全部习题答案,重庆大学版路基路面工程课后习题答案

第一章

1.1答： （1）该市属于Ⅳ5区。

（2）路面底至地下水位的高度H=(1.9+0.2)m（假设学号20）

（3）查表1.5得黏性土路基的临界高度H1应为1.0-1.1

（4）由表1.4，可知路基干湿类型。

1.2答：

把液限含水率42%，塑性指数35带入得：

路段属于潮湿路段。

1.3答： （1）面层

面层是直接承受行车及自然因素作用的结构层，承受着较大的行车荷载，同时还受到降雨浸蚀和气温变化的影响，因此要求具有较高的结构强度、抗变形能力、较好的水温稳定性，且耐磨和抗滑。

（2）基层

基层主要承受由面层传来的车辆荷载，并将荷载扩散至下面的垫层和土基中，因此要求其具有足够的强度和刚度、良好的扩散应力的能力和水稳定性，且要求平整度好，以保证面层良好的工作性能。

（3）垫层

为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造成的不良影响，必要时应设置垫层。

垫层介于土基与基层之间，其功能是改善土基的水、温状况，将基层传下的应力扩散，阻止路基土挤入基层。

（4）路拱

为及时排出雨水，减少雨水对路面的浸润和渗透而减弱路面结构强度，路面表面需做成直线形或抛物线形的路拱。对于高等级路面，平整度水稳性好，常采用直线型或较小坡度。对于低等级路面，一般采用抛物线形且横坡度较大。

1.4答：道路上行驶的汽车轴载与通行次数可以按照等效原则换算为某一标准轴载的当量通行次数，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100 kN作为标准轴载。

轴载谱各种轴载的作用次数进行等效换算的原则是，同一种路面结构在不同轴载作用下达到相同的损伤程度。通过室内或道路现场的重复作用试验，可以建立荷载量级同达到相同程度损伤的作用次数之间的关系。依据这一关系，可以推算出不同轴载的作用次数等效换算成标准轴载当量作用次数的轴载换算系数公式：

式中ηi——i级轴载换算为标准轴载的换算系数；

Ps——标准轴载重，kN；

Ns——标准轴载作用次数；

Pi——i级轴载重，kN；

Ni——i级轴载作用次数；

α——反映轴型（单轴、双轴或三轴）和轮组轮胎数（单轮或双轮）影响的系数；

n——同路面结构特性有关的系数。

第二章

2.1答：①选择路基断面形式，确定路基宽度与路基高度。

②选择路堤填料与压实标准。

③确定边坡形状与坡度。

④路基排水系统布置和排水结构设计。

⑤坡面防护与加固设计。

⑥附属设施设计。

2.2答：①路堤沉陷：填料选择不当、压实不足、填筑方法不合理、原地面软弱。

②路基边坡破坏（滑坡）：原地面光滑、坡脚无支撑、水的浸蚀。

③碎落和崩塌：自然因素作用。

④路基沿山坡滑动：浸水形成滑动面，坡脚无支撑。

⑤不良地质水文条件造成的路基破坏：自然灾害。

2.3答：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称为路基工作区。

强度指标：土基回弹模量E、地基反应模量K、加州承载比CBR。

2.4答：由于浸水路基存在水的压力，因而需进行渗透动水压力的计算。

2.5答：

，，

代入公式

得＝

       ＝1.298＞1.25

所以边坡稳定

代入公式求得滑动面倾角

    ＝－53.33＝36.67

2.6答：

（一）用圆弧滑动面条分法计算：

（1）根据相关规范：

行车荷载换算高度：

（2）用4.5H法确定圆心辅助线。将坡脚跟荷载顶面连成一直线，根据该连线的坡比，利用插入法，查得辅助角为，滑动曲线圆心即在MO的延长线上。

（3）绘出不同位置的过坡脚的滑动曲线，分别试算。

（4）计算数据表如下

（6）用同样的方法可以求得另外一条滑动曲线的稳定系数：

比较K1与K2,都小于最小稳定系数1.25，因此边坡稳定。

（二）简化Bishop方法计算：

（1）滑动面曲线位于路堤堤身内，计算结果如下表：

简化的Bishop方法验算边坡稳定性计算表

故滑动面的稳定系数为2.1，大于1.35，故边坡稳定。

（2）滑动面曲线位于坡脚外侧，计算结果如下表：

简化的Bishop方法验算边坡稳定性计算表

故滑动面的稳定系数为1.58，大于1.35，故边坡稳定。

 （3）滑动面曲线通过坡脚时，计算结果如下表

简化的Bishop方法验算边坡稳定性计算表

2.7 答：已知，长度取1m，KN ; KN ; KN ;   ; 

剩余下滑力方法验算稳定性：

＝

＝＝-2.352＜0  

无剩余下滑力，不计入下一块的计算

   ＝

   ＝381.78－193.44＝188.34

                  ＝1115.57－1569.56＝﹣453.99＜0

            最后一块的剩余下滑力小于0，故边坡稳定。

不平衡推力法验算稳定性： 

   其中

解得：

     其中

解得：

令，即: 

采用迭代试算法,取

试算取＝1.3，代入上式得：=1.67，继续代入上式中得：=1.68

与几乎相等，试算得到取1.67＞1.3（规范中推荐的稳定安全系数），故边坡是稳定的。

第三章

3.1答：路基防护与加固工程，按其作用不同，可以分为坡面防护、冲刷防护和支挡构造物三大类。一般将防止冲刷和风化、主要起隔离作用的措施称为防护工程；将防止路基或山体因重力作用而坍滑，主要起支撑作用的支挡结构物称为加固工程。

植物防护：植草或喷播植草、铺草皮、种植灌木、喷混植生；

工程防护：喷护、挂网喷护、干砌片石护坡、浆砌片石护坡、护面墙；

冲刷防护：植物防护、砌石或混凝土护坡、土工织物软体沉排、石笼防护、浸水挡土墙、护坦防护、抛石防护、排桩防护。

3.2答：1）墙身

（1）墙背

  挡土墙靠近回填土的一面称为墙背，根据墙背倾斜方向的不同，墙身断面形式可分为仰斜、垂直、俯斜、凸型折线式、衡重式等，

石砌挡土墙断面形式图其中，仰斜墙背所受土压力最小，垂直墙背次之。对仰斜式挡土墙而言，墙背越缓，所受土压力越小，但施工越困难，一般控制墙背坡率小于1∶0.25（14°）。因此，仰斜式墙身断面较经济，用作路堑墙时，墙背与开挖的边坡较贴合。但当地面横坡较陡时，采用仰斜式墙背会使墙高增加，断面增大。

衡重式挡土墙示意图而俯斜式墙背所受压力较大，因此墙身断面比仰斜式要大，但当地面横坡较陡时，俯斜式挡土墙可采用陡直的墙面（1∶0.15~1∶0.4），从而减少墙高。减缓俯斜式墙背的坡度对施工有利，但所受土压力随之增加，致使 断面增大，因此墙背不宜过缓，通常控制坡率小于1∶0.4（21°48′）。

对于凸型折线式墙背，下部俯斜、上部仰斜，故断面较经济。

衡重式挡土墙形式，其墙面坡通常采用1∶0.05，上墙墙背俯斜坡比为1∶0.25~0.45，下墙墙背仰斜坡比为1∶0.25。上下墙的高度比采用2∶3，衡重台宽度通过计算、验算确定。

（2）墙面

墙面一般为平面，除其坡度与墙背坡度协调外，还应考虑墙趾处地面横坡度。当地面较陡时，墙面可直立或外斜1∶0.05~1∶0.2；当地面较缓时，墙面可放缓，一般为1∶0.2~1∶0.35，但不宜缓于1∶0.4，以免过多增加墙高。

（3）墙顶

墙顶最小宽度，浆砌挡土墙不小于50 cm，干砌不小于60 cm。浆砌路肩墙墙顶一般宜采用粗石料或混凝土做成顶帽，厚40 cm。如不做顶帽，对路堤墙和路堑墙，墙顶应以大块石砌筑，并用砂浆勾缝，或用5号砂浆抹平顶面，砂浆厚2 cm。干砌挡土墙墙顶50 cm 高度内，应用25号砂浆砌筑，以增加墙身稳定。干砌挡土墙的高度一般不宜大于6 m。

（4）护栏

为保证交通安全，在地形险峻地段，在过高过长的路肩墙的墙顶应设置护栏。为增加安全感，应在地形险峻地段的挡土墙顶部设置。一般墙高大于6 m、长度大于20 m的路肩墙应设置护栏。为保持土路肩最小宽度，护栏内侧边缘距路面边缘的距离，二、三级路不小于0.75 m，四级路不小于 0.5 m。

3.3答：挡土墙稳定性验算

（1）抗滑稳定性验算

为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力；

（2）抗倾覆稳定性验算

为保证挡土墙抗倾覆稳定性，需验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。

（3）基底应力及合力偏心距验算

为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，应控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。

增加挡土墙稳定性的措施

（1）增加抗滑稳定性的方法

①设置倾斜基底（图3.35）。设置向内倾斜的基底，可以增加抗滑力和减少滑动力，从而增加了抗滑稳定性。

基底倾斜角α0越大，越有利于抗滑稳定性，但应考虑挡土墙连同地基土体一起滑走的可能性，因此对地基倾斜度应加以控制。通常，对土质地基，不陡于1∶5（α0≤11°10′），对岩石地基不陡于1∶3（α0≤16°42′）。

此外，在验算沿基底的抗滑稳定性的同时，还应验算通过墙踵的地基水平面（图3.35中Ⅰ—Ⅰ水平面）的滑动稳定性。

②采用凸榫基础。在挡土墙基础底面设置混凝土凸榫，与基础连成整体，利用榫前土体产生的被动土压力来增加挡土墙的抗滑稳定性。

（2）增加抗倾覆稳定性的方法

为增加抗倾覆稳定性，应采取加大稳定力矩和减小倾覆力矩的办法。

①展宽墙趾。在墙趾处展宽基础以增加稳定力臂，是增加抗倾覆稳定性的常用方法。但在地面横坡较陡处，会由此引起墙高增加。

②改变墙面及墙背坡度。

③改变墙身断面类型。当地面横坡较陡时，应使墙胸尽量陡立。

3.4答：1）悬臂式挡土墙

钢筋混凝土悬臂式挡土墙由立臂和底板组成，具有3个悬臂（即立臂、趾板和踵板），同时固定在中间夹块上。墙的稳定性依靠墙身自重和踵板上的填土重量来保证，而趾板的设置又显著地增加了抗倾覆力矩的力臂，因此结构形式比较经济，适用于石料缺乏及地基承载力较低的填方地段。

2）锚杆挡土墙

锚杆挡土墙是由钢筋混凝土墙面和钢锚杆组成的支挡构造物，靠锚固在稳定地层内的锚杆对墙面的水平拉力以保持墙身的稳定，多用于具有较完整岩石地段的路堑边坡支挡。

墙面一般是由预制的立杆和挡土板组成，称为柱板式墙，也可以就地浇筑成整体的板壁式墙。柱板式一般由肋柱、挡土板及灌浆锚杆组成，具有较大的抗拔力，可用于路堑或路堤挡土墙；板壁式一般由钢筋混凝土板和楔缝式锚杆组成，多用于边坡防护。

3）锚定板式挡土墙

锚定板挡土墙是一种适用于填方的轻型支挡结构物，由钢筋混凝土墙面、钢拉杆、锚定板以及其间的填土共同形成的一种组合挡土结构，它借助埋在填土内的锚定板的抗拔力，平衡挡土墙墙背水平上压力，从而改变挡土墙的受力状态，达到轻型的目的。其主要特点是结构轻、柔性大。由于其具有省料、能适应承载力较低地区的特点，在我国铁路与公路工程中已应用于路肩或路堤挡土墙和桥台。

4）加筋土挡土墙

加筋土挡土墙是由面板、筋带和填料三部分组成的复合结构，在垂直于墙面的方向，按一定间隔和高度水平地放置拉筋材料，然后填土压实，依靠填料与筋带的摩擦力来平衡面板所承受的水平土压力，从而稳定土体、保持加筋土挡土墙的内部稳定；并以这一复合结构去抵抗筋带后部一般填料所产生的土压力，起支挡作用，获得加筋土挡墙的外部稳定。

5）护肩及砌石

陡山坡上的半填半挖路基，填方边坡不易填筑时，可以修筑护肩。

6）垒石、填石、石垛

山区公路在丰产石料及石方开挖地段，因地制宜设置垒石、填石或石垛等支挡构筑物，既能保证路基稳定，又能节约工程投资。

3.5答：基础埋置深度

要求：应保证基底可能出现的最大应力不超过地基土层的承载力。一般埋深越大，承载力越大而且分布也更均匀；应保证基础不受冲刷；应防止基础因地基冻融而破坏。挡土墙宜采用明挖基础，基底建筑在大于5%纵向斜坡上的挡土墙，其基底应设计为台阶式。

基础的埋置深度应符合下列要求：

①当冻结深度小于或等于1 m时，基底应在冻结线以下不小于0.25 m，并应符合基础最小埋置深度不小于1 m的要求。

②当冻结深度超过1 m时，基底最小埋置深度不应小于1.25 m，并对基底至冻结线以下0.25 m深度范围的地基土采取措施，防止冻害。

③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1 m。

④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风化层以下；在软质岩石地基上，基底最小埋置深度不小于1 m。

⑤路堑挡土墙基底在路肩以下不小于1.0 m，并低于边沟砌体底面不小于0.2 m。

3.6答：

（1）已知，

假设荷载破裂面位于荷载内，则破裂土楔面积为

 即=30.1  =－8.06

破裂角

校核： m

 故破裂面交于荷载内，与假定相符。

主动土压力

主动土压力作用点位置：

（2）稳定性验算：

抗滑稳定性验算：

按相关规范取：

=80.94＞0

所以抗滑稳定性满足要求。

抗倾覆稳定性验算：

=448.2＞0

所以抗倾覆稳定性满足要求。

3.7答：浸水挡土墙设计

设计长期或季节性浸水的挡土墙，除了按一般挡土墙考虑所作用的力系外，还应考虑水对墙后填料和墙身的影响：

①浸水的填料受到水的浮力作用而使土压力减小；

②砂性土的内摩擦角受水的影响不大，可认为浸水后不变，但黏性土浸水后抗剪强度显著降低；

③墙背与墙面均受到静水压力，在墙背与墙面静水位水平一致时，两者互相平衡;而当有一水位差时，则墙身受到静水压力差所引起的推力；

④墙外水位骤然降落，或者墙后暴雨下渗在填料内出现渗流时，填料受到渗透动水压力；

⑤墙身受到水的浮力作用，而使其抗倾覆及抗滑动稳定性减弱。

第四章

4.1答：石灰稳定材料强度形成机理：离子交换作用、结晶作用、火山灰作用、碳酸化作用。影响因素：土质、灰质、石灰剂量、含水量、密实度、龄期、养生条件。

水泥稳定材料强度形成机理：水化作用、离子交换作用、化学激发作用、碳酸化作用。

影响因素：土质、水泥成分和剂量、含水量、施工工艺过程。

4.2答：纯碎石材料强度构成:按嵌挤原则产生强度，它的抗剪强度主要决定于剪切面上的法向应力和材料内摩阻角。

土-碎（砾）石混合料材料强度构成：含土量小时，主要靠颗粒之间通过压实而得到嵌挤（锁结）作用；含土量较多时，按照密实原则形成强度（细料提供的黏结作用）。

第五章

5.1答：具体来说，沥青路面具有以下良好性能：

①具有足够的力学强度，以承受汽车荷载的作用；

②具有一定的弹性和塑性变形能力，承受一定的应变而不破坏；

③与汽车轮胎的附着力较好，保证行车安全；

④具有很好的减振性，汽车可快速行驶而平稳无噪声；

⑤不扬尘，易冲扫和清洗；

⑥维修方便简单，且沥青路面可再生利用。

缺点：

温度敏感性较高，夏季强度下降，若控制不好会使路面发软泛油或推移剪切破坏乳化沥青。低温时沥青材料变脆可能引起路面开裂。

5.2答：1）沥青路面面层结构

沥青面层直接经受车轮荷载反复作用和各种自然因素影响，并将荷载传递到基层以下的结构层。因此，沥青面层应满足功能性和结构性的使用要求。沥青面层可为单层、双层、三层。双层结构分为表面层、下面层；三层结构分为表面层、中面层、下面层。

表面层应平整密实、抗滑耐磨、稳定耐久，同时应具有高温抗车辙、低温抗裂、抗老化等品质；中、下面层应具有一定的密水性、抗剥落性，抗剪强度高；下面层应具有良好的抗疲劳裂缝的性能和兼顾其他性能要求。中、下面层在抗滑性能和平整性方面要求比表面层稍低，但其他方面要求一样，特别对密实防水和抗剪切变形等方面要求较高。

2）沥青路面基层结构

沥青路面的基层主要承担向下传递全部负荷、支承面层的重要功能，同时还受到土基水温状况多变而发生的地基承载力变化的敏感性的影响，因此基层是承上启下保证路面结构耐久、稳定的承重结构层。

沥青路面视基层厚度的不同，可分为上基层、下基层；按照材料与力学特性的不同可以分为柔性基层、半刚性基层和刚性基层等。

（1）柔性基层

柔性基层主要采用沥青处治的级配碎石和无结合料的级配碎石修筑基层。通常，沥青碎石适用于中等交通及更高交通等级的柔性基层；而无结合料的级配碎石适用于交通等级较低的、中等交通以下的沥青路面基层。柔性基层由于其力学特性与沥青面层一样都属于柔性结构，因此应力、应变传递的协调过渡方面比较顺利，同时由于结构材料均为有级配的颗粒状材料，所以结构排水畅通，路面结构不易受水损害。柔性基层的缺点在于基层本身刚度较低，因此沥青面层将承受较多的荷载弯矩，在同样交通荷载作用下，沥青面层应采用较厚的结构层。

（2）半刚性基层

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。半刚性基层对集料的品质要求不是很高，且经过适当养生，结合料硬化之后，整个基层产生板体效应，大大提高了路面结构的整体刚度。半刚性基层沥青路面整体刚度较强，因此沥青面层的厚度可以适当减薄，由于半刚性基层承受了荷载弯矩的主要部分，沥青面层因荷载引起的裂缝破坏较少。半刚性基层的主要缺点是它本身的收缩裂缝难以避免，如沥青面层没有足够的厚度（通常认为沥青面层厚度小于20 cm），基层的横向收缩裂缝在使用初期即会反射至沥青面层，形成较多的横向开裂。此外，在多雨地区，半刚性基层直接铺筑在沥青面层之下，雨水不易向下渗透，造成沥青路面水损害等病害，因此在选用时应全面权衡利弊。

（3）刚性基层

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。刚性基层沥青路面的基层混凝土板承受了绝大部分车轮荷载，沥青面层的弯拉应力很小，主要考虑表面的功能效应，即满足路面平整性、抗车辙、防水、防渗等要求。刚性基层沥青路面同样存在基层收缩裂缝向上发展而形成沥青面层横向裂缝等 病害的可能性。

基层结构一般较沥青面层厚，通常需要20~40 cm，甚至更厚。为了节省原材料，降低造价，可将基层分为上基层、下基层（也称为底基层）。虽然都属基层结构，下基层的工作环境没有上基层严峻，因此可以采用性能略低的结合料与集料。基层材料以集料为主，应尽量利用当地材料，以降低工程造价。

选择基层类型关系到路面结构的耐久性和长期使用性能，首先应根据路面结构所承受的交通等级进行比选，同时应考虑地基支承的可靠性以及当地水温状况和路基排水与路基稳定的可靠程度作不同方案，比较后择优选定。

在交通环境各方面工作条件都十分恶劣的情况下，可以考虑各种基层组合使用。如地基承载力不佳、交通特别繁重、雨水集中、路基排水不良，可以考虑半刚性基层和柔性基层组合应用。用半刚性下基层、柔性上基层，一方面提高结构承载力，减轻沥青面层荷载应力；同时发挥柔性基层变形协调，利于渗水排水的优势，使路面始终保持良好工作状态，还可避免横向裂缝反射到面层。对于严重超载的沥青路面，除了采用组合基层之外，也可以采用配钢筋的混凝土或连续配筋混凝土板作基层的沥青路面。

基层结构的厚度主要应满足强度和刚度的设计要求，在厚度设计时应逐层进行验算。除此之外，还应考虑施工实施的可行性和材料规格对厚度的影响。一般情况下，基层的厚度应大于混合料最大粒径的4倍，同时还应考虑压实机具的功能，通常取能一次压密的最佳厚度。若基层厚度超过最佳厚度，可分几层摊铺，每层厚度接近最佳厚度。各种基层的最小压实厚度。

3）沥青路面垫层结构

沥青路面垫层结构位于基层以下，主要用于路基状况不良的路段，以确保路面结构不受路基中滞留的自由水的浸蚀以及冻融的危害。通常认为路基处于以下状况，应设置垫层：

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，可能产生冻胀需设防冻垫层的路段；

④基层、底基层可能受污染以及路基软弱路段。

从垫层设置目的与功能出发，垫层分为：

①防水垫层；

②排水垫层；

③防污垫层；

④防冻垫层。

当路基处于潮湿、过湿状态，土质不良，粉土的含量高，在毛细水作用下水分将自     

下而上渗入底基层和基层结构，为隔断地下水源而应设置防水垫层。防水垫层应不含粉土、黏土的成分，主要采用粗砂、砂砾、矿渣等粗粒材料铺筑。在垫层以下应铺设不透水层（如透水系数低的黏土层及土工织物反滤层），防止自下而上的渗透和污染。

排水垫层的功能主要是排除通过路基顶面渗入的潜水、泉水和毛细上升水。排水垫层的材料规格、要求以及排水能力、结构层厚度均应满足路面结构排水设计的规定与要求，通过设计计算确定。排水垫层与路基路面排水系统的衔接、出口的设置等都应按照设计要求选定。排水垫层以下应设置土工织物反滤层，严防路基土通过地下水进入排水垫层污染结构降低排水功能。若排水垫层同时也承担着排除地面渗入路面结构的雨水的功能，则排水层与底基层的交界面上亦应设置反滤层，以防止基层材料的有害成分污染排水层，影响其排水功能的发挥。

对于地处软土地带的潮湿路段，为了防止路基土浸入路面污染结构，可设置防污垫层作为隔离层，以保护路面结构。

5.3答：设计指标与标准

我国沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以路表回弹弯沉和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性及刚性材料基层弯拉应力为设计指标，进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。

设计控制指标是根据路面结构的损坏过程和损坏机理达到的极限状态，是从力学响应提出的控制指标。路面结构设计中，结构厚度分布若满足了控制指标的极限标准，就能保证路面结构在设计使用期内正常工作，不致出现破坏的极限状态。

路面结构的破坏状态和机理是极其复杂的，至今还没有全部为人们所认识，即使有一些破坏状态已为人们认识，但是要从力学机理的角度，从理论上作准确的分析，并且将它列入设计系统中成为一项控制指标也需要漫长的研究过程。弯沉与弯拉应力（或弯拉应变）是目前各种力学经验法普遍采用的设计控制指标。

路面结构的路表弯沉是表征路面结构在设计标准轴载作用下垂直方向的总位移。弯沉是表征路面结构总体刚度的指标。在荷载作用相同、土基支承相同的条件下，弯沉越小，表明总体刚度越大，因此它的抗变形能力与抗压入、抗弯曲能力也大。弯沉的大小也能表征土基支承的强弱，在夏季炎热季节，沥青面层抗高温稳定性也能间接地、相对地由弯沉表征出来。以弯沉值作为设计控制指标的另一个优点是便于直接量测。因此，我国沥青路面设计方法较长时间都采用以路表弯沉作为设计控制指标。

5.4答：沥青路面结构组合设计

沥青路面通常由沥青面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成。路面结构组合设计即按照当地设计前提条件（交通组成、环境、土基条件、材料特性），根据路面的基本要求和设计原则，依照弹性层状体系理论应力应变分析的结论，对用不同材料组成的路面各结构层进行合理安排，确保在时间年限内，沥青路面承受行车荷载和自然因素的共同作用，充分发挥各结构层的最大效能，使整个路面结构满足技术经济合理的要求。

沥青路面结构组合设计应在充分吸取已有成功建设经验的基础上，遵循如下原则：

①保证路面表面使用品质长期稳定。在整个设计使用期内，表面抗滑安全性能、平整性、抗车辙性能等各项功能指标均稳定在允许范围内。

②路面结构层的强度、抗变形能力与各层次的力学响应相匹配。如路面在行车荷载   

（包括垂直力和水平力）作用下，内部产生的应力和应变随深度向下而递减。因此，要求各层的强度和抗变形能力可自上而下逐渐减小，使得各结构层材料的效能得到充分发挥。

③直接经受温度、湿度等因素变化而造成的强度、稳定性下降的结构层次，应提高其抵御能力。

④充分利用当地材料，降低建设和养护费用

5.5答：沥青路面稳定性与耐久性

沥青路面直接承受车辆荷载和大气因素的作用，同时沥青混合料的物理、力学性质受气候因素和时间因素的影响，为保证路面为车辆提供稳定、耐久的服务，沥青路面必须具有足够的稳定性和耐久性，即高温稳定性、低温抗裂性、水稳定性、耐疲劳性能和抗老化性能5种性能。其中，高温稳定性和低温抗裂性称为沥青路面的温度稳定性，水稳定性、耐疲劳性能和抗老化性能称为沥青路面的耐久性。

沥青路面高温稳定性

沥青路面的高温稳定性通常是指沥青混合料在荷载作用下抵抗永久变形的能力。推移、拥包、搓板、泛油等现象均属于沥青路面高温稳定性不足的表现。推移、拥包、搓板等损坏主要是由于沥青路面在水平荷载作用下抗剪强度不足引起的。对于渠化交通的沥青路面来说，高温稳定性不足主要表现为车辙。而泛油是由于交通荷载作用使混合料内部集料不断挤紧、空隙率减小，最终将沥青挤压到道路表面，令路面光滑而导致抗滑能力下降。

1）车辙的形成机理及影响因素

车辙主要发生在高温季节，在渠化交通的重交通道路上。当沥青路面采用半刚性基层时，车辙主要发生在沥青面层。根据车辙的形成原因，可分为3种类型：失稳型车辙、结构型车辙、磨耗型车辙。纵观车辙的形成过程，可简单地分为3个阶段。

（1）初始阶段的压密过程

沥青混合料经碾压后，在高温下处于半流态的沥青及由沥青与矿粉组成的胶浆被挤进矿料间隙中，同时集料被强力排列成具有一定骨架的结构。交付使用后，在汽车荷载作用下，密实过程进一步发展，在轮辙位置产生局部沦陷。

（2）沥青混合料的侧向流动

高温下的沥青混合料在轮胎荷载作用下，沥青及沥青胶浆产生流动，除部分填充混合料空隙外，还将促使沥青混合料产生侧向流动，从而使路面受载处被压缩，而轮辙的两侧向上隆起形成马鞍形车辙。

（3）矿料的重新排列及矿料骨架的破坏

高温下处于半固态的沥青混合料，由于沥青及胶浆在荷载作用下首先流动，混合料中粗细集料组成的骨架逐渐成为荷载的主要承担者，促使沥青及胶浆向富集区流动，加速了混合料网络结构的破坏，特别是沥青及胶浆过多时，这一过程会更加明显。

由此可见，车辙形成的最初原因是压密及沥青高温下的流动，最后导致骨架的失稳，从本质上讲就是沥青混合料的结构特征发生了变化。

2）沥青混合料高温稳定性评价方法

目前沥青混合料高温稳定性的评价方法主要有：

（1）单轴压缩试验（无侧限抗压强度法）

用于沥青混合料高温稳定性评价最简便的方法是以高温（一般采用60 ℃）抗压强度RT及用常温与高温时抗压强度的比值即软化系数KT(RT/R20)来衡量。

（2）马歇尔试验

马歇尔试验以沥青混合料在60 ℃条件下的马歇尔稳定度和流值来评价高温稳定性。其特点是试验方法简单，便于现场质量控制。马歇尔稳定度和流值与沥青混合料高温稳定性有一定的相关关系，但试验试件受力状态与实际受力状态不符，不能反映路用性能，是一项经验性指标，不能确切反映永久变形产生的机理。

（3）蠕变试验

由于马歇尔稳定度和流值是混合料稳定性的一种经验性指标，它不能确切反映永久变形产生的机理，近年来，有以蠕变试验取代它的趋势。

蠕变试验采用单轴静载、三轴静载、单轴重复加载和三轴重复加载4种方式进行。

（4）轮辙试验

轮辙试验是一种模拟实际车轮荷载在路面上行走而形成车辙的工程试验方法，从广义上来说，室内小型往复轮辙试验、旋转轮辙试验、大型环道试验或直道试验等都可认为是属于轮辙试验范畴。这些试验最基本的和共同的原理就是通过采用车轮在板块状或路面表面结构上反复行走，观察和检测试块或路面结构的响应。

（5）简单剪切试验

沥青路面混合料的高温永久变形主要是由沥青混合料的塑性剪切流动引起的，简单剪切试验就是用于直接考察沥青混合料的抗剪切流动性能。这个试验方法由土的直剪试验方法移植过来，并进一步考虑了沥青混合料的特殊性质，增加了垂直的动力荷载、围压和温度控制，可测定试件的回弹剪切模量、动力剪切模量等。

沥青路面耐老化性能

沥青材料在沥青混合料的拌和、摊铺、碾压过程中，以及沥青路面的使用过程中，都存在老化的现象。老化过程一般分为两个阶段，即施工过程中的短期老化和路面使用过程中的长期老化。沥青路面碾压成型后，沥青混合料的抗老化能力不仅与沥青材料有关，除了光、氧等自然气候条件有关外，也与沥青在混合料中所处的形态有关，如混合料空隙率大小、沥青用量等。沥青混合料的老化将导致沥青路面路用性能的降低。

1）沥青的老化过程

沥青的耐久性是影响沥青路面使用质量和寿命的重要因素。路面铺筑时受加热作用，路面建成后受自然因素和交通荷载作用，沥青的技术性能向着不利的方向发生不可逆的变化即沥青的老化。受沥青老化的制约，沥青混合料的物理力学性能随着时间的推移逐年降低直至满足不了交通荷载的要求。

沥青的短期老化可分为3个阶段：

（1）运输和储存过程的老化

沥青从炼油厂到拌和场的热态运输一般在170 ℃左右，进入储油罐或池中后温度有所降低。调查资料表明，这一阶段的沥青的技术性能几乎没有变化，因此在运输过程中沥青的老化非常小。

（2）拌和过程的老化

加热拌和过程中，沥青是在薄膜状态下受到加热，比运输过程中的老化条件严重得多。沥青混合料拌和后沥青针入度降低到拌和前针入度的80%~85%。因此，拌和过程中引起的沥青老化是严重的，是沥青短期老化最主要的阶段。

（3）施工期的老化

沥青混合料运到施工现场摊铺、碾压完毕，降温降至自然温度，这一过程中裹附石料的沥青薄膜仍处于高温状态，沥青的热老化依旧在进一步发展。

沥青混合料长期老化是一个漫长而复杂的过程，具有以下特点：①沥青路面使用早   

期针入度急剧变小，随后变化缓慢，大体发生在使用1年至4年之间；②老化主要发生在路表与大气接触部分，在深度0.5 cm处针入度降低幅值相当大；③沥青混合料的空隙率是影响沥青老化的主要因素；④当路面中的沥青针入度减小至35~50（0.1 mm）时，路面容易产生开裂，小于25（0.1 mm）时，路面容易产生龟裂。

2）沥青老化的试验与评价

（1）短期老化试验方法

短期老化的试验方法应体现松散混合料在拌和、储存和运输中受热而挥发和氧化的效应，以模拟沥青混合料在施工阶段的老化效果。SHRP根据以往研究，提出了3种方法：烘箱老化法、延时拌和法、微波加热法。

（2）长期老化试验方法

沥青混合料长期老化试验方法应着重体现沥青混合料压实成型试件持续氧化效应，以模拟使用期内沥青路面的老化效果。SHRP提出了3种方法：加压氧化处理、延时烘箱加热、红外线/紫外线加热。

沥青路面的抗老化性能是沥青路面耐久性的重要组成部分，虽然关于沥青老化方面已经有了很多研究，然而对于沥青路面的老化机理、老化过程的影响因素、老化性能的评价方法、老化性能与其他路用性能之间的关联性，以及怎样来预防沥青路面的老化等一系列问题尚未得到解决，都有待进一步探求。

5.6答：设计指标与标准

我国沥青路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状体系理论，以路表回弹弯沉和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性及刚性材料基层弯拉应力为设计指标，进行路面结构厚度设计。设计完成后，路面结构的路表弯沉与各结构层的弯拉应力均应满足设计指标的极限标准。

设计控制指标是根据路面结构的损坏过程和损坏机理达到的极限状态，是从力学响应提出的控制指标。路面结构设计中，结构厚度分布若满足了控制指标的极限标准，就能保证路面结构在设计使用期内正常工作，不致出现破坏的极限状态。

路面结构的破坏状态和机理是极其复杂的，至今还没有全部为人们所认识，即使有一些破坏状态已为人们认识，但是要从力学机理的角度，从理论上作准确的分析，并且将它列入设计系统中成为一项控制指标也需要漫长的研究过程。弯沉与弯拉应力（或弯拉应变）是目前各种力学经验法普遍采用的设计控制指标。

路面结构的路表弯沉是表征路面结构在设计标准轴载作用下垂直方向的总位移。弯沉是表征路面结构总体刚度的指标。在荷载作用相同、土基支承相同的条件下，弯沉越小，表明总体刚度越大，因此它的抗变形能力与抗压入、抗弯曲能力也大。弯沉的大小也能表征土基支承的强弱，在夏季炎热季节，沥青面层抗高温稳定性也能间接地、相对地由弯沉表征出来。以弯沉值作为设计控制指标的另一个优点是便于直接量测。因此，我国沥青路面设计方法较长时间都采用以路表弯沉作为设计控制指标。

新建沥青路面厚度设计按照以下步骤进行：

①根据设计任务书的要求，按设计回弹弯沉和容许弯拉应力两个设计指标分别计算设计年限内的标准轴载累计当量轴次，确定交通量等级、面层类型，并计算设计弯沉值和容许弯拉应力；

②按路基土类与干湿类型及路基横断面形式，沿线将路基划分为若干路段，确定各路段土基回弹模量值；

③参考本地区工程经验，拟订若干个路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进   

行配合比试验，测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数；

④计算路面结构表面弯沉值与结构层层底弯拉应力；

⑤根据设计指标，采用多层弹性体系理论设计程序计算路面结构设计层的厚度，验算层底拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比，提高材料极限抗拉强度，再重新计算；

⑥对于季节性冰冻地区，应验算防冻厚度是否满足要求；

⑦进行技术经济比较，确定采用路面结构方案。

第六章

6.1答：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：对水泥和水的需要量大、有接缝、开放交通较迟、修复困难。

6.2答：混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成，它具有热胀冷缩的性质，这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力，以及板的自重、车轮荷载等的约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂或拱胀等破坏。为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把路面分割成许多板块。接缝主要分为横缝和纵缝，横幅又分为缩缝、胀缝和施工缝。缩缝的作用是保证板因温度和湿度的降低而收缩，沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则裂缝。缩缝的间距一般为4~6米，昼夜气温变化较大的地区或地基水文情况不良路段应取低限值，反之取高限值。胀缝的作用是保证板在温度升高时能部分伸长，从而避免路面板在热天的拱胀和折断破坏，同时其能起到缩缝的作用。在邻近桥梁或固定建筑物处，或与其他类型路面相连接处、板厚变化处、隧道口、小半径曲线和纵坡变化处应设置胀缝。施工缝是每天完工及因雨天或其他原因不能继续施工时的筑接缝。施工缝应尽量设置在胀缝处，如不可能也应设置在缩缝处。

6.3答：水泥混凝土路面设计内容：路面结构层组合设计、混凝土面板厚度设计、混凝土面板的平面尺寸与接缝设计、路肩设计、混凝土路面的钢筋配筋率设计。

水泥混凝土路面结构设计原则：

密切结合本地区实践经验，将混凝土路面板按重要工程结构的要求完成设计。

选择技术先进、经济合理、安全可靠的方案。

应结合当地实践基础，积极推广成熟的科研成果。

路面设计方案应充分考虑沿线环境的保护。

为确保工程质量，应尽可能选择有利于机械化、工厂化施工的设计方案。

对于地处不良地基的路段，应采取有效措施加快稳定路基沉降。

6.4答：我国水泥混凝土路面结构设计以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载Pm和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准。

6.5答：依据公路技术等级、交通荷载、路基支承条件以及当地温度和湿度状况，选择和组合与之相适应的水泥混凝土路面结构，并满足预定的使用性能要求。

①所组合的路面结构，各个结构层的力学特性及其组成材料性质应满足各自的功能要求。

②应充分考虑结构层上下层次的相互作用、层间结合条件和要求以及组合结构的协调和平衡。

③应充分考虑地表水的入渗和冲刷作用，采取疏排措施，防止渗入水积滞在路面结

构内，并选用抗冲刷能力强的材料做基层或底基层。

6.6答：我国水泥混凝土路面设计采用弹性半空间地基上的弹性薄板理论，根据位移法有限

元分析的结果，同时考虑荷载应力和温度应力综合作用产生的疲劳损害确定板厚，以疲劳开裂作为设计指标。

6.7答：泥混凝土路面结构分析采用弹性地基板理论，除粒料类基层外，其他基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料类基层及各类底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。

6.8答：沥青路面：我国路面设计以双轮组单轴载100 kN为标准轴载，以BZZ-100表示。路面设计采用统一的标准轴载表示，一般按照等效原则进行当量换算，得到当量的标准轴载作用次数。

水泥路面：按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100 kN单轴-双轮组荷载作为设计轴载，对极重交通荷载等级的水泥混凝土路面，宜选用货车中占主要份额特重车型轴载作为设计轴载。各类车辆按轴型称重和统计时，可采用以轴型为基础的轴载当量换算系数法计算分析设计车道使用初期的设计轴载日作用次数。

第七章

7.1答：排水的目的与意义

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出路界，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。通常地表排水可以划分为路面表面排水、分隔带排水和坡面排水三部分。分隔带排水，视其宽度和表面横向坡度倾向，可以包括分隔带和左侧路缘带，或者仅为分隔带，而在设超高路段，它还包括上侧半幅路面的表面水。坡面排水包括路堤坡面、路堑坡面和倾向路界的自然坡面的排水。

路面工程的实践证明了路面内部排水的重要性。新建的刚性路面需设置各种接缝，而沥青路面在使用期间又会出现各种裂缝、松散及坑槽等病害。降落在路面表面的水会通过路面接缝或裂缝及松散等病害处或者沥青路面面层空隙下渗入路面结构内部。此外，公路两侧有滞水时，水分也可能从侧向渗入路面结构内部。路面内部排水系统的设计通常需满足3个方面的要求：一是各项设施应具有足够的泄水能力，排除渗入路面结构内的自由水；二是自由水在路面结构内的渗流时间不能太长，渗流路径不能太长；三是排水设施要有较好的耐久性。

7.2答：常用的路基地面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流槽等，必要时还有渡槽、倒虹吸及积水池等。

7.3答：

7.3.1路面表面排水

路面表面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。

7.3.2分隔带排水

分隔带排水是高速公路及一级公路地表排水的重要内容，应根据分隔带宽度、绿化和交通安全设施的形式和分隔带表面的处理方式等因素选择不同的排水方式。

7.3.3路面内部排水

水可以通过路面接缝、裂缝、路面表面和路肩渗入路面，或是由高水位地下水、截断的含水层和当地泉水进入路面结构.

对于高速公路分隔带排水我国《公路排水设计规范》（JTG/T D33—2012）将分隔带排水划分为3种类型。

①宽度小于3 m且表面采用铺面封闭的分隔带排水，降落在分隔带上的表面水排向两侧行车道，其坡度与路面的横坡度相同；在超高路段上，可在分隔带上侧边缘处设置缘石或泄水口，或者在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或碟形混凝土浅沟和泄水口，以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。缘石过水断面的泄水口可采用开口式、格栅式或组合式；碟形混凝土浅沟的泄水口采用格栅式。格栅铁条应平行于水流方向，孔口的净泄水面积应占格栅面积的一半以上，泄水口间距和截流量计算以及断面尺寸等可通过计算选取。

②宽度大于3 m且表面未采用铺面封闭的分隔带排水，降落在分隔带上的表面水汇集在分隔带的低洼处，并通过纵坡排流到泄水口或横穿路界的桥涵水道中。分隔带的横向坡度不得陡于1∶6；分隔带的纵向排水坡度，在过水断面无铺面时不得小于0.25%，有铺面时不得小于0.12%。当水流速度超过地面的最大允许流速时，应在过水断面宽度范围内对地面土进行防冲刷处理，做成三角形或Ｕ形断面的水沟。防冲刷层可采用石灰或水泥稳定土，或者采用浆砌片石铺砌，层厚10~15 cm。当分隔带内的水流流量过大或流速超过允许范围处，或者在分隔带低凹区的流水汇集处，应设置格栅或泄水口，并通过排水管引排到桥涵或路界外。格栅可以同周围地面齐平，也可适当降低，并在其周围一定宽度范围内做成低凹，以增加泄水能力。

③表面无铺面且未采用表面排水措施的分隔带，降落在分隔带上的表面水下渗，由分隔带内的地下排水设施排除。常用的纵向排水渗沟，应隔一定间距通过横向排水管将渗沟内的水排出路界。渗沟周围包裹反滤织物（土工布），以免渗入水携带的细粒将渗沟堵塞。渗沟上的回填料与路面结构的交界面铺设涂双层沥青的土工布隔渗层。排水管可采用直径70~150 mm的塑料管。

分隔带排水渗沟宜设置在通信管道之下，渗沟顶面与回填土之间应设置反滤层，渗沟两侧及底部应设置防水层。

第八章

8.1答：公路技术状况分为优、良、中、次、差5个等级，公路技术状况评价包括路面（PQI）、路基（SCI）、桥隧构造物（BCI）和沿线设施（TCI）4个部分内容，路面使用性能（PQI）包括：路面损坏（PCI）、路面平整度（RQI）、路面车辙（RDI）、抗滑性能（SRI）、结构强度（PSSI）5个指标。

8.2答：沥青路面损坏病害分为四类19项，即：

永久变形(变形类)——车辙、波浪拥包、搓板、沉陷。

裂缝(裂缝类)——纵裂、横裂、不规则裂、块裂、龟裂。

水损害(松散类)——松散、剥落、坑槽、啃边、唧浆。

表面功能衰减(其他类)——泛油、磨光、修补、冻胀、翻浆。

沥青路面常见病害防治措施：

①预防性养护

采取封填裂缝、雾封层、稀浆封层、超薄磨耗层等措施；封闭大气降水，恢复道路表面功能，避免病害进一步发展。

②开窗修补

开窗修补的关键在于修补料的压实及接缝的封堵。

③大修

对于已不能满足行车要求的沥青路面进行全面铣刨，然后重新摊铺压实新的沥青层。

水泥混凝土病害：

①水泥混凝土板破坏

纵向裂缝、横斜向裂缝、断角、交叉裂缝和破碎板。

②接缝破坏

接缝挤碎、唧泥和板底脱空、错台。

水泥路面病害防治：

①严格基层和路基施工质量，确保达到规范要求。

②优选公路水泥混凝土路面原材料。

③严格施工过程控制，保证施工质量。

④发现公路水泥混凝土出现损坏，及时进行修补。

8.3答：路面管理系统又称之为Pavement Management System，路面管理系统就是结合路面使用性能预测的结果，满足用户最小的投入和最大的效益比的养护决策工具。它主要解决在哪些路段需要养护（which）、什么时候养护（when）、采取何种措施养护的问题（what），称为“3w”问题。

路面管理系统可分为网级管理和项目级管理两个层次，以分别适应不同的管理层次的需求。

网级管理系统的范围，适用于一个地区（省、市）的公路网或一大批工程项目。