第二章08路基路面工程教案.docx
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第二章08路基路面工程教案
路基的力学特点
目的要求:
了解温度路基水温状况的影响;掌握路基土的分类及土的工程性质;路基的干湿类型和公路自然区划划分;路基工作区;路基强度与强度指标; 教学重点:
路基土的分类及土的工程性质;路基的干湿类型;路基工作区;路基强度与强度指标; 教学难点:
路基的干湿类型 教学课时:
4h
教学方法:
理论教学
教学内容和步骤:
§2.1路基土的分类及土的工程性质
我国公路用土依据土的颗粒组成特征,土的塑性指标和土中有机质存在的情况,分为巨粒土、粗粒土、细粒土和特殊土四类,并进一步细分为11种土
1、巨粒组:
(大于60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土
包括漂(卵)石,漂(卵)石夹土,漂(卵)石质土
2、粗粒土:
包括砾类土和砂类土两种
(粒径在0.074~60mm)质量多于总质量50%的土
砾类土:
(2~60mm的颗粒)质量多于总质量50%的土
砂类土:
(2~0.074mm的颗粒)质量大于或等于总质量50%的土
3、细粒土:
(小于0.074mm颗粒)质量多于总质量50%的土
含有机质的细粒土称为有机土
4、特殊土:
黄土、膨胀土、红粘土和盐渍土
一、各类公路用土的工程性质不同
1、巨粒土:
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材料:
密实程度好,强度和稳定性均能满足要求。
除填筑路基外,可以铺筑中级路面,经适当处理后,可以铺筑高级路面的基层、底基层。
3、砂土:
无塑性、透水性强、毛细上升高度小,具有较大的摩擦系数。
采用砂土修筑路基,强度高,水稳性好,但其粘结力小,易于松散,车辆通过时易产生较深的车辙。
为克服此缺点,可以采用振动法压实,并可掺入少量粘土,以改善级配组成。
4、砂性土:
为修筑路基的良好材料,含一定数量的粗颗粒,使路基有足够的内摩擦力,又含有一定数量的细颗粒,使之具有一定的粘聚力,不致过分松散,一般遇水干得快,不膨胀,干时有足够的粘结性,扬f尘少,因此雨天不泥泞、晴天不扬尘,在行车作用下易被压实,便于施工。
5、粉性土:
不良的公路用土,含有较多的粉土粒,干时稍具粘结性,但易被压碎,扬尘大,浸水时易成流体状态。
粉性土的毛细上升高度大,在季节性冰冻地区容易造成冰胀,翻浆等病害,如遇粉性土,必需改良土质且(采取)加强排水,隔水措施。
6、粘性土:
透水性小,粘聚力大,干时坚硬,不易挖掘,毛细现象显著,有较大的可塑性,用来筑路比粉性土好,但不如砂性土,如在适当含水量时加以充分压实和良好的排水设施,筑成的路基也能获得稳定。
7、重粘土:
塑性指数与液限都很高,其工程性质与粘土相似,但受粘土矿物成份影响较大(含高岭土为最好,伊里土次之,蒙脱土最差),重粘土不透水,粘聚力特强,干时很坚硬,很难挖掘,膨胀性和塑性都很大。
总之,土作为路基建筑材料,砂性土最优,粘性土次之,粉性土属不良材料,垂粘土,特别是蒙脱土也是不良的路基土,而一些特殊土类、用以填筑路基时必须采取相应技术措施。
二、路基土的工程分级
在施工中路基土石按其开挖难易程度,又可分为六级:
松土、普通土、硬土、软石、次坚石、坚石。
§2.2路基的干湿类型和公路自然区划划分
一、路基湿度的来源:
路基在使用过程中,受到各种外界因素的影响,使湿度发生变化
1、大气降水:
大气降水通过路面(透水的路面、不透水路面的边缘、接缝或裂隙),路肩边坡和水沟渗入路基;
2、地面水:
边沟的流水、地表径流水因排水不良形成积水,渗入路基;
3、地下水:
路堑边坡较高处土层内滞水的下渗,地下水的毛细上升作用,上升到路基;
4、毛细水:
5、水蒸汽凝结水:
在土的空隙中流动的水蒸汽,遇冷凝结成水。
6、薄膜移动水:
在土的结构中水以薄膜的形式从含水量较高处向较低处流动,或由温度较高处向冻结中心周围流动。
二、大气温度及其对路基水温状况的影响
路基湿度除了水的来源之外,另一个重要因素是受当地大气温度的影响。
由于温度与温度变化对路基产生的共同影响称为路基的水温状况。
我国北方季节性冰冻地区,路基在冬季冻结过程中,由于负温度坡差的影响,土中未冻结的水分会向冻结线(冰冻线)附近积聚,形成冰晶体积和冰夹层,积聚后的冰冻结后体积增大,使路基隆起而造成面层开裂,即冻胀现象。
春暖化冻时,路面和路基结构由上而下逐渐解冻,而积聚在路基上层的水分先融解,水分难以迅速排除,造成路基上层的湿度增加,路面结构的承载力使大大降低,在重车的反复作用下,路基路面结构会产生较大的变形,严重时,路基土以泥浆的形式从胀裂的路面缝隙中冒出,形成翻浆,等路基浆土全部融化后,水分便渗入路基深层,翻浆状况可逐步消失。
引起路基冻胀的因素有:
1、土质:
不同土类的毛细特性和渗透性均不同,如粉性土毛细上升能力强,且有较高的渗透性,易发生冻胀现象(冻胀土);砂性土有较高的渗透性,缺乏吸收水分的能力;粘性土有一定的毛细吸收能力,但渗透性差,水分移动慢,此两类土均不会出现严重的水分积聚现象。
2、水文条件:
在地面排水困难或地下水位较高地段,潮湿路基易出现冻胀和翻浆现象。
3、气候条件:
冻前的雨季可使路基湿度增大;正、负湿度的反复交替的冬季,路基冻结缓慢,冻结线长时间徘徊在路基某深度处,使水分有充足的时间向该处积聚,并形成冰晶体。
三、路基干湿类型
1、划分情况:
路基按其干湿状态不同,分为四类:
干燥、中湿、潮湿和过湿。
为了保证路基路面结构的稳定性,一般要求路基处于干燥或中湿状态,过湿的路基必须经处理后方可铺筑路面。
2、划分标准
(1)按路基平均稠度与分界相对稠度的(关系)大小来确定。
——土的稠度;——土的液限
——土的含水量;——土的塑限
土的稠度较准确地表示了土的各种形态与湿度的关系,稠度指标综合了土的塑性特性,包含了液限塑限,全面直观地反映了土的硬软程度,物理概念明确。
①即为半固体与硬塑状的分界值;
②即为流塑与流动状的分界值;
③即,土处于可塑状态。
以稠度作为路基干湿类型的划分标准是合理的,但是不同的自然区划,不同的土组的分界稠度是不同的,(p17)
对于原有公路,按不利季节路床表面以下80cm内的土的平均稠度确定。
(2)对于新建道路、路基尚未完成,则根据路床距地下水位或地表(面)水的高H与路基的临界高度的大小关系来判断。
路床:
是路面的基础,是指路面底面以下80cm范围内的路基部分,承受由路面传来的荷载(0~30cm为上路床;30~80cm为下路床)临界高度;在最不利季节,路基处于不同干湿类型所需的路床底面距地下水或地面水的最小高度;或与分界稠度相对应的路基离地下水或地表积水水位的高度。
①干燥类:
或
——毛细上升的润湿区高度;
——路床底到地下水位应保证的距离。
这类路基的湿度主要受气候因素的影响。
②中湿类:
或
这类路基的湿度既受气候因素也受地下水的影响。
③潮湿类:
或
这类路基的湿度主要受地下水的控制。
④过湿类:
或
路基极不稳定,冰冻区春融翻浆,非比冻区弹簧,路基经处理后方可铺筑路面。
为了保证路基的强度和稳定性不受地下水和地表积水的影响,在设计路基时,要求路基保持干燥或中湿状态,路床顶距地下水或地表水的距离要求大于或等于干燥,中湿状态所对应的临界高度。
⑤上海郊区,粉质亚粘土路基,最高地下水位离地面90cm,低矮填土,路床底顶面距地面30cm,请预估路基平均稠度。
解:
由图2.2.2(p23),上海属于Ⅳ1区,查表2.2.4(p19)得Ⅳ1区粉性土的临界高度,,而路床顶面距最高地下水位的距离为,则由表2.2.2(P16)得路基属潮湿类,得,又由表2.2.1(P16)得Ⅳ区粉质±,得此路基的平均稠度为。
四、公路自然区划划分的原则:
1、道路工程特征相似的原则:
在同一区划内,在同样的自然因素下筑路具有相似性(如北方:
春融翻浆;南方:
雨季冲刷、水毁等)。
2、地表气候区划差异性的原则:
包括地带性差异和非地带性差异,地带性差异即纬度不同,地表气候不同(如北半球北方寒冷,南方温暖)。
非地带性差异:
如青藏高原,由于海拔高,与纬度相同的其它地区相比,气候更加寒冷。
3、自然气候因素既有综合又有主导作用的原则:
自然气候的变化是各种综合作用的结果,但其中又有某种因素起着主导作用。
五、划分情况:
“公路自然区划”分三级进行区划,首先将全国划分为多年冻土,季节冻土和全年水冻土三大地带,然后根据水热平衡和地理位置,划分为冻土、湿润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒7个大区(一级区划)在一级区划内再以潮湿系数为依据,分为6个等级,另外还结合各个大区的地理,气候特征,地貌类型,自然病害等因素,将全国分为33个二级区和18个二级副区。
Ⅰ区:
北部多年冻土区
冻胀、雪害、延流水等病害严重,对冰、水含量较大的冻土路基设计,应采用保护多年冻土的原则,宁填铁挖,路面结构应采取保温措施,以防路基热隔沉陷,对非多年冻土还要注意翻浆问题。
Ⅱ区:
黄土高原干湿过渡区
该区路面结构突出的问题是防止翻浆和冻胀,夏季水毁及地震也有一定影响。
为防止冻胀和翻浆,路基路面结构应注意采取隔温、排水和截断毛细水上升等措施。
Ⅲ区:
黄土高原干湿过渡区
该区特点是黄土对水分的敏感性,路基应注意排水,路面结构必须选择不透水的面层或封闭层,以防雨水下渗。
Ⅳ区:
东南湿热区
该区因春、夏东南季风造成的霉雨和夏雨,形成明显的不利季节。
东南沿海台风暴雨多,水毁、冲毁、滑坡是道路的主要病害,应加强排水。
该区水稻田多,对软土和潮湿路段的路基应认真处理。
又因气温高、热季长,沥青路面应注意热稳定性,抗滑性和水透水性。
Ⅴ区:
西南潮暖区
该区山多,筑路材料丰富,应充分利用当地筑路材料,对于水文不良地段,必须采取措施,稳定路基。
Ⅵ区:
西北干旱区
该区气候干旱,除灌区和绿洲外,一般道路冻害较轻;砂石路面经常出现搓板,松散和扬尘。
改铺沥青路面为有效的解决办法,高山区有风雪流危害,沙漠地区应注意风蚀和沙埋等的防治。
Ⅶ区:
青藏高寒区
该区地处高原,气候寒冷,分布有高原多年时土和现代冰川,东南部由于新构造运动活跃,地形破碎和地震强烈、雪害、滑坡、崩塌、泥石流等自然病害均较严重,应采取措施保证路基的整体稳定。
另外,昼夜温差大,日照时间长,沥青老化很快。
柴达木盆地气候较干旱,氯化盐可作筑路材料。
§2.3 路基的工作区
一、路基受力状况:
路基承受着路基自重和汽车轮载这两种荷载,因此在一定深度范围内,路基土处于受力状态。
设车轮荷载为一圆形均布垂直荷载,路基为一弹性均质半空间体,则:
路基工作区任一点处的垂直应力包括由车轮荷载引起的和由土基自重引起的两者的共同作用。
二、路基工作区(应力工作区)
从路基顶面到时的深度(很小,仅为),该范围内的路基称为路基工作区。
(2-12)
随P的增加而加大。
当>路基填土高度时,天然地基的土层和路基应同时满足路基工作区的设计要求,并充分压实。
§2.4路基的常见病害(自学)
一、路基的主要病害
二、路基病害防治
§2.5路基强度与强度指标
一、路基土的应力—应变特性
路基土在荷载作用下,产生的变形包括了弹性变形和塑性变形两部分,即卸荷后其变
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