第3章路基工程.ppt

,第3章 路面工程,3.1 概述,一、路面的功能与构造1、路面的功能2、对路面的基本要求(1)具有足够的强度(2)具有足够的稳定性(3)具有足够的平整度(4)具有足够的抗滑性(5)具有尽可能低的扬尘性例题(多选)：公路对路面的要求有（）A足够的强度B足够的稳定性C足够的平整度D足够的抗滑性答案：ABCD例题(判断)：路面稳定性一般指水稳定性、干稳定性、温度稳定性和耐久性。(）,3、路面构造及结构层次的划分 路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成(详见教材58 页）。面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层，可由一至三层组成。基层是设置在面层之下，并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基，起主要承重作用的层次。基层可分为无机结合料稳定类(整体型)和粒料类(嵌锁型、级配型)。对高速公路、一级公路，应采用水泥稳定粒料、石灰粉煤灰(二灰)稳定粒料、沥青混合料以及级配碎砾石等材料铺筑，高速公路、一级公路的底基层和二级及二级以下公路基层和底基层，除上述类型材料外，也可采用水泥稳定土、石灰稳定土、石灰粉煤灰稳定土、石灰工业废渣、填隙碎石等或其他适宜的当地材料铺筑。垫层是设置在底基层与土基之间的结构层，起排水、隔水、防冻、防污等作用。各级公路当需要设置垫层时，一般可采用水稳性好的粗粒料或各种稳定材料铺筑。,例题（多选）路面结构一般有()组成。A面层B基层C垫层D土基答案：ABC例题(判断)高速公路、一级公路，一般采用水泥稳定粒料、石灰粉煤灰(二灰)稳定粒料、沥青混合料以及级配碎砾石等材料铺筑基层(）,二、路面的分级与分类1、路面的分级 高级路面、次高级路面、中级路面、低级路面。2、路面的类型（此增加内容）路面类型分为铺装路面、简易铺装路面和砂石路面。铺装路面为沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，表面处治、沥青碎石、贯入式路面等称为简易铺装路面，砂石路面等计人未铺装路面。砂石路面是以砂、石等为骨料，以土、水、灰为结合料，通过一定的配比铺筑而成的路面统称，包括级配碎(砾)石路面、泥结碎(砾)石路面、水结碎石路面、填隙碎石路面及其他粒料路面。,（1）按材料分类，路面可分为沥青混凝土、水泥混凝土路面等。（2）按路面力学特性，可分为柔性、刚性及半刚性路面。例题（多选）()等称为简易铺装路面。A表面处治路面B沥青碎石路面C水泥混凝土路面D贯人式路面答案：ABD例题（多选）按材料分类，路面可分为()路面。A沥青混凝土路面B水泥混凝土路面C沥青碎石路面D贯人式路面答案：ABC,柔性路面的力学特点是：在行车荷载作用下的弯沉变形较大，路面结构本身抗弯拉强度小，在重复荷载作用下产生累积残余变形。路面的破坏取决于荷载作用下所产生的极限垂直变形和弯拉应力。目前我国的公路路面，绝大多数均属柔性路面，如沥青混凝土路面。刚性路面的特点是：在行车荷载作用下产生板体作用，其抗弯拉强度和弹性模量较其他各种路面材料要大得多，故呈现出较大的刚性。刚性路面在荷载作用下的弯沉变形极小，路面的破坏取决于荷载作用下所产生的疲劳弯拉应力。刚性路面主要指水泥混凝土路面。半刚性路面是指全用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定类材料(常称半刚性材料)作为基层、底基层的沥青路面结构。这种半刚性基层材料使用前期的力学特性呈柔性，而后期趋近于刚性，如水泥或石灰粉煤灰稳定粒料类基层沥青路面。,三、路面设计,1设计内容：(1)路面结构层原材料的选择(2)混凝土配合比设计(3)设计参数的测试与确定(4)路面结构层组合与厚度计算(5)路面结构的方案比选(6)路面排水系统设计(7)路肩加固等的设计2设计原则：(1)根据使用要求及自然条件，结合当地实践经验，进行路基路面综合设计。(2)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、慎重地加以运用。(4)路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。(5)为提高路面工程质量，应推行机械化施工。对高速公路、一级公路，应采用大型、高效的成套机械设备施工，以确保工程质量。(6)高速公路、一级公路的路面不宜分期修建。对软土地区或高填方路基等可能产生较大沉降的路段，宜按“分期修建”或“一次设计分期实施”的原则设计例题(判断)：在软土地区或高填方路基等可能产生较大沉降的路段修建时，应遵循“一步到位的原则”。(）,3.2 垫层、基层及底基层,一、垫层1垫层的设置原则垫层作用：排除路面、路基中滞留的自由水，确保路面结构处于干燥或中湿状态。(1)地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿状态的路段。(2)排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段。(3)季节性冰冻地区的中湿、潮湿路段，可能产生冻胀需设置防冻垫层的路段。(4)基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段。,2垫层材料垫层材料可选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等粒料以及水泥或石灰煤渣稳定粗粒土，石灰粉煤灰稳定粗粒土等。若采用粗砂和砂砾料时，通过0.074mm筛孔的颗粒含量应不大于5%。采用煤渣时，小于2mm的颗粒含量不宜大于20%3垫层设置宽度高速公路、一、二级公路的排水垫层应铺至路基同宽，以利路面结构排水，保持路基稳定。三、四级公路的垫层宽度可比底基层每侧至少宽25cm例题(判断)：高速公路、一、二级公路的排水垫层应铺至路基同宽，以利路面结构排水，保持路基稳定；三、四级公路的垫层宽度可比底基层每侧至少宽15cm(）。,二、路面基层的类型1、粒料类基层 粒料类基层按强度构成原理可分为嵌锁型与级配型。嵌锁型包括泥结碎石、泥灰结碎石、填隙碎石等；级配型包括级配碎石、级配砾石、符合级配的天然砂砾、部分砾石经轧制掺配而成的级配砾、碎石等。例题（多选）下列哪些属于嵌锁型粒料类基层()。A泥结碎石B填隙碎石C级配碎石D级配天然砂砾答案：AB,2、无机结合料稳定类基层(底基层)无机结合料稳定类 基层又称为半刚性基层。无机结合料稳定类包括：水泥稳定类、石灰稳定类、综合稳定类和石灰工业废渣稳定类。半刚性基层材料的显著特点是：有良好的力学性能、强度高、整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好、板体性好，而且较为经济。半刚性材料已广泛用于修建高等级公路路面基层或底基层。水泥稳定类、石灰粉煤灰稳定类材料适用于各级公路的基层和底基层，但水泥或石灰、粉煤灰稳定细粒土不能用做高级路面的基层。,石灰稳定类材料适用于各级公路的底基层，也可用做二级和二级以下公路的基层，但石灰稳定细粒土不能用做高级路面的基层。例题（多选）无机结合料稳定类包括一般有()组成。A水泥稳定类B石灰稳定类C工业废渣稳定类D二灰土答案：ABC 例题(判断)水泥或石灰、粉煤灰稳定细粒土可以用做高级路面的基层(）。,3、贫混凝土基层（此部分内容为新增内容，教材62页）4、无机结合料 组成材料的要求（1）土 水泥稳定土 石灰稳定土 石灰工业废渣稳定土有机质含量超过2%的土，不应单独用水泥稳定，如需采用，必须先用石灰进行处理，之后方可用水泥稳定。硫酸盐含量超过0.25%的土，不应用于水泥稳定。塑性指数为1520的黏性土以及含有一定数量黏性土的中粒土和粗粒土均适宜于用石灰稳定。塑性指数为15以上的黏性土更适宜于用石灰和水泥综合稳定。,（2）水泥 普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥均可用作结合料，但宜选用终凝时间较长(宜在6h以上)的水泥。快硬水泥、早强水泥以及已受潮变质的水泥不得使用。(3)石灰。石灰质量应符合规范规定的级以上的生石灰或消石灰的技术指标。石灰剂量应通过配合比设计试验确定，但工地实际采用的剂量应比室内试验确定的剂量多0.5%1%。采用集中厂拌法施工时，可只增加0.5%；采用路拌法施工时，宜增加1%。,(4)粉煤灰。粉煤灰是火力发电厂燃烧煤粉产生的粉状灰渣，其主要成分SiO2(二氧化硅)、Al2O3(三氧化二铝)和Fe203(三氧化二铁)的总含量应大于70%,烧失量不应超过20%。(5)煤渣。煤渣是煤经锅炉燃烧后的残渣，其主要成分是Si02(二氧化硅)和Al203；(三氧化二铝)，它的松干密度在7001100kg/m3之间。煤渣的最大粒径不应大于30mm，颗粒组成宜有一定级配，且不含杂质。煤渣的含煤量宜少，最好选低于20%的选用。（6）强度标准见（教材63页表3-2）,三、混合料配合比设计（教材64页）,1、混合料试验项目（1）重型击实试验（2）承载比（3）抗压强度（4）耐久性2、混合料配合比设计的一般方法（1）一般原则（2）配合比设计方法 混合料组成设计的主要内容是根据规范要求的强度标准值，通过试验选取适宜于稳定的材料，确定材料的配比以及最大干密度和最佳含水量。表中所列数值指龄期为7d(湿养6d、浸水ld)的无侧限抗压强度。,混合料组成的具体设计步骤如下：(1)制备同一种土样、不同结合料剂量的混合料。(2)采用重型击实试验确定各种混合料的最佳含水量和最大干密度，至少应做三个不同水泥或石灰剂量混合料的击实试验，即最小剂量、中间剂量和最大剂量。其他剂量混合料的最佳含水量和最大干密度用内插法确定。(3)按工地预定达到的压实度，分别计算不同结合料剂量时试件应有的干密度。(4)按最佳含水量和计算得到的干密度制备试件，进行强度试验。(5)试件在规定温度下保湿养生6d，浸水1d后，进行无侧限抗压强度试验。规定的温度为：冰冻地区202oC，非冰冻地区252oC。计算试验结果的平均值和偏差系数。(6)根据规范要求的强度标准，选定合适的结合料剂量。例题(判断)：混合料组成设计中，水泥或石灰的剂量越大，混合料强度越高(）。,四、基层施工,1、水泥稳定砂砾（碎石）、石灰粉煤灰稳定砂砾（碎石）施工（详见教材66页）（1）拌合和运输(2)摊铺和整形（3）碾压（4）接缝掉头的处理（5）养生（6）气候条件（7）取样和试验2、石灰土稳定砂砾基层、水泥石灰稳定基层施工（68页）（1）一般要求（2）准备工作（3）摊铺（4）碾压（5）养生3、粒料基层施工（69页）（1）级配碎石施工（2）级配砾石施工（3）填隙碎石施工,五、基层的要求（补充内容）基层、底基层应具有足够的强度和稳定性，在冰冻地区还应具有一定抗冻性。高级路面下的半刚性基层应具有较小的收缩(温缩及干缩)变形和较强的抗冲刷能力。一般公路的基层宽度每侧宜比面层宽出25cm，底基层每侧宜比基层宽15cm。在多雨地区，透水性好的粒料基层，宜铺至路基全宽，以利排水。高速公路、一级公路的基层应符合相关规定。例题(判断)：一般公路的基层宽度每侧宜比面层宽出15cm，底基层每侧宜比基层宽25cm。(）。,3.3 沥青路面,一、沥青路面概述1、沥青混合料的分类（1）按密实类型分为（5类 74页）密级配、开级配、半开级配、间断级配、沥青稳定碎石混合料（2）按沥青结合料分为（5类）（3）按颗粒最大粒径和级配（5类）（4）按沥青生产工艺（3类 76页）（5）按强度构成原则分（2类）2、沥青混合料结构类型（1）悬浮密实结构（2）骨架空隙结构（3）骨架密实结构,3、沥青混合料的使用范围（77页）（1）热拌沥青混合料的一般规定（表3-7）（2）选择沥青混合料类型时应注意的事项（3）沥青面层混合料类型的选择二、沥青面层材料选择（首先了解教材79页内容）1、沥青的品种沥青路面使用的沥青材料有：道路石油沥青、改性沥青、乳化沥青、煤沥青、液体石油沥青等。石油沥青是由石油经蒸馏、吹氧、调和等工艺加工得到，主要为可溶于二硫化碳的碳氢化合物的固体黏稠状物质。改性沥青是指掺加橡胶、树脂、高分子聚合物、磨细的橡胶粉或其他填料等外掺剂(改性剂)，或采取对沥青轻度氧化加工等措施，使沥青或沥青混合料的性能得以改善而制成的沥青结合料。乳化沥青是石油沥青(或煤沥青)与水在乳化剂、稳定剂作用下经乳化加工制得的沥青产品，也称沥青乳液。煤沥青系由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成。液体石油沥青系用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品，也称轻制沥青或稀释沥青。液体石油沥青使用前应由试验确定掺配比例。,2、沥青路面材料的选择（1）沥青道路石油沥青根据当前的沥青使用和生产水平，按技术性能分为A、B、C三个等级。沥青路面采用的沥青标号，宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位及受力特点、施工方法等，结合当地的使用经验，经技术论证后确定。乳化沥青适用于沥青表面处治路面、沥青贯人式路面、冷拌沥青混合料路面及修补裂缝，喷洒透层、黏层与封层等。液体石油沥青适用于透层、黏层及拌制冷拌沥青混合料。根据使用目的与场所，可选用快凝、中凝、慢凝的液体石油沥青。例题(选择)：选择沥青路面采用的沥青标号，应考虑()A公路等级B气候条件C施工方法D交通条件答案：ABCD,（2）粗集料用于沥青面层的粗集料包括碎石、破碎砾石、筛选砾石、矿渣等。粗集料的粒径规格应符合技术规范规定。酸性岩石的粗集料(花岗岩、石英岩)用于高速公路、一级公路时，宜使用针人度较小的沥青。为保证与沥青的黏附性，应采用下列抗剥离措施：(1)用干燥的磨细消石灰或生石灰粉、水泥作为填料的一部分，其用量宜为矿料总量的1%2%。(2)在沥青中掺加抗剥离剂。(3)将粗集料用石灰浆处理后使用。,（3）细集料沥青面层的细集料可采用天然砂、机制砂及石屑，其规格应符合规范要求。细集料应洁净、干燥、无风化、无杂质，并由适当的颗粒组成。其质量技术要求应符合规定要求。（4）填料沥青混合料的填料宜采用石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料经磨细得到的矿粉。矿粉要求洁净、干燥，其质量技术要求应符合规范的规定。,三、沥青混合料配合比设计1、沥青混合料组成及格参数（85-86页）2、沥青混合料配合比的设计方法（1）材料准备（2）矿质混合料的配合比组成设计（3）矿质混合料配合比计算（4）马歇尔试验（5）确定沥青最佳用量（6）其他性能检验（7）GTM设计法（8）Superpave混合料设计法四、沥青路面施工（以教材为主94页）1、热伴沥青混合料面层控制要点（94页）2、沥青表面处治施工质量控制要点（97页）3、沥青贯入式路面施工质量控制要点（101页）4、胶粉改性沥青施工要点（101页）5、沥青路面再生技术（102页）6、沥青路面防水层（104页）,五、补充内容1、沥青路面沥青路面特点：具有行车舒适、噪声低、施工期短、养护维修简便等。沥青路面分类：沥青路面按照材料组成及施工工艺可分为：沥青混凝土、热拌沥青碎石、乳化沥青碎石混合料、沥青贯人式、沥青表面处治等。沥青路面应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质，同时，还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能。例题(选择)：下面哪个不是沥青路面的特点()A行车舒适B噪声低C使用寿命长D养护维修简便答案：C例题(选择)：沥青路面按照材料组成及施工工艺可分为()A沥青混凝土B沥青碎石C沥青贯人式D粗粒式沥青混凝土答案：ABC,2、沥青面层的适用范围面层类型应与公路等级、使用要求、交通等级相适应。热拌沥青混凝土可用于作各级公路的面层。贯人式沥青碎石和上拌下贯式沥青碎石可用三、四级公路的面层。表面处治和稀浆封层可用于三级、四级公路的面层。冷拌沥青混合料可用于交通量小的三级、四级公路面层。例题(判断)：贯人式沥青碎石路面可作为高速公路、一级公路的面层()3、沥青层的厚度各沥青层的厚度应与混合料的公称最大粒径相匹配，沥青混合料的一层压实最小厚度不宜小于混合料公称最大粒径的2.53倍。OGFC或SMA的一层压实最小厚度不宜小于混合料公称最大粒径的22.5倍。各结构层的设计厚度应根据级配类型、结构组合及施工条件等确定。沥青混合料的压实最小厚度与适宜厚度见相关规范。,4、透层、黏层、封层透层是指为使沥青面层与非沥青材料基层结合良好，在基层上浇洒乳化沥青、煤沥青或液体石油沥青而形成的透入基层表面的薄层。它是一种增强基层同沥青面层结合的措施，并能增强基层表面。沥青路面的级配砂砾、级配碎石基层及水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或粒料的半刚性基层上必须浇洒透层沥青。黏层的作用在于使上下沥青层或沥青层与构造物完全黏结成一整体。因此，符合下列情况时应浇洒黏层沥青：(1)双层或三层式热拌热铺沥青混合料路面，在浇筑上层前，其下面的沥青层已被污染；(2)旧沥青路面层上加铺沥青层；(3)水泥混凝土路面上铺筑沥青面层；(4)与新铺沥青混合料接触的路缘石、雨水进水口、检查井等的侧面,例题(选择)：符合下列情况时应浇洒黏层沥青()A 双层或三层式热拌热铺沥青混合料路面，在浇筑上层前，其下面的沥青层已被污染。B旧沥青路面层上加铺沥青层C水泥混凝土路面上铺筑沥青面层D沥青面层的空隙较大，透水严重；答案：ABC封层是指为封闭表面空隙、防止水分浸入面层或基层而铺筑的沥青混合料薄层。铺筑在面层表面的称为上封层，铺筑在面层下面的称为下封层。稀浆封层是用适当级配的石屑或砂、填料（水泥、石灰、粉煤灰、石粉等）与乳化沥青、外加剂和水，按一定比例拌和而成的流动状态的沥青混合料，将其均匀地摊铺在路面上形成的沥青封层。符合下列情况之一时，应在沥青面层上铺筑上封层：(1)沥青面层的空隙较大，透水严重；(2)有裂缝或已修的旧沥青路面；(3)需加铺磨耗层改善抗滑性能的旧沥青路面；(4)需铺筑磨耗层或保护层的新建沥青路面。,符合下列情况之一时，应在沥青面层下铺筑下封层：(1)位于多雨地区且沥青面层空隙率较大，渗水严重；(2)在铺筑基层后，不能及时铺筑沥青面层，且须开放交通。例题(选择)：符合下列情况之一时，应在沥青面层下铺筑下封层()A位于多雨地区且沥青面层空隙率较大B 在铺筑基层后，不能及时铺筑沥青面层，且须开放交通C有裂缝或已修的旧沥青路面D需铺筑磨耗层或保护层的新建沥青路面答案：AB,3.4 水泥混凝土路面,一、水泥混凝土路面概述水泥混凝土路面特点：强度高、稳定性好、耐久性好、有利于夜间开放交通。水泥混凝土路面包括：普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土、预应力混凝土、装配式混凝土和钢纤维混凝土路面等 二、水泥混凝土配合比设计（教材106页）1、混凝土配合比设计总的要求、原则和步骤混凝土的配合比应根据设计弯拉强度、耐久性、耐磨性、和易性等要求和经济合理的原则，选用原材料，通过计算、试验和必要的调整，确定混凝土单位体积中各种组成材料的用量。例题(选择)：混凝土的配合比一般根据()等要求和经济合理的原则，选用原材料，通过计算、试验和必要的调整，确定混凝土单位体积中各种组成材料的用量。A设计弯拉强度B耐久性C耐磨性D和易性答案：ABCD2、混凝土配置强度的确定3、混凝土配合比设计中的基本参数4、混凝土配合比的计算5、混凝土配合比的试配、调整与确定,三、水泥混凝土路面施工（具体见教材111页）1、摊铺机施工（包括六部分内容）2、人工、小型机械化施工（115页）3、连续配筋混凝土路面施工（117页）4、复合式路面层间裸化及施工技术（120页）水泥混凝土路面施工常分为小型机具、轨道式摊铺机、滑模式摊铺机三种方法。例题：水泥混凝土路面施工常分为中型机具、轨道式摊铺机、滑模式摊铺机三种方法（）混凝土振实后还应进行整平、精光、纹理制作等工序。,