路基路面复习zzu.docx
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路基路面复习zzu
第一章总论
1、路面的要求：
1）路面结构刚度、强度、稳定性满足要求，坚实耐久；2）路面表面平整、抗滑、少尘、低噪声。
2、路基的要求：
1）路基整体稳定坚固；2）具有足够的强度和良好的水温稳定性。
3、我国公路用土依据土颗粒组成特征，土的塑性指标和土中有机质存在的请况，分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类。
4、公路用土的工程性质：
1）巨粒土包括漂石和卵石，有很高的强度和稳定性，用以填筑路基是良好的材料，亦可用于砌筑边坡。
2）级配良好的砾石混合料，密实程度好，强度和稳定性均能满足要求。
3）砂土无塑性、透水性强、毛细上升高度小，具有较大的内摩擦系数，黏结性差，易松散，较难压实，压实后强度好、稳定性好。
4）粉性土含有较多的粉土颗粒，干燥时虽有粘性，但易于破碎，浸水时容易成为流动状态；毛细作用强烈，毛细上升高度大（可达1.5m），在季节性冰冻区容易造成冻胀、翻浆等病害，属于不良的公路用土。
5）粘性土粘性大，内摩擦角小，干燥时强度大，遇水承载能力低。
6）重粘性土与粘性土的工程性质相似，不透水，粘聚力特强，塑性很大，干燥时很坚硬，施工时难以挖掘与破碎。
5、冻胀：
积聚的水冻结后体积增大，使路基隆起而造成的面层开裂现象。
6、翻浆：
冻胀土在温度升高后溶解，无法迅速排除，在行车荷载作用下，路基路面结构发生很大的变形，路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出的现象。
7、路基按其干湿状态不同，划分为四类：
干燥、中湿、潮湿和过湿。
8、路基临界高度：
指保证路槽底部80cm上部土层处于某种干湿状态，在最不利季节路槽地面距地下水位或地面积水位的最小高度。
9、路面结构的分层及层位功能：
按照层位的功能不同分为：
面层、基层和垫层。
功能：
1）面层具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，且应当耐磨，不透水且其表面还应有良好的抗滑性和平整度。
2）基层是路面结构的承重层，应具有足够的强度和刚度和良好的扩散应力能力以及较好的平整度。
3）垫层可改善土基的湿度和状况，以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性不受土基水温状况变化所造成的不良影响，也可将基层传下的车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形，同时也能阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。
10、从路面结构的力学特性和设计方法的相似性出发，将路面分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面。
11、柔性路面主要包括各种用沥青处理和未处理的粒料基层和各类沥青面层、碎石面层或块石面层组成的路面结构。
12、刚性路面主要指用水泥混凝土做面层或基层的路面结构。
13、半刚性路面指用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层和铺筑在它上面的沥青面层的统称。
第二章行车荷载、环境因素、材料的力学性质
1、路面结构的设计主要以轴载作为荷载标准。
我国水泥混凝土路面设计规范和沥青路面设计规范均选用双轮组单轴轴载100KN作为标准轴载。
2、轴载换算是指道路上行驶的汽车轴载与通行次数按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数。
其原则是同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。
3、在路面结构设计中，设计年限内累计交通量的计算公式：
4、车辆在道路上行驶时，车轮的轨迹总是在横断面中心线附近一定范围内左右摆动，由于轮迹的宽度远小于车道宽度，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，称为轮迹的横向分布。
5、路基工作区是指在路基某一深度处，当车轮荷载引起的垂直应力与路基土自重力引起的垂直应力相比所占比例很小，仅为1/10——1/5时，该深度范围内的路基即是路基工作区。
6、土基的模量值：
1）初始切线模量：
应力值为零时的应力——应变曲线的斜率；
2）切线模量：
某一应力级位应力——应变曲线的斜率，反应该级应力处应力——应变变化的精确关系；
3）割线模量：
以某一应力值对应的曲线上的点同起始点相连的割线的斜率，反应土基在工作应力范围内的应力——应变的平均状态；
4）回弹模量：
应力卸除阶段，应力——应变曲线的割线模量。
前三种模量中的应变值包含残余应变和回弹应变，而回弹模量则仅包括回弹应变，它部分的反映了土的弹性性质。
7、1mm线性归纳法：
（45）
8、地基反应模量K作用于地基顶面任一点的垂直压力P与该点的弯沉L之比。
又称温克勒地基和K地基和稠密液体地基。
9、加州承载比是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，承载能力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。
CBR的计算公式：
P-----对应于某一贯入度的土基单位压力（Kpa）
Ps-----相应贯入度的标准压力
10、沥青混合料的劲度模量是在给定温度和加荷时间条件下的应力——应变关系参数。
11、沥青路面在低温环境中，基本上处于工作状态，因此出现疲劳破坏；而在高温环境中，处于弹塑性工作状态，因此出现累计变形。
12、对于弹性状态的路面材料承受重复应力作用时，可能在低于静载一次作用下的极限应力值时出现破坏，这种材料强度的降低现象称为疲劳。
13、疲劳的出现，是由于材料微结构的局部不均匀，诱发应力集中而出现微损伤，在应力重复作用之下微量损伤逐步累积扩大，终于导致结构破坏，称为疲劳破坏。
第三章一般路基设计
1、路基设计的类型：
路堤、路堑和半填半挖。
2、人工比拟法（工程地质法）：
比照当地具有相同地质条件而处于极限稳定状态的自然山坡或已成稳定的人工山坡来确定边坡形状。
3、压实度：
以应达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大干密度之比值的百分率表征。
第四章路基稳定性分析计算
一、路基稳定性分析计算的原理：
静力平衡原理
二、路基稳定性分析计算的假定：
1、静力平衡基本假定；2、破裂面的假定
三、行车荷载是边坡稳定性分析的主要作用力之一，计算时将车载换算成相当于路基岩土层厚度，计入滑动体的重力中去。
换算时可按荷载的最不利布置条件，取单位长度路段。
四、边坡稳定系数圆弧滑动面条分法中用4.5H法和36度线法绘制用来找临界圆弧。
五、坡脚圆：
高塑性土的内摩擦角很小，路基边坡稳定性验算时，取内摩擦角为零，若坡顶为水平面，圆弧滑动面通过坡脚，称之为坡脚圆。
六、中点圆：
软弱地基上的高塑性土路基，坡顶为水平，而原地面成水平或向下倾斜。
此时，如果边坡角小于某一限制，则最危险滑动面将移至坡脚以外，连同部分地基软弱土形成整体滑动，此类滑动面圆弧称为中点圆。
七、浸水路堤的稳定性最不利：
最高洪水位骤然降落。
八、假想摩擦角法：
路堤浸水时，由于浮力作用重力减轻，内摩擦角减小把减小后的内摩擦角代入有关圆弧滑动面的稳定性计算式，求得稳定系数的方法称为假想摩擦角法
第五章路基防护与加固
1.路基防护与加固设施，主要有边坡坡面防护、沿河路堤防护与加固及湿软地基的加固处治。
2.软土地基加固方法：
砂垫层法、换填法、反压护道法、超载预压法、竖向排水法、挤密桩法和加固土桩法、夯实法、胶结硬化法、灌浆法、侧向约束法、化学加固法等。
3.超载预压法：
路堤填筑到超过设计标高的的高度，使软土地基受到超载作用而加速固结沉降，从而可较早地达到路堤设计荷载下的沉降量，并减少路面铺筑后的剩余沉降量的方法称为超载预压法。
4.挤密桩法：
用冲击或振动方法，将砂或碎石等粒料挤入软土地基内，形成直径较大的桩体，并同原地基一起形成复合地基。
第六章挡土墙的设计
1.挡土墙的基础：
基础设计的主要内容包括基础形式的选择和基础埋置深度的确定。
地基为软弱土层时，可用砂砾、碎石、矿渣或石灰土等质量较好的材料换填，以提高地基承载力。
2.基础的埋置深度：
当冻结深度小于等于1m时，基底应在冻结线以下不小于0.25m，并符合基础最小埋置深度不小于1m的要求。
当冻土深度超过1m时，基底最小埋置深度不小于1.25m，还应将基底至冻结线以下0.25m深度范围的地基土换填为弱冻胀材料。
受水流冲刷时，应按路基设计洪水频率计算冲刷深度，基底应置于局部冲刷线以下不小于1m。
路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面，且不小于0.5m。
在风化层不厚的硬质岩石地基上，基底一般应置于基岩表面一下0.15-0.6m；在软质岩石地基，基底最小埋置深度不小于1m.
3.作用在挡土墙上的主要力系：
1、挡土墙的自重G及位于墙上的衡载2、墙后土体的主动土压力3、基底的法向反力N及摩擦力T4、墙前土体的被动土压力对浸水挡土墙而言，在主要力系中尚应包括常水位时的静水压力和浮力。
无论破裂面交于荷载中部、荷载的内侧或外侧，破裂棱体的断面面积S的表达式（
）
第二破裂面：
当墙后土体达到主动极限平衡状态时，破裂棱体并不沿墙背或假想墙背滑动，而是沿着土体的另一破裂面滑动，该破裂面称为第二破裂面。
5.出现第二破裂面的条件：
1、墙背或假想墙背的倾角必须大于第二破裂面的倾角，即墙背或假想墙背不妨碍第二破裂面的出现；2、在墙背或假想墙背面上产生的抗滑力必须大于其下滑力。
6.等效内摩擦角：
在设计黏性挡土墙时，通常将内摩擦角与单位黏聚力换算的内摩擦角称为等效内摩擦角。
7.挡土墙稳定性验算指标：
1、抗滑稳定性验算2、抗倾覆稳定性验算。
增加挡土墙稳定性的措施：
a增加抗滑稳定性：
1、设置倾斜基底2、采用凸榫基础b增8.加抗倾覆稳定性：
1、展宽墙趾2、改变墙面及墙背坡度3、改变墙身断面类型
第七章路基路面排水设计
1.排水的目的：
路界地表排水的目的是把降落在路界范围内表面水有效地汇集并迅速排除路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。
1、路基路面排水设计的一般原则：
1）排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用地形和自然水系。
2）各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。
3）设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合，地下排水和地面排水相结合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相结合，做到路基路面综合设计和分期重建。
4）路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护与加固工程。
5）路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。
6）为了减少水对路面的破坏作用，应提高路面结构的抗水害能力，尽量阻止水进入路面结构，提供良好的排水措施，迅速排除路面结构内的积水。
2、地面排水设备包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽，必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。
地下排水设备：
盲沟、渗沟、渗水隧洞和渗井等。
3、路基排水的任务（目的）：
就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性。
4、路界地表排水的目的是把降落在路界范围内表面水有效地汇集并迅速排除路界，同时把路界外可能流入的地表水拦截在路界范围外，以减少地表水对路基和路面的危害以及对行车安全的不利。
第八章土质路基施工
1、路基压实的意义与机理?
答：
意义：
使路基具有足够的强度与稳定性，以提高其密实程度。
且土基压实后，路基的塑性变形、渗透系数、毛细水作用及格温性能等，均有改善。
机理：
土是三相体，土粒为骨架，颗粒之间的空隙为水分和所占据，压实使土粒重新组合，彼此挤紧，空隙缩小，土的单位质量提高，形成密实整体，最终导致强度增加，稳定性提高。
2、影响压实效果的主要因素
答：
主要包括内因和外因，内因指土质和湿度，外因指压实功能（如机械性能、压实遍数与速度、土层厚度）及压实时的外界自然和人为的其他因素等。
3、压实度是以应达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大密度之比值的百分率表征。
第十二章无机结合料稳定路面
1、无机结合料稳定路面：
在粉碎的或原状松散的土中掺入一定量的无机结合料（包括水泥、石灰或工业废渣等）和水，经拌合得到的混合料在压实与养生后，其抗压强度符合规定要求的材料，即无机结合料稳定材料铺筑的路面。
2、无机结合料稳定材料的特点（物理力学特性）应力——应变关系、疲劳特性、收缩（温缩和干缩）特性。
【了解】
3、石灰稳定类基层是指在粉碎的土和原状松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中掺入适量的石灰和水，按照一定技术要求，经拌合，在最佳含水率下摊铺、压实、养生，其抗压强度符合规定要求的路面基层。
4、水泥稳定类基层：
在粉碎的土和原状松散的土（包括各种粗、中、细粒土）中掺入适量的水泥和水，按照技术要求，经拌合摊铺，在最佳含水率时压实及养护成型，其抗压强度符合规定要求，以此修建的路面基层。
第十三章沥青路面
1、沥青路面的损坏类型：
裂缝（横向、纵向及网状裂缝）、车辙、松散剥落和表面磨光。
2、沥青路面的分类1）按强度构成原理分为：
密实型和嵌挤型2]按施工工艺分为：
层铺法、路拌法和厂办法；3】根据沥青路面技术特性分为：
沥青混凝土、沥青碎石、沥青玛蹄脂碎石、沥青贯入式路面
3、沥青压实度和沥青用量的公式
4、蠕变：
材料在固定的应力作用下，变形随时间逐渐发展的过程。
5、应力松弛：
变形物体在恒定的应变下，应力随时间自动降低的过程。
6、沥青的劲度模数：
材料在给定的荷载作用时间和温度条件下应力与应变的比值。
7、动稳定度：
沥青混合料变形稳定期每增加变形1mm的碾压次数。
动稳定度越高沥青混合料高温稳定性越好。
第十四章沥青路面设计
1、沥青路面结构设计理论
我国现行的【公路沥青路面设计规范】（JTGD50——2006）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。
2、弹性层状体系理论（应用弹性力学方法求解弹性层状体系的应力、形变和位移等分量）的基本假设和基本模式：
1】各层是连续的、完全弹性的、均匀的、各向同性的，以及位移和形变是微小的；
2】最下一层在水平方向和垂直向下方向为无限大，其上各层厚度为有限，水平方向为无限大；
3】各层在水平方向无限远处及最下一层向下无限深处，其应力、形变和位移为零；
4】层间接触情况，或者位移完全连续（称连续体系），或者层间仅竖向应力和位移连续而无摩阻力（称滑动体系）；
5】不计自重。
（图形380）
3、沥青路面的基层按材料和力学特性的不同可分为：
柔性基层（有机结合料稳定碎石或无机结合料级配碎石）、半刚性基层（水泥、石灰、工业废渣等无机结合料稳定碎石）和刚性基层（低强度等级混凝土）。
4、柔性基层主要采用沥青处治的级配碎石和无机结合料的级配碎石修筑基层。
5、半刚性基层主要采用水泥、石灰或工业废渣等无机结合料，对级配集料作稳定处理的基层结构。
6、刚性基层采用低强度等级混凝土修筑基层混凝土板，板上铺筑沥青面层。
7、容许（回弹）弯沉值：
将使用期末不利季节，在设计标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。
8、设计（回弹）弯沉值：
由于竣工后第一年最不利季节，路面在设计标准轴载作用下，测得的最大回弹弯沉值与最大刚度状态所对应的弯沉值较接近，将此弯沉值作为路面设计弯沉值。
设计弯沉值的计算公式Ld
9．柔性路面
半刚性
10..容许拉应力：
路面结构材料的极限抗拉强度与抗拉强度结构系数的比值。
12、路基回弹模量的确定方法：
现场实测法、查表法、室内实验法、换算法。
第十五章水泥混凝土路面
1、造成路基的不均匀支承的因素：
1】不均匀沉陷——湿软地基未充分固结；土质不均匀，压实不充分、填挖结合部分以及新老路基交接处处理不当。
2】不均匀冻胀——季节性冰冻地区，土质不均匀（对冰冻敏感性不同）；路基潮湿条件变化。
3】膨胀土——在过干或过失（相对于最佳含水率）时压实；排水设施不良等。
2、为什么在混凝土面层下设置基层？
答：
1）防唧泥——混凝土面层如直接放在路基上，会由于路基土塑性变形量大，细料含量多和抗冲刷能力低而极易产生唧泥现象。
2）防冰冻——在季节性冰冻地区，用对冰冻不敏感的粒状多孔材料铺筑基层，可以减少路基的冰冻深度，从而减轻冰冻的危害作用。
3）减小路基顶面的压应力，并缓和路基不均匀变形对面层的影响。
4）防水——在湿软土基上，铺筑开级配粒料基层，可以排除从路表面渗入面层板下的水分以及隔断地下毛细水上升。
5）为面层施工（如立侧模，运送混凝土混合料）提供方便。
6）提高路面结构的承载能力，延长路面的使用寿命。
3、横向接缝是垂直于行车方向的接缝包括缩缝、胀缝和施工缝。
4、缩缝是为保证因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而产生不规则的裂缝，而设置的横向接缝。
5、胀缝是为保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断破坏，而设置的横向接缝。
同时也可起到缩缝的作用。
6、施工缝是指混凝土每天完工后以及因雨天或其他原因不能继续施工时的制筑接缝。
7、缩缝、胀缝、施工缝的各种形式（423）
第十六章水泥混凝土路面设计
1、水泥混凝土路面的破坏类型主要有：
断裂、唧泥、错台、拱起、接缝挤碎等。
2、混凝土路面结构设计的基本理论：
现行的我国最新的混凝土路面设计规范列出的设计方法以弹性半空间地基有限大矩形板模型为基础，以100kN单轴双轮标准轴载作用于矩形板纵向边缘中部产生的最大荷载应力控制设计。
3、标准轴载累计当量作用次数Ne
设计基准期内混凝土面板临界荷位处所承受的标准轴载累计当量作用次数NeT——设计基准期
4、无限大圆形板：
1）指板的平面尺寸远大于作用面积；2）与板面积相等的圆形板的半径远大于板的厚度；3）荷载中心点距板边有足够大的距离。
5、胀缩应力：
板和基层之间的摩阻约束，在温度升降时板中部不能移动时得面板胀缩完全受阻时所产生的应力。
6、翘曲应力：
由于混凝土板、基层和基层的导热性能较差，当气温变化较快时，使板顶面与底面产生温度差，因而板顶与板底的胀缩变形大小不一致而产生的应力。
7、路面可靠度：
设计使用年限内，在将遇到的环境条件和荷载作用下，路面能够发挥其预期功能的概率。
8、我国现行的混凝土路面设计规范采用的结构设计方法是以混凝土路面板在车辆荷载应力和温度应力综合作用下，在纵缝边缘中部出现纵向疲劳开裂作为临界损坏状态，设计时以荷载应力和疲劳温度应力的叠加小于等于混凝土疲劳强度作为设计标准。
9、荷载应力分析：
产生最大荷载和温度梯度综合疲劳损坏的临界荷位位于混凝土板的纵向边缘中部。
标准轴载Ps在临界荷位处产生的荷载疲劳应力计算公式：
土的应力应变关系曲线
温克勒地基的三种荷载位置（图）
9、路表弯沉值图示和沥青混凝土层和半刚性材料的层底拉应力计算图示
计算部分：
1汽车荷载当量换算：
N：
横向分布的车辆数
Q：
每一辆车的重力
Υ：
路基填料的容重
L：
汽车前后轴（或履带）的总距
B：
横向分布车辆轮胎最外缘之间的总距
2临界高度的计算
3解析法
1．
用来求：
Kmin，α，H
2．解析法求边坡稳定验算：
已知
采用边坡：
1：
m
------------
（1）
A．
=m：
1→
→
；a=
若所求
，边坡稳定；
B．取
=1.25代入公式
（1）求取
确定允许边坡；
C．取
=1.25代入公式
（1），
=m：
1→
→
（A中的）求取
a值
得允许路基最大高度。
4．边坡抗震稳定验算：
按非地震条件下计算：
按抗震设计要求计算
P=0.25
Q
5．真密度
压实度
γt——真密度，无量纲；Pa——油石比；γa——沥青的相对密度（25C／25C）；
P1…Pm——各种矿料占矿料总质量的百分率，％；
γ1…γt——各种矿料对水韵相对密度。
6．沥青混合料试件的动稳定度按下式计算。
式中：
DS——沥青混合料的动稳定度，次／mm；
d1——对应于时间t1的变形量，mm；
d2——对应于时间t2的变形量，mm；
C1——试验机类型修正系数，曲柄连杆驱动试件的变速行走方式为1.0，链驱动试验轮的等速方式为1.5；
C2——试件系数，试验室制备的宽3.0mm的试件为1.0，从路面切割的宽150mm的试件为0.8；
N——试验轮往返碾压速度,通常为42次/min。
（通常取试验时间60min和45min的试件变形量）
设计弯沉值柔性路面
半刚性
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