道路工程基础知识讲座.ppt

路基工程 目录第一节概述第二节一般路基设计第三节路基稳定性分析第四节路基防护与加固第五节公路排水第六节挡土墙第七节路基施工 第一节概述 4 1 1路基工程特点与内容 1 路基理论路基是道路工程的基础 是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物 主要是承受由路面传来的荷载 2 路基工程的特点1结构简单 2受自然因素影响很大 3有大量土石方工程 4对自然环境也会造成一定的影响 3 路基设计的内容1 选择合理的路基断面形式 2 选择路基填料与压实标准 3 确定边坡形状和坡率 4 路基排水系统设计和排水构造物设计 5 防护加固工程设计 4 1 2对路基的基本要求 1 为保证公路的使用品质 对路基的基本要求有如下四个方面1 要有足够的稳定性 2 要有足够的强度 3 要有足够的刚度 4 要有足够的耐久性 2 路基常见病害1 路堤沉陷2 路基边坡坍方 剥落 碎落 滑坡 崩塌3 路基翻浆4 路基沿山坡滑动 3 路基产生病害的原因1 不良工程地质和水文地质条件 2 不良水文 气候因素 3 设计不合理 4 施工不按操作规程和设计要求进行 4 1 3路基的断面形式1 路基的基本断面形式 路堤 路堑 半填半挖 2 路基横断面 公路路基设计规范 JTJ013 95 一般路堤护坡道 一般公路1 2m 高速公路 3m 河路堤路基必须保持一定的高度 有防护工程 半填半挖路基当自然横坡陡于1 5时 路堤基地应挖成台阶 宽 1m 且有2 40 向内倾斜的坡度 挖方边坡上方5m以外设截水沟 矮墙路基用于土质松散处 矮墙用浆砌或干砌片石 高度不宜超过2m 顶宽0 5m 0 8m 墙内坡竖直 外坡为1 0 2 1 0 5 填方矮墙用浆砌片石 高不宜超过1 5m 软土地或冰冻严重地段不宜采用 护肩路基用于坚硬岩石陡坡地段 填方不大 不宜填筑时 砌石路基用于坚硬岩石地段 填方较大不宜建筑时采用 土墙路基 脚路基当山坡上的填路基有斜坡下滑的倾向时采用 挖方路基 4 1 4路基的干湿类型1 湿度来源 大气降水 地面水 地下水2 干湿类型 干燥 中湿 潮湿 过湿 3 划分依据 根据实测不利季节路床表面以下80cm深度内土的平均稠度Wc 根据自然区划 土质类型 排水条件及路床表面距地下水位或地表积水位的高度按 规范 确定 式中 Wc 土的平均稠度WL 100g平衡锥所测土样液限含水量 WP 100g平衡锥所测土样塑限含水量 W 路床80cm深度内的平均含水量 根据分界稠度WC1 WC2 WC3查表4 1P125确定 干燥WC WC1 中温WC1 WC WC2潮湿 C2 WC WC3过湿 WC WC3 4 1 5公路自然区划指为了区分不同地理区域自然条件对公路工程影响的差异性 并在路基路面的设计 施工和养护中采取合适的设计参数和技术措施 以保证路基路面的强度和稳定性 对全国进行了公路自然区划 即将自然条件相近的地区划分为同一自然区 公路自然区划标准 JTJ003 86 对我国进行了自然区划 分为三个等级 1 区北部多年冻土区2 区东部温暖季冻区3 区黄土高原干湿过渡区4 区东南湿热区5 西南潮湿区6 西北干旱区7 青藏高寒区 二级区划 在一级自然区划的基础上 以潮湿系数K为主要指标 综合考虑气候特征 地貌类型 自然病害等因素 共分为52个二级自然区划 其中 潮湿系数K按下式计算K R ZR 年降雨量 mm Z 年蒸发量 mm 潮湿系数K 按全年大小分可为六个等级 过湿区 中湿区 润湿区 润干区 中干区 过干区 17 4 1 6路基土的应力 应变特性及土基强度指标布西奈斯克公式 式中 P 集中力 kN U0 土的泊松比 0 35 E0 土的弹性模量 pa r 距集中力作用的距离 距集中力为r的表面变化 路基强度评定指标1 当路基建成后 用刚性承载板测定 式中 E0 土基回弹模量 pa D 刚性承载板直径 D 30 土基泊松地 0 35 回弹变形小于1mm的各级荷载单位压力总和 各级荷载单位压力作用下 回弹变形小于1mm的回弹变形总和 2 当新路设计时 需要事先估算E0 4 2一般路基设计4 2 1一般路基 是指在正常工程地质条件下修筑填挖高度不超过设计规范或技术手册所允许的范围 其设计可直接参照现行设计规范或标准图 不必个别论证和详细验算 1 高路堤 填土高度超过18m 填石高度超过20m 2 深路堑 大于20m的挖方 4 2 2路基的基本构造 1 路基宽度B 根据 路基横断面设计 确定 2 路基高度H 是指路堤的填筑高度加上路面结构厚度或路堑的开挖深度 是道路中桩原地面标高与路基设计标高的相差值 3 边坡坡度 1 1 m式中 b 边坡宽度 H 边坡高度 4 其它设施 取土坑 弃土堆 护坡道 碎落台 4 2 3 路堤设计1 路堤 路床 是指路面的基础 是路面以下80 范围内的路基部分 承受由路面传来的荷载 路床a 上路床 0 30 b 下路床 30 80 路堤a 上路堤 80 150 b 下路堤 再往下2 地基的处理 原地面坡度陡于1 5时 应开挖台阶 原地面坡度陡于1 2 5时 应采用石砌护脚 3 路基填料最理想的材料应当是稳定性好 压缩性小 便于施工压实及运距短的土 石材料 填料分类a 砾石 gravel 不易风化石块 渗水性强 水稳性好 强度高 塑性变形小 b 碎石土 crushedstone 卵石土 砾石土 粗砂 中砂 渗水性强 水稳性好 c 砂性土 sandysoil 良好强度及水稳生 d 粘性土 cohesivesoil 渗水性差e 粉性土 siltysoil 干燥时易碎 潮湿时会形成水分积聚 f 重粘土 渗水性极差 填料原则 应选用级配较好的粗粒土 a 砾 角砾 类土 砂类土优先选用 b 泥炭 淤泥 冻土 强膨胀土 易溶盐超过限量的土 不得直接用 c 冰冻地区路床及浸水部分路堤不能直接采用粉质土 d 强风化岩石 浸水后易崩解的岩石不宜作为浸水部分填料 e 细粒土含量超过最佳含水量两个百分点时应凉晒或掺入石灰 固化材料 f 桥涵台背 挡土墙背填料应优先选用砾 角砾 类土 砂类土 4 路堤边坡sideslopeofsubgrade 形式a 直线形b 折线形C 台阶形 坡度 按 规范 选用 参见P132 4 2 4路堑设计1 路堑 是从天然地面开挖出来的路基构造物 2 边坡 按 规范 选用 参见P133 排水4 防护 第三节路基稳定性分析4 3 1基本概念1 假设条件 滑动土体现为无变形刚体 不考虑滑动土体本身内应力的分布 极限平衡只在滑动面上达到 最危险滑动面通过试算确定 2 方法式中 K 稳定安全系数 3 分析 K 1滑动主体处于极限状态K1坡体稳定为安全可靠及考虑到一些工程上无法预见的因素 设计中采用K 1 254 方法 直线滑动面法 圆弧滑动面法 直线滑动面法 假定 滑动面为一平面适用于砂土 砾石 卵石等渗水材料填筑的路堤滑动面的稳定性系数为 对应于值最小的面是最危险滑动面路基边坡稳定路基边坡不能满足要求 圆弧滑动面法 假定条件 不规则曲面假设为圆弧滑动面适用于采用带有粘性的土填筑的路堤稳定验算方法有 条分法 工程计算简化法 毕肖普法条分法 在假定滑动面为圆弧的基础上 将圆弧面上的滑动土体划分为若干个竖向土体 同时不考虑作用在土条两侧的力 该法偏于保守 工程计算简化法 主要以图解法确定K值 精度不高 也不便于计算机求解 毕肖普法 考虑作用在土条两侧的力 比较实用 4 3 2浸水路堤稳定性验算浸水路堤的概念注意 把水的浮力 渗透水压力的作用考虑进去 4 3 3陡坡路堤稳定性验算当横坡陡于1 2或者说 1 2 5时 要保证 路堤边坡稳定滑动面不能出现在基底接触面或覆盖层下基岩上 稳定性演算的步骤 确定滑动面的位置和形状 直线滑动面法 折线滑动面法确定相关的设计参数计算剩余下滑力E 直线滑动面法 折线滑动面法 折线滑动面法 4 3 4深路堑边坡稳定性分析 对于超过路基设计规范规定高度的碎石土路堑边坡 在有剪切试验结果和较可靠的经验数据时 一般用圆弧或直线滑动面法验算边坡的稳定性 对于较疏松的碎石土路边坡 宜用直线滑动面法 这样 路堑边坡的最小稳定性系数可直接按下式简化计算 4 4路基防护与加固4 4 1概述1 路基防护工程防止冲刷和风化 主要起隔离作用的措施称为防护工程 2 路基加固工程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 3 分类 防护工程分类a 坡面防护 边坡防护 b 冲刷防护 加固工程分类a 石垛b 土堤 4 4 2坡面防护选用防护类型应根据公路等级 当地气候 水文 地形 地质条件及筑路材料分布情况确定 并与周围景观协调 1 植物防护 是一种施工简单 费用不高 效果较好的坡面防护措施 植物覆盖表土 防止冲刷 避免风化 保护环境 美化路容 植物防护的措施 种草铺草皮植树框格防护 2 坡面处治用于坡面过陡或植物不易生长的坡面 选用勾缝 灌浆 抹面 喷浆 嵌补 锚固 喷射砼等处治措施 勾缝 适用于岩石坚硬不易风化的路堑边坡防护 缝隙多而细 用水泥砂浆勾缝 灌浆 裂缝大而深时也可用混凝土灌注 抹面 适用于易风化而表面较宽整 尚未剥落的软质岩石 用水泥砂浆均匀紧贴坡面 喷浆 将砂浆均匀喷射在易风化岩层的坡面上 嵌补 补平坡面岩石中较深的凹坑 用砌石 锚固 适用于岩石节理和构造面倾向路基有顺层滑动的可能 是垂直岩面钻孔至不滑动的较完整成坚硬岩石上 将钢筋穿入 灌注砼 喷射砼 适用于易风化尚未严重风化且坡面干燥的岩石边坡 方法同喷浆 3 护坡用于填方边坡 用砌石或铺砌砼预制块 煤渣空心砖等材料构筑 4 护面墙用于软质岩层或破碎岩石挖方边坡较陡地段 4 4 3冲刷防护是沿河路基直接承受水流冲刷 为了保证路基稳定牢固 必须采取防止冲刷的措施 分为直接防护和间接防护两种 直接防护以加固岸坡为主间接防护以改变水流方向为主 降低流速 减少冲刷为主 4 3 3 1直接防护措施路基边坡及河岸冲刷防护主要类型如下表所示 路基边坡及河岸冲刷防护工程表 导流构造物 为调节水流流速及方向 防护路基免受水流冲刷 可设置导流构造物 设置时 应根据河道的地形 地质 水文条件和防护要求 合理规划 布设 类型 顺坝 丁坝 石笼护坡注意 导流建筑物的防冲顺坝 常与水流平行 对通航河流比较适宜 多用于凹岸 起疏导水流的作用丁坝 轴线与水流方向成一夹角 将水流挑离河岸 用于改变流向 减低流速及束水归槽 改变流态 保护河岸和路基 4 4 4加固工程作用 支挡路基土体 以保证路基在自重及各种因素的作用下保持稳定 常用的加固工程有 挡土墙 石垛及土堤 1 石垛 用于盛产石料地区 形式 垒石 填石 石跺2 土堤用于石料缺乏时 3 挡土墙作为一种用以保证路基边坡或山坡土体稳定的挡土结构物 本身必须有足够的整体稳定性 墙身截面应具有足够的强度 以抵御墙后的土体压力 第五节挡土墙 一 挡土墙是一种保证路基边坡或山坡土体稳定的挡土结构物 本身具有足够的整体稳定性 墙身截面具有足够的强度 以抵御墙后的土体应力 二 挡墙构造常用挡土墙由墙身基础 排水设施 伸缩缝等组成 1 墙身2 基础 基础形式 基础埋深3 排水设施 地面排水 墙身排水4 沉降缝和伸缩缝 缝距10 15m 缝宽2 3 缝内材料 a 胶泥 填缝料在内 外 顶三方填塞 填深不宜小于15 三 挡土墙分类1 位置分类 路堑墙 路堤墙 路肩墙 山坡墙 2 材料分类 石挡土墙 砖挡土墙 砼挡土墙 钢筋砼挡土墙 3 结构形式分 重力式 衡重式 加筋式 锚杆式 锚碇板式 扶壁式 薄壁式 4 墙身断面分 仰式 垂直 俯式 凸形折线式 衡重式四 挡土墙的受力分析及计算已在 土质学与土力学中 介绍了 五 挡土墙的工作原理1 普通重力式挡土墙gravitgretainingwall 材料片石 或块石 砌筑 砼 特点断面形式简单 施工方便 可就地取材 适应性强 工作原理依靠墙身自重支撑土压力 2 衡重式挡土墙balanceweightretainingwall 材料同重力式挡土墙 特点 可降低墙高 减少基础开挖量 基底面积小 要有足够地基承载力 工作原理3 加筋土式挡土墙reinforcedearthretainingwall 材料a 面板钢筋砼预制块 厚应小于8 b 筋带扁钢带 钢筋砼带 聚丙烯土工带 钢筋砼带应分节预制 分节长不宜小于3m c 填料级配砂 砂类土 碎石土 中低液限粘性土 稳定土 满足质量要求的工业废渣 特点实际上是一种重力式挡土墙 工作原理 4 锚杆挡土墙 材料 锚丁用单钢筋或钢筋来 直径100 150mm 向下倾斜10 15 间距不小于2m 锚孔内灌水泥砂浆 特点用于较完整岩石地段的路堑边坡 墙身构造简单 墙体壁薄 工作原理5 锚碇板挡土墙 材料墙面板用钢筋砼板 锚碇钢筋砼板面积不小于0 5 方形 矩形 拉杆用螺纹钢筋 不宜小于32 填料应采用砾石 特点 结构轻 柔性大 工作原理6 钢筋砼悬臂挡土墙 材料钢筋砼 特点结构轻 工作原理7 钢筋砼扶壁式挡土墙 材料钢筋砼 特点结构轻受力状况优于悬臂式挡土墙 工作原理 第六节公路排水 4 6 1概述4 6 1 1公路排水分类排水系统由各种拦截 汇集 输送 排放地表水或地下水的排水设施和构造物组成 1 路界地表水排水 是指公路用地范围内的地表水排水 路面排水 中央分隔带排水 坡面排水 由相邻地带或交叉路流入路界内的表面水的排除 2 路面内部排水 通过路面接缝 裂缝 面层空隙下渗 地下水或地面两侧滞水侵入 3 地下排水 拦截 旁引 排除含水层的地下水4 公路构造物及下穿道路排水 桥面排水 桥台及支挡构造物排水 下穿道路排水 综合形成排水系统 4 6 1 2公路排水设计一般原则为了防止地面水和地下水对公路的损害 确保公路排水畅通 结构稳定 行车安全 1 全面规划 合理布局 少占农田 重视环保 2 综合考虑各方面因素 形成完善的排水系统 3 积极采用新材料 新技术 新工艺 4 应考虑便于施工 检查 养护维修 5 穿越城镇时 应与其现有排水系统相协调 6 特殊地段应做好处治措施 4 6 2水文水利计算 4 6 3 路界地表排水4 6 3 1路界地表排水的目的和设计内容1 目的 是把公路用地范围内的水迅速排除 2 设计内容 选择沟管类型 布置位置 确定断面形状及尺寸 选用材料 4 6 3 2 路界排水系统组成 坡面排水 路面排水 中央分隔带排水 相邻地带排水 坡顶戴水沟 边坡平台截水沟 急流管 边沟 路面路肩横坡 拦水带 急流槽 坡脚排水沟 4 6 4 路面内部排水1 防止水分进入路面 隔水层 路拱 填封路表缝隙 采用透水性小的密级配面层材料 2 迅速排除水分 排水层 排水管3 路面结构本身抗水性使路面结构具有足够强度以抵抗荷载和水的共同作用 4 6 5 地下排水4 6 5 1 设置条件 路堑开挖截断了坡体内的含水层 或山坡路堤基底范围内有含水层出露 填挖交界处有含水层外露 地下水位高 土质边坡含水量较大 滑坡地段拦截含水层 4 6 5 2 排水设施 暗沟 暗管 渗沟 4 6 6 公路构造物及下穿道路排水 3 桥面排水设计 泄水口a 最大间距不宜超过20m 圆形15 20 矩形 30 40 20 30 b 顶部用铸铁格栅盖板 顶部应地周围低5 10 c 周围应设置补强钢筋 泄水管铸铁 最小内径15 排水管a 采用铸铁 塑料 钢 b 内径大于或等于泄水管内径 c 纵向排水管坡度不小于0 5 d 寒令地区竖向排水管末端宜距地面以上50 4 6 7 路基排水 4 6 7 2 地表排水 边沟是设置在路基边缘用于汇集 排除路基范围内和流向路基的少量地面水 是挖方路段和低填方路段必须设置的排水设施 a 断面形状梯形内侧边坡坡度为1 1 0 1 1 5外侧边坡坡度与挖方坡度相同 矩形用于石方路段 内侧直立 三角形用于少雨地区 内侧边坡1 2 1 3 流线形用于沙漠地区 防止积雪 堆河 b 断面尺寸沟深与底宽不应小于0 6m 高速 一级 0 4m 其他等级 边沟纵坡不应小于0 5 容许采用0 3 边沟长度不宜超过500m 多雨地区300m 少雨地区200m 截水沟 天沟 是汇集并排除路基边坡上侧的地表水径流 保护挖方边坡和填方坡脚不被流水冲刷的一种地面排水设施 a 断面形式梯形 边坡1 1 0 1 1 5b 断面尺寸底宽不小于0 5m 沟深不小于0 5m 沟底纵坡不小于0 5 长度以200 500为宜 排水沟是将边沟 截水沟 取土坑 边坡和路基附近积水引排至路基范围以外指定地点的地面排水设施 a 断面形式梯形 边坡1 1 0 1 1 5b 断面尺寸沟深与底宽不应小于0 5m 沟底纵坡不小于0 5 特殊情况用0 3 长度不宜超过500m 跌水与急流槽是在山岭重丘区道路由于地形险峻 排水沟渠纵坡较陡 使水流湍急 冲刷力强 为减少流速 降低能量 防止地基危害的一种地面排水设施 材料用浆砌石 块石 或水泥预制块 倒虹吸管是指当路线跨越灌溉沟渠 而沟渠水位与路基标高相差不多时 设置明涵有困难时采用的一种地面排水设施 渡槽是当原灌溉渠道与路基设计标高相差较大 驾设水槽或管道以路基上方跨越 以沟通道路两侧水流的一种地面排水设施 蒸发池是气候干旱 排水困难地段用以排除地表水的一种地面排水设施 蒸发池边缘至路基边沟不小于5m 面积不小于20 4 6 7 3 地下排水 暗沟是设置在地面以下 用于引导水流的地下排水设施 渗沟是用渗透方式将地下水汇集于沟内并通过沟底通道将汇集的地下水沿水平方向排至指定地点 渗井是竖向排除地下水的一种设施 是将路基上层地下水引向更深的地下汇水层中去 从而降低上层地下水位或全部排除上层地下水 第七节路基施工 一 路基施工方法1 人工施工2 简易机械化施工3 水力机械化施工4 爆破法施工5 机械化施工选择施工方法 应根据工程性质 工程数量 施工期限 可获得人力及机械设备的条件来考虑 二 施工前的准备1 施工测量和放样2 路基横断面核查3 施工前复查和试验 W WP WL WOP 4 试验路段 不同施工方案做试验路段 选择最佳方案 位置选择具有代表性地段 路段长度不小于100m 所用材料 机具与将来全线施工所用材料 机具相同 施工完成后 检测有关指标 发现缺陷及时变更设计 三 路基的压实1 压实度式中 工地试样干密度 击实所得最大干密度 标准查表P166 2 压实土基的意义 提高土体密实度 降低土本透水性 减小毛细水上升高度 防止水分积聚和侵蚀 3 土基压实原理 土质学与土力学 中已讲 4 影响压实度的因素 含水量 土质 压实功能 压实机具夯击式作用最深 振动式次之 碾压式最线 压实方法a 压实机具重量较小 作用时间较长 密实度高 b 碾压速度越高 压实效果越差 四 路基填方施工1 基底处理及零填挖路床 基底处理a 清除杂草 深度不小于15 清理后压实 在大于30 深耕地段 应翻松 打碎 整平压实 特殊地基应做相应处理 b 地面横坡1 5 1 2 5时 挖成台阶 当陡于1 2 5时应做特殊处理 零填挖路床a 0 30 若原天然土密实度达不到要求时 应将地面翻挖压实 达到要求密实度 b 易翻浆土层应挖除换土 2 填料选择3 最佳含水量确定 太干 用土前一天浇水 太湿 晾晒 4 填筑方法选择 水平分层法 竖向分层法 混合法5 填方压实 压实机具先轻后重 碾压速度先慢后快 碾压路线一般直线段先以路缘向路中心 再从中心向两侧顺次碾压 弯道没超高横坡度时 由低向高一侧碾压 碾压时相邻轮迹重叠左右 约15 20 振动压路机应重叠0 4 0 5 经常检查土的W及K 并采取相应措施 压实机具的选择a 砂性土优选振动式 夯击式次之 静压式较差 b 粘性土优选静压式和夯击式 振动式较差 6 桥涵及构造物处填筑 填料的选择砂性土及透水性材料 填筑方法 排水 压实 五 路基挖方1 开挖注意事项 不得乱挖 超挖 处理排水 做好支挡工程 提高生产效率 移挖作填 2 路堑开挖方案选择 纵挖法a 分段纵挖 用于路堑较长 运距较远 b 分层纵挖 用于深度不大 c 通道纵挖 用于土石方工程量集中段 横挖法 适用于较短路堑 石方开挖爆破法 松土法 土质路基压实度标准 3 螺旋展线在山脊利用山包盘旋 以旱桥 隧道跨线 在峡谷内 路线就地迂回 利用高架桥跨沟跨线 利用山谷进行螺旋展线 山脊线 定义 大体上沿分水岭布设的路线 称为山脊线 特点 土石方工程量小 水文和地质情况好 桥涵构造物较少 山脊线线位较高 一般远离居民点 不便于为沿线工农业生产服务 有时筑路材料及水源缺乏 曾加施工困难 地势较高 易积雪 结冰 对行车和养护不利 山脊线控制垭口的选择 分水岭方向顺直 起伏不大时 每个垭口均可暂定为控制点 地形复杂 起伏较大频繁 各垭口高低悬殊时 以低垭口作为控制点 高垭口舍去 在有支脉横隔时 对相距还远并排的几个垭口间 应选择其中一个与前后联系条件好的垭口作为控制点 山脊线侧坡的选择 当分水岭宽起伏不大时 路线以设在分水岭顶部为宜 如需将路线设在两侧山坡时 应选择坡面较整齐 横坡较缓 水文地质条件良好 积雪冰冻和支脉分布较少一侧 山脊线控制垭口间的平均坡度 两控制点间应力求距离短捷 坡度平缓 若平均坡度超过规定 则应视具体地形 地质条件 采取深挖 旱桥 隧道等工程措施 也可利用侧坡 山脊有利地形展线 3 丘陵区选线要点 微丘区选线平面线形应充分利用地形处理好平 纵线形组合 不应迁就缩小地形 造成线形曲折 也不宜采用长直线 造成纵面线形起伏 重丘区选线活动余地较大 应综合考虑平 纵 横三者的关系 恰当地掌握标准 提高线形质量 设计中应注意 重丘区选线a 路线应随地形的变化布设 在确定路线平 纵面线位的同时 应注意横向填挖的平衡 应注意纵向土 石方平衡 以减少废方和借方 b 平纵横三个面应综合设计 不应只顾纵坡平缓而使路线弯曲 平面标准过低 或呆顾平面直捷纵坡平缓而造成高填深挖 工程过大 或只顾工程经济 过分迁就地形而使平纵面过多地采用极限或接近极限的指标 c 冲沟较发育地带二级公路 一级高速路可采用高路堤和高架桥的直穿方式 三 四级公路可采用绕越 a 对于平坦地带 如无地质地物障碍影响时 可按平原区以直线方向为主层的原则布线 如有障碍或应联系的地点 则加设中国的控制点 相邻控制点间仍以直线相连 凡路线转弯处 设置与地形协调的长而缓的曲线 丘岭区布线方式 b 有较陡横坡的地带 则加设中间控制点 如无地形 地物 地质上障碍 路线应沿匀坡线布设 若两已定控制点有障碍 则在障碍处加设控制点 相邻控制点间仍沿匀坡线布设 丘岭区布线方式 c 有横坡较缓的起伏地带 走匀坡线与直线之间 选择平面顺适纵坡均衡的地段穿过 起伏较小时 低级路离直线远保证工程量小 高级路离直线近 起伏较大时 两侧高差常不相同 高差大的一侧常常是决定因素 丘岭区布线方式 六 定线 定线是按照已定的技术标准 在选线布局阶段选定的 路线带 或叫定线走廊 的范围内 结合细部地形 地质条件 综合考虑平 纵 横三面的合理安排 确定井通常实地定出道路中线的确切位置的过程 定线方法直接定线 适用于标准较低的路线 纸上定线 适用于技术标准高的 地形 地物复杂的路线 纸上定线 纸上定线 在大比例尺 一般以1 1000为宜 地形图上确定道路中线的位置的过程 越岭线纸上定线的方法 一 定导向线1 确定路线方案 2 绘均坡线等高线间平距 a h i平均 3 定导向线 4 平面试线穿直线 按照 照顾多数 保证重点 的原则综合考虑平面线形设计的要求 穿线交点 初定路线导线 初定出交点 敷设曲线 按路中线计划通过部位选取且注明各弯道的圆曲线半径 缓和曲线长度等 二 修正导向线1 点绘纵断面草图2 纵断面修正导向线 根据纵断面设计的填挖情况 对纵断面地面高程进行修正 挖方过大 降低地面高程 填方大 升高地面高程 在平面试线是的对应路段进行平面线位调整 称为修正导向线 3 横断面修正导向线 横断面校核 三 定线经过几次修正导向线后 最终确定出满足 标准 平纵线形都比较合理的路线导线 最终定出交点位置 一般由交点坐标控制 第五节线形设计 一 线形设计的一般规定二 线形组合设计是指确定路线的空间位置 几何形状及尺寸的工作 包括平纵面线形设计和线形组合设计 三 平面线形设计四 纵面线形设计五 平纵面线形组合设计六 线形与环境的协调 一 线形设计的一般规定 1 线形设计的基本要求 汽车行驶的力学要求 司机视觉和心理要求 地形 地物 环境相协调 沿线土地利用 资源开发 社会经济条件相适应 2 线形几何设计 是指路线平面几何要素设计 即直线 圆曲线 缓和曲线三者的组合设计 绘出平面设计图 纵面线形设计是指在实地或纸上对确定的中桩进行纵断面测量 绘出纵断面图 在图上确定坡度线 竖曲线的位置 形状尺寸 平纵线组合设计是指在完成平纵面线形设计后 用透视图法 对空间线形进行视觉分析 修正平纵面线形 三 平面线形设计 1 设计的一般原则 平面线应直捷连续均衡 并与地形地物相适应 与周围环境相协调 各级公路不论转角大小均应敷设曲线 并尽量选用较大的圆曲线半径 两周向曲线间应有足够的直线段 不得以短直线相连 否则应调整线形 两反向曲线间夹直线段时 以设置不小于最小直线段为宜 否则应进行调整 曲线线形应特别注意技术指标的均衡性与连续性 应避免连续急弯的线形 可在曲线间插入足够长的直线或回旋线 2 直线的运用 下列路段宜采用直线a 不受地形地物限制的平坦地区或山区的开阔谷地 b 市镇及其近郊或规划方正的农耕区等以直线为主体的地区 c 桥梁 隧道等构造路段 d 路线交叉点前后 e 双车道公路提供超车路段 当采用直线时应注意a 纵坡度不宜过大 b 与大半径凹形竖曲线结合为宜 c 两侧地形过于空旷时 宜采取植不同树种或设置一定建筑物等措施 d 长直线或长下坡尽头的平曲线 除曲线半径 超高 视距等必须符合规定要求外 还必须采取设置标志 增加路面抗滑能力等安全措施 直线长度不宜过短 3 圆曲线的运用 在适应地形的情况下应选用较大的曲线半径 在确定R时应注意 a 极限最小R的4 8倍或超高为2 4 的R b 地形条件受限时 应采用大于或接近一般最小半径R c 地形条件特殊困难而不得已时 方可采用极限最小R d 应同前后线形要素相协调 使之构成连续 均衡的曲线形 e 应同纵面线形相配合 必须避免小半径曲线与陡坡相重合 4 回旋线的运用 在线形设计中应作为主要线形要素 四级公路不采用 回旋线参数 5 平面线形要素组合类型 基本型 直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线 S型 圆曲线 回旋线 圆曲线 卵型 圆曲线 回旋线 圆曲线 a A宜 R2为小圆 b c 两圆曲间距 凸型 回旋线 回旋线 a A1A2应符合容许最小回旋线参数的规定 b R应符合圆曲线一般最小半径的规定 c 只有在路线严格受地形 地物限制处方可采用 复合型 两个以上回旋线在曲率相等处相连 C型 回旋线 回旋线 四 纵面线形设计 1 一般原则 线形应与地形相适应 设计成视觉连续 平顺而圆滑的线形 避免在短距离内出现较频繁起伏 应避免能看见近处和远处而看不见中间凹处之线形 较长的连续上坡路段 宜将最陡纵坡放在底部 接近坡顶的纵坡宜适当放缓 相邻纵坡三代数差小时 应尽量采用大的竖曲线半径 交叉处前后的纵坡应平缓 在积雪 冰冻地区 应避免采用陡坡 2 纵坡值的运用 各级公路的最大纵坡值与纵坡限制长度不应轻易采用 只有在起岭线中为争取高度 缩短路线长度或避开艰巨地段等不得已时 方可采用 纵坡以平缓为宜 最小纵坡不应小于0 3 干旱少雨地区可不受此限制 3 各种地形纵坡设计 平原微丘区纵坡应均匀平缓 丘陵区地形的纵坡应避免过分迁应地形而起伏过大 山岭重丘区 沿溪线应尽量采用平缓坡度 坡长不宜超过规定限值 纵坡不宜大于6 越岭线的纵坡应力求均匀 应尽量不采用极限或接近极限的坡度 更不宜连续采用极限长度的陡夹短距离缓坡的纵坡线形 越岭展线不应设置反坡 山脊线和山腰线 除结合地形不得已时采用较大的纵坡外 在可能条件下应采用一递增的纵坡 4 竖曲线设计的要求 竖曲线应选用较大的半径 当条件受限制时 可采用一般最小值 特殊困难不得已时方可采用极限最小值 当有条件时 宜按下表规定进行设计 相邻同向竖曲线间 特别是同向凹形竖曲线之间 如直线坡段不长 应合并为单曲线或复曲线 避免出现断脊曲线 相邻反向竖曲线间宜插入直线坡段 亦可直接连接 视觉所需的最小竖曲线半径值 五 平纵面线形组合设计 是指满足汽车运动学和力学要求的前提下 研究如何满足视觉和心理方面的连续舒适 与周围环境的协调和良好的排水条件 1 原则 在视觉上能自然地引导司机的视线 并保持视觉的连续性 保持平纵线形的技术指标大小均衡 不要悬殊太大 使视线在视觉上 心理上保持协调 选择合适得当的合成坡度 利于路面排水和行车安全 与道路周围环境相配合 2 空间线形要素是指平纵面线形组合在一起 构成的立体线形 平面有直线 圆曲线 缓和曲线 纵面有直线 凸形竖曲线 凹形竖曲线 组合以后有六种空间线形要素 平面直线 纵面直线2a 平面直线 凹形竖曲线2b 平面直线 凸形竖曲线2c 平曲线 纵面直线2d 平曲线 凹形竖曲线索2e 平曲线 凸形竖曲线2f 3 线形组合要点 2a a 线形单调 枯燥 b 适用于交叉口 c 可用划线 标志 绿化等调节视觉 2b a 视距条件好 b 避免采用短凹竖曲线 L Rmin 3 4 c 两凹形竖曲线间不宜插入短直线 d 长直线末端不宜插入小半径凹形竖曲线间 2c a 视距条件差 线形单调 应尽量避免 b 应采用较大竖曲线半径 2d a 直线与圆曲线组合应适当 圆曲线半径大 b 平曲线半径与纵坡度协调c 避免急弯与陡坡相重合 2e 2f当平纵面几何要素大小适当 均衡协调 位置适宜 可以获得视觉舒顺 诱导良好的空间线形 4 平纵面线形组合 最恰当的组合 竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内 其中任一点不要放在缓和曲线的以外的曲线上 也不要放在圆弧段之内 六 线形与环境的协调 1 原则 尽量少破坏公路周围的地貌 地形 天然树林 建筑物等 当公路以挖方穿越山脊或通过宽阔林区时 路线应布设成曲线 以保持自然景观的连续 为减轻在长直线公路上驾驶的单调感 应使驾驶者能看到前方显著的景物 应根据技术和景观要求合理选定构造物的造型 使公路构造物成为自然景观中的一部分 2 平纵面线形组合必须注意与路线所经地区的环境相配合 3 应充分利用自然风景如弧山 湖泊 大树 或人工建筑物如水坝 桥梁 农舍 或在路旁设置一些设施 以消除景观单调感 使公路与大自然融为一体 4 有条件时可适当放缓边坡或将边坡的变坡点修整圆滑 使边坡接近于自然地面的形式 增进路容美观 5 公路两侧的绿化应避免形式和内容上的单一化 应将绿化作为诱导视线 点缀风景以及改造环境的一种措施而进行专门设计 第六节平面交叉设计 交叉口 道路与道路 或铁路 在同一平面上相交的地方称为平面交叉 又称为交叉口 一 交叉口设计的主要内容 1 正确选择交叉口的形式 确定各组成部分的几何尺寸 2 进行交通组织 合理布置各种交通设施 3 验算交叉口行车视距 保证安全通视条件 4 交叉口立面设计 布置雨水口和排水管道 二 交叉口的交通分析 进出交叉口的车辆可能产生的交错点 分流点 同一行驶方向的车辆向不同方向分离行驶的地点 合流点 来自不同行驶方向的车辆以较小的角度 向同一方向汇合行驶的地点 冲突点 来自不同行驶方向的车辆以较大的角度相互交叉的地点 减少或消灭冲突点的方法 1 实行交通管制 在交叉口设置交通信号灯或由交通警指挥 使发生冲突的车流从通行时间上错开 2 采用渠化交通 在交叉口内合理布置交通岛 交通标志和标线 或增设车道等 引导各方向车流沿一定路径行驶 减少车辆之间的相互干扰 如环形平面交叉可消灭冲突点 3 修建立体交叉 将相互冲突的车流从通行空间上分开 使其互不干扰 这是解决交叉口交通问题最彻底的办法 三 平面交叉口的基本类型 1 按形式划分 十字形交叉 T形交叉 X形交叉 Y形交叉 错路交叉 多路交叉 2 按平面交叉口形式分 加辅转角式特点 简单 占地少 造价低 设计方便 车速低 适用 三 四级公路及城市一般道路 分道转弯式特点 转弯车量大 适用 三 四级公路及城市一般道路 加宽路口式特点 可减少转弯车辆对直行车辆的干扰 车速高 事故低 占地少 投资大 适用 二级公路及城市主干路 渠化T形交叉 环形交叉 四 平面交叉设计要点 1 设计要求 保证相交道路上所有车辆和行人的交通畅通 保证交叉口范围内的地面水迅速排出 2 设计内容 正确选择交叉口形式 确定各组成部分尺寸 合理布置各种交通设施 交叉口立面设计和雨水口 排水管道的布置 3 设计资料 相交道路的条数和等级 车辆和行人估算交通量 车辆和设计行车速度 相交道路设计纵坡及横断面 交叉口地形 交叉口周围建筑物 排水管道 4 设计要点 平纵面设计要点a 平曲线满足 规范 中最小半径要求 b 纵坡以设置平缓坡段为宜 且满足最小坡长的规定 c 竖曲线同路段竖曲线 d 视距在交叉口以前的一定距离应能识别交叉的存在的信号 标志 无信号和停车控制的交叉 在交通量小的情况下 识别距离可采用各相交公路的停车视距 停车视距 司机反映事件 汽车制动距离 最小安全距离 转弯处平 纵设计要点a 平面交叉处的圆曲线的半径 应根据平面交叉的类型 交通量 计算行车速度和交叉角确定 b 转弯处的纵坡 横坡和标高 应与相交公路相适应 并保证平面交叉范围内的路面排水流畅 c 交通量大转弯车辆多时 可增设减速车道和加速车道 附加车道有变速车道和转弯车道两种 a 加速合流和减速分流处设加速 减速车道 b 3 0 3 5m 应根据公路等级 使用性质 速度变化范围 车辆特性和纵坡等因素经计算确定 一般可参照规范 b 平面交叉符合下列情况 设右转车道平面交叉角小于60 右转交通量较大 右转交通量较大 所需车速较高 有特殊需要时 c 平面交叉除下列情况外 设左转车道不允许左转弯时设计通行能力有富裕时V 40Km h的双车道公路 PHT 200辆 hd 右转车道是在进口右侧或同时在出口右侧拓宽 e 左转车道有三种方法 中间车道宽D 4 5m 将道口一段中间带压缩D 4 5m 将道口单向或双向车道向外侧偏转无中间时 将进口道一侧或两侧拓宽或占用对向车道 f 左转弯车道长度L Ld Le Ls其中 L 左转弯车道长度 m Ld 分流长度 m Le 减速长度 m Ls 等候转弯车辆排队长度 m g 左右转弯车道宽3m 五 平面交叉口里面设计 1 原则 主要道路设计纵坡不变 等级相同 交通量差别不大 有不同纵坡时 保持原纵坡不变 而改变横坡 等级 交通量不同 主要道路不变 次要道路随主要道路而变 至少一条道路纵坡离开交叉口 有进水口处 不应使水流过行人横道 2 基本形式 十字形交叉 全由交叉口中心向外 全向交叉口中心倾斜 三条向外 一条向内 三条向内 一条向外 相邻两条向内 另两条向外 相对两条向内 另两条向外 第七节立体交叉设计 一 立体交叉是指两条路在不同高度上相互交叉的连接方式 二 基本组成 跨线桥 地道 主线 正线 匝道出入口变速车道 三 立体交叉分类1 按相交路线跨越方式分 上跨式 下穿式2 按交通功能分 分离式 互通式3 按交通流线划分 完全互通式 交织式 平交式4 按收费方式划分 不收费式 收费式 四 立体交叉的布置规划1 立交位置的选择应以现有道路网或已批准的规划为依据 在保证主线畅通的前提下 综合考虑立交对地区交通的分散和吸引作用 立交的设置条件 技术上的合理性 经济上的可行性及拟选立交的形式 一般选择在地势平坦开阔 地质良好 拆迁较少以及相交道路具有较高的瓶 纵先行指标处 2 间距确定互通式立交间距时 主要考虑能均匀地分散交通 能满足交织路段长度的要求 满足标志和信号布置得需要及司机操作顺适的要求 五 交形式的选择自然条件环境条件交通条件道路条件 六 互通式立体交叉1 基本形式 喇叭型 A 喇叭型 B 半定向T型 定向Y型 菱型 苜蓿叶型 半苜蓿叶型 环型 第四章路面工程 目录第一节概述第二节沥青路面设计与施工第三节水泥砼路面设计与施工第四节其他路面及基 垫 层第五节路面排水 第一节概述 一 路面是位于路基上方 直接承受荷载和自然因素的作用 由各种材料接受不同比例拌和 铺筑而成的一种带状构造物 二 路面结构1 面层2 基层3 垫层 三 路面类型1 按面层使用材料分 沥青类 水泥砼 粒料 块料2 按强度构成原理分 嵌锁法 级配法 稳定法 铺砌法 3 按荷载作用下的力学性质分 柔性路面 各种基层 除水泥砼外 各类沥青面层 碎石面层 块料面层 刚性路面 水泥砼作面层或基层 半刚性路面 以石灰水泥稳定土 石灰水泥处治碎石 含工业废渣基层 4 常见路面结构层类型 碎砾石类 a 泥结碎石 以碎石为骨料 黏土作填充料粘结料经压实而成的路面结构层 适用于基层和中级路面基层 b 泥灰结碎石 以碎石为骨料 用一定数量的石灰和作粘结料 经压实而成的路面结构 适用于基层 c 级配碎 砾 石 由各种集料和土 按最佳级配原理配制并铺压而成的路面结构 适用于基层和中层路面面层 d 水结碎石 用大小不同的扎制碎石从大到小分层铺 洒水碾压 依靠碎石嵌锁和石粉胶结作用形成的路面结构层 适用于基层 结合料稳定类 a 石灰 稳定 土 将一定量的石灰同粉碎土拌和 摊铺 在最佳含水量时压实 经养生成型的路面结构 适用于基 垫层 b 水泥稳定土 在粉碎的和原来松散的土中掺入适量的水泥和水经拌和 压实 养生成型的路面结构层 适用于基 垫层 c 沥青稳定土用沥青做结合料 与粉碎的土或土集料混合经拌和 铺压而成的路面结构 用于基 垫层 d 工业废渣 用石灰或石灰下脚料做结合料 与活性材料及土或其他集料按一定配合比 加适量水拌和 铺压 养生成型的路面结构层 适用于基层 垫层 沥青类a 沥青表面处治 用沥青和矿料按层或拌和方法 铺筑厚度不大于3cm的一种薄层路面面层 防水层 磨耗层 防滑层 b 沥青贯人碎石 用大小不同的碎石或砾石分层铺筑 颗粒尺寸自下而上逐层减小 同时分层贯人沥青 经分层压实而成的路面结构层 适用于次高级路面面层 高级路面基层 联结层 c 沥青碎石 以一定级配的矿料用沥青做不结合料 按一定比例配合 拌匀 铺压而成的路面结构层 适用于高级 次高级路面面层 高级路面基层 联结层 d 沥青砼 由适当比例的各种不同大小颗粒的矿料和沥青在一定温度下拌和成混合料 经铺压而成的路面结构层 水泥砼 以水泥与水合成水泥浆为结合料 碎 砾 石为骨料 砂为填充料 按适当的配合比例 经加水拌和 摊铺 振揭 整平 养生所筑成的路面结构层 适用于高级路面面层 基层 块料类a 整齐块石b 半整齐块石c 水泥石砼联锁块分别以加工的整齐块石 半整齐块石 预制的水泥砼联锁铺砌而成的路面面层 分别适用于高级路面面层 次高等级路面面层 高级路面面层 四 路面等级1 高级路面 公路等级 高速 一 二级公路用 面层类型 沥青砼 水泥砼 特点 a 强度 刚度高 稳定性好 b 使用寿命长 能适应较繁重的交通量 c 平整无尘 能保证高速行车 d 养护费用少 运输成本低 e 投资大 2 次高级路面 公路等级 二 三级公路 面层类型 沥青贯入式 沥青碎石 沥青表面处治 特点 a 强度 刚度较高 b 使用寿命较长 适应交通量较多 c 行车速度较高 d 造价较低 e 费用和成本较高 3 中级路面 公路等级 四级公路 面层类型 碎 砾 石 半整齐块石 粒料类 特点 a 强度 刚度低 稳定性差 b 平整度差 易扬尘 c 仅适应较小交通量 d 行车速度低 造价低 e 养护费用高 运输成本高 4 低级路面 公路等级 四级公路 面层类型 粒料 当地材料 特点 a 强度 刚度最低 b 水稳性 平整度均差 易扬尘 c 仅适应较小交通量 d 低速行车 适用较小交通量 e 造价低 养护运输成本高 五 路面的基本要求1 足够的强度刚度 2 足够的稳定性 3 足够的耐久性 4 足够的表面平整度 5 足够的表面挖滑性能 6 足够的少尘性和低噪声 第二节沥青路面的设计与施工 一 沥青路面的设计1 设计内容 材料的选择 混合料配合比设计 设计参数的测试与确定 路面结构层组合与厚度计算 路面结构方案地选 路面加宽加固设计 路面排水系统设计 2 设计原则 应根据使用要求及气候 水文 地质等自然条件 密切结合当地实践经验 进行路基路面综合设计 在满足交通量和使用要求的前提下 应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 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 慎重地加以应用 应注意环保 施工人员健康和安全 推广机械化施工 高速 一级公路不宜分期修建 对有可能产生较大沉降路段 宜按 分期修建 或 一次设计分期实施 原则 3 路面结构组合设计 路面等级与路面类型的选择 半刚性基层上沥青层推荐厚度 沥青层厚度确定 基层选择 a 有足够强度 水稳定性 抗冻性 b 收缩变形小 抗冲刷能力强 c 就地取材 d 确定合理配全地 e 每侧比路面宽至少25 垫层选择 a 材料宜选用粗砂 砂砾 碎石 媒渣 矿渣等 b 高速 一 二级公路排水垫层应铺至与路基同宽 三四级公路可比底基层每侧宽至少25 路面总厚度应满足最小总厚度的要求 最小防冻厚度 4 新建路面厚度设计 设计步骤a 根据设计任务书的要求 确定路面等级 面层类型 设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值 b 按路基土类和干湿类型 将路基划分为若干路段 确定各路段EO c 根据设计弯沉值计算路面厚度 d 进行技术经济比较 确定采用的路面结构方案 设计标准标准轴载BZZ 100 BZZ 60 标准轴载计算参数 设计参数a 累计当量轴次Ne式中 Ne 设计年限内一个车道上的累计当量轴次 t 设计年限 N1 第一年双向平均日当量轴次 Nt 第t年双向平均日当量轴次 r 设计年限内交通量年半长率 车道系数 b 土基回弹模量EO c 路面材料模量 路面厚度计算a 容许弯沉值 设计弯沉值 式中 容许弯沉值 0 01mm 公路等级系数 面层类型系数 基层类型系数 b 容许弯拉应力式中 容许弯拉应力值 劈裂强度 抗弯拉强度结构系数 c 容许剪应力式中 容许剪应力 抗剪裂强度 抗剪结构强度系数 d us R作为控制指标确定路面厚度计算图式 式中 路面A点实测弯沉值 标准轴载接地压强 标准轴载当量圆半径 土基回弹模量 理论弯沉系数 弯沉综合修正系数 以 确定厚度 实际路面是一个多层体系 此时为了应用理论公式需将多层体系换算成三层体系 e 以作为控制指示确定路面厚度 计算图式式中 最大拉应力 理论拉应力系数 使 将多层体系换算为三层体系 将多层体系换算为三层体系 f 以 作为控制指标确定路面厚度 计算图式式中 剪应力 最大剪应力系数 面层材料内摩擦角 要求 当有多层体系时 换算为三层体系的方法同以作为控制指标时的换算 例4 1指出如图路面结构体系中路表弯沉值最大值点位及第3层底面弯拉应力的最大值点位 并绘出各自的计算图式 解 当求路表弯沉值时 将多层体系换算为当量二层体系如下 10 14 2 17 3 19 9 61 4 双轮轮隙中心A气为弯沉最大值 当求第3层底面弯拉应力时 5 9 10 7 16 32 6 22 19 1 41