路基路面工程特点及要求
公路自然区划原则：
➢ 道路工程特性相似性原则： 同一区划内，在同样自然因素下筑路具有相似性。 ➢ 地表气候区划差异性原则： 地表气候是地带性差异与非地带性差别的结果。
➢ 自然气候因素既有综合又有主导作用的原则 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。
公路自然区划分级
公路自然区划分三级进行划分，即首先划分为多年冻土、季节 冻土、全年不冻土三大地带。然后根据水热平衡和地理位置， 以全年均温-2 ℃等值线，一月份均温0 ℃等值线及1 000 m和 3 000 m两条等高线作标准，又考虑到黄土地区筑路的特殊性， 划分为7个一级自然大区。
➢ 承载能力：足够强度以抵抗车轮荷载引起的各种应力：足够 的刚度不发生过量变形。
➢ 稳定性：大气降水、大气温度周期的变化。 ➢ 耐久性：维持强度、刚度、几何形态不变。 ➢ 表面平整度：行车安全、行车舒适性、运输效益。 ➢ 表面抗滑性能：采用坚硬、耐磨和表面粗糙的材料。
1.2.2 影响路基路面稳定的因素
路基路面工程第一章 绪论
主要内容
1.1道路工程的历史和发展 1.2路基路面工程的特点、要求及影响因素 1.3公路自然区划 1.4路基水温状况及干湿类型 1.5路面结构与分类 1.6行车荷载
1.1 道路工程的历史和发展
➢ 史前：步行道路、驮运道路、马车道路。 ➢ 古代：设立驿站，十里设亭，三十里设驿。 ➢ 近代：路面多为泥结碎石或天然土路。 ➢ 现代(新中国成立后)：统筹规划、条块结合、分级负责、联
➢ 轮迹横向分布：
由于轮迹的宽度远小于车道的宽度，因而总的轴载通行次数既不 会集中在横断面上某一固定位置，也不可能平均分配到每一点上， 而是按一定规律分布在车道横断面上。
轮迹横向分布频率曲线（单向一车道）、（混合行驶双车道）
单圆图示
双圆图示
= P p
• δ——接触面当量圆半径
1.6.4 运动车辆对道路的动态影响
车轮施加于路面的各种水平力Q值与车轮的垂直压力P，以及路 面与车轮之间的附着系数φ有关，其最大值Qmax不会超过P与φ的 乘积，即：
Qmax P
车轮作用于路面的垂直压力与水平力
• 若以q和p分别表示接触面上的单位水平力和单位垂直接触压 力，则最大水平力qmax应满足：
1.4 路基水温状况及干湿类型
1.4.1 路基湿度的来源
路基湿度的水源主要有： ➢ 大气降水——雨水渗入； ➢ 地面水——边沟流水、地表径流等渗入； ➢ 地下水——地下水浸入； ➢ 毛细水——毛细作用上升到路基； ➢ 水蒸气凝结水——水蒸气凝结成水； ➢ 薄膜移动水——温度较高处向冻结中心周围流动。
小客车
客车
中客车
大客车
货车
整车 牵引式拖车 牵引式半拖车
1.6.2 汽车的轴型
我国设计规范中以100 kN作为设计标准轴重。通常，整车型式 的客、货车车轴分前轴和后轴。
车辆轮组和轴组类型
车辆类型分类
1.6.3 汽车对道路静态的压力
汽车对道路的作用可分为停驻状态和行驶状态。当汽车处于停 驻状态下，对路面的作用力为静态压力，主要是由轮胎传给路 面的垂直压力p，它的大小受下述因素的影响。 ①汽车轮胎的内压力pi； ②轮胎的刚度和轮胎与路面接触的形状； ③轮载的大小。