土木工程概论-道路工程讲义

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土木工程的主要类型—道路工程一、道路的概念1、定义一：道路就是指供各种无轨车辆和行人通行的基础设施。按照其使用的特点分为城市公路、城市道路、厂矿道路、林区道路、乡村道路等。2、定义二：依据2004年5月1日施行的《中华人民共和国道路交通安全法》第119条（一）“道路”，是指公路、城市道路和虽在单位管辖范围但允许社会机动车通行的地方，包括广场、公共停车场等用于公众通行的场所。3、城市道路和一般道路的区别区别在于其发挥的作用不同,城市道路主要为城市交通服务,而公路是联系城市和乡村的道路.一般的,城市道路由于交通量大,路幅比较宽,基本没有什么弯道,有的话半径也比较小,因为其设计时速较低和城市用地紧张.而公路在这些方面与城市道路是不同的。二、公路1、概念：联络城镇、乡村和工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路。2、组成：公路主要由路段（路基和路面）、桥梁、涵洞、隧道、公路渡口、防护及支撑工程、公路用土地及公路附属设施组成。（1）路基：路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，与路面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自然灾害的侵蚀和影响。路基结构形式可以分为：填方路基（路堤）、挖方路基（路堑）和半填半挖路基三种形式。（2）路面：路面是铺筑在公路路基上与车轮直接接触的结构层，承受和传递车轮荷载，承受磨耗，经受自然气候和各种自然灾害的侵蚀和影响。对路面的基本要求是具有足够的强度、稳定性、平整度、抗滑性能等。路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。（3）桥涵：是指公路跨越水域、沟谷和其他障碍物时修建的构造物。按照《公路工程技术标准》规定，单孔跨径小于5米或多孔跨径之和小于8米称为涵洞，大于这一规定值则称为桥梁。（4）公路隧道：通常是指建造在山岭、江河、海峡和城市地面下，供车辆通过的工程构造物。按所处位置可分为山岭隧道、水底隧道和城市隧道。（5）公路渡口：公路渡口是指以渡运方式供通行车辆跨越水域的基础设施。码头是公路渡口的组成部分，可分为永久性码头和临时性码头。（6）交叉路口：分为平面交叉、环形交叉、立体交叉（7）交通工程及沿线设施：公路交通工程及沿线设施是保证公路功能、保障安全行驶的配套设施，是现代公路的重要标志。公路交通工程主要包括交通安全设施、监控系统、收费系统、通信系统四大类，如护栏、隔离带、绿化带、里程碑、交通标志、道路照明。沿线设施主要是指与这些系统配套的服务设施、房屋建筑等，如加油站、停车场、饭店、旅馆。3、公路的分类与分级：（1）分类依据一：根据交通部颁布的《公路工程技术标准》规定，公路按使用任务、性质及交通量，将公路的技术等级划分为两大类、五个等级。①汽车专用公路（高等级公路）a、高速公路：专门为汽车分向、分车道行驶，并应全部控制出入的多车道公路。多为四车道（日均25000～55000辆）、六车道（日均45000～80000辆）、八车道（ 日均60000～100000辆）。b、一级公路：为汽车分向分车道行驶并根据需要控制出入的多车道公路。多为四车道（日均15000～30000辆）、六车道（日均25000～55000辆）c、二级公路：为供汽车行驶的双车道公路（日均5000～15000辆）。②一般公路（低等级公路）a、二级公路：同上b、三级公路：为主要供汽车行驶的双车道公路（日均2000～6000辆）。c、四级公路：为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道（日均2000辆以下）、单车道（日均400辆以下）（2）分类依据二：根据行政等级分①国家干线公路：具有全国性政治、经济意义的主要干线公路。包括国际公路、国防公路、联结首都和各省。自治区首府和直辖市的公路，联结各大经济中心、港站枢纽、商品生产基地和战略要地的公路。②省干线公路：联结省内中心城市和重要经济区的公路，以及不属于国道的省内重要公路。③县公路：联结全县主要乡镇和重要经济区的公路，以及不属于国道、省道的县际公路。④乡公路：主要为乡镇内部经济、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或乡与外部联络的公路。⑤等外级公路：等外公路是指1979年公路普查时，已确定的未达到或未能全部达到国家公路技术标准的公路。从1980年以后，新增加的不符合公路工程技术的公路里程，不再统计上报。（专用公路）：专用公路是由工矿、农林等部门投资修建，主要为该部门使用的公路，分别称为厂矿公路、林区公路等。4、横断面组成及形式：（1）概念及组成：横断面是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的多边形截面。横断面多采用槽型截面。公路横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等设施。高速公路和一级公路还有变速车道、爬坡车道等。公路路幅是指公路路基顶面两路肩外侧边缘之间的部分。对于路幅有两种布置方式，一种是有分隔带，一种是无分隔带。等级高、交通量大的公路（如高速公路，一级公路）适用于第一种方式。通常是将上、下行车辆分开。分隔的方式有两种：一种是用分隔带分隔，另一种是将上、下行车道放在不同的平面上加以分隔；前者称作整体式断面，后者称作分离式断面。整体式断面包括行车道、中间带、路肩以及紧急车带、爬坡车道等组成部分。不设分隔带的整体式断面（如二、三、四级公路）包括行车道、路肩以及错车道等，应根据道路的实际情况选用。（2）形式：①单幅双车道，单幅双车道公路指的是整体式的双车道公路。这类公路的交通量范围大，最高达7000辆／昼夜，行车速度可以从20km／h至80km／h。二级公路、三级公路和一部分四级公路都属于这一种。此类公路的最大缺点是混合交通所造成的交通干扰。　　②双幅多车道，四车道、六车道和更多车道的公路，中间一般都设中间带或做成分离式路基而构成“双幅”路。有些分离式路基为了利用地形或处于风景区等原因甚至做成两条独立的单向行车的道路。 　　这种类型的公路设计车速高、通行能力大，每条车道能担负的交通量比一条双车道公路的还多，而且行车顺适、事故率低。我国《公路工程技术标准》中的高速公路和一级公路属于此种类型。　　高速公路和一级公路的主要差别在是否全立交和全封闭以及各种服务设施、安全设施、环境美化等方面的完备程度。具体布置如图　　③单车道，对交通量小、地形复杂、工程艰巨的山区公路或地方性道路，可采用单车道，我国《公路工程技术标准》中的山区四级公路路基宽度为4．50m，路面宽度为3．50m的就属于此类。此类公路虽然交通量很小，但仍然会出现错车和超车，为此，应在不大于300m的距离内选择有利地点设置错车道，使驾驶员能够看到相邻两错车道驶来的车辆。错车道处的路基宽度≥6．5m，有效长度≥20m。5、路面结构层的构成及作用：（1）公路结构层分为面层、基层、底层和垫层。①面层：面层位于整个路面结构的最上层。它直接承受行车荷载的垂直力、水平力、以及车身后所产生的真空吸力的反复作用，同时受到降雨和气温变化的不利影响最大，是最直接地反映路面使用性能的层次。因此，与其它层次相比，面层应具有较高的结构强度、刚度和稳定性，并且耐磨、不透水，其表面还应具有良好的抗滑性和平整度。道路等级愈高、设计车速愈大，对路面抗滑性、平整度的要求愈高。　　修筑高等级道路面层所用的材料主要有沥青混凝土和水泥混凝土等。　　沥青面层往往由2、3层构成。表面层有时称磨耗层，用来抵抗水平力和轮后吸力引起的磨耗和松散，可用沥青玛蹄脂碎石混合料或沥青混凝土铺筑。中面层、下面层为主面层，它是保证面层强度的主要部分，可用沥青混凝土铺筑。面层由承重层、磨耗层和保护层组成。其中，a、承重层主要承受车辆的垂直荷载，是面层的主要部分；b、耗散层承受车轮的水平力和吸附力，同时也受到气温、湿度等自然因素的影响；c、保护层的主要作用是保护磨耗层，延长磨耗层使用寿命。②基底层：基层位于面层之下，垫层或路基之上。基层主要承受面层传递的车轮垂直力的作用，并把它扩散到垫层和土基，基层还可能受到面层渗水以及地下水的侵蚀。故需选择强度较高，刚度较大，并有足够水稳性的材料。　　用来修筑基层的材料主要有：水泥、石灰、沥青等稳定土或稳定粒料(如碎石、砂砾)，工业废渣稳定土或稳定粒料，各种碎石混合料或天然砂砾。　　基层可分两层铺筑，其上层称基层或上基层，起主要承重作用，下层则称底基层，起次要承重作用。底基层材料的强度要求比基层略低些，可充分利用当地材料，以降低工程造价。考虑到扩散应力的需要和施工的方便，基层的宽度应较面眉每侧至少宽出Δ1(cm)，底基层每侧比基层至少宽出Δ2(cm)。透水性基层、级配粒料基层的宽度宜与路基同宽。③垫层：垫层是介于基层与土基之间的层次。并非所有的路面结构中都需要设置垫层，只有在土基处于不良状态，如潮湿地带、湿软土基、北方地区的冻胀土基等，才应该设置垫层，以排除路面、路基中滞留的自由水，确保路面结构处于干燥或中湿状态。　　垫层主要起隔水(地下水、毛细水)、排水(渗入水)、隔温(防冻胀、翻浆)作用，并传递和扩散由基层传来的荷载应力，保证路基在容许应力范围内工作。 　　修筑垫层的材料，强度不一定很高，但隔温、隔水性要好，一般以就地取材为原则，选用粗砂、砂砾、碎石、煤渣、矿渣等松散颗粒材料，或采用水泥、石灰煤渣稳定的密实垫层。一些发达国家采用聚苯乙烯板作为隔温材料。　　值得注意的是，如果选用松散颗粒透水性材料作垫层，其下应设置防淤、防污用的反滤层或反滤织物(如土工布等)，以防止路基土挤入垫层而影响其工作性能。垫层宽度每侧应比底基层至少宽出25cm，或与路基同宽。6、路面的等级与分类（1）分级路面按照使用材料及技术品质的不同，分为①高级路面：沥青混凝土路面，水泥混凝土路面，厂拌沥青碎石路面，整齐石块或条石路面；②次高级路面：沥青贯入式碎、砾石路面，路拌沥青碎、砾石路面，沥青表面处治路面，半整齐石块路面；③中级路面：碎、砾石（级配或泥结）路面，不整齐石块路面，其他粒料路面；④低级路面：粒料加固土路面，其他当地材料加固或改善土路面。（2）分类路面按荷载作用下工作特性分①柔性路面：是指刚度较小，抗弯拉弦度较低，主要靠抗压、抗剪强度来承受车辆荷载作用的路面。沥青混凝土、沥青贯入式碎石、砾石路面、水泥结碎石路面。②刚性路面：系面层板体刚度较大，抗弯拉强度较高的路面。混凝土路面。③半刚性路面：它的工作特性介于刚性、柔性路面之间。石灰或水泥加固路面、煤渣灰土路面、煤矿灰碎（砾）石路面。7、路面的基本要求对路面的具体要求有：　　①足够的强度，抵抗车辆对路面的破坏或产生过大的形变；　　②较高的稳定性，使路面强度在使用期内不致因水文、温度等自然因素的影响而产生幅度过大的变化；　　③一定的平整度，以减小车轮对路面的冲击力，保证车辆安全舒适地行驶；　　④适当的抗滑能力，避免车辆在路面上行驶、起动和制动时发生滑溜危险；　　⑤行车时不致产生过大的扬尘现象，以减少路面和车辆机件的损坏，减少环境污染。三、城市道路1、城市道路的概念：城市道路是指城市规划区内供车辆、行人通行并具备一定技术标准和设施的道路。城市道路的特点：功能多样、组成复杂、行人量大、车种复杂、交叉口多、交通分散。2、城市道路的组成：①路段、交叉口、交通广场、固定停车场、沿街地上设施、交通管理设施②公共停车场和公共汽车停靠站。城市道路静态交通必不可少的场所。③交叉口和广场。供车辆和行人集散以及改变交通方式或方向的场所。④沿街地上设施。如照明灯柱、架空电线杆、给水栓、邮筒、清洁箱、接线柱等。 ⑤交通管理设施。包括交通信号灯、各种交通标志标线以及安全岛、护栏、隔离墩等。3、城市道路的分类与分级：我国城市道路具有行驶车种复杂、速度差别大，人流和车流易混杂的特点，故城市道路的分类与分级应能反映出各类道路的使用任务、交通性质和交通特征以及在城市所处地位的功能要求。根据交通部颁布的《城市道路设计规范》，按道路在城市道路系统中的地位、使用性质、交通性质和交通特征以及对沿线建筑物的车辆和行人进出的服务功能等，将城市道路分为“四类或三类”，即（1）快速交通干道（快速路）：适用大城市或较大中等城市主要技术要求：只准汽车行驶，禁止行人和非机动车进入；中间设置一定宽度的分隔带；出入口控制；大部分交叉口采用立体交叉，机动车道至少为四条，计算车速60～80KM/H。（2）主要交通干道（主干路）：是城市道路系统的骨架，联系着城市主要工业区，住宅区等全市性公共活动场所，负担城市的主要客货运交通。其主要技术要求是：车道数一般不少于四条，道路两侧一般不设吸引大量人流的公共建筑。（3）一般干道（次干路）：是城市中数量较多的普通交通干道。由主干道引出，分布在城市各个区域，负担主干道上交通的集散和区域内主要客货运交通。一般干道通常不设立体交叉，部分交叉口可以扩大和分化可设四车道，亦可不设单独的非机动车道；虽有服务功能（两侧设有公共建筑和商业网点），但尽量不要形成商业街。（4）支路（支路）：是区域内大量分布的联系主次干道与各交通源的道路。包括住宅区道路和胡同（里巷）。一般只有少量机动车和较多的自行车混合行驶，车流密度不大。此外，根据市民的生活、生产需要，还可单独列出一些专用性道路，如沿街设有大量的文化商业设施，只为公共交通和行人服务的文化商业街等。有时还把支路细分为主要支路和一般支路。除快速路外，每类道路按照城市规模、设计交通量、地形等分为：一级道路（大城市采用）、二级道路（中等城市采用）、三级道路（小城市采用）。4、城市道路的横断面组成及形式：（1）断面组成包括：①供各种车辆行驶的车行道。其中有供汽车、电车、摩托车等行驶的机动车道；供自行车、三轮车、平板车、兽力车等行驶的非机动车道。②人行道。专供行人步行交通的通行带。③绿化带。布置在道路中央或道路两侧种植树木花草的地带，具有卫生、防护和美化的作用。④分隔带。⑤地下各种管线。如电缆、煤气管、暖气管、给水管、污水管等。⑥排水系统。用以排除地面水的街沟、边沟、雨水口等。城市道路两侧建筑红线之间的空间范围为城市的道路用地，其宽度称为城市道路路幅宽度。（2）城市道路常见的几种断面形式：①单幅路：俗称“一块板”断面，各种车辆在车道上混合行驶。在交通组织上可以有以下几种方式：　　a、划出快、慢车行驶分车线，快车在中间行驶，慢车和非机动车靠两侧行驶。　　b、 不划分车线，车道的使用可以在不影响安全的条件下予以调整。如只允许机动车辆沿着同一方向行驶的“单行道”；限制载重汽车和非机动车行驶，只允许小客车和公共汽车通行的街道；限制各种机动车辆、只允许行人通行的“步行道”等。上述措施，可以是相对不变的，也可以是按规定的周期变换的。　　②双幅路：俗称“两块板”断面，在车道中心用分隔带或分隔墩将车行道分为两半，上、下行车辆分向行驶，各自再根据需要决定是否划分快、慢车道。　　③三幅路：俗称“三块板”断面，中间为双向行驶的机动车道，两侧为靠右侧行驶的非机动车道。　　④四幅路：俗称“四块板”断面，在三幅路的基础上，再将中间机动车道分隔为二，分向行驶。4、城市道路网：城市内的道路纵横交织组成网络，故城市道路系统又称为城市道路网。常用的城市道路网大体上可归纳成四种形式：（1）方格式道路网：又称棋盘式道路网，适用于平坦的中小城市或大城市的个别区域。优点是街坊整齐，便于建筑物布置；道路定线方便；交通组织简单便利，系统明确；易于识别方向。缺点是对角线两点间绕行路程长，增加市内两点间行程，交通工具使用效率降低。（2）放射环形式道路网：放射环形式道路网是国内外大城市和特大城市采用较多的一种形式。它以城市为中心，环绕市中心布置若干环形干道，联络各条通往中心向四周放射的干道。优点是中心区与各区以及市区与郊区都有短捷地道路联系，道路分工明确，路线有曲有直，较易适应自然地形。缺点是容易把车流导向市中心，造成市内交通压力过重。（3）自由式道路网：自由式道路网往往是结合地形布置，路线弯曲，无一定的几何图形，适用于自然地形条件复杂的城市。优点是能充分利用自然地形，节省道路建设投资，形式自然活泼。缺点是不规则的街坊多，影响建筑物的布置，路线弯曲不易识别方向。（4）混合式道路网：混合式道路网是结合城市的条件，采用几种基本形式的道路网组合而成，有的城市史因城市分段发展而成为混合式道路网。这种形式道路网既具有前述几种形式道路网的优点，也能避免它们的缺点。