[工学]路面工程.ppt
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1、路面工程 重庆交通学院土建学院 道路工程系 主讲:叶巧玲,第七章 路面工程总论 第一节 路面的功能及对路面的要求 一、路面的功能 路面是在路基顶面用各种筑路材料按一定技术要求铺筑而成的层状结构物。 路基与路面的关系:路基是路面的基础.铺筑路面后使路基免受行车荷载的直接作用,路基顶面受自然因素的影响也大大减小, 路面的功能:可保证汽车快速、舒适、安全行驶。,二、路面的基本要求 1. 路面应具有足够的强度和刚度 路面强度 路面刚度 2. 路面应具有良好的稳定性 路面的稳定性路面抵抗外界因素作用,保持其强度和刚度不变的性能. 主要包括水稳定性和温度稳定性.,路面的水稳定性路面抵抗各中水源的影响,保持
2、其强度和刚度不变的性能. 路面温度稳定性路面抵抗温度变化的影响,保持其强度和刚度不变的性能. 例: (1)沥青路面在高温下强度和刚度降低,在车轮作用下出现车辙、波浪等变形。 (2)沥青路面低温状况下容易出现收缩开裂。,3. 路面应具有良好的耐久性 良好耐久性可使路面维持较长的服务年限,保持具有良好的使用品质。 4. 要求路表优良好的平整度 平整度好坏直接关系到行车的舒适性,也是影响行车安全和运输经济的重要指标。,5. 路面应具有良好的抗滑性能 路表面平整而粗糙,使车轮与路面具有良好的摩擦效果是保证行车安全的重要条件,对于设计车速高的公路尤其如此。 6. 路面应具有良好的封水性能 采用不透水的的
3、面层可使大气降水不滞留于路表或路面结构内,避免在行车荷载作用下产生水损坏。,第二节 路面的结构及组成 一、路面横断面 路面横断面由行车道、硬路肩或土路肩组成。通常分为路槽式和全铺式两种。 1. 槽式横断面 在路基顶面作成与行车道加硬路肩宽度相同的浅槽,在槽内铺筑路面。挖方路基采用挖路槽方式、填方路基采用培路肩方式形成。 2. 全铺式横断面 在路基全宽范围内铺筑路面。,二、路拱横坡 作用: 形式: 四、 路面结构层及其功能 1. 面层 1)功能 面层是路面最上面的结构层次,直接承受行车荷载和环境因素的作用。与其他结构层相比,其综合质量要求最高。,2)质量要求,3)面层材料 2. 基层 1)功能
4、2)质量要求,3)基层材料 (1)半刚性材料 a.水泥稳定类 b.工业废渣稳定类,c.石灰稳定类 (2)粒料类 级配碎石、级配砂砾、泥结碎石、泥灰结碎石。 3. 垫层 1)功能,五、路面材料层宽度 为保护面层边缘,基层应宽出面层边缘25cm以上,垫层宽出基层边缘25cm以上。 整个路面在横断面上成梯形。垫层有时与路基同宽以利排水。,第三节 路面的分级与分类 一、路面分级 分级指标: 高级路面 1)适用条件 交通量大、公路等级高或有特殊要求的公路。高速、一级、二级公路。 2)特点 3)主要材料类型 沥青混凝土、水泥混凝土、厂拌沥青碎石、整齐块石(广场)。,2. 次高级路面 1)适用条件 交通量较
5、大、公路等级较高的公路。二级、三级公路。 2)主要材料类型 3. 中级路面 1)适用条件 三级、四级公路。 2)主要材料类型 粒料类材料。,4. 低级路面 1)适用条件 仅能适应很小的交通量较小、行车速度低。四级公路。 2)特点 强度、稳定性、使用寿命、路表平整均最差。不能保证全天候通行。 3)主要材料类型 粒料加固土、其他就近取用材料。 二、路面分类 分类指标:路面结构力学特性 1. 柔性路面 柔性路面结构整体刚度小,路基路面主要靠抗压强度、抗剪强度承受行车荷载作用,在行车荷载作用下路表产生的弯沉变形大,路基顶面承受较大的单位压力。 主要为:沥青类面层、粒料类面层或块石面层组成。,2. 刚性
6、路面 刚性路面主要为各类水泥混凝土作面层或基层的路面结构。具有较高的强度、刚度和抗弯拉性能,板体具有较好的扩散行车荷载应力的作用,路基顶面承受的单位竖向应力比柔性路面小很多。 3. 半刚性路面 沥青类面层铺筑在半刚性基层上形成的路面结构。 半刚性基层用无机结合料(石灰、水泥、工业废渣)稳定土或粒料修筑而成的基层。其强度随时间增加而不断增强,初期强度和刚度较低,具有柔性路面的特性,后期强度和刚度大幅度提高但仍远小于刚性路面。,第八章 行车荷载、环境因素 第一节 行车荷载 一、汽车轴型与接地压力 1. 汽车轴型 2. 轮胎接地压力 轴重通过轮胎传递到路面,其大小受轮胎充气压力、轮胎类型、轮胎大小等
7、因素影响。设计时通常视轮胎内压为接地压力。 3. 接触面积,轮胎与路面的接触面实际为不规则的椭圆形,但为了简化理论计算的边界条件,通常圆形接触面积。其半径为: =(10P(p)1/2 (每侧双轮用一个单圆表示) =(5P(p)1/2 (每侧双轮用两个双圆表示) 二、运动车辆对路面的作用 1. 作用力系 2. 动荷特性 作用于路面上的轮载实际为动荷,主要是因 为车辆行驶时存在自身的振动和路面不平整 带来的冲击作用。动轮载和静轮载的比值称 为冲击系数,车速越高、路面平整度越差、路面刚度越大,冲击系数越大。,3. 瞬时性 三、交通分析 主要是研究路面在设计年限内各种轴型和各级轴载对路面的重复作用次数
8、。 交通量的统计与预测 交通量是在一定时间段内通过道路某一断面的车辆总数,路面设计通常以平均日交通量描述交通量的大小。 准确客观的交通量应通过观察站作较长时间的观察、统计。 进行路面交通量调查时,需要分清车辆型号、装载情况、轴型等。 对于轴重小于20KN的车辆可不予统计在内。 对于轴重较大的车辆则应统计准确,因为这些轴型对路面的损害最大。,2. 车辆轮迹横向分布 车辆通过路面时,轮迹在横断面上不是全宽均匀分布, 也不是完全集中于某一位置,而是按一定的规律分布。其分布规律与交通阻止情况、路面宽度、交通密度和速度、交通组成等因素有关。 沥青路面设计时以单车道横向分布系数为基准,其他情况下车道的横向
9、分布系数与该值的比值称为车道系数,用其确定通过路面的最大累计轴载作用次数。 混凝土路面设计时则直接以横向分布系数来确定累计轴载作用次数。,3. 标准轴载换算 换算原则: 等效破坏的原则换算成标准轴载的作用次数。 标准轴载: 我国规定沥青路面和刚性路面设计时的标准轴载为 100KN,以BZZ-100表示。 当量轴次将交通量中各级轴载换算成标准轴载后得到的轴载作用次数称为当量轴次(次/日)。由此可计算设计年限内一个车道上的累计当量轴次Ne,,第二节 环境因素对路面的影响 1. 路基湿度对路面的影响 路基湿度不同则其强度、稳定性也不同,对路面的厚度、结构形式产生影响。 2. 温度对路面的影响 1)路
10、面温度变化预测 通过长时间大量观察、测试确定路面内温度变化情况,为路面结构设计、材料设计提供依据。 2)温度对路面的影响 路面类型不同。温度的影响也不一样。 3. 冰冻与冻融对路面的影响 1)冰冻 条件为: (1)粉性土基 (2)气温缓慢下降 (3)存在地下水,2)冻融 冬季后气温回升时,上层冰冻的路基开始融化,此时更下层的土基因冰冻而不透水,导致与路面接触的部分土基因含水量陡然增加而丧失强度,使路面在荷载作用下受到破坏。严重时形成路面翻浆。,第九章 块、碎石路面基层 第一节 路面基层的分类及特点 1 . 柔性基层 1)沥青稳定类基层 (1)定义 沥青稳定类基层是以沥青为结合料,将其与土或粒料
11、混合后经碾压成型的基层形式。 (2)强度特点 属典型的柔性基层,靠沥青粘结力提高强度,具有一定强度,水稳性较好而温度稳定性差。 (3)适用条件 主要适用于沥青丰富地区。,2)粒料类基层 (1)定义由具有一定级配的离散状颗粒材料经碾压成形的基层形式。 (2)强度特点 有两种强度形成原理: 嵌挤原理和密实原理。 嵌挤原理:强度主要靠矿料颗粒之间的嵌锁、摩阻形成,材料粘聚力处于次要地位。 密实原理:混合料强度依靠具有良好级配形成理想的填充作用,获得较大的密度,从而使强度提高。(3)使用条件:石料丰富地区。,2.无机结合料稳定基层 (1)定义 用各种无机结合料与土混合后经过摊铺、碾压后, 当其强度符合
12、要求时形成的基层类型。结合料有石灰 、水泥、工业废渣等。 (2)强度特点 主要靠结合料的粘结力形成强度。主要是石灰或水泥 中的活性物质与细粒土发生一系列物理、化学反应或 此类活性物质激活工业废渣的活性而具有胶结、凝固 作用,使原来分散的颗粒材料成为强度较高的整体性 材料。 半刚性材料基层强度主要受结合料种类和剂量、性质、集料的级配等因素影响。 (3)适用条件 由于半刚性材料整体性好、具有较高强度和刚度,其扩散和分布竖向应力的性能较好,使路基顶面承受的行车荷载应力较小,9.3 碎(砾)石路面与基层 (1)填隙碎石 定义用单一尺寸的粗碎石作主骨料,形成嵌锁作用,并用石屑填满碎石间的孔隙。 一般按下
13、列工序进行: 准备下承层;运输和摊铺粗骨料;初压;撒布石屑;振动压实; 第二次撒布石屑;振动压实;局部补撒石屑及扫匀; 填满孔隙,振动压实;洒水饱和并碾压滚浆(湿法施工)或洒少量水后终压成型,填隙碎石的施工成型阶段主要在于撒铺填隙料和碾压。 初压用8t两轮压路机碾压34遍,使粗碎石稳定就位;初压结束时,表面应平整,并具有要求的路拱和纵坡。 撒铺填隙料及碾压: 用石屑撒布机或类似的设备按松铺厚度2.53.0cm将干填隙料均匀地撤铺在已压稳的粗碎石上,用人工或机械扫匀,用振动压路机慢速辗压,将全部填料振入粗碎石间的孔隙中。,如没有振动压路机,可用重型振动板代替。反复该过程23次,直到全部孔隙被填满
14、为止。 同时,应将局部多余的填隙料铲除或扫除,填隙料不应在粗碎石表面局部地自成一层,表面必须能见到粗碎石。若设计厚度超过一层压实厚度,需分层施工时,应将已压成的隙碎石层表面的填隙料扫除一些,使表面粗碎石外露5l0mm,然后再摊铺第二层粗碎石。,2)泥结碎石基层 定义:同一尺寸石料修筑,在使用过程中,石料会被压碎而向级配化转化。 强度和稳定性取决于碎石嵌挤作用,土的粘结作用。 泥结碎石基层的矿料粒径不宜小于40mm,并不大于层厚的0.7倍,石料等级不低于级,长条、扁平状颗粒含量不宜超过20%。 泥结碎石层所用粘土,应具有较高的粘性,塑性指数以1215为宜。 粘土内不得含腐殖质或其他杂物。粘土用量
15、一般不超过混合料总重的15%18。,泥结碎石层施工方法有灌浆法、拌和法和层铺法3种。 灌浆法工序: 准备工作 包括放样、布置料堆、整理路槽、拌制泥浆等。 泥浆一般按水与土的体积比为08:1至1:1进行拌和配制。 如过稠,泥浆将灌不下去而积在碎石层表面;如过稀,则易流淌于碎石层底部,干后体积缩小,粘结力降低,均会影响基层的强度和稳定性。,摊铺碎石: 压实系数的1.21.3。 初压 碎石铺好后,用轻型压路机碾压。碾速易慢,每分钟2530m,轮迹重叠2530cm。一般碾压68遍,至石料无松动为止。不要过多、过重碾压,防止堵塞碎石缝隙,妨碍灌浆。 灌浆 在预压的碎石层上,灌注泥浆,浆要浇得均匀、浇得透
16、,以灌满孔隙、表面与碎石齐平为度,但碎石棱角仍应露出泥浆之上。,撒嵌缝料 灌浆12h后,待泥浆下注,空隙中空气溢出而表面未干前撒铺515mm的嵌缝料(11.5m3100m2)。 碾压 撒过嵌缝料后,即用中型压路机进行碾压,并随时注意用扫帚将石屑扫匀。最终碾压阶段,需使碎石缝隙内泥浆能翻到路面上与所撒石屑粘成一个坚实的整体。,(3)泥灰结碎石基层 定义: 特点: 泥灰结碎石对粘土质量的规格要求与泥结碎石相同,石灰质量不低于3级。石灰与土的用量不应大于混合料总重的20%,其中石灰剂量为土重的812%。 泥灰结碎石层的施工工序与泥结碎石相同, 若采用拌和法时,应先将石灰与粘土拌和均匀,再与石料拌和,
17、摊铺均匀,边压边洒水,使石灰与土在碾压中成浆并充满空隙。,第四节 级配碎石基层 定义: 碎石中的扁平、长条颗粒的总含量应不超过20%,碎石中也不应有粘土块、植物等有害物质。每层的压实厚度不超过1518cm,若用重型振动压路机和轮胎压路机碾压时,压实厚度可达20cm;级配碎石可采用路拌法施工,当用于半刚性路面的中间层时,应采用厂拌法,并宜用摊铺机摊铺混合料。,路拌法施工工序如下: 准备下承层 施工放样 准备集料和运输 将碎石和石屑洒水,使混合料的含水量超过最佳含水量约1%,以减少运输过程中的离析现象。 摊铺 松铺系数人工为l.401.50,平地机为1.251.35),将料均匀地摊铺在预定的宽度上
18、,表面要力求平整,并具有规定的路拱。,碾压 整型后,用12t以上三轮压路机、振动压路机或轮胎压路机进行碾压。一般需碾压68遍,使表面无明显轮迹。压路机不得在已完成或正在碾压的路段上“调头”和急刹车。 凡含土的级配碎石层,都应进行滚浆碾压,一直压到碎石层中无多余细土泛到表面为止。滚到表面的浆(或事后变干的薄层土)应予清除干净。 接缝处理 应避免纵向接缝,如必须分幅铺筑时,纵缝应搭接拌和。两作业段衔接的横缝处,应搭接拌和。第一段拌和后,留58m不碾压,第二段施工时,前段留下未压部分与第二段一起拌和整平后进行碾压。 厂拌法施工宜采用不同粒级的单一尺寸碎石和石屑,按预定配合比在拌和机内拌制级配碎石混合
19、料。碾压、整型同路拌法施工。,第十章 无机结合料稳定基层 第一节 概述 (1)定义 用各种无机结合料与土混合后经过摊铺、碾压后, 当其强度符合要求时形成的基层类型。结合料有石灰 、水泥、工业废渣等。 (2)强度特点 主要是石灰或水泥中的活性物质与细粒土发生一系列物理、化学反应或此类活性物质激活工业废渣的活性而具有胶结、凝固作用,使原来分散的颗粒材料成为强度较高的整体性材料。 材料强度主要受结合料种类和剂量、性质、集料的级配等因素影响。 (3)使用情况,第三节 石灰稳定类基层 定义 在粉碎或原来松散的土中掺入适量的石灰和水,经拌和、摊铺、碾压、养生后得到的混合料层,当其抗压强度达到规定要求时,即
20、得石灰稳定土基层。 2. 材料种类 石灰土基层用石灰稳定细粒土得到的基层。 石灰碎石土基层用石灰稳定土和碎石混合料得到的基层。其中以土为主时称为石灰土碎石,以碎石为主时称为石灰碎石土。 石灰砂砾土基层用石灰稳定土和砂砾混合料得到的基层。其中以土为主时称为石灰土砂砾,以碎石为主时称为石灰砂砾土。,3. 强度形成原理 石灰与土粒发生的作用主要为四个 (1)离子交换作用 离子交换作用主要使土的工程性质发生改变,是石灰土基层初期发生变化的主要原因。 其作用机理是: 离解后的熟石灰中的二价Ca+2离子能当量替换土粒表面的一价金属离子Na+、k+,此作用使土粒表面吸附的水膜减薄,土粒之间更为接近,分子引力
21、增加,许多单个土粒聚集成结构更为紧密的土团,相当于土的颗粒粒径增大,所以工程性质得到改善。,(2)结晶作用 除进行离子交换的熟石灰外,另一部分饱和状态的熟石灰与水形成水合氢氧化钙晶体,在土中形成结晶网格,此过程把土粒胶结成整体且水合氢氧化钙晶体溶解度较小,改善了土的水稳定性。反应式为: Ca(OH)2+nH2O Ca(OH)2.nH2O 3)火山灰作用 此反应在不断吸收水分的过程中进行,生成物具有水硬性,同时该生成物与结晶作用生成物形成包裹土团的稳定保护膜。起填充和隔水作用,同时密度提高。 火山灰作用是一个较为缓慢的过程,是石灰土强度形成需要较长的养护期。,反应式为: xCa(OH)2+SiO
22、2+nH2O CaO SiO2 (n+)H2O xCa(OH)2+Al2O3+nH2O CaO Al2O3 (n+)H2O 4)碳酸化作用 土中的Ca(OH)2与土中的CO2反应后生成具有较高强度和稳定性的碳酸钙晶体,相应提高了土的强度和稳定性。该反应持续较长时间,所以石灰土后期强度较高。 反应式为: Ca(OH)2+CO2+ H2O+ CaCO3,4. 影响石灰土强度的因素 1)土质 通常情况下土的粒径越小、各种作用发生越充分、土质得到改性的效果越明显。 但工程中很少使用粒径很小、塑寻性指数很大的重粘土,因为难以将其充分粉碎; 也很少使用粒径大而无塑性的砂土,因为加入石灰后工程性质提高幅度并
23、不大。 塑性指数为1520的粘性土最适宜用石灰稳定,在工程中最适用。 2)灰质 石灰质量好则有效成分多(CaO、MgO),形成强度的各种作用得到充分进行,有利于提高强度和稳定性。石灰质量应达到相关技术要求。,3)石灰剂量 灰剂量对石灰土基层强度影响明显。 通常情况下,石灰剂量较小(34)时,土的部分工程性质得到改善;随着石灰剂量的增加,石灰土强度和稳定性不断提高,但超过一定限度时,强度反而降低;因此石灰剂量有最佳值要求,应通过混合料配合比设计和相关试验确定。,4)拌和及压实 土的粉碎程度和拌和均匀性对石灰土基层强度影响很大,土越粉碎则石灰与土 的各种反应越充分,稳定效越较好。 5)养生条件和凝
24、期 高温和一定湿度对石灰土强度形成有利。 石灰土强度随时间而缓慢增长,达到设计强度的凝期较长。,5. 石灰稳定土混合料设计 1)设计任务 选择合适的土质、确定最佳石灰剂量和混合料最佳含水量、通过试验确认强度达到要求且经济合理的配合比。 2)设计步骤 (1)制备试样 根据一种土样、不同石灰剂量的混合料。为减少试验量,可根据经验确定一个较窄的剂量范围。 (2)确定混合料最佳含水量和最大干密度 (3)制备与施工压实度相同的强度试验试件 (4)进行抗压强度试验,根据试验结果确定强度达到要求、可用于实际工程的混合料配合比。,6. 石灰稳定土基层施工 1)路拌法施工 (1)准备下承层 (2)施工放样 (3
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