土木工程概论 第2版 课件 5道路工程

第5章道路工程5.1概述5.2道路工程发展现状5.3道路的分类与等级划分5.4公路的基本组成结构5.5公路工程特点及基本建设程序5.6公路工程设计与施工5.7公路工程管理与养护思考题5.1概述

5.1.1道路工程的特点5.1.2道路工程的内容5.1.1道路工程的特点

交通运输体系:道路交通运输、铁路运输、水上运输、航空运输、管道运输道路交通运输的特点：适应性强、机动性好、速度快运输费用高、污染大道路交通运输系统：运载工具、道路、枢纽及站场、交通控制和管理、设施管理

5.1.2道路工程的内容

规划设计施工养护和运营管理规划方面

（1）调查现有的道路网和道路设施的状况，采集该地区的经济和社会数据，对现有的道路网和道路设施的适应程度进行评价；（2）对所在地区的经济和社会发展进行预测分析，结合道路网和道路设施的未来运输和交通需求的适应能力进行评价；（3）制定道路网和道路设施适应未来交通发展或改善目标，提出相关的规划方案；（4）对各规划方案进行道路网和道路设施的使用性能分析，对优选方案拟定实施计划。设计方面

（1）路线设计（2）路基设计（3）路面设计（4）排水设计

（1）路线设计

含义：即几何设计，主要是按照设计速度、交通量和服务水平要求及驾驶特点和车辆运行特性设计出安全、舒适、经济的道路。内容：选择路线的走向、控制点、大桥桥位和隧道位置、选定路线的布局、确定路线平面、纵断面和横断面的各项几何要素，进行道路平面和立体交叉设计等。（2）路基设计

要求：整体稳定性好，永久变形小。内容：确定路基填挖高度和顶面宽度；路基的横断面形状和边坡坡度；设计支挡结构物；路堤稳定性和沉降分析；选用合适的坡面防护措施；（3）路面设计

要求：足够的承载能力，平整、抗滑和低噪音，最低寿命周期费用内容：提出路面结构类型和层次；进行各结构层的混合料组成设计；确定满足轴载作用、环境条件和设计年限要求各结构层的厚度；对各方案寿命周期分析，选择最佳设计方案。（4）排水设计

任务：迅速排除道路界内的地表水，将道路上侧方的地表水和地下水排泄到道路的下侧方，防止道路路基和路面结构遭受地表水和地下水的浸湿、冲刷等破坏作用。内容：为按照地表水和地下水的流向和流量及其对道路的危害程度，设置各种拦截、汇集、疏导、排泄地表水和地下水的排水设施，如沟渠、管道、渗沟、排水层等。施工方面

（1）开工前准备工作，包括落实施工队伍、会审和现场核对设计图纸、恢复定线、进行施工测量、编制施工组织设计和工程预算、准备材料和机具设备，准备供水供电和运输便道等。（2）路基土石方作业（开挖、运输、填筑、压实和修整），进行地基加固处理，修筑排水构造物、支挡结构物、坡面防护等。（3）铺筑垫层、底基层、基层和面层（混合料的拌和、运输、摊铺、碾压、修整和养生等）。（4）按施工规程和进度要求进行施工管理，并对施工质量进行控制、监督、检查和验收。养护和运营管理方面

目的：为保持道路设施的使用性能经常处于符合使用要求的状态，须对道路设施的使用状况进行定期的观测和评价，为制定养护计划提供依据。内容：对于可能或已经出现损坏或不满足使用要求的道路设施，按养护计划和养护规范进行维护、修复或改建，以延缓设施损坏的速率，恢复或提高其使用性能。5.2道路工程发展现状

5.2.1道路工程的发展5.2.2道路工程的发展规划5.2.3国内外的发展趋势5.2.1道路工程的发展

道路的名称源于周朝1949年全国解放时统计，通车里程已达7.8万公里1958年-1965年全国公路增长最快，总里程达52万公里1975年发展至78万公里1975-1985年公路里程发展至85万公里2009年底，公路通车里程达到382.8万公里

5.2.2道路工程的发展规划

1991年规划了“五纵七横”国道主干线系统国家高速公路网规划“7918网”,总规模约8.5万公里;2004年底，高速公路通车里程达3.4万公里2008年底达到6万公里

“7918网”

首都放射线：7条：北京—上海、北京—台北、北京—港澳、北京—昆明、北京—拉萨、北京—乌鲁木齐、北京—哈尔滨。南北纵向线：9条：鹤岗—大连、沈阳—海口、长春—深圳、济南—广州、大庆—广州、二连浩特—广州、包头—茂名、兰州—海口、重庆—昆明。东西横向线：18条：绥芬河—满洲里、珲春—乌兰浩特、丹东—锡林浩特、荣成—乌海、青岛—银川、青岛—兰州、连云港—霍尔果斯、南京—洛阳、上海—西安、上海—成都、上海—重庆、杭州—瑞丽、上海—昆明、福州—银川、泉州—南宁、厦门—成都、汕头—昆明、广州—昆明。

5.2.3国内外的发展趋势

发达国家重视高新技术,利用地理信息系统，建立公路数据库，通过计算机模拟建立多种分析评价模型，多次修订通行能力手册利用GPS卫星定位、航测遥感技术取代人工勘测技术重视材料、结构和施工、营运环节的技术监控

中国

系统开发了公路交通CAD技术和航测遥感技术集成全球卫星定位系统GPS、三维测量技术、航测遥感技术建立和开发公路数据库各种高性能混凝土、改性沥青、新型复合材料将不断的开发与应用公路环保技术5.3道路的分类与等级划分

5.3.1道路分类5.3.2道路分级5.3.1道路分类

据所处位置，交通性质及使用特点分为：公路、城市道路、厂矿道路及林业道路。本章的主要论述对象为公路和城市道路。按照道路在道路网中的地位、行程的长度及所承担的交通量，公路和城市道路分为四类,包括高速公路、干线道路、集散道路及地方道路。公路和城市道路

高速公路：满足车辆长距离、快速行驶要求的主干线道路，进出高速公路的出入口完全受控制，同其他公路无平面交叉，对向行车道之间设置分隔带，具有最高的服务水平和安全性；干线道路：承担主要集散中心之间大量长途车辆的道路，组成道路网的主要骨架，具有较高的服务水平；集散道路：连接地方道路和干线道路，将各个地区的车流汇集和输送到干线道路，或者将干线道路的车流分散到各个地区；地方道路：直接为小区内部居民交通运输提供需求服务，行程短，交通量小。道路的设计标准和服务水平主要按照各类道路的功能要求和交通量确定

5.3.2道路分级

公路分级城市道路的分类

根据城市道路在城市道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑的服务功能相应地将城市道路分为四类：快速路、主干路、次干路和支路。5.4公路的基本组成结构

5.4.1公路线形组成5.4.2公路的结构组成5.4.3公路的沿线附属结构5.4.1公路线形组成

横断面：由车道、中间带、路肩、人行道、自行车道、路侧坡面、绿化带、设施道、路界等部分组成；平面：直线、圆曲线、缓和曲线；纵断面：升坡段和长度、降坡段和长度、竖曲线；交叉：道路和其他道路的平面交叉和立体交叉。5.4.2公路的结构组成

路基路面排水结构物公路特殊结构物防护工程路基

行车的基础，它是由土石按照一定尺寸、结构要求建筑成的带状土工结构物。具有一定的力学强度和稳定性，经济、合理，保证行车部分的稳定性，防止自然的破坏。横断面组成有行车道、路肩、路缘带等。

路面

使用各种坚硬材料分层铺筑于路基顶面的结构物，以供汽车安全、迅速和舒适行驶。具有足够的力学强度和良好的稳定性，表面平整，具有良好的抗滑性能。路面结构见下图：i-路拱横坡；1-面层；2-基层；3-垫层；4-路缘石；5-硬路肩；6-土路肩排水结构物

为了确保路基的稳定性，免受地下水和地面水的侵害，公路还应该修建专门的排水设施。地面水的排除系统按照排水方向不同，分为纵向排水和横向排水。纵向排水有：边沟、截水沟、排水沟；横向排水有：桥梁、涵洞、路拱、过水路面透水路堤和渡水槽等。公路特殊结构物

（1）隧道：它是为公路从地层内部或水层通过而修建的结构物，当公路翻越高山或穿越深水层时，为了改善平纵面线形、缩短路线长度时可考虑开凿隧道。（2）悬出路台：在山岭地带的悬崖峭壁上修筑公路时，为了保证公路连续，路基稳定确保行车，还需要修筑悬臂式路台。（3）防石廊：在山区地形地质复杂路段为了保证公路的行车安全，有时也修筑防石廊。（4）挡土墙：在横坡陡峻的山坡上或沿河岸修筑公路时，为了保证路基的稳定性和减少填挖方工程量，需修筑挡土墙。防护工程

在陡峻的山坡上或沿河一侧路基边坡、受水流冲刷或不良地质现象（滑坡、碎落、崩塌等）威胁的路段，为了保证路基稳定，加固路基边坡所修建的人工构造物，常见的路基工程有护坡、碎落台、填石路堤、倒流堤、坡面防护等。

5.4.3公路的沿线附属结构

交通管理设施：交通标志和路面标志交通安全设施：护栏、护柱、护墙等服务性设施：渡口码头、汽车站、加油站、修理站、停车场、餐厅、旅馆及养护用的道班房等环境美化设施：景观造型和花草种植5.5公路工程特点及基本建设程序

5.5.1公路工程特点5.5.2公路工程的基本建设程序5.5.1公路工程特点

公路建筑产品的特点公路施工的技术经济特点公路建筑产品的特点

（1）产品的固定性（2）产品的多样性（3）产品形体庞大（4）产品部分易损

公路施工的技术经济特点

（1）施工流动性大（2）施工协作性高（3）施工周期长（4）受外界干扰及自然因素影响大

5.5.2公路工程的基本建设程序

规划与研究阶段设计阶段施工阶段营运阶段5.6公路工程设计与施工

5.6.1路线几何设计5.6.2路基的设计与施工5.6.3路面的设计与施工5.6.1路线几何设计

公路设计线形的基本要求平面设计横、纵面设计公路选线公路定线与现场勘测道路是三维空间的带状构造物几何尺寸描述了道路的空间形态。平面路线：路线在水平面上的投影；中线：中间位置的一条线一般称为道路的中线；纵断面：沿中线竖直剖切再行展开的称为路线的纵断面；横断面：中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面；道路的三维图：公路设计线形的基本要求

（1）保证汽车在道路上行驶的稳定性（2）保证行车畅通，达到安全、迅速的目的（3）公路的平、纵、横断面布局合理（4）满足行车舒适要求平面设计

主要内容：是根据规划确定的路线大致走向，确定其具体方向，选择合适的平曲线半径，解决转折点处的曲线衔接，保证必须的行车视距，使路线既要符合技术要求，又经济合理。（1）平面线形组成：直线、圆曲线、缓和曲线

1）直线两点之间采用直线距离最短，见下图。优点：行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易，测设简单方便，在直线上设构造物更为经济。缺点：单一无变化，与地形及线形自身难以协调，过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时，易使驾驶人员感到单调疲倦。

应用：农田、河渠规整的平坦地区、城镇近郊规划等以直线条为主体时；特长、长隧道或结构特殊的桥梁等构造物所处的路段；路线交叉点前后的路段宜采用直线线形；双车道公路为超车所提供的路段宜采用直线线形。2）圆曲线

各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线优点：测设和计算简单；任意一点都在不断地改变着方向，比直线更能适应地形、地物和环境的变化；缺点：比在直线上行驶多占用道路宽度；汽车在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差，视线受到路堑边坡或其它障碍物的影响较大，易发生行车事故。为了保证汽车在平曲线上稳定行驶，减少离心力的作用，必须使平曲线上的路面做成外侧高、内侧低，即呈单向横披的形式，称为横向超高，见下图。

3）缓和曲线

设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。除四级公路外的其它各级公路同小于不设超高的最小圆曲线半径相链接处都应设置缓和曲线，见右图。缓和曲线的作用是：曲率连续变化，便于车辆遵循离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适超高横坡度及加宽逐渐变化使得行车更加平稳与圆曲线配合，增加线形美观（2）视距的保证

行车视距：为了保证行车安全，驾驶员应能最是看到路面前方一定距离的障碍物或迎面来车，以便及时刹车和绕过。汽车在这段时间内沿公路路面行驶的必要安全距离。（3）绘制路线平面图

路线平面图是公路基本建设工程设计文件之一，要求路线平面图应示出路线中线两侧50-150m范围内的带状地形、现状地物，路中线位置、里程及百米桩，水准点和大中桥位、隧道和相交道路的位置，及省市自治区县分界线等，并标出平曲线要素。横、纵面设计

（1）路线横断面设计公路的横断面应该包括路基、路肩、边沟、边坡、中间分隔带等。公路横断面的类型有：单幅双车道、双幅多车道、单车道。单幅双车道双幅多车道城市道路横断面的布置类型有单幅路、双幅路、三幅路、四幅路，见下图。城市道路横断面的布置类型（2）路面纵面线形设计

路面纵面线形反映了路中线地面起伏和设计路线的坡度情况，坡度:大小是以坡度线两端高差与其水平长度比值的百分数表示。沿路线前进方向，坡度线起点比终点低则为上坡，否则为下坡。竖曲线:纵断面上相邻两条坡度线相交处会出现变坡点和变坡角，在变坡点用一段曲线予以连接，以利于车辆平顺行驶，即是竖曲线。公路工程表注中规定了各级公路在变坡点处，均应设置竖曲线。竖曲线的设计主要是确定半径。公路选线

（1）选线的一般原则运用各种先进手段，比较和论证，选定最佳路线方案；结合所采用的计算行车速度，正确运用技术指标；工程量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护；注意与农田基本建设相配合；处理好路线与名胜、风景、古迹的关系；对不良地质地段，正确处理路线与绕避或穿越的关系；选线应重视环境保护；（2）选线的步骤

1）路线方案选择：主要是解决起、终点间路线基本走向的问题。

2）路线带的选择：在基本走向的基础上，结合地形、地质、水文等自然条件在大的控制点之间选定一些细部控制点，这些点的连线即为路线带。3）具体定线：根据技术标准和路线方案，进行平、纵、横综合设计，具体定出路线中线。有纸上定线、直接定线、航测定线等方法。确定满足技术标准的道路中线的确切位置。

公路定线与现场勘测

（1）公路定线：在已定的公路等级及选定的起终点和控制点的路线带范围内，结合当地地形、水文地质等条件，综合考虑平纵横断面的合理安排，具体定出公路中心线的位置。（纸上定线和实地定线)；（2）实地放线：在实地定线时因为地形条件的不同，定线的具体内容也不尽相同；（3）现场勘测：测设队分为选线组、测角组，中桩组、水准组、横断面组、地形组、桥涵组和调查组等；5.6.2路基的设计与施工

路基的特点和要求路基设计路基排水路基施工

路基的特点和要求

特点：路线长，地形气候和水文地质条件影响较大；考虑软土压实、桩基、边坡稳定、挡土墙和其他人工调制结构物等；土石方量大，劳力和机械用量多；隐蔽工程多；基本要求：足够的强度；一定的变形能力；足够的水温稳定性；足够的整体稳定性；路基设计

（1）路基横断面路堤、路堑和填挖结合路基三种，见下图：各种典型路基横断面a)路堤b)路堑c)半路堤d)半路堑e)半路堤半路堑f)不填不挖路基典型路堑型式

a)全挖式b)台口式c)半山洞

（2）路基的基本构造

由高度、宽度和边坡组成，见下图：（3）路基工程附属设施主要有取土坑，弃土堆，护坡道、碎落台、堆料坪、错车道及护栏等。

路基排水

（1）路基排水设施：边沟、截水沟，跌水与急流槽、虹吸管。地下排水结构有盲沟、渗沟、渗井。（2）路基边坡的防护和加固：路基边坡常年受冰雪融化和雨水冲刷等的破坏，必须进行适当的防护和加固路基各种防护方式（a）种草防护路基(b)石砌防护(c)植被与抛石防护相结合路基施工

（1）土基压实（2）施工前的准备工作（3）土路基施工（4）石方路基施工

5.6.3路面的设计与施工

路面设计的基本要求路面的分类和分级路面设计路面施工路面设计的基本要求

足够的强度、刚度水温稳定性耐久性表面平整抗滑性环保性刚度不足产生的沉陷沥青路面水温稳定性不足引起的泛油路面的分类和分级

路面的力学性能：刚性路面和柔性路面公路等级和服务能力：高级、次高级、中级和低级路面

刚性路面：水泥混凝土路面，它的强度高，刚性大，有较大的扩散应力的能力，车轮作用下路面的弯沉作用小；柔性路面：主要是碎石路面和各类沥青路面，其刚度小，抗拉强度低，荷载作用下变形较大，此类路面弹性好，路面无接缝，行车舒适性好；半刚性路面：主要为无机结合料（水泥、石灰）水硬性材料稳定土，砂砾石、工业废料，此类材料后期强度增长较大，最终强度比柔性强度高，但比刚性路面强度低，不耐磨耗，只作为柔性路面和刚性路面的基层使用。路面设计

（1）柔性路面设计：设计时应控制众指标，主要包括以下三点：路表回弹弯沉值：路面设计和设计年限的要求确定一次标准轴载作用下路表弯沉值，作为路面设计的弯沉值ld，所设计的路面结构的路表弯沉值ls，应小于等于弯沉值疲劳开裂：沥青面层层底拉应力和水泥稳定剂层层低拉应力小于或等于沥青层和半刚性基层的容许疲劳拉应力；面层剪切：破坏面层结构的剪应力应小于面层材料的容许抗剪强度（2）刚性路面设计：初估板的厚度荷载应力和温度应力计算作用应力综合并与板的容许应力进行对比若满足规定条件，则初估厚度即为设计板厚，否则改变板厚，重新计算至符合条件路面施工

（1）沥青路面施工充分备料；对施工机具进行配套和作全面检查；在沥青拌和厂的沥青加温至140-170摄