道路工程课件 第3章 路基路面工程.ppt

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第一节概述第二节沥青路面设计与施工第三节水泥砼路面设计与施工第四节其他路面及基(垫)层第五节路面排水第四章路面工程 第一节概述一．路面是位于路基上方，直接承受荷载和自然因素的作用，由各种材料按照不同比例拌和，铺筑而成的一种带状构造物。二．路面结构1.面层2.基层3.垫层 三．路面类型1.按面层使用材料分：①沥青类②水泥砼③粒料④块料2.按强度构成原理分：①嵌锁法路面②级配法路面③稳定法路面④铺砌法路面 3．按荷载作用下的力学性质分：①柔性路面各种基层（除水泥砼外)和各类沥青面层、碎（砾）石面层，块料面层等组成的路面结构。②刚性路面水泥砼作面层或基层。③半刚性路面以石灰水泥稳定土或石灰水泥处治碎（砾）石，含工业废渣基层。4.常见路面结构层类型：①碎（砾）石类:a.泥结碎石：以碎石为骨料，黏土作填充料粘结料经压实而成的路面结构层。适用于基层和中级路面基层。 b.泥灰结碎石：以碎石为骨料，用一定数量的石灰和作粘结料，经压实而成的路面结构，适用于基层。c.级配碎（砾）石：由各种集料和土，按最佳级配原理配制并铺压而成的路面结构。适用于基层和中层路面面层。d.水结碎石：用大小不同的扎制碎石从大到小分层铺，洒水碾压，依靠碎石嵌锁和石粉胶结作用形成的路面结构层，适用于基层。②结合料稳定类：a.石灰（稳定）土：将一定量的石灰同粉碎土拌和，摊铺，在最佳含水量时压实，经养护成型的路面结构，适用于基、垫层。 b.水泥稳定土：在粉碎的和原来松散的土中掺入适量的水泥和水经拌和，压实，养护成型的路面结构层。适用于基、垫层。c.沥青稳定土：用沥青做结合料，与粉碎的土或土集料混合经拌和，铺压而成的路面结构。用于基、垫层。d.工业废渣：用石灰或石灰下脚料做结合料，与活性材料及土或其他集料按一定配合比，加适量水拌和，铺压，养护成型的路面结构层。适用于基层、垫层。 ③沥青类a.沥青表面处治：用沥青和矿料按层铺法或拌和方法，铺筑成厚度不大于3cm的一种薄层路面面层、防水层、磨耗层、防滑层。b.沥青贯入碎石：用大小不同的碎石或砾石分层铺筑，颗粒尺寸自下而上逐层减小，同时分层贯入沥青，经分层压实而成的路面结构层。适用于次高级路面面层，高级路面基层，联结层。c.沥青碎石：以一定级配的矿料用沥青做结合料，按一定比例配合，拌匀，铺压而成的路面结构层。适用于高级、次高级路面面层，高级路面基层，联结层。d.沥青砼：由适当比例的各种不同大小颗粒的矿料和沥青在一定温度下拌和成混合料，经铺压而成的路面结构层。 ④水泥砼：以水泥与水合成水泥浆为结合料，碎（砾）石为骨料，砂为填充料，按适当的配合比例，经加水拌和、摊铺、振捣、整平、养护所筑成的路面结构层。适用于高级路面面层、基层。⑤块料类a.整齐块石b.半整齐块石c.水泥石砼联锁块分别以加工的整齐块石、半整齐块石、预制的水泥砼联锁铺砌而成的路面面层。分别适用于高级路面面层、次高等级路面面层、高级路面面层。 四、路面等级1、高级路面①公路等级：高速、一、二级公路用；②面层类型：沥青砼、水泥砼；③特点：a.强度、刚度高，稳定性好；b.使用寿命长，能适应较繁重的交通量；c.平整无尘，能保证高速行车；d.养护费用少，运输成本低；e.投资大。2、次高级路面①公路等级：二、三级公路；②面层类型：沥青贯入式，沥青碎石、沥青表面处治； ③特点：a.强度、刚度较高；b.使用寿命较长，适应交通量较多；c.行车速度较高；d.造价较低；e.费用和成本较高。3、中级路面①公路等级：四级公路；②面层类型：碎（砾）石（泥结或级配）、半整齐块石、粒料类。③特点：a.强度、刚度低，稳定性差；b.平整度差，易扬尘；c.仅适应较小交通量；d.行车速度低，造价低；e.养护费用高、运输成本高。 4、低级路面①公路等级：四级公路；②面层类型：粒料、当地材料。③特点：a.强度、刚度最低；b.水稳性、平整度均差，易扬尘；c.低速行车，适用较小交通量；d.造价低，养护运输成本高。 五.路面的基本要求1.足够的强度和刚度；2.足够的稳定性；3.足够的耐久性；4.足够的表面平整度；5.足够的表面抗滑性能；6.足够的少尘性和低噪声。 第二节沥青路面的设计与施工一.沥青路面的设计1.设计内容①材料的选择，混合料配合比设计、设计参数的测试与确定；②路面结构层组合与厚度计算；③路面结构方案比选；④路面加宽加固设计；⑤路面排水系统设计。2.设计原则①应根据使用要求及气候、水文、地质等自然条件，密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计； ②在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护、节约投资的原则。进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠，有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。③结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术，应在路面设计方案中积极、慎重地加以应用。④应注意环保、施工人员健康和安全。⑤推广机械化施工；⑥高速、一级公路不宜分期修建。⑦对有可能产生较大沉降路段，宜按“分期修建”或“一次设计分期实施”原则。 3.路面结构组合设计①路面等级与路面类型的选择公路等级路面等级面层类型设计年限(年)设计年限内累计标准轴次(万次/一车道)高速公路一级公路高级路面沥青混凝土l5＞400二级公路高级路面沥青混凝土12＞200次高级路面热拌沥青碎石混合料、沥青贯入式10100～200三级公路次高级路面乳化沥青碎石混合料、沥青表面处治810～100四级公路中级路面水结碎石、泥结碎石、级配碎(砾)石、半整齐石块路面5≤10低级路面粒料改善土6 半刚性基层上沥青层推荐厚度公路等级沥青层推荐厚度(㎝)公路等级沥青层推荐厚度(㎝)高速12～18三2～4一10～15四1～2.5二5～10②沥青层厚度确定 ③基层选择：a.有足够强度，水稳定性，抗冻性；b.收缩变形小，抗冲刷能力强；c.就地取材；d.确定合理配合比；e.每侧比路面宽至少25㎝。④垫层选择：a.材料宜选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等。b.高速、一、二级公路排水垫层应铺至与路基同宽，三、四级公路可比底基层每侧宽至少25㎝。⑤路面总厚度应满足最小总厚度的要求。 ⑥最小防冻厚度（㎝)土质粘性土、细亚砂土粉性土路基类型基、垫层类型道路冻深(㎝)砂石类稳定土类工业废料类砂石类稳定土类工业废料类50～10040～4535～4030～3545～5040～4530～40100～15045～5040～4535～4050～6045～5040～45中湿150～20050～6045～5540～5060～7050～6045～50大于20060～7055～6550～5570～7560～7050～6560～10045～5540～5035～4550～6045～5540～50100～15055～6050～5545～5060～7055～6550～60潮湿150～20060～7055～6550～5570～8065～7060～65大干20070～8065～7555～7080～l0070～9065～80 4.新建路面厚度设计①设计步骤a.根据设计任务书的要求，确定路面等级、面层类型、设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值；b.按路基土类和干湿类型，将路基划分为若干路段，确定各路段土基回弹模量值EO。c.根据设计弯沉值计算路面厚度；d.进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。设计程序框图如图所示。 标准轴载计算参数标准轴载BZZ-100标准轴载BZZ一100标准轴载P(kN)100单轮传压当量圆直径d(mm)21.30轮胎接地压强p(MPa)0.70两轮中心距(㎝)1.5d②设计标准标准轴载BZZ-100 ③设计参数a.累计当量轴次Ne式中：Ne——设计年限内一个车道上的累计当量轴次；t——设计年限；N1——第一年双向平均日当量轴次；Nt——第t年双向平均日当量轴次；r——设计年限内交通量年增长率（%）η——车道系数。b.土基回弹模量EO；c.路面材料模量。 ④路面厚度计算a.容许弯沉值（设计弯沉值）式中：——容许弯沉值（0.01mm）——公路等级系数；——面层类型系数；——基层类型系数。b.容许弯拉应力式中：——容许弯拉应力值；——劈裂强度；——抗弯拉强度结构系数； c.容许剪应力式中：——容许剪应力；——抗剪裂强度；——抗剪结构强度系数；d.lR作为控制指标确定路面厚度 式中：——路面A点实测弯沉值；——标准轴载接地压强；——标准轴载当量圆半径；——土基回弹模量；——理论弯沉系数；——弯沉综合修正系数。以≤确定厚度实际路面是一个多层体系，此时为了应用理论公式需将多层体系换算成三层体系： e.以作为控制指标确定路面厚度。计算图式式中：——最大拉应力——理论最大拉应力系数。使≤将多层体系换算为三层体系：将多层体系换算为三层体系： f.以——作为控制指标确定路面厚度。计算图式式中：——剪应力；——最大剪应力系数；——面层材料内摩擦角。要求；≤当有多层体系时，换算为三层体系的方法，同以作为控制指标时的换算。例4-1指出如图路面结构体系中路表弯沉值最大值点位及第3层底面弯拉应力的最大值点位。并绘出各自的计算图式。 解：①当求路表弯沉值时：将多层体系换算为当量二层体系如下：双轮轮隙中心A气为弯沉最大值。 ②当求第3层底面弯拉应力时=5.9＋10.7＋16=32.6㎝=22＋19.1=41.1㎝最大值点C位于第三层底面双轮轮隙中心处。 [例4-2]确定如图结构层路表弯沉和剪应力的最大值点位，并绘出计算图式。层数模量（μPa）厚度（㎝）11000428008365015440022528 解：①当确定路表弯沉时：=8＋12.54＋15.02=38.85㎝最大点A位于双轮轮中心处。②当求最大剪应力值时：最大值D点位于车轮中心行车方向后方离车轮中心距离为0.9δ处。 二、沥青路面施工1、沥青表面处治：①层铺法：将沥青材料与矿质材料分层洒布与铺撒，分层碾压成型。②拌和法；a.热拌热铺法；按热拌沥青混合料路面的规定执行。b.冷拌冷铺法：按乳化沥青碎石混合料路面的规定执行。2、沥青贯入式①撒料，撒铺应均匀，并不断检查松铺厚度和校验路拱。②碾压，先用6～8t压路机以2km/h的初碾速度压3～4遍，使集料稳定，无显著推移；碾压遍数一般为2～4遍。③浇洒第一遍沥青④撒布第一层嵌缝料⑤再碾压，立即用8～12t压路机碾压4～6遍，直到稳定；⑥浇洒第二层沥青——撒布第二层嵌缝料——碾压——浇洒第三层沥青——撒布封层料——最后碾压（宜用6～8t压路机碾压2～4遍）3、热拌沥青混合料①混合料类型选择；②拌制及运输；③摊铺；④压实及成型。 三、沥青路面防滑1、提高沥青路面抗滑性能的措施①提高沥青混合料的抗滑性能；a.矿质骨料采用硬质粒料；b.矿料级配采用升级配；c.选用裹覆力大的较硬沥青；d.尽量减少沥青用量。②采用防滑封面结构a.在沥青混合料碾压完成后，立即铺撒硬质矿料，并压入混合料表面内；b.采用多孔沥青混合料铺成透水性面层，加速路面排水；③使用树脂系高分子材料对路面进行防滑处理，将粘结力强的人造树脂涂布在沥青路面上，然后铺撒硬质粒料，在树脂完全硬结之后，将未粘着的粒料扫掉。2、抗滑性能指标①高速、一级公路宜在竣工后第一个夏季采用摩擦系数测定车，以（50±1）km/h的车速测定横向力系数SFC。②路面宏观构造深度TD，在峻工后第一个夏季用铺砂法或激光构造深度仪测定。③摆值Fb（BPN） 3、评价路面抗滑能力指标的测定方法①铺砂法测定构造深度TDa.手工铺砂法，将细砂铺在路面上，计算嵌入凹凸不平的表面空隙中的砂的体积与覆盖面积之比。将全部砂都填入凹凸不平空隙中。b.电动铺砂法，用50ml砂，在玻璃板上铺50㎜宽时，标定厚度与长度的关系。按同法在测试路面上铺砂，测定摊铺长度。TD为：②激光构造深度仪测定构造深度TD高速脉冲半导体激光器产生红外线投射到路表面，从投射面上散射光线由接受透镜聚焦到以线性分布的光敏二级管上，接收光线最多的二级管位置给出这一瞬间道路表面的距离，通过计算得出TD。 ③摆式仪测定摆值BPN根据摆锤位能的损失等于摆锤擦过路面克服路面所做的功。④摩擦系数测定车测横向力系数SFC承受恒定竖向荷载的测试轮与地面紧密接触，并与车辆前进方向成20°角，这样当车辆前进时在测试轮上产生一个横向摩阻力，由压力传感器测得，则 第三节水泥砼路面设计与施工一、水泥砼路面的类型1、普通砼（or无筋砼or素砼）是指除局部或接缝外均不配筋。2、钢筋砼是指板内配置纵、横钢筋或钢筋网。3、碾压砼是指水泥砼混合料（水泥和水的用量显著减少）经摊铺、碾压成型。4、钢纤维砼是指在砼中掺入钢纤维。5、连续配筋砼是指沿纵向配置连续钢筋。 二、水泥砼路面特点1、强度高；2、稳定性好；3、耐久性好；4、养护费用少，经济效益高；5、利于夜间行车；6、水泥、水需要量大；7、接缝产生不利影响；8、开放交通迟；9、修复困难。 三、水泥砼路面常见病害1、断裂；2、碎裂；3、唧泥；4、借台；5、拱起；6、剥落；7、裂纹。 四、水泥砼路面的构造1、土基；2、垫层；3、基层；4、砼面板 五、接缝设计1、纵缝①纵向施工缝；②纵向缩缝； 2、横缝①横向缩缝； ②胀缝；（a）(b)(c) ③横向施工缝； 六、水泥砼路面设计参数1、标准轴载：BZZ-1002、交通分级：①特重NS＞1500②重NS=200～1500③中等NS=5～200④轻NS＜5NS——标准轴载作用次数。（次/d）3、使用年限：t=20～40年①特重30年②重30年③中等20年④轻20年 4、累计作用次数是指设计使用年限内路面临界荷位上所受到的标准轴载累计作用次数Ne。临界荷位：①后轴一侧双轮组轮载作用于横缝边缘中部；②后轴轴载作用于板中部。5、设计强度；以28弯拉强度为标准。6、弯拉弹性模量；以实测为宜。7、基层顶面当量回弹模量Et式中：——实测弯沉值。不应低于P199表5.15规定值。 8、砼面板的最大温度梯度可按自然区划P200表5.17取用。表5.17最大温度梯度计算值Tg公路自然区划Ⅱ、ⅤⅢⅣ、ⅥⅦTg(℃/㎝)0.83～0.880.90～0.950.86～0.980.93～0.98 七、板的平面尺寸及板厚的确定B：L=1：1.3B≤4.5mL=4～6mhmin=18cm1、初估厚度按P202表5.18取用交通等级特重重中等轻初估厚度（hi/cm）＞2523～2521～23＜21表5.18混凝土面板的初估厚度 2、荷载应力计算式中：r——路面结构的相对刚度半径（cm）；r=50～100cm范围内的相对误差在2%以内；h——面板厚度(cm)3、温度应力计算4、板厚的确定式中：——砼设计弯拉强度 八、水泥砼路面的施工1、选择材料①水泥；②粗集料；③水；④外加剂。2、砼配合比的检验与调整①工作性；②强度；③水、水灰比、砂率。3、基层检验与整修①基层质量检验；②测量放样；4、砼面板施工①安装模板，布设钢筋；②接缝施工；③砼面板浇筑。 第四节其它路面及基（垫）层一、水泥砼桥面铺装结构1、粘结层；2、防水层；3、沥青面层。二、级配碎砾石基层1、路拌法施工工序：准备下承层→施工放样→运输和摊铺未筛分碎石→洒水使碎石湿润→运输、撒布石屑→拌和并补充洒水→整形→碾压。2、厂拌法运输厂拌混合料→摊铺→整形→碾压。 三、稳定类基层1、路拌法施工工序准备下承层→施工测量→备料→摊铺→拌和→整平与碾压成型→初期养护。2、厂拌法施工调试拌和设备→摊铺→整形→碾压→养护。 第五节路面排水一、路面排水类型1、路面表面排水2、中央分隔带排水3、路面内部排水二、路表面排水1、拦水带2、路肩排水沟3、急流槽 三、中央分隔带排水1、纵向排水沟2、雨水井3、集水井4、排水渗沟5、表面封闭的中央分隔带排水四、路面内部排水1、边缘排水2、基层排水3、垫层排水