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第一讲 公路工程基础知识 1 刘万军 2 公路工程基础知识 第一节公路基本概念第二节公路的组成第三节公路主要技术指标第四节公路施工简介 2 第一节公路基本概念 1 公路相关概念2 公路的分类3 公路路线编码4 公路的发展及现状5 公路运输 2 1 公路相关概念 含义 1 联接功能 相互之间 确定范围 2 使用性质 供汽车使用 确定技术标准和设计依据 3 建设性质 人工构筑 定性 公路 是指经公路主管部门验收认定的城间 城乡间 乡间能行驶汽车的公共道路 2 1 公路相关概念 道路 供各种车辆 无轨 和行人通行的工程设施 按其使用特点分为城市道路 公路 厂矿道路 林区道路及乡村道路等 公路与道路的区别 1 从包含的范围看 道路涵盖公路 公路是道路的组成部分 2 从使用性质看 公路仅供汽车通行使用 道路供各种车辆和行人通行使用 2 1 公路相关概念 公路用地 供公路修筑路基和排水系统 设置防护设施和服务设施 以及供公路修筑和养护取土 弃土 路侧绿化等使用的土地 公路用地范围 公路两侧边沟 或者截水沟 外缘起 无边沟的从公路坡脚线起不少于一米范围内的土地 公路建筑控制区 指根据法律规定在公路两侧一定的范围内禁止修建建筑物和构筑物 原有的建筑物和构筑物不得扩建 需埋设管线 电缆及修建临时性工程设施的 应经交通主管部门批准 上述一定区域被称作公路建筑控制区 公路建筑控制区范围 从公路用地外缘起 国道不少于20米 省道不少于15米 县道不少于10米 乡道 村道不少于5米的区域 2 公路用地及建筑控制区示意图 公路用地 公路用地 公路建筑控制区 公路建筑控制区 2 1 公路相关概念 公路网 是指一定区域内根据交通的需要 由各级公路组成的一个四通八达的相互联络 交织成网状分布的公路系统 公路工程 指公路构造物的勘察 测量 设计 施工 养护 管理等工作 公路工程构造物 包括路基 路面 桥梁 涵洞 隧道 排水系统 安全防护设施 绿化和交通监控设施 以及施工 养护和监控使用的房屋 车间和其他服务性设施 2 2 2 公路的分类 按行政等级可分为 国家公路 省公路 县公路和乡公路 简称为国 省 县 乡道 以及专用公路五个等级 一般把国道和省道称为干线 县道和乡道称为支线 技术等级可分为 高速公路 一级公路 二级公路 三级公路 四级公路五个等级 划分依据 根据我国现行的 公路工程技术标准 JDGB001 2003 公路按使用任务 功能和适应的交通量 2 2 1行政等级分类 国道 是指具有全国性政治 经济意义的主要干线公路 包括重要的国际公路 国防公路 连接首都与各省 自治区 直辖市首府的公路 连接各大经济中心 港站枢纽 商品生产基地和战略要地的公路 国道中跨省的高速公路由交通部批准的专门机构负责修建 养护和管理 省道 是指具有全省 自治区 直辖市 政治 经济意义 并由省 自治区 直辖市 公路主管部门负责修建 养护和管理的的公路干线 县道 是指具有全县 县级市 政治 经济意义 连接县城和县内主要乡 镇 主要商品生产和集散地的公路 以及不属于国道 省道的县际间公路 县道由县 市公路主管部门负责修建 养护和管理 2 2 1行政等级分类 乡道 是指主要为乡 镇 村经济 文化 行政服务的公路 以及不属于县道以上公路的乡与乡之间及乡与外部联络的公路 乡道由人民政府负责修建 养护和管理专用公路 是指专供或主要供厂矿 林区 农场 油田 旅游区 军事要地等与外部联系的公路 专用公路由专用单位负责修建 养护和管理 也可委托当地公路部门修建 养护和管理 农村公路 是指纳入农村公路规划 并按照公路建设技术标准修建的县道 乡道和村道 包括桥涵和渡口 农村公路是公路网的重要组成部分 是保障农村社会经济发展最重要的基础设施之一 2 2 2技术等级分类 高速公路 专供汽车分向 分车道行驶并全部控制出入的多车道公路 主要用于连接政治 经济 文化上重要的城市和地区 是国家公路干线网中的骨架 昼夜汽车通过量2 5万辆以上 设计使用年限20年 一级公路 供汽车分向 分车道行驶并可根据需要部分控制出入的多车道公路 主要连接重要政治 经济中心 通往重点工矿区 是国家的干线公路 昼夜交通量为1500 30000辆 设计使用年限20年 二级公路 供汽车行驶的双车道公路 昼夜交通量为3000 7500辆 设计使用年限15年 三级公路 主要供汽车行驶的双车道公路 昼夜交通量为1000 4000辆 设计使用年限10年 四级公路 主要供汽车行驶的双车道或单车道公路 昼夜交通量为 双车道1500辆以下 单车道200辆以下 设计使用年限10年 行车道宽度3 5 3 75m 路缘带0 5 0 75m 分隔带2m 硬路肩2 5 3 0m 防撞栏杆 高速公路 行车道宽度3 5 3 75m 分隔带 一级公路 硬路肩宽度1 5 0 75m 行车道宽度3 75 3 5m 无中间带 二级公路 行车道宽度3 5 3 0m 无中间带 土路肩宽度0 75 0 5m 三级公路 四级公路 土路肩宽度0 25双 0 5m单 行车道宽度3 0双 3 5m单 2 3 公路路线编码 公路路线编号由一位公路管理等级代码和三位数字构成 国道编号 G 国道按首都放射线 北南纵线 东西横线分别顺序编号 以首都为中心的放射线由一位标识码 和两位路线顺序号构成 由北向南的纵线由一位标识码 和两位路线顺序号构成 由东向西的横线由一位标识码 和两位路线顺序号构成 指首都放射线 指北南纵线 指东西横线 省道编号 S 省道在各省 自治区 直辖市界内按省会 首府 放射线 北南纵线 东西横线分别顺序编号 指省会 省府 放射线 指北南纵线 指东西横线 2 3 公路路线编码 其它公路编号 X Y C Z 县 乡 村 专用公路以各省 自治区 直辖市公路管理区域为基础分别顺序编制 均由三位路线顺序号构成 顺序号不足三位数字时 在前补充 2 4 公路的发展及现状 中文道路源于西周 修建镐京通往各诸候城邑的牛 马车道路 形成以都城为中心的道路交通体系 原称 导路 秦统一中国 颁布 车同轨 法令 大修道路 称为 驰道 直道 驿道 大道 西汉开通连接欧亚大陆的丝绸之路 由长安出发 经河西走廊 塔里木盆地直达中亚和欧洲 对当时东西方各国交往起重要沟通作用 唐代古道路发展鼎盛 初步形成以城市为中心的道路网 清代京都通往各省会的路为 官路 省会间的路为 大路 市区街道为 马路 汽车出现后路称为 公路 我国1901年进口汽车 在原大车道基础上开始发展通汽车的道路 我国第一条公路是1906广西友谊关的公路 1941年抗战的滇缅公路 改革开放30多年是我国公路事业发展最快 建设规模最大 最具活力的时期 2 4 公路的发展及现状 18世纪中期 工业革命带动了整个英国交通运输业的蓬勃发展 但当时城乡普遍使用的黄土小道已远远不能适应时代的要求 苏格兰工程师约翰 马卡丹发明设计了新的筑路方法 路面用碎石挤压而成 地质坚硬平坦 路面平坦宽阔 适合机动车辆行驶 且中间高两边低 便于排水 后人以设计者马卡丹的姓氏命名这种新式道路为马卡丹路 以表纪念 19世纪初 这种铺路方法传到我国 其称呼逐渐演变成 马路 一直流传下来 新中国建立后 周恩来有一次接见外国记者 有个不怀好意的西方记者挑衅地问 总理阁下 你们中国人为什么把人走的路叫马路 周恩来机智而且自豪地说 我们走的是马克思主义的路 简称就叫马路 这位记者不死心 又想出一个难题 总理阁下 西方人都是仰着头走路 而你们中国人为什么低着头走路呢 这又怎么解释呢 周恩来笑着说 这不奇怪 问题很简单嘛 你们走的是下坡路 当然要仰着头走路了 我们中国人走的上坡路 当然是低着头走了 2 滇缅公路 1941年 2 高速公路发展 起步建设 1988 1997 1988年上海至嘉定高速公路建成通车 全长18 5公里 结束了我国没有高速公路的历史 1990年 被誉为 神州第一公路 的沈大高速公路全线建成通车 全长318公里 1992年 交通部制定了 五纵七横 国道主干线规划并付诸实施 2008年完成 快速发展 1998 现在 4 公路的发展及现状 2 1992年 交通部制定了 五纵七横 国道主干线规划并付诸实施 2008年完成 2 2008年国家高速公路规划方案 截至2012年底 高速公路通车里程达9 6万公里 2 4 公路的发展及现状 我国公路现状 截至2013年底 公路总里程达424万公里 居世界第一 其中 高速公路通车里程达9 6万公里 普通国省干道46 6万公里 农村公路 含县道 乡道 村道 里程达367 84万公里 占公路总里程的86 8 我省公路现状 截至2013年底 公路总里程为15 9万公里 3 8 公路网密度为35 04 每百平方公里 其中 国道6984公里 占总里程的4 39 省道9156公里 占5 76 县道7930公里 占4 99 乡道5 5万公里 占34 39 村道6 5万公里 占40 87 专用公路1 5万公里 占9 61 垦区公路现状 截至2013年底 公路总里程25190公里 15 6 其中 国道55 6公里 占总里程的0 2 省道655 8公里 占2 6 县道407 1公里 占1 6 乡道7337 8公里 占29 1 村道7337 2公里 占29 1 专用公路9396 7公里 占37 4 2 4 公路的发展及现状 我局公路现状 截至2013年底 公路总里程3455公里 14 其中 其中乡级公路50条1089公里 村级公路183条877公里 专用公路326条1497公里 截至2013年底 列养公路2044公里 乡 村 硬化专用公路 硬化公路里程1456公里 乡道936公里 村道442公里 专用公路78公里 硬化率71 2 公路发展规划 国家公路网规划 2013年 2030年 今后十几年 我国将投入4 7万亿元 到2030年建成总规模约40万公里的国家公路网 全国所有县级及以上行政区将都有普通国道覆盖 国家高速公路连接所有地级行政中心及城镇人口超过20万的中等及以上城市 2 2 公路运输的发展 公路运输是19世纪末随着现代汽车的诞生而产生的 初期主要承担短途运输业务 第一次世界大战结后 基于汽车工业的发展和公路里程的增加 公路运输走向发展的阶段 不仅是短途运输的主力 并进入长途运输的领域 第二次世界大战结束后 公路运输发展迅速 欧洲许多国家和美国 日本等国已建成比较发达的公路网 汽车工业又提供了雄厚的物质基础 促使公路运输在运输业中跃至主导地位 发达国家公路运输完成的客货周转量占各种运输方式总周转量的90 左右 5 公路运输 公路运输 是在公路上运送旅客和货物的运输方式 是交通运输系统的组成部分之一 主要承担短途客货运输 现代所用运输工具主要是汽车 因此 公路运输一般即指汽车运输 2 5 公路运输 适应性强 由于公路网比铁路 水路网的密度要大十几倍 分布面也广 因此公路运输可以 无处不到 无时不有 公路运输在时间方面的机动性也其它方式灵活 车辆可随时调度 装运 各环节之间的衔接时间较短 尤其是公路运输对客 货运量的多少具有很强的适应性 汽车的载重吨位有小 0 25t 1t左右 有大 200t 300t左右 既可以单个车辆独立运输 也可以由若干车辆组成车队同时运输 这一点对抢险 救灾工作和军事运输具有特别重要的意义 直达运输 由于汽车体积较小 中途一般也不需要换装 除了可沿分布较广的公路网运行外 还可离开路网深入到工厂企业 农村田间 城市居民住宅等地 即可以把旅客和货物从始发地门口直接运送到目的地门口 实现 门到门 直达运输 这是其它运输方式无法比拟的特点之一 速度快 在中 短途运输中 由于公路运输可以实现 门到门 直达运输 中途不需要倒运 转乘就可以直接将客货运达目的地 因此 与其它运输方式相比 其客 货在途时间较短 运送速度较快 补充性 是其它运输方式的补充 其他各种运输方式都要依赖公路运输来完成最终两端的运输任务 例如铁路车站 水运港口码头和航空机场的货物集疏运输都离不开公路运输 水路运输 铁路运输 公路运输 航空运输 汽车灵活机动 运送速度快 适合运输量不大的短距离运输 火车运输量大 速度较快 适合较长距离大宗货物的运输 船舶的运量也很大 运费便宜 但速度较慢 适合大宗货物的运输 飞机的运输速度最快 但运量小 运费高 适合较长距离的客运和贵重 鲜活品的运输 3 第二节公路的组成 公路的主要组成部分 路基 路面 桥梁 涵洞 渡口码头 隧道 绿化 通讯 照明等设务及其它沿线设施组成 1 路基 1 概念路基是指路面下的土基 它是由土 石按一定尺寸 结构要求建筑而成的带状土工结构物 路基承受由路面传递下来的行车荷载 并承受自然因素的作用 路基与路面结构层 路基崩塌 2 基本要求 路基横断面形式及尺寸应符合规范要求 整体稳定性 强度 水稳定性路基沉陷 道路翻浆 路堤 路线高于天然地面 路堑 路线低于天然地面 半填半挖 一部分填一部分挖 零填零挖 3 路基横断面分类 路堤 高于原地面的填方路基称路堤 8 9 典型路堤 10 典型路堤 11 路堑 低于原地面的挖方路基称为路堑 12 典型路堑 13 典型路堑 14 半挖洞路基 15 填挖结合路基 在一个断面内 部分为路堤 部分为路 堑的路基称为填挖结合路基 16 半填半挖路基 零挖零填路基 在于旱的平原区和丘陵区 山岭区的山脊 线路段 原地面与路基标高基本相同 构成零填零挖的路基 17 18 零填零挖路基 铺筑而成的结构物 供车辆在其上以一定的速 度安全舒适的行驶 2 路面 1 概念路面是在路基表面上用各种不同材料分层 2 基本要求 足够的强度与刚度 较高的稳定性 气候和水 不透水 较长的耐久性 表面平整度 表面抗滑能力 较低的扬尘性 降噪 防眩光 柔性路面 沥青混凝土 级配碎石刚性路面 水泥混凝土 路面结构一般由面层 基层 垫层组成 面层 根据采用材料的不同 分为高级 次高级 中级和低级 3 路面分类 按力学性质 1 柔性路面 3 半刚性路面 2 刚性路面 刚度较小 抗弯拉强度较低 主要靠抗压 抗剪强度来承受 柔性路面 车辆荷载作用的路面 示例 各种未经处理的粒料基层 各类沥青面层 碎 砾 石面层或块石面层组成的路面结构 沥青路面碎石路面 水泥混凝土作面层或基层的 路面结构 特点 强度高 刚性大 板 体性好 抗弯拉强度高 在车轮荷载作用下的弯沉变形极小 荷载通过混凝土板体的扩散分布作用 传递到基础上的单位压力 较柔性路面小得多 但路面有接缝 行车有较强的生硬感 刚性路面 由半刚性基层和 铺筑其上的沥青面层组成半刚性路面 前期具有柔性路面的力学性质 后期的强度和刚度均有大幅度的增长 半刚性路面 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 路面结构层次划分示意图 路拱横坡度 面层 基层 有时包括底基层 垫层 路缘石 加固路肩 硬路肩 土路肩 2 路面结构分层及层位功能 面层 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 面层材料主要有 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 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层去 基层是路面结构中的承重层 基层按材料可分为 粒料类 基层和半刚性基层 其中粒料类有级配碎石 泥结碎石等 半刚性基层有水泥稳定土 石灰稳定土等 半刚性基层应用较广泛 垫层介于土基与基层之间其功能是 1 改善土基的湿度和温 度状况 2 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 3 阻止路基土挤入基层中 影响基层结构的性能 桥梁 是供铁路 公路 渠道 管线等跨越河 山谷或其他障碍具有承载能力的架空建筑物 涵洞 是公路或铁路与沟渠 道路相交的地方 使水 人流 车流从路下通过的小型构造物 桥涵的区别 桥梁与涵洞技术上是以跨径为划分标准的 一般5米 不含 以上称桥 以下就称涵洞 但圆管涵和箱涵不论孔径 跨径多少都称涵洞 简单判断 涵洞与桥梁的主要区别在于 一般涵洞上有填土 而桥上就直接铺装路面 从侧面看 涵洞就象在路基上挖的孔 而路基在桥梁处就断开了 3 桥梁和涵洞 按使用性质分为公路桥 公铁两用桥 人行桥 拖拉机桥 过水桥 渠道桥 按跨径大小和多跨总长分为特大桥 大桥 中桥 小桥 特大桥 多孔跨径总长 1000米 单孔跨径 150米大桥 100米 多孔跨径总长 1000米 40 单孔跨径 150米中桥 30米 多孔跨径总长 100米 20 单孔跨径 40米小桥 8米 多孔跨径总长 30米 5 单孔跨径 20米 3 按行车道位置可分为上承式桥 中承式桥 下承式桥 4 按承重构件受力情况可分为梁桥 板桥 拱桥 钢结构桥 吊桥 组合体系桥 斜拉桥 悬索桥 按使用年限可分为 永久性桥 半永久性桥 临时桥 按使用用途可分为泄洪桥 浅水桥 开启桥 浮桥 7 按材料类型分为 木桥 圬工桥 钢筋砼桥 预应力桥 钢桥 桥梁分类 公铁两用桥 桥梁分类 郑州黄河公铁两用桥 武汉长兴州世界第一公铁两用桥 公铁两用桥 郑州黄河公铁两用桥 桥梁分类 郑州黄河公铁两用桥 武汉长兴州世界第一公铁两用桥 按建筑材料可分为砖涵 石涵 混凝土涵 钢筋混凝土涵 按照构造形式 涵洞可分为圆管涵 拱涵 盖板涵 箱涵 按照填土情况不同分类 涵洞可以分为明涵和暗涵 按水利性能分类 涵洞可分为无压力式涵洞 半压力式涵洞 压力式涵洞 涵洞分类 圆管涵 主要由管身 基础 接缝及防水层构成 涵洞分类 2 盖板涵 由盖板 涵台 洞身铺底 伸缩缝 防水层等构成 涵洞分类 3 拱涵 主要由拱圈 护拱 涵台 基础 铺底 沉降缝及排水设施组成 涵洞分类 4 箱涵 主要由钢筋混凝土涵身 翼墙 基础 变形缝等组成 箱涵为整体闭合式钢筋混凝土框架结构 所以具有良好的整体性及抗震性能 涵洞分类 挡土墙 护脚 砌石护坡 隧洞 悬臂式路台 明洞 4 防护工程 特殊结构物 桥梁与隧 道公路桥涵 排水结构物 涵洞23 排水工程 排水沟 急流槽 渡槽 26 加筋挡墙砌石护坡路基边 坡防护 27 边坡防护 28 悬挑路台 明洞 雪峰山隧道设计图 雪峰山隧道施工现场 5 隧道1 概念隧道是一种埋置于地层内部或水层中并作为交通线的建筑物 交通安全设施 护栏 防护网 反光标志 交通管理标志 交通标志 路面标线等 交通服务设施 停车场 加油站等 防护设施 碎落台 防雪走廊等 绿化与环境保护 6 附属设施 3 第三节公路主要技术指标 检测指标 几何尺寸 外观 强度 技术指标 计算行车速度 行车道宽度 路基宽度 极限最小平曲线半径 停车视距 最大纵坡 桥涵设计车辆荷载及桥面车道数 2 1 公路主要技术指标 公路的主要技术指标 计算行车速度 行车道宽度 路基宽度 极限最小平曲线半径 停车视距 最大纵坡 桥涵设计车辆荷载及桥面车道数 计算行车速度 即设计车速 是表明公路等级与使用水平的控制性指标 是公路几何设计所采用的车速 行车道宽度 公路上供车辆行驶的路面面层的宽度 一般指行车道宽度 路基宽度 在一个横断面上两路肩外缘之间的宽度 2 1 公路主要技术指标 极限最小平曲线半径 在平面线型中 路线转向处曲线的总称包括圆曲线和缓和曲线 称作平曲线 为保证车辆按设计车速安全行驶 对平曲线半径所规定的最小值 停车视距 汽车行驶时 驾驶员自看到前方障碍物时起 至到达障碍物前安全停止 所需的最短距离 最大纵坡 根据公路等级与自然条件等因素所限定的路线纵坡最大值 最大纵坡是公路纵断面设计的重要控制指标 直接影响到路线的长短 使用质量 运输成本和工程造价 桥梁设计车辆荷载 由国家标准规定作为桥涵设计依据的若干等级标准车辆和车队 有计算荷载 汽车荷载 和验算荷载 履带车和平板挂车 2 1 公路主要技术指标 缓和曲线 圆曲线 平面曲线 2 1 公路主要技术指标 竖曲线 凸形竖曲线 凹形竖曲线 2 2 公路主要检测指标 路基检测指标 压实度 弯沉 纵断高程 中线偏位 宽度 平整度 横坡 边坡 基层检测指标 压实度 平整度 纵断高程 宽度 厚度 横坡 强度 弯沉值 无侧限抗压强度 沥青砼路面检测指标 弯沉 厚度 中线偏位 纵断高程 宽度 横坡 水泥砼路面检测指标 弯拉强度 取芯劈裂强度 板厚度 平整度 抗滑构造深度 相邻板高差 纵横缝顺直度 中线偏位 宽度 纵断高程 横坡 3 第四节公路施工简介 路基施工 人工施工 简易机械化施工 综合机械化施工 爆破法施工 水力机械化施工 路面施工 沥青混凝土路面 水泥混凝土路面 人工施工 传统方法 使用手工工具 劳动强