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1、路面工程概述,路面工程发展概况,路面工程是道路工程科学派生出来的一个重要分支，它主要研究公路与城市道路以及机场跑道的路面设计原理与方法、路面结构组合、材料性能要求，以及路面结构层的施工、养护、维修和管理的技术。,单位：万公里,路面材料和结构发展阶段,路面等级低，路面施工水平较低，主要采用就地取材方式施工，路面铺筑以当地产粒料、人工砸制碎石、软质石料、碎砖、碎石土为主，路面结构主要是泥结碎石和级配碎石,开始推行渣油表面处治路面，以适应交通量的增长，但由于施工工艺和方法影响，路面易变形和破坏,开始采用沥青贯入式面层、沥青碎石面层和沥青混凝土面层等高级路面以提高路面使用性能和耐久性应对交通量和车辆轴
2、载的不断增加,路面工程概述,路面的功能和要求,路面结构及层位功能,路面的分类,足够的强度和刚度足够的稳定性耐久性表面平整表面抗滑,路面是道路的重要工程结构物，它铺筑在路基顶面，是用不同材料或混合料分层铺筑而成的供车辆行驶的一种层状结构物。路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。,概念,路面要求,路面工程概述,路面的基本功能,路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶表面，为了满足这些基本功能，路面应具有足够的强度、稳定性、平整度和抗滑性等。,对路面的要求强度,所谓路面强度是指路面抵抗破坏的能力。行驶在路面上的车辆，产生竖向压力、纵向水平力、振动力和冲击力，以及真空吸力。在这些力
3、的综合作用下，路面会出现断裂、沉陷、波浪和磨损等破坏。因此，要求路面结构及其各组成部分必须具有足够的强度，以抵抗行车作用下所产生的各种应力，避免路面破坏。,对路面的要求刚度,所谓路面刚度是指路面抵抗变形的能力。路面结构整体或某一部分刚度不足，即使强度足够，在车辆荷载作用下也会产生过量变形而产生车辙、沉陷和波浪等破坏。因此，路面必须具备足够的刚度，使整个路面结构及其各组成部分的变形量控制在容许范围内车辙是在行车荷载重复作用下，路面产生永久性变形积累形成的带状凹槽。,对路面的要求稳定性,路面的稳定性是指路面保持其本身结构强度的性能，也就是指在外界各种影响因素作用下路面强度的变化幅度，路面强度的变化
4、越小，则稳定性越好；反之则稳定性越差。,对路面的要求平整度,路面平整度指的是路表面纵向的凹凸量的偏差值。 路面平整度是路面评价及路面施工验收中的一个重要指标，主要反映的是路面纵断面剖面曲线的平整性。不平整的路面会增大行车阻力，并使车辆产生附加的振动作用，这种作用会造成行车颠簸，影响行车的速度与安全、驾驶的平稳和乘客的舒适；同时，振动作用还会对路面施加冲击力，从而加剧路面和车辆机件的损坏和轮胎的磨损，并增大油料的消耗。不平整的路面还会积滞雨水，加速路面的破坏。因此，为了减少车辆荷载的冲击力，提高行车速度和行车舒适性、安全性，路面应保持一定的平整度。道路等级越高，对路面平整度的要求也越高。影响沥青
5、混凝土路面平整度的因素主要有:不均匀沉降,摊铺工艺,碾压工艺,横接缝处理,配合比设计,下承层病害等,对路面的要求耐久性,路面应具有足够的耐久性，使路面在荷载、气候因素的长期综合多次作用下耐疲劳、耐老化和没有不容许的塑性变形和积累。,对路面的要求抗滑能力,车辆在光滑路面上行驶时，车轮和路面之间缺乏足够的附着力和摩擦力，在雨天高速行驶或是紧急制动及突然启动时，或者爬坡、转弯时，车轮容易产生空转或打滑，致使行车速度减低，油耗增加，甚至引起严重交通事故。所以路面应具有足够的粗糙度，即要有足够的抗滑性。,对路面的要求环境协调,路面应与周围环境协调，一般应洁净少尘，有时根据道路所在地区的特殊要求，还应有低
6、振动、低噪声要求，以及质地、亮度和色彩的要求。,路面的结构及组成,由于行荷载和自然因素对路面的影响，是随路面深度的增加而逐渐减弱的。因此，对路面材料的强度、抗变形能力和稳定性的要求也随着路面深度的增加而逐渐降低。为了适应这一要求，路面结构通常是分层铺筑的。,路面结构分层及层位功能：按照使用要求、受力状况、土基支承条件和自然因素影响程度的不同，将路面分成若干层次。通常按各个层位功能的不同，划分为三个层次，即面层、基层和垫层，如图所示。,路面工程概述,路拱横坡度：为了保证路面上雨水及时排出，减少雨水对路面的浸润和渗透而减弱路面结构强度，路面表面应做成直线形或抛物线形的路拱。,路面工程概述,选择路拱
7、横坡，应充分考虑有利于行车平稳和有利于横向排水两方面的要求。在干旱和有积雪、浮冰地区，应采用低值，多雨地区采用高值；当道路纵坡较大或路面较宽，或行车速度较高时，或交通量和车辆载重较大时，或常有拖挂汽车行驶时，应采用平均横坡度的低值；反之则应采用高值。 高速公路和一级公路设有中央分隔带。通常采用两种方式布置路拱横断面。若分隔带未设置排水设施，则作成中间高，两侧路面低，由单向横坡向路肩方向排水。若分隔带设置排水设施，则两侧路面分别单独作成中间高两边低的路拱，向中间排水设施和路肩二个方向排水。 路肩横坡度一般较路面横坡大1%。但是高速公路和一级公路的硬路肩采用与路面行车道相同的结构时，应采用与路面行
8、车道相同的路面横坡值。,面层是直接同行车和大气接触的表面层次，它承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降水的浸蚀和气温变化的影响 修筑面层所用的材料主要有：水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎（砾）石混合料、砂砾或碎石掺土或不掺土的混合料以及块料等,路面工程概述,基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去，实际上基层是路面结构中的承重层，它应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力。基层遭受大气因素的影响虽然比面层小，但是仍然有可能经受地下水和通过面层渗入雨水的浸湿，所以基层结构应具有足够的水稳定性。基层表面虽不直接供车辆行驶，但仍然要求有较
9、好的平整度，这是保证面层平整性的基本条件。 修筑基层的材料主要有各种结合料(如石灰、水泥或沥青等)稳定土或稳定碎(砾)石、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣(如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等)和土、砂、石所组成的混合料等。,路面工程概述,路面工程概述,垫层介于土基与基层之间功能是改善土基的湿度和温度状况，另方面的功能是将基层传下的车辆荷载应力进一步加以扩散，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 垫层材料分为两类一类是由松散粒料另一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层,根据现行的公路工程技术标准（JTG B01-200
10、3），路面面层的类型及选用如表所示。（按材料分）,注：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的统称，包括级配碎（砾）石路面、泥结碎（砾）石路面、水结碎石路面、填隙碎石路面及其它粒料路面。,路面工程概述,粒料类基层 由碎石或砾石组成的粒料结构，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,颗粒类、结合料类稳定基层,碎砾石基层与路面用加工轧制的碎（砾）石作主骨料，并以石渣和石屑嵌缝，用粘土或石灰土泥浆灌缝，按嵌挤原理压实形成的基层，称碎
11、（砾）石基层，按施工方法及所用填充结合料的不同，分泥结碎石、泥灰结碎石、干压碎石和水结碎石路面，后两种又统称为填隙碎石基层。,颗粒类、结合料类稳定基层,碎石路面优缺点,优点是投资不高，盛产石料地区可就地取材，并随交通量的增加进行分期修建和改善，还可在分期修建过程中作为其他路面的基层。缺点：平整度差，易扬尘，在行车和自然因素影响下，易产生磨损、松散、磨耗层脱落露骨等病害，因此维修养护工作量大，而且适应的交通量较小 基本要求： 碎石应具有较高的强度、韧性和抗磨耗能力，以不低于III级、带有棱角、近于立方体、表面粗糙的碎石为好。,颗粒类、结合料类稳定基层,磨耗层是路面的表面部分，其作用是抵抗车轮荷载
12、和自然因素对路面的破坏作用，从而有效地保证路面的强度和稳定性，并提高路面平整度，改善行车条件，延长使用寿命,保护层铺在磨耗层上面，用砂、土材料铺筑而成，厚度不大于lcm。用来减少车轮对磨耗层的直接磨损和自然因素对磨耗层的直接影响，是保护磨耗层延长其使用寿命的薄层,磨耗层,保护层,颗粒类、结合料类稳定基层,在粉碎的土中掺入一定量的无机结合料（包括水泥、石灰、工业废渣等），加水拌和并摊铺平整，碾压密实，其强度和稳定性符合规定要求的材料称为无机结合料稳定类材料，以此修筑的基层称为无机结合料稳定基层,结合料稳定类路面基（垫）层,颗粒类、结合料类稳定基层,石灰稳定土基（垫）层,石灰稳定土具有良好的力学性
13、能，并有较好的水稳性和定的抗冻性，它的初期强度和水稳性较低，后期强度较高；但由于干缩、冷缩，易产生裂缝。石灰稳定土可适用于各类路面的基层和底基层，但石灰土不宜用作高级路面的基层，而宜用作底基层,颗粒类、结合料类稳定基层,水泥稳定土基（垫）层,在粉碎的土或原状松散的土中，加入适量的水泥，加水拌和经摊铺，碾压养护成型的基层，称水泥稳定土基层 。水泥稳定类基层具有良好的整体性和足够的力学强度及足够的抗水性和抗冻性,图为水泥稳定土拌合站,颗粒类、结合料类稳定基层,石灰粉煤灰基层（工业废渣）： 包括石灰粉煤灰（二灰）、石灰粉煤灰土（二灰土）、 石灰粉煤灰砂（二灰砂）、石灰粉煤灰砂砾（二灰砂砾）、石灰粉煤
14、灰碎石（二灰碎石）、石灰粉煤灰矿渣（二灰矿渣）等；,颗粒类、结合料类稳定基层,路面基层类型二灰碎石,二灰碎石基层,路面基层类型水泥稳定碎石,路面基层类型沥青稳定碎石,路面基层类型土、石混合料,路面基层类型石灰稳定土混合料,沥青路面是采用沥青材料作结合料，粘结矿料或混合料修筑面层的路面结构 沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料作结合料，不仅增强了矿料颗粒间的粘结力，而且提高了路面的技术品质。,沥青施工图片,沥青路面概念,沥青路面,根据铺筑和压实时沥青混合料的温度，沥青碎石可分为热铺、温铺和冷铺三种。,特点 ：, 由于沥青碎石的强度主要靠石料颗粒间的嵌锁力，受沥青软化的影响较小，因此其热稳性较好
15、 沥青碎石的沥青用量较沥青混凝土和沥青贯入式为少，因此，沥青碎石的工程造价较低。沥青碎石混合料可以在厂内或中心站集中拌制，质量容易得到保证 沥青碎石面层的可施工期比沥青贯入式面层长,沥青碎石的主要缺点是：孔隙率较大，空气和表面水易透入,沥青碎石,沥青路面,用不同粒级的碎石、天然砂或破碎砂、矿粉和沥青按一定比例在拌和机中热拌所得的混合料称沥青混凝土混合料。这种混合料的矿料部分具有严格的级配要求，这种混合料压实后所得的材料具有规定的强度和孔隙率时，称作沥青混凝土。按粒径大小可分为：细粒式沥青混泥土、中粒式沥青混泥土、粗粒式沥青混泥土,沥青混凝土概念,沥青混凝土优缺点, 质量符合要求的沥青混凝土路面
16、的强度高 具有良好的平整度，表面坚实、无接缝，且经久耐用。 由于它的透水性小 混合料通常集中在拌和楼用机械加工拌制，石料的配合比以及沥青用量都得以严格控制，质量容易得到保证。 施工作业面大，操作方便 沥青混凝土面层的可施工期较沥青表面处治和沥青贯入要长。,沥青路面,沥青混凝土路面的施工有层铺法和拌和法两类,层铺法沥青表面处治施工，有先油后料和先料后油两种方法，其中以前者使用较多。现以三层式为例说明其工艺程序。三层式沥青表面处治路面施工程序为：备料清扫基层、放样和安装路缘石浇洒透层沥青洒布第一次沥青铺撒第一次矿料碾压洒布第二层沥青铺撒第二层矿料碾压洒布第三层沥青铺撒第三层沥青碾压初期养护。,沥青
17、路面,20世纪60年代,20世纪80年代,1988年以后,随着我国石油资源的大规模开发，揭开了使用国产沥青筑路的序幕。早期的沥青路面主要是铺筑在中级路面上的薄层表面处治层，以改善行车条件。至70年代末，逐步形成了以贯入式路面为主的沥青路面承重结构。,随着石油提炼技术的不断提高，我国已经能自行生产优质粘稠沥青,自1988年沪嘉高速及沈大高速建成通车以来，我国公路建设进入了以建设高速公路、一级公路等高等级公路为主的新时代，其中，沥青路面因其良好的行车舒适性和优异的使用性能得到广泛应用。,多蜡满凝液体沥青（渣油）,沥青路面现状,通过长期的科学研究，我国形成了适合自己实际的沥青路面整套技术，包括沥青原
18、材料的生产工艺、装备；沥青材料的技术指标和标准、试验设备与方法；沥青混合料的技术指标和标准、混合料设计技术、混合料性能检测设备及方法；沥青路面现代化施工整套设备、施工技术和施工管理,优质粘稠沥青,改性沥青,沥青路面的发展概况,沥青路面的发展概况,沥青路面的发展概况,“沪嘉高速公路”是中国大陆的第一条高速公路。沪嘉高速公路一九八四年十二月二十一日开始建造，一九八八年十月三十一日通车。 沪嘉高速公路的上海市高速公路编号是“上海高速A12”；中国国家高速公路的编号是“沪高速S5”。“沪嘉高速公路”的南部端点是上海市宝山区的真北路汶水路口，北部端点是上海市嘉定区的博乐南路嘉戬公路口，全长十六千米。高速
19、公路车道宽度五十五米，设计时速一小时一百二十千米。“沪嘉高速公路”总投资二点三亿元，平均一千米需要一千一二十七万元。,沪嘉高速:被称为“用脚走出的第一高速”,沥青路面的发展概况,沥青路面的发展概况,沈大公路以开工最早、当时里程最长等几项第一，被誉为“神州第一路”。,沈大高速是中国内地第一条建设的高速公路，也是中国内地第一条八车道高速公路，全长348公里，1990年完工时为全部四车道，全立交，全互通。2002年开始拓宽改造，于2004年改造完毕，为八车道高速公路，设计时速120公里。 1984年6月27日开工，根据国家计委批复沈阳、大连两头修建一级公路，中间段保持二级公路。1986年2月国家计委
20、批复了中间段改扩建为一级公路的设计任务书。至此全线建一级公路完备了立项手续。1987年9月，辽宁省计经委在征得国家计委的同意后，批复了沈阳、大连两头建汽车专用公路的可研报告和计划任务书。 1988年10月，沈大路除了建成中间段108公里一级公路外，还已建成沈阳至鞍山、大连后盐至三十里堡南北两段共131公里全立交、全封闭、全部控制出入口的收费高速公路。 1990年8月20日，经过6年多的努力，沈大高速公路全线建成并开放试通车。 2002年5月28日，沈大高速公路正式开始进行改扩建。 2004年8月29日，沈大高速公路改扩建工程竣工，全路段为八车道。设计行车速度120公里小时，昼夜通行能力可以达到
21、13万15万辆次。,沥青路面的发展概况,沥青路面的发展概况,沥青贯入式路面【bituminous penetration pavement】指的是用沥青贯入碎(砾)石作基层、联结层、面层的路面。即在初步压实的碎石(或破碎砾石)上，分层浇洒沥青、撒布嵌缝料，或再在上部铺筑热拌沥青混合料封层，经压实而成的沥青面层。 贯入式路面的强度与稳定性主要由石料相互嵌挤作用构成。贯入式路面需要2-3周的成型期，在行车碾压与重力作用下，沥青逐渐下渗包裹石料，填充空隙，形成整体的稳定结构层，温度稳定性好，热天不宜出现推移、拥包，冷天不宜出现低温裂缝，贯入式路面的最上层应撒布封层料或加铺拌和层。 沥青贯入式适用于二
22、、三级公路，也可作为沥青混凝土面层的联结层。,沥青贯入式路面,沥青路面的发展概况,沥青表面处治【bituminous surface treatment】 是用沥青和细粒料按层铺或拌和方法施工，厚度不超过3cm的薄层路面面层。指各种类型的基层上（往往先喷洒透层沥青，或先做下封层）或在老的沥青面层或水泥混凝土上（往往先喷洒粘层沥青）先喷洒一薄层，形成一薄的沥青膜然后撒铺一层石料，继而碾压而成。（由于处治层很薄,一般不起提高强度作用,其主要作用是抵抗行车的磨耗和大气作用,增强防水性,提高平整度,改善路面的行车条件。 沥青表面处治这种施工方法由于施工方便、造价低、效果好等特点，应在一系列的交通量不大
23、的农村公路铺筑沥青路面时广泛的使用和发展。以及在对一些高等级公路的养护中广泛应用。,沥青表面处治路面,水泥混凝土路面由混凝土面层、基层、垫层、路肩结构和排水设施等组成，如图所示。图中，左半侧为未设路面内部排水设施和采用沥青路肩的路面结构，右半侧为设置路面内部排水设施和采用水泥混凝土路肩的路面结构。,1-混凝土面层；2-基层；3-垫层；4-沥青路肩；5-路肩基层；6-土基；7-排水基层；8-不透水垫层；9-集水管；10-排水管；11-混凝土路肩；12-路面横坡；13-路肩横坡；14-反滤织物；15-拦水带；16-拉杆,水泥混凝土路面,优点：强度高、稳定性好、耐久性好、有利于夜间行车 缺点：对水泥
24、和水的需要量大、有接缝、开放交通较迟、修复困难,水泥混凝土路面,按作用的不同，接缝可分为缩缝、胀缝和施工缝三类 设置位置和构造应能满足三方面的要求： 控制温度伸缩形力和翘曲应力所引起的开裂出现的位置 能提供一定的荷载传递能力； 防止路表水下渗和坚硬杂物贯入缝隙内。,混凝土路面的接缝,水泥混凝土路面,缩缝的作用是控制混凝土的收缩应力和翘曲应力。按设置位置的不同，有横向缩缝和纵向缩缝两种。,水泥混凝土路面,胀缝：在桥涵两端以及小半径平、竖曲线处应设置胀缝。,水泥混凝土路面,在采用较短缩缝间距和非低温时浇筑混凝土的情况下，可仅在邻近构造物或与其他路面不对称交叉处设置胀缝。胀缝传力杆的尺寸、布置间距和
25、要求，与缩缝传力杆相同。但胀缝传力杆的一端需加金属套，套子应能套住传力杆5cm长，并在套顶留下至少22.5cm长的空间，供板伸长位移时传力杆相应地有向前移动的余地。,施工缝：每天工作结束或因临时原因而中断施工时，需设置横向施工缝,混凝土一次铺筑宽度小于路面宽度时，需设置纵向施工缝。横向施工缝应尽可能设在缩缝处，做成设传力杆的平缝形式。如有困难而设在缩缝之间时，施工缝采用设拉杆的企口形式，以保证缝隙不张开。纵向施工缝则采用设拉杆的平缝或设拉杆的企口缝形式。传力杆和拉杆的尺寸和间距与前述缩缝和胀缝的传力杆和拉杆相同。,水泥混凝土路面,水泥路面的发展概况,1990年以来水泥混凝土路面快速发展，水泥混
26、凝土路面的公路总里程由数千公里上升到数万公里，年建成水泥混凝土路面12万公里。截至2007年底，全国水泥混凝土路面总里程已达84.88万公里。,公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2002）公路水泥混凝土路面施工技术规范（JTG F30-2003）,里程,工艺,水泥混凝土路面研究的重点从设计理论逐渐转向施工实践，从人工、小型机具和真空吸水施工向大型专用快速机械化施工方面转变。施工质量大幅提高。路面类型：全缩缝插传力杆水泥混凝土路面、钢筋混凝土路面、连续配筋混凝土路面、钢纤维混凝土路面施工方式：滑模摊铺、轨道摊铺、三辊轴机组、碾压混凝土、小型机具五大方式,规范,水泥路面的发展概况类型,全
27、缩缝插传力杆的水泥混凝土路面,传力杆,水泥路面的发展概况类型,桥面铺装层的连续配筋混凝土路面,连续配筋混凝土路面 continuous reinforced concrete pavement 面层内配置纵向连续钢筋和横向钢筋，横向不设缩缝的水泥混凝土路面。连续配筋混凝土路面时为了克服水泥混凝土路面横向胀、缩缝的薄弱而引起的各种病害，如唧泥、错台等以及改善路用性能而采用的路面结构形式，具有行车舒适性好，承载能力高，使用寿命长、养护维修少等优点。,水泥路面的发展概况类型,云南曲胜高速公路,上下层撒布式钢纤维混凝土路面,云南曲靖胜关高速公路是国家高速公路网规划中上海昆明高速云南境内的起始段。工程2
28、000年1月8日开工，2002年10月18日通车。其中的曲靖至天生桥段全长24.3公里，路基宽26米，是云南第一段6车道水泥和混凝土高速公路，其中17.4公里为钢纤维混凝土路面，建成时是全国最长的一段钢纤维水泥混凝土路面,公路与路面等级划分,路面结构形式及其适用情况,路面的分级柔性路面,柔性路面的总体结构刚度较小，在车辆荷载作用之下产生较大的弯沉变形，路面结构本身的抗弯拉强度较低，它通过各结构层将车辆荷载传递给土基，使土基承受较大的单位压力。路基路面结构主要靠抗压强度和抗剪强度承受车辆荷载的作用。 柔性路面主要包括各种未经处理的粒料基层和各类沥青面层、碎(砾)石面层或块石面层组成的路面结构。,
29、路面的分级刚性路面,刚性路面主要指用水泥混凝土作面层或基层的路面结构。水泥混凝土的强度高，与其它筑路材料比较，它的抗弯拉强度高，并且有较高的弹性模量，故呈现出较大的刚性，在车辆荷载作用下，水泥混凝土结构层处于板体工作状态，竖向弯沉较小，路面结构主要靠水泥混凝土板的抗弯拉强度承受车辆荷载。通过板体的扩散分布作用，传递给基础上的单位压力较柔性路面小得多。,路面的分级半刚性路面,用水泥、石灰等无机结合料处治的土或碎(砾)石及含有水硬性结合料的工业废渣修筑的基层，在前期具有柔性路面的力学性质，后期的强度和刚度均有较大幅度的增长，但是最终的强度和刚度仍远小于水泥混凝土。由于这种材料的刚性处于柔性路面与刚性路面之间，因此把这种基层和铺筑在它上面的沥青面层统称为半刚性路面。这种基层称为半刚性基层。 半刚性基层的显著特点是：整体性强、承载力高、刚度大、水稳性好，而且较为经济。高等级公路越来越多地采用半刚性基层。,路面的分级半刚性路面,
