路基路面工程復習

1、整體穩(wěn)定性

填挖引起路基失穩(wěn)；軟土上高路基；巖質土質山坡上開挖。嚴重性：交通阻斷，易引起交通事故。措施：正確設計，采取排水、防護和加固、支撐工程。2、變形小

自重、車輛荷載作用下變形。地基軟弱、填土疏松、過分潮濕時產(chǎn)生沉陷和變形。危害：導致路面出現(xiàn)過量的變形和應力增大。促使路面過早損壞并影響舒適性。措施：爭取合適填料充分壓實，改善水溫狀況，加固軟弱地基。一、路基基本要求路基—在地表按照道路路線位置和一定技術要求開挖或堆填而成的巖土結構物。路面—在路基頂面行車部分用各種堅硬材料鋪設的層狀結構物。1——針對路基上層（路床或上路堤范圍）作為重要路面支承結構，需要具有足夠的強度和良好的水、溫穩(wěn)定性的技術要求。路床—路面結構層以下80cm的路基部分；0～30cm為上路床，30～80cm為下路床；上路堤—距路面底部80～150cm的填方部分；下路堤—150mm以下的填方部分。30上路床80上路堤下路床下路堤15021、平整度不平整路面會增大行車阻力、行車顛簸，影響速度和安全性。措施：優(yōu)質的施工機具，精細的施工工藝，嚴格施工質量控制，經(jīng)常及時的維修養(yǎng)護；2、承載能力（強度和剛度）

強度：抵抗行車作用下產(chǎn)生的各種應力，避免破壞；剛度：防止產(chǎn)生過量的變形而形成車轍、沉陷、波浪等破壞。措施：使結構層具備同行車荷載相適應的強度和剛度；3、水溫穩(wěn)定性溫度水分變化情況下相對穩(wěn)定。措施：瀝青路面—提高高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性。水泥混凝土—避免高溫拱脹、低溫縮裂。4、抗滑能力

安全性能指標：制動雨天危險措施：瀝青路面—堅硬、耐磨、粗糙的表面材料；水泥混凝土路面—表面拉毛或刻槽。5、不透水性防止水分滲入道路結構層和土基，影響路面使用功能。措施：采用不透水材料，壓實。6、噪聲量

交通噪音降低居民生活質量。措施：使用低噪聲路面。四、路面基本要求3第二節(jié)車輛的重力作用路面設計的標準軸載標準軸載BZZ—100標準軸載P（kN）100輪胎接地壓強p（MPa）0.70單輪傳壓面當量圓直徑d（cm）21.30兩輪中心距（cm）1.5d三.軸載的等效換算原則等效疲勞：作用在同一結構上的A荷載使其破壞的次數(shù)為a；B荷載使其破壞的次數(shù)為b，則（A-a）等效（B-b）4第一節(jié)公路自然區(qū)劃（一）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（二）我國路面設計方法決定一、區(qū)劃的目的二、區(qū)劃的原則和分級1.道路工程特征相似性原則；2.地表氣候區(qū)劃差異性原則；3.自然氣候因素的綜合性與主導性相結合（水與溫度），綜合考慮地表氣候的地帶性（緯度）和非地帶性（海拔高程）。（一）區(qū)劃的原則第三章51.分類2.指標三、路基水濕狀況評估2）路基的相對含水量：——土的算術平均含水量%；wy——土的液限含水量1）土的平均稠度為——土的平均含水量%；wL——土的液限含水量%；wp——土的塑限含水量%3）地下水位高度路槽底面離開地下水位或附近地表長期積水位的高度。

路基的干濕類型是以不利季節(jié)路床表面以下80厘米深度內土的平均稠度Wc來劃分，分為干燥、中濕、潮濕、過濕四類。（一）路基干濕類型---P32表3-66按照經(jīng)驗，給出wc1<wc2<wc3,,分別對應做為干燥、中濕、潮濕、過濕的分界標準，叫做分界稠度。并通過針對各種土類的試驗，確定類似下圖的關系確定相應的分界相對含水量w1、w2、w3,和臨界高度h1、h2、h33.標準地下水位高度地下水位與土的平均稠度地下水位與土的相對含水量路基路面74.路基濕度預估1）既有路基或挖方路基可以采用稠度和相對含水量與相應土質的分界稠度和分界含水量進行干濕狀況評價2）新建路基采用地下水位高度與擬采用的填土的臨界高低進行干濕狀況評價3）通常應該使路基處于干燥或中濕狀況，并因評價結果采取相應的施工養(yǎng)護（換填、排水蔬干等）措施或設計方案（抬高路線設計標高）8第一節(jié)極限強度定義強度破壞常見形式：1.剪應力過大引起某一滑動面的滑移或相對變位。如路基的坍塌和瀝青面層的擁包等。2.拉、彎拉應力過大引起的斷裂。如氣溫突然下降或輪載過重。一、抗剪強度：材料受剪切時的極限或最大應力。1、組成（按摩爾-庫倫強度理論）（1）摩阻力部分，同作用在剪切面上的法向應力成正比；（2）粘聚力部分，同法向應力無關.

材料靜載一次作用下達到極限狀態(tài)或出現(xiàn)破壞時所能承受的最大應力。φ為內摩擦角，c、φ是表征材料抗剪強度的兩個參數(shù)。9（1）通過直剪試驗繪出τ—σ曲線后按上式確定；

（2）通過三軸壓縮試驗繪出摩爾圓和相應的包絡線后按上式的直接關系近似確定；

——與實際受力狀況接近，目前大多數(shù)采用這種方法。三軸試件的直徑應大于最大顆粒粒徑的4倍，試件高度與直徑之比為2.0~2.5。集料最大粒徑小于2.5cm時，目前大多采用試件直徑10cm，高為20cm。

（3）對能做抗拉和無側限抗壓的試驗材料，還可以根據(jù)所測的抗壓強度σc和抗拉強度σt來推算2、c、φ的確定方法：

土和顆粒材料的抗剪強度是由礦質顆粒之間的摩擦、嵌擠以及毛細和吸附等作用形成的，其抗剪強度參數(shù)同顆粒的大小和形狀、礦物成分和級配、密實度和含水量、受力條件等因素有關。瀝青混合料經(jīng)受剪切時，既存在礦質顆粒間的相互滑移和錯位阻力，又有涂敷在顆粒表面上的瀝青之間的粘滯阻力。101、試驗測定方法（1）直接拉伸試驗：將混合料做成h/d=2.5~3倍的圓柱形試件，兩端用環(huán)氧樹脂粘于金屬帽上，通過安裝在試件上的變形傳感器(圖4-3)測得各級荷載應力下的應變（變形）值，做成σ-ε曲線，曲線上σmax為抗拉強度。（2）間接拉伸試驗（劈裂試驗）：通常采用圓柱體試件(直徑d，高度h)、測試時沿著試件直徑方向加壓，按一定速率加在試件兩側的墊條上(圖4-4)，直到試件開裂破壞，記錄破壞時荷載Pmax，按下式計算劈裂(抗位)強度：二、抗拉強度：11根據(jù)材料情況可做成三種小梁，采用三分點加荷，梁式試件高h和寬b不小于集料最大粒徑的4倍。

1）5cm×5cm×24cm,測試支點跨度為15cm，可用于石灰（或水泥）穩(wěn)定土和瀝青砂（細粒式）。２）10cm×10cm×40cm,測試支點跨度為30cm，用于最大粒徑為2.5cm的穩(wěn)定類材料和中粒式瀝青混合料。３）15cm×15cm×55cm,測試支點跨度為45cm，用于最大粒徑為3.5cm的穩(wěn)定類材料、粗粒式瀝青混合料和水泥混凝土。三、抗彎拉強度（抗折強度）σb：1、實驗方法：室內簡支小梁試驗。12第二節(jié)疲勞特性定義：產(chǎn)生原因：材質不均勻或存在缺陷，引起應力σ集中，出現(xiàn)裂紋，在應力σ反復作用下逐漸擴展，從而使受力面積減少，應力σ下降，導致破壞。出現(xiàn)疲勞破壞的反復應力大小（疲勞強度）隨應力重復次數(shù)的增加而降低。有些材料在應力反復作用一定次數(shù)后，出現(xiàn)破壞時的反復應力值不再下降而趨于穩(wěn)定，此穩(wěn)定值叫做疲勞極限。材料承受多次重復應力作用會在低于材料極限強度的應力值出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。

疲勞極限：131、試驗方法和疲勞方程：室內研究是在三軸剪切、間接拉伸、簡支小梁、梯形懸臂或旋轉彎曲試件上施加脈沖或正弦形反復荷載進行的

。

１）控制應力的疲勞試驗：在試驗過程中每次施加的荷載或應力值保持不變。但隨著荷載作用次數(shù)的增加，試件內的微裂紋逐步擴展，材料的勁度不斷下降，應變不斷增加，最終導致試件破裂。２）控制應變的疲勞試驗：不斷調節(jié)（減少）所施加的荷載或應力，使試件產(chǎn)生的變形或應變值保持不變。（無明顯破裂）?；蛞?、瀝青混合料的疲勞特性

式中：a與b、c和d為同瀝青混合料組成與試驗條件有關的回歸系數(shù)。142、影響因素—見P42表4-1。

：兩種試驗方法得到不同和疲勞性狀：控制應變實驗得到的材料疲勞壽命>控制應力實驗。原因在于：1）破壞機理的差異：σ集中產(chǎn)生微裂隙后，在控制應力試驗中：模量E↓，裂隙迅速擴展；而在應變控制試驗中，應力不斷減小，裂隙的擴展便延續(xù)很長時間，E越小，延續(xù)時間越長，于是勁度低的材料，其Nf越大。2）混合料的組成、荷載、環(huán)境影響……一、瀝青混合料的疲勞特性

15在室內疲勞試驗中，用單一不變的荷載反復作用，而實際上車輛荷載是輕重不一的，故還須考慮不同級位荷載產(chǎn)生的綜合疲勞破壞問題。邁因納定律：各級荷載級位下材料的疲勞損耗可以采用線性疊加的方法予以累積。式中ni—k個荷載中，荷載級位i的作用次數(shù)；Ni—第i級荷載的疲勞壽命；該級荷載作用一次就相當于消耗材料的疲勞壽命1/Ni。

也可以通過標準軸載等效換算來計算作用次數(shù)，兩者效果一樣。

三、邁因納定律：16路基回彈模量E0或地基回彈模量Er規(guī)定取回彈變形不超過1mm（較干密土路基取0.5）的點，用線性歸納法計算。

D=30cm,土基μ=0.35，層狀地基μ=0.3；pi為各級荷載的單位壓力；li為對應pi的回彈變形。….

第四節(jié)荷載—彎沉關系二、路基回彈模量E0：反映路基土體的彈性性質17第一節(jié)路基病害和設計要求一、路基常見病害路堤沉陷路堤沉縮路堤沉落1.路基的沉陷：垂直方向產(chǎn)生較大沉落。路堤沉陷：路堤填筑均勻，但是壓密程度不足，產(chǎn)生均勻下沉；路堤沉縮：路堤密實程度不足，產(chǎn)生堤身不均勻下陷并且伴有剪切破壞；路堤沉落：天然地基承載力不足，產(chǎn)生地基下陷，一般發(fā)生在軟弱地基上。182.路基邊坡的坍方1）溜方：少量土體沿土質邊坡向下移動而形成。邊坡上表面薄層土體下溜。原因：流水沖刷邊坡、施工不當引起。2）剝落：路基邊坡表面薄層巖土因物理風化產(chǎn)生松碎而同母體分離，在重力等作用下呈片狀碎屑逐漸脫落下來。原因：填土不均和易溶鹽含量大引起。3）滑坍：路基邊坡土體或巖石沿著一定的滑動面整體向下滑動。原因：邊坡較高（大于10m），坡度較陡（陡于500），填方不密實，缺少應有的支撐和加固。193.路基沿山坡滑動——滑移4.特殊地質條件下的病害凍脹與翻漿、泥石流、雪崩、巖溶、地震、特大暴雨水毀等滑移：較陡的山坡填筑路基產(chǎn)生整體或是局部沿地面向下移動，使路基失穩(wěn)的現(xiàn)象。原因：①山坡較陡；②原地面未清除雜草或人工挖臺階；③坡腳未進行必要的支撐。20適用于軟弱土層位于地表，換挖深度不超過3m的場合適用于排水困難的洼地，而軟弱土層易于滑動，厚度又較薄，表層無硬殼，石料來源充分（一）換填材料法二、地基加固措施1.開挖換填2.拋石擠淤213.爆破擠淤爆空區(qū)擠出區(qū)適用于換填深度超過3m，需要快速施工且允許爆破的場合。對于稠度較大的軟土采用先爆后填，對于稠度小的軟土，可以先填后爆破。22截水溝—為攔截山坡上流向路基的水，在路塹坡頂以外設置的水溝。1.截水溝的功能用以攔截并排除路基上方流向路基的地面徑流，減輕邊溝的水流負擔，保證挖方邊坡和填方坡腳不受流水沖刷。2.截水溝的布置（1）橫向位置截水溝一般布置在路塹邊坡或陡坡路堤上側，垂直于山坡水流方向或基本與等高線平行。視降雨量，可以不設或設計多道。填方截水溝挖方截水溝>5m23三、壓實質量控制（一）土質路基1.壓實度：

土或其他筑路材料壓實后的干容重與標準最大干容重之比，以百分率表示。填挖類型路面底面計起壓實度（%）≥深度范圍（cm）高速、一級公路其它公路路堤上路床0～309694下路床30～809694上路堤80～1509493下路堤>1509390零填及路塹路床0～30969430～8096－2.壓實標準246.1基本分析方法一、工程地質類比法：參照當?shù)匾延械念愃乒こ痰刭|條件而處于極限狀態(tài)穩(wěn)定的自然山坡和穩(wěn)定的人工邊坡來判定路基的設計斷面是否穩(wěn)定。如路基挖方邊坡的坡度常用這種方法定。因為影響挖方邊坡穩(wěn)定的因素很多，難以進行理論分析。1.將巖土看成本身無變形的塑性材料；2.破壞面上的剪應力等于下滑力與巖土體所能提供的抗滑力之比：安全系數(shù)：根據(jù)條塊側面的邊界條件簡化，將條分法分為：1.簡單條分法：2.畢肖普法（Bishop)：3.傳遞系數(shù)法：二、力學驗算法：—極限平衡法254.5H法最危險滑動面圓心的確定β1β2ROβABDFs圓心位置在EO的延長線上

4.5HH

4.5H法：過A作一線AO與AB夾β1角，過B作OB與水平線夾角β2，兩線交于O點，過A向下作垂直AC=H，過C作水平線CD=4.5H，連OD作延長線，在其上取O1、O2、O3點，求K1、K2、K3，取小值。O1O2O336°B

36°法:較4.5H法簡單，但精度不如4.5H法。C26二、按照擋土墻的結構形式依靠墻的自重支撐土壓力，污工結構。形式簡單，施工方便A豎直式B俯斜式C仰斜式D凸形E衡重式A、B、E多用于路肩墻、路堤墻；C、D多用于路塹墻（一）重力式擋土墻27（二）薄壁式擋土墻2.扶壁式1.懸臂式3、柱板式擋土墻281.錨桿式（三）錨定式擋土墻2.錨定板式3、樁板式擋土墻29（四）加筋土擋土墻（五）土釘（釘土）擋土墻30（六）垛式（框架式）擋土墻312、作用在擋土墻上的力系：1、一般地區(qū)擋土墻受到的主要力系1）擋土墻自重G及位于墻上的恒載2）作用于墻背上的主動土壓力Ea3）基底的法向反力N及摩擦力T4）墻前土體的被動土壓力Ep浸水地區(qū)還包括擋土墻及墻后填料的水浮力，滲水性土作填料時，動水壓力不予考慮。323、附加力：季節(jié)性作用于擋土墻上的各種力如：洪水時的靜水壓力和浮力，動水壓力，波浪沖擊力，凍脹壓力，冰壓力等。4、特殊力：偶然出現(xiàn)的力。如：地震力、施工荷載、水流漂浮物的撞擊力。考慮原則：根據(jù)擋土墻所處的具體工作條件、最不利組合一般地區(qū)僅考慮主要力系浸水地區(qū)考慮附加力地震區(qū)考慮地震力

主動土壓力：當擋土墻向外移動，土壓力隨之減少，直到墻后土體沿破裂下滑而處于平衡狀態(tài)時，作用于墻背的土壓力。

被動土壓力：當墻向土體擠壓移動，土壓力隨之增大，土體被推移向上滑動處于極限平衡狀態(tài)時，此時土體對墻的抗力。

***設計中考慮主動土壓力338.1柔性路面的破壞狀態(tài)與設計指標當路基土的承載能力較低，不能承受從路面?zhèn)髦谅坊砻娴能囕唹毫?，便產(chǎn)生較大的垂直變形即沉陷。一、路面局部沉陷（一）表現(xiàn)在車輪作用下表面產(chǎn)生的較大凹陷變形，有時凹陷兩側伴有隆起現(xiàn)象。（二）起因（三）設計指標——路基表面由車輪荷載作用產(chǎn)生的垂直應力，可用彈性層狀體系理論求得

——路基土的容許垂直壓應力，其數(shù)值同土基的彈性模量和車輪荷載作用次數(shù)有關

34二、車轍（一）表現(xiàn)（二）起因（三）設計指標路面的縱向帶狀凹陷，是高級瀝青路面的主要破壞型式是路面的結構層及土基在行車重復荷載作用下的補充壓實，以及結構層材料的側向位移產(chǎn)生的累積永久變形，同荷載應力大小，重復作用次數(shù)以及結構層和土基的性質有關?！访娴挠嬎憧倸堄嘧冃危蓺堄嘧冃谓?jīng)驗公式確定

——容許總殘余變形，由使用要求確定或——路基表面的垂直應變，可由彈性層狀體系理論求得——路基表面容許垂直應變，由路基殘余變形和荷載應力、應力重復次數(shù)及路基彈性模量之間經(jīng)驗關系確定。35三、疲勞開裂（一）表現(xiàn)（二）起因（三）設計指標路面無顯著的永久變形，最初在荷載作用部位形成細而短的橫向開裂，繼而逐漸擴展成網(wǎng)狀較厚的瀝青結構層受車輪荷載的反復彎曲作用，使結構層底面產(chǎn)生的拉應變（或拉應力）值超過材料的疲勞強度，底面便開裂，并逐漸向表面發(fā)展。穩(wěn)定類整體性基層也會產(chǎn)生出疲勞開裂，甚至導致面層破壞。與重復應變（或應力）大小和路面的環(huán)境因素有關?；颉Y構層底面的拉應變和拉應力、——結構層材料的容許疲勞拉應變和拉應力、36四、推移（一）表現(xiàn)（二）起因（三）設計指標車輪荷載引起的垂直力和水平力的綜合作用，使結構層內產(chǎn)生的剪應力超過材料的抗剪強度。同時也與行駛車輪的沖擊、振動有關。受到較大的車輪水平荷載作用時，路面表面出現(xiàn)推移和擁起?！囕喌拇怪绷退搅Φ墓餐饔孟?，面層中可能產(chǎn)生的最大剪應力——材料的容許剪應力37五、低溫縮裂（一）表現(xiàn)（二）起因橫向間隔性的裂縫，嚴重時發(fā)展為縱向裂縫路面結構中某些整體性結構層在低溫（通常為負溫度）時由于材料收縮受限制而產(chǎn)生較大的拉應力，當它超過材料相應條件下的抗拉強度時便產(chǎn)生開裂（三）設計指標——低溫時結構層材料因收縮受約束而產(chǎn)生的溫度應力——某種溫度下材料的容許拉應力38

四、應力和位移狀況分析：2、路表彎沉（圖8-19、8-20）

：豎向應變的總和，70~90%系由路基提供。當各層E定時，H、h>2δ時，厚度增加對彎沉無顯著影響。一般，基層厚度對彎沉的影響比面層大，E0影響比E2大得多，E0增大20%相當于E2增大100%的效果。1、路基應力（8-18）：路基頂面的豎向應力σz受路面面層和基層厚度、模量的影響。增加基層的厚度或模量（特別是模量），收效比增加面層的大。所以要彎沉減少，以提高E0為宜，其次才是E2和H。3、面層底面拉應力σｒ1（圖8-21、22）

：E2對其影響極大，E2↑，σｒ1↓，H/δ↑，σｒ1↓

，當H/δ<2時，σｒ1變化較大。4、基層底面拉應力σｒ2（圖8-23、24）

：隨E2↑而↑

，隨E0增大而減小，在h/δ大約0.5時，σｒ2達最大。所以面層不宜h=0.5δ(約4-6cm）。5、路面表面最大剪應力τmax（圖8-25）：

與面層、基層、路基模量比和厚度比有關，但影響不大，應主要提高面層抗剪能力，或采用

E2較大的基層。39一、柔性路面結構組合結構層的組合設計—按行車和自然因素對不同層位的要求，結合各類結構層本身的性質進行合理的安排。不同結構組合會產(chǎn)生不同的結果，例如：1、某重冰凍地區(qū)，地下水位深80cm，采用的路面結構組合是：5cm瀝青混凝土面層，6cm瀝青碎石整平層，30cm爐渣石灰石基層，路面總厚度41cm。

經(jīng)使用多年路面保持良好狀態(tài)。2、某中冰凍地區(qū)，地下水位深大約2m，采用的路面結構組合是：5cm瀝青混凝土面層，7cm瀝青碎石整平層，30cm天然砂礫基層，30cm石灰土底基層，路面總厚度72cm。

通車數(shù)月后，面層出現(xiàn)大量較寬的網(wǎng)裂，繼而出現(xiàn)坎坷不平，最后全部松散，需重新翻修。

？8.3路面結構層次的組合40四、多層路面換算：對于多層體系可用電子計算機求解，當條件不具備時，可換算為三層（或雙層）體系計算。進行等效換算。1、等效路表回彈彎沉的結構層換算：E0HE2h1E1h2E2

μ2h1E1

μ1Hn-1En-1

μn-1E0

μ0……412、等效上層底面拉應力的結構層換算：E0H2Ej+1H1EjHn-1En-1

μn-1h2E2

μ2h1E1

μ1Hj+1Ej+1

μj+1E0

μ0…………HjEj

μj423、等效中層底面彎拉應力的結構層換算：h2E2

μ2h1E1

μ1Hn-2En-2

μn-2E0

μ0……Hn-1En-1

μn-1E0Hn-1En-1H1En-243例題：一五層體系，請換算成三層體系,以便計算路面彎沉值和第一、第二、第四層層底拉應力，求h。層位五層體系表面彎沉第一層層底拉應力第二層層底拉應力第四層層底拉應力E(MPa)h(cm)EhEhEhEh115006.