路基路面工程-道路工程概论讲义.ppt

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 20 20 15 1015,第2章 道路平面设计,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 凹形曲线 F 曲线 凸形曲线,平纵线形搭配图示 组 合 不 当 ZY YZ 组 合 得 当 HY YH ZH HZ 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 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R m 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,填缝料,拉杆,防锈涂料,h/2 h/2,h/2 h/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/2 h/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/2 h/2,2.02.5cm,34cm,填缝料,传力杆,h/2 h/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； 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,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,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,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 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