路基路面工程-道路工程概论讲义.ppt

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1、路基路面工程道路工程概论,第1章总论国内外道路发展状况道路基本组成及作用道路等级划分第2章道路平面设计选线与定线道路平面线形行车视距第3章道路纵断面设计纵坡设计竖曲线设计第4章道路横断面设计道路横断面组成横断面设计路基土石方数量计算第5章道路交叉设计平面交叉设计立体交叉设计第6章路基工程1概述,路基设计路基的稳定路基施工路基排水第7章路面工程概述沥青路面水泥混凝土路面路面施工路面排水第8章道路绿化与环境道路绿化与环境道路与环境道路环境影响评价第9章高速公路简介基本概念高速公路技术标准高速公路管理与监控系统,线形设计,结构设计,第1章总论,1.1道路运输特点和国内外道路发展状况道路运输特点适应性

2、强；机动性好；速度快；投资少；费用高。我国道路概况现状：数量少、等级低、质量差任务：兴建高等级公路、改造旧路、增设新线目标：实现“五纵七横”、村村乡乡通公路,“五纵七横”国道主干线系统,五纵七横12条路线,国外概况交通运输比例大、路线长、等级高、道路网密度大道路测设新技术计算机应用于道路工程设计；地质勘察；航测；GPS作控制测量。,1.2道路的基本组成及作用,道路的分类：公路、城市道路、厂矿道路、林区道路、乡村道路公路的组成及作用线形组成：平、纵、横公路结构组成：路基、路面、桥涵、排水系统、隧道、防护工程、特殊构造物、交通服务设施城市道路的组成及作用机动车道和非机动车道、人行道、交叉口、步行广

3、场、停车场、公共汽车站、交通安全、城市道路排水系统、沿街设施、地下各种管线、绿化带、地下铁道、高架桥,1.3道路的等级划分,公路公路工程技术标准（JTG B01-2003）等级标准车型设计年限交通量（辆）高速小客车20年25，000一级小客车20年（15）15，00055，000二级小客车15年5，00015，000三级小客车15年2，0006，000四级小客车实际情况2，000（双）400（单）高速一级,全部控制出入、专供汽车分向、分车道行驶的干线公路,部分控制出入干线公路,集散公路、地方公路,城市道路城市道路规范（CJJ3790）年限快速路主干路次干路支路2020151015,第2章道路平

4、面设计,2.1选线与定线原则：近远期结合；工程量小、造价低、效益好；支援农业；通过地质、水文好的地带；环境保护；利用地形，平、纵、横面结合；各种地形条件下的选线平原微丘区选线：优缺点注意方面,山岭重丘区特点分类：沿河线、越岭线、山脊线各种布线的关键定线纸上定线实地定线航测定线,2.2道路平面线形,直线、平曲线直线特点最长、最短限制平曲线特点半径计算半径限制：极限最小半径、一般最小半径、不设超高最小半径,缓和曲线限制曲线总长限制两类平曲线的计算公式：圆曲线：带缓和曲线的平曲线：,里程桩号计算例题某平原区有一弯道圆曲线半径取250m，交点的里程桩号K13+502。56，偏角为3230，试计算该曲线

5、设置缓和曲线后的五个主点里程桩号。（L=75m）超高与加宽定义作用计算限制,线型组合形式基本型回旋线圆曲线回旋线S型圆1回旋1（反向）回旋2圆2卵型圆1回旋圆2凸型回旋1（以R衔接）回旋2复合型回旋1回旋2圆C型回旋1（以R=0接）回旋2,路线平面图（如图）地形、地物公路路线中心线及里程桩号、断链、水准点大中桥、隧道、沿线设施沿线省、市、自治区、县分界线路中心线近、远期规划红线、车行道线、停车场绿化带、交通岛、人行横道线城市道路沿街建筑物出入口、地上地下管线雨水井、窨井交叉口及沿线里程桩弯道及曲线要素交叉口侧面的转弯半径,2.3行车视距,定义分类停车视距=反应时间距离+制动距离+安全距离会车视

6、距2会车视距超车视距=加速行驶距离+在对向车道行驶距离+安全距离+整个过程中对向车行驶距离视距保证弯道上的视距横向净距的计算（清除障碍）城市道路交叉口的视距视距三角形法,第3章 道路纵断面设计,3.1纵坡设计最大纵坡最小纵坡合成总坡坡长限制纵坡设计原则3.1竖曲线设计定义分类作用,竖曲线要素计算竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T某桩号在凸（凹）曲线上的设计标高=该桩号在切线上的设计高-（+）y,竖曲线限制：半径、曲线长平纵面线型组合线型组合原则诱导视线、平纵指标均衡、合成坡度适当平纵组合线形平面要素纵断面要素优缺点A直线直线B直线凹形曲线C直线凸形曲线D曲线直线E曲线

7、凹形曲线F曲线凸形曲线,平纵线形搭配图示 组 合 不 当ZYYZ 组 合 得 当HYYHZHHZ请看纵断面图,第4章 道路横断面设计,4.1道路横断面的组成公路横断面的组成,路 基,路肩,行 车 道,中 间 带,车道,车道,硬路肩,土路肩,中央分隔带,路缘带,路缘带,高速公路、一级公路路基标准横断面,路 基,路肩,行 车 道,路肩,车 道,车 道,加固部分,土路肩,二、三级公路路基标准横断面,路 基,路肩,路肩,行车道,土路肩,加固部分,四级公路路基标准横断面,城市道路横断面的组成组成：机动车道、非机动车道、人行道、绿带、排水设施、各种管线工程等。基本形式（注意比较优缺点）,单幅路,三幅路,双

8、幅路,四幅路,行车道宽度=机动车道宽度+非机动车道宽度路肩、分车带与人行道路肩：硬路肩、土路肩分车带：分隔带、两侧路缘带缘石人行道,4.2横断面设计,设计要求设计方法（见流程图）,点绘各横断面的横向地面线,确定路基宽度、边坡坡度、边沟尺寸,拟定超高和加宽值,完成路基设计表,绘出横断面设计线,清除视距障碍及设置视距台,4.3路基土石方数量,横断面面积计算积距法(图1）A=h1*l+h2*l+hn*l几何图形法（图2）A=Ai(Ai为几何图形面积）混合法路基土石方数量计算,h1,h2,hi,hn,图1,l,图2,Ai,填写路基土石方调配表,土石方调配调配计算的几个问题免费运距L免、平均运距、经济运

9、距L经=B/T+L免、运量W=Qn其中n=（L+L免）/N、计价土石方数量V计=V挖+V借。土石方调配的一般要求土石方调配的方法注：复核横向调运+纵向调运+借方=填方横向调运+纵向调运+弃方=挖方挖方+借方=填方+弃方计价土石方数量=挖方数量+借方数量,第5章 道路交叉设计,5.1平面交叉设计平面交叉设计内容：选择交叉口形式、拟定尺寸、布设交通设施、交叉口竖向设计交叉口的交通组织和交通分析分流点合流点冲突点减少或消灭冲突点的办法：交通管制渠化交通设置立交,交叉口形式与选择,交叉口平面设计加宽转角式交叉口交叉口视距交叉口转角的缘石半径拓宽路口式交叉口设计拓宽车道数拓宽位置的选择拓宽车道长度的计算

10、环形交叉口设计中心岛的形状和尺寸环道的宽度交织角环岛进出口的转弯半径环道的横截面环道的外缘石,交叉口竖向设计原则基本形式设计方法及步骤,计算图示,A,O2,O3,E2,E3,E,F,F3,D3,M3,5.2立体交叉设计,定义设置条件注意问题立体交叉的组成和类型组成立体交叉的类型上跨式互通式下穿式分离式,跨路桥、匝道、外环、内环、入口、出口、加速车道、减速车道、引道,立体交叉线形设计速度限制立体交叉间距限制横断面设计纵断面设计匝道设计匝道类型匝道的“平、纵、横”设计匝道的端部设计,第6章 路基工程,6.1概述路基的作用基本要求路基的用途路基用途的分类,土,巨粒土,粗粒土,细粒土,特殊土,漂石土卵

11、石土,砾类土砂类土,粉质土粘质土有机质土,黄土膨胀土红粘土盐渍土,路基用途的选择不易风化的岩石土碎（砾）石土沙土砂性土粉性土粘性土重粘土有机质土膨胀土湿陷性黄土泥岩盐质土,路基的干湿类型路基湿度的来源大气降水、地面水、地下水、水蒸气及其凝结水、给排水设施泄露路基干湿类型的划分标准：平均稠度Bm=（WL-Wm）/（WL-Wp）类型：干燥、中湿、潮湿、过湿路基临界高度,6.2路基设计路基横断面基本形式,路堤,路堑,半挖半填路基,路基的基本结构,路基的基本结构,中央分隔带,路面,路基,路床,边沟,挖方边坡,截水沟,路基工程的附属设施取土坑、弃土堆、护坡道、路基的防护与加固坡面防护冲刷防护加固支挡植物

12、防护直接防护换填法、挡土墙间接防护排水固结、封面防护碾压与夯实砌石防护化学加固法挤密法,注意：挡土墙的类型及构造,石砌重力式,悬臂式,扶壁式,垛式,锚固式,笼式,6.3路基的稳定性滑动类型滑坡；滑移。力学验算法原理与假设方法：直线验算法,A,B,T,T,W,验算图示,圆弧法,工程地质法,O,Z,R,A,Qi,W,R,B,Xi,SI,Ni,简单条分法,6.4路基的施工,路基施工前的准备组织准备、物质准备、技术准备路基土方施工,开挖,运输,填堆,压实,修整,路基压实压实土基的意义影响路基压实效果的因素：内因：含水量土质外因：压实功能压实机具压实方法,W0含水量W（%）,干容重,路基压实标准压实度击

13、实标准路基压实质量的控制与检查软土地基路基施工,6.5路基的排水,地面排水,边沟截水沟排水沟跌水和急流槽拦水带,地下排水,盲沟渗井,第7章 路面工程,7.1概述路面的作用及对路面的基本要求定义作用基本要求刚度、强度、稳定性、平整度、抗滑性、良好的不透水性、低躁声和低扬尘性,路面结构层次的划分,垫层（或隔离层）,加固路肩,土路肩,土路肩,基层,路缘石,路基,面层,i,i,路拱横坡,路面的分级与分类,7.2沥青路面,沥青路面设计理论弹性层状体系理论假定：五点沥青路面结构组合设计原则：根据路面荷载应力随深度递减的规律安排结层次；（限制各相邻结构层的回弹模量和结构层最小厚度）在各种自然因素作用下稳定性

14、要好；（注意最小防冻厚度）层间联结要紧密。注意：各级道路推荐的路面结构组合形式可参考公路沥青路面设计规范,沥青路面设计指标标准轴载及当量轴次标准轴载：双轮组单轴轴载100KN，BZZ100当量轴次计算：,路面设计弯沉值Ld容许弯拉应力Rm R(=SP/KS)路基土和路面材料抗压回弹模量值路基和路面泊松比均为=0.25路基土回弹模量的确定：承载板法、换算法、查表法路面材料抗压回弹模量E1的确定：实测法、查表法、整体性路面材料抗弯回弹模量ES确定沥青路面结构厚度计算,设计程序,调查交通量计算累计标准轴次,计算设计弯沉值,调查气象、材料资料及混合料实验,确定土基回弹模量,拟定路面结构方案,确定材料模

15、量,按设计弯沉计算路面厚度,是否验算拉应力,是否验算防冻厚度,是否有下一个结构方案,进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案,验算防冻厚度,进行劈裂实验，确定抗拉强度,确定容许拉应力R,计算层底拉应力m,R m,是否增加厚度,是否调整材料配比,变更路面结构,验算,是,没有,验算,不满足,是,是,否,否,路面结构组合形式（见规范）路面厚度计算原则：路表实测弯沉LS=设计弯沉值LD,7.3水泥混凝土路面,定义：优点：缺点：水泥混凝土路面构造土基和基层板的平面尺寸矩形（L1.3B)板宽B=纵向缩缝间距（每个车道宽）4.5m板长L=横向缩缝间距（45m)6m,接缝设计纵缝,填缝料,防锈涂料,拉杆,填缝

16、料,拉杆,防锈涂料,h/2h/2,h/2h/2,10cm,10cm,(1/41/5)h,38mm,510mm,34cm,纵向缩缝构造（左图）纵向施工缝构造（右图）,横缝,(1/41/5)h,传力杆,(1/41/5)h,38mm,38mm,涂沥青,h/2h/2,填缝料,填缝料,h,假缝型（上图）假缝加传力杆型（左图）,填缝料,传力杆,填缝板,h/2h/2,2.02.5cm,34cm,填缝料,传力杆,h/2h/2,510mm,34cm,涂沥青或加塑料套,长10cm的小套子,留 3cm空隙填以纱头等,涂沥青,胀缝构造（上图）横向施工缝构造（左图）,拉杆传力杆特殊部位混凝土路面的处理板边补强；角隅补强

17、；混凝土路面与沥青路面相接；混凝土路面与桥梁相接。水泥混凝土路面设计设计理论和临界荷位设计参数标准轴载和轴载换算重100KN的单轴轴载,交通分级设计使用年限和累计作用轴次,基层顶面的当量回弹模量Et和计算回弹模量Etc基层顶面的当量回弹模量Et参考公路水泥混凝土路面设计规范（JTJ01294）计算回弹模量Etc=n Et混凝土设计强度fcm(MPa)和弯拉弹性模量Ec混凝土面板内最大温度梯度（见规范）公路自然区划：北部多年冻土区东部湿润季冻区黄土高原干湿过度区东部湿热区西南潮暖区西北干旱区青藏高寒区,混凝土板厚计算初拟厚度荷载应力计算P温度应力计算t板厚计算0.95fcmP+t1.03fcm,

18、见规范中的图表,水泥混凝土板厚设计流程图：,交通调查,路基和基、颠层材料调查和实验,温度梯度Tg,混凝土配合比设计,荷载疲劳应力系数kf,应力折减系数Kr,综合系数KC,初期标准轴次NS,使用期累计标准轴次NC,初拟路面结构,混凝土设计弯拉强度fcm,基层顶面计算回弹模量Etc,荷载应力PS,荷载疲劳应力P,最大温度应力tm,温度疲劳应力系数kt,温度疲劳应力t,结束,0.95 fcm P+t 1.03fcm,否,钢筋混凝土路面设计适用场合厚度设计钢筋量与钢筋布置每延米板的配筋量A=3.2LSh/fsy接缝设置,钢筋最小直径和最大间距,7.4路面施工,基层施工石料基层碎石基层泥结碎石、泥灰结碎

19、石、填隙碎石、级配碎（砾）石,准备下承层,施工放样,运输和摊铺未筛分碎石,撒水使碎石湿润,运输和撒布石屑,搅和并补充洒水,整型,碾压,未筛分碎石和石屑在碎石场加水湿拌,运输现场摊铺,补充拌和和洒水,级配碎石路拌法施工工艺流程图,稳定土及工业废渣基层稳定土基层（石灰、水泥）、石灰工业废渣稳定土基层,准备下承层,准施工放样,运输和摊铺主要集料,运输和摊铺掺配集料,洒水拌和,整行,碾压,必要时洒水,级配砾石施工工艺流程图,准备下承层,施工放样,粉碎或运送摊铺集料,洒水闷料,整平和轻压,运送和摊铺石灰,拌和,加水并湿拌,整型,碾压,接缝和调头处的处理,养生,石灰稳定土的工艺流程图,沥青路面面层施工施工

20、分类：层铺法、路拌法、厂拌法沥青路面的材料沥青材料、粗集料、细集料、填料沥青表面处治层铺法施工工序：清理基层洒布沥青铺撒矿料碾压初期养护沥青贯入式沥青贯入式施工工序：防样和砌筑路缘石清扫基层浇洒透层或粘层沥青（厚度为45cm的浅贯入式）撒铺主层矿料，检查松铺厚度碾压浇撒第一遍沥青撒铺第一次铅缝料并碾压浇撒二遍沥青，撒铺二遍嵌缝料，碾压，第三次,沥青混凝土和沥青碎石沥青混凝土（沥青碎石）施工程序：砌筑路缘石或培路肩清扫基层浇洒粘层或透层沥青摊铺碾压开放交通接缝处理水泥混凝土路面面层施工施工方法：,安装模板,筑作接缝与安设钢筋,拌制与运送混凝土混合料,湿治养生与填缝,整面与拆模,混凝土的摊铺与捣实

21、,施工工艺流程图,7.5路面排水,公路路面排水路界地表排水路面表面排水；中央分隔带排水；坡面排水；路面内部排水路面边缘排水；排水基层的排水；,城市道路路面排水道路雨水排水系统明沟系统；暗管系统；混合系统（明沟和暗管结合的一种形式）道路雨水管的布置雨水口的布置检查井的布置,第8章道路绿化与环境,8.1道路绿化与环境绿化对环境的改善吸收二氧化碳，放出氧气；改变小气候；调节湿度；降低噪音道路绿化的基本要求为交通设施服务；适用、美观、经济；能改善行车条件，美化路容，增进舒适性和安全感；要随环境和地形的不同而选择不同形式；要与预防自然灾害结合起来。,道路绿化的功能有视线诱导和指路作用；稳固路堤、保护边坡

22、的功能；防眩功能；有补充道路景观，调整工程中难以避免的景色影响的作用；有调节路面温度，防止路面老化的作用；有调节周围小气候和净化空气的作用；缓冲栽植。,道路绿化的类型营造行道树；营造防护林带；一般离路基1030m外，种植两行以上的乔木或灌木、乔木混合林带营造绿化防护工程；营造风景林、美化环境。,道路行道树植树的位置(单位:m),8.2道路与环境自然环境的破坏道路环境问题：对自然环境的污染道路建设对环境的影响道路开发引起的环境问题；汽车交通引起的环境问题；道路视觉环境问题。道路建设对环境的影响层次,全球影响,局部影响,地域性影响,全球变暖,对臭氧层的破坏,酸雨,光化学现象,噪音,柴油机排放的微粒

23、物,道路照明,8.3道路环境影响评价道路影响评价内容：对自然资源、文化或风景资源可能产生的严重影响；对房屋拆迁可能引起的争论或纠纷；使现有城镇出现被分割、破坏或与当地规划目标矛盾，或增加城市拥挤程度；公路建设与国家、地区环境标准相矛盾；防止环境污染与破坏的措施及其投资估算和经济技术可行性论证意见等。环境影响评价的程序：调查、收集、整理道路沿线状况；确定评价项目，一般要按环境要素列项；讨论确定环境保护措施和要达到的目标，要采用综合治理的措施；确定道路容量标准和评价标准；预估环境污染和未来的发展趋势及影响，提出防治污染的措施，确定最佳方案,道路评价实施流程图,道路工程规划,掌握影响交通环境的因素,

24、收集与地区环境有关的基础性资料,决定需要勘察的环境因素,勘 察,为进行预测与评价、拟定环境因素,预 测,评 价,编写环境影响报告,公布、召开有关单位讨论报告书、座谈、修改,检查环境措施,拟定环境目标,环境影响评价方法“环境影响评价”程序EIA程序EIA方法和技术EIA方法直观的“列表和讨论”法；模拟和分析系统；EIA审计；适应性的环境评价方法。注：特别委员会方法；目录清单方法；矩阵方法；重叠方法；环境影响指数方法。,第9章高速公路简介,9.1基本概念高速公路基本概念定义：高速公路一般应适应年平均昼夜小客车交通量为25000辆以上，具有特别重要的政治、经济意义的、专供汽车分向、分车道行驶并全部控

25、制出入的干线公路。（摘自公路工程技术标准）,高速公路应具备的条件：为汽车专用公路；设有中央分隔带，往返分开；立体交叉，排除平面干扰；全封闭，控制出入。同时只允许右转弯行驶，不允许向左转出入。高速公路的基本特性:,公路的基本属性:,A公益性；B灵活性；C超前性；D储备性。,A车速高通行能力大；B燃料消耗和运输成本大幅度降低；C旅客乘车条件改善，交通事故少。,A占地多；B投资大、造价高；C与地方交通贯通不方便。,优于其它公路特点:,存在的问题:,高速公路效益,经 济 效 益,社 会 效 益,直接经济效益,间接经济效益,促和进运社输会的的合生理产化,促展进和沿资线源经的济发发开,加和速产物品资流生通

26、产,促高进速水公运路、的铁联路运,有散利和于卫城星市城人市口的的开分发,我国高速公路发展历程1988年(“七五”期间)沈大、沪嘉高速零的突破“八五”期间京津塘、济青、成渝高速1619km“九五”期间沪宁、太原至石家庄、长春至四平等高速1999年末，高速公路总里程11000km，世界第四。世界高速公路发展状况德国-最早修建高速公路（1919年）意大利1924年美国高速公路最多、路网最发达、设备最完善 修建速度最快日本1957年，颁布“高速道路干道法”荷兰高速公路密度最大，43.97km/1000平方公里其次，比利时、德国。,9.2高速公路技术标准概述等级划分标准,设计车型设计车型尺寸,净空界限的

27、顶线与路面平行，两侧边线：当路面横坡大于2%时与路面垂直，小于2%时为铅垂线。,设计交通量与通行能力交通量高速公路设计时，一般以规划远景年份（20年）的第30个高峰小时两个方向的交通量为设计标准。设计通行能力基本通行能力Nmax=3600/t0=1000V/L0可能通行能力考虑实际道路和交通情况，在基本通行能力基础上修订。设计通行能力N设计=N可能服务交通量/通行能力,线形设计标准平面线形设计一般原则与地形、地物相适应；确保汽车行驶的安全性和舒适性；保证平面平面线形的顺适性；保证经济性。平面线形设计方法 根据地形条件，首先选用尽可能大的半径来确定基本线形的圆弧，再把这些圆弧用适当的缓和曲线连接

28、起来。纵断面线形设计 在给定的设计车速范围内，使汽车行驶适应地形起伏条件，把纵断面线形诸要素组合成视觉连续，平顺圆滑的线形。,纵断面线形设计原则：线形圆滑顺适，在短距离内最好不出现反复的凹凸线形；应避免只能看到近处和远处而看不到中间凹下部分的线形；应避免在同向弯曲的两条竖曲线间设置直坡线，注意使整体线形一目了然；两坡度差较小时，竖曲线半径应尽量大些；上坡坡度大且坡段长时，应考虑爬坡车道；纵坡越缓越好，但根据排水要求，最小纵坡不应小于0.3%0.5%。纵断面线形设计方法：首先做出符合符合地形的竖曲线，在使相邻的竖曲线相互连接，或插入切线连接，或采用一条大竖曲线代替相邻两条竖曲线。,高速公路横断面

29、设计路幅组成整体式、分离式,环保设置带,保护路肩,路肩,行车道,中间带,行车道,路肩,保护路肩,行 车 道 部 分,中央分隔带,路缘带,路缘带,车道,车道,车道,车道,路缘带,路缘带,横 断 面 路 幅 组 成,行车道一般至少配置四车道，每一车道宽度为3.53.75m，路拱横坡采用1%2%。中间带中间带宽度=设施带宽度+侧向余宽路肩高速公路路肩：硬路肩、保护性路肩硬路肩总宽度（包括外路缘带）：平原微丘区不小于2.5m，山岭重丘区不小于1.75m；保护性路肩：一般为0.52.0m（在其上可种草皮绿化，也可设置标志设施）。,立体交叉设计标准立体交叉修建条件立体交叉基本组成：跨线桥（或地道）、主线、

30、出入口、变速车道、斜带及三角形地带、集散道路。立体交叉分类按相交路线跨越方式划分：上跨式、下穿式、半上跨半下穿式；按交通流通方式可分为：分离式、互通式；按相交道路的条数划分：三路立交、四路立交、多路立交；按立交层数划分：两层式、三层式、四层式。,路基设计标准路基宽度及质量四车道路基宽度规定为2026m。路堤的下层要求填筑水稳定性好的粗粒土，上层填土的压实度要求达到98%。（注：对软土地基处理）边坡高度防护工程路面设计标准沥青混凝土路面、水泥混凝土路面；路拱：12%；路肩排水、中央分隔带排水。,9.3高速公路管理与监控系统收费管理自动发卡机、自动读卡机监控系统控制系统（干道本身控制和进出口匝道控制）监视系统情报系统传输系统中心控制,