公路概论之路线路基路面设计（159页）

1、公路概论-路线路基路面专业建设指导委员会公路公路的组成公路是指联接城市、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路基、路面、桥梁、涵洞、渡口码头、隧道、绿化、通讯、照明等设备及其它沿线设施组成。 一、公路相关问题 专业建设指导委员会路基路面是在天然地表面按照道路的设计线形（位置）和设计横断面（几何尺寸）的要求开挖或堆填而成的岩土结构物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，经受自然气候和侵蚀和影响，是各种混合料铺筑而成的层状结构物一、公路相关问题 路基基本要求路面基本要求一、公路相关问题 耐久性强度稳定性耐久性强度平整度与抗滑公路路基不满

2、足上述任何一种要求，就可能产生路基病害。路面不满足前述两项基本要求，则可能产生病害。对于路面平整度和抗滑性能，提供给安全、通畅、舒适的行车条件。强度平整度与抗滑耐久性强度平整度与抗滑 1.交通运输方式组成 铁路、道路、水运、航空、管道 2.运输方式的特点 铁路：远程客货运量大、连续性较强、成本较低、速度较 高，但建设周期长、投资大，定点运行，中转多 水运：水运通过能力高、运量大、耗能少、成本低、投资省、 但受自然条件限制大、连续性较差、速度慢。 航空：运输速度快、两点间运距短，但运量小、成本高。 管道：连续性强、成本低、安全性好、损耗少的优点，但其仅适用于油、气、水等货物运输。1、交通运输方式

3、及道路运输3道路运输的特点直达、机动灵活。可自成运输体系。通达深度广，覆盖面大。投资少，周转快。批量和时间不受限制。以中短途运输为主。 国道省道县道乡道国家高速公路网一般国道干线公路主骨架公路农村公路全国公路网2.公路发展历史与现状 1906年：在广西友谊关修建第一条公路。1949年以前：公路交通十分落后，1949年能通车的公路只有8.07万公里。1949年1978年：公路交通恢复发展，至1978公路总里程增加到89万公里。1978年以后：国民经济发展的战略重点之一，为公路交通发展提供了机遇。到2005年底：全国包括达到技术标准等级公路总里程达到192万公里。公路管理水平、设计水平、建设水平及

4、成套技术等已经跨入了世界先进行列。 道路的基本体系 全国公路总体存在的主要问题是： 数量少，公路网密度低，只相当于印度的1/5，美国的1/7，日本的1/30。质量差、标准低。高速公路存在的问题是： 中国高速公路总量不足，覆盖能力有限，尚未形成网络规模效益 。对各地高速公路建设缺乏强有力指导和协调手段，不利于合理利用交通通道资源，不利于搞好跨区域通道的布局和衔接。公路发展规划 (1)“五纵七横”安全、快速、高效的国道主干线系统 (2)由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，称为“7918网” 北京珠海同江三亚上海成都连云港霍尔果斯两纵两横我国国道干线系统的代号：北京向外辐射的有1

5、2条，代号第一个字取“1”，如北京至昆明为108国道。由北向南的有28条，代号第一个字取“2”，如山海关至广州为205国道。由东向西的有30条，代号第一个字取“3”，如上海至拉萨为318国道7918网公路网规划 在区域规划中，区域是根据特定的要求有选择地划定的，它是一个在经济上、社会上、政治上、文化上具有密切的相关性与协调运转的整体性的地域空间。 公路网条件： 具有必要的通达深度和公路里程长度； 要有与交通量相适应的道路技术标准和使用; 使用具有经济合理的平面网络。 公路网的特征:集合性;关联性;目的性;适应性. A.道路红线规划 定义：道路线线系指划分城市道路用地和城市建筑用地、生产有地及其

6、他备用地的分界控制线。 内容:确定道路红线宽度;确定道路红线位置;确定交叉口型式;确定控制点的坐标和标高. 城市道路网主要类型:方格网式、环形放射式、自由式和混合式 城市道路发展存在的问题城市道路建设速度落后于城市车辆增加的速度。城市交通基础设施相对薄弱。交通拥挤、堵塞和乘车难问题严重。混合交通的机、非、人干扰大和行车速度低、事故较多、车流量大、人流集中。交通管理水平不高。2、公路工程技术标准分级 根据功能和适应的交通量将公路分为五个等级： 高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的多车道公路。四车道.六车道.八车道 一级公路为供汽车分向、分车道行驶的多车道公路 二级公路为供汽车行驶的

7、双车道公路。 三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路。 四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。3、道路勘测设计的程序工程可行性研究 勘测设计任务书 一阶段施工图设计（施工图预算 ）初步设计（设计概算）定测初测定测 施工图设计（施工图预算 ）初测 初步设计（设计概算）补测 技术设计（修正概算）定测 施工图设计（施工图预算 ） 设计阶段工程可行性研究 包括预工程可行性研究与工程可行性研究 目的：是对工程项目建设的必要性、技术可行性、经济合理性、实施可能性等进行综合研究，推荐最佳方案，进行投资估算和经济评价，为建设项目的决策审批和编制设计任务书提供科学依据。设计阶段与适用性 一阶段设计：即一阶

8、段施工图设计，适用于技术简单、方案明确的小 型建设项目。两阶段设计：即初步设计和施工图设计，建设项目一般采用两阶段设 计。适用于一般建设项目。 三阶段设计：即初步设计、技术设计和施工图设计，适用于技术复杂 、基础资料缺乏和不足的建设项目或建设项目中的个别段、特大桥、互通式立体交叉、隧道等。4、设计的依据（一）设计车辆 1.定义：指道路设计所采用的具有代表性车辆。 2.作用：汽车的行驶性能、外廓尺寸以及行驶于道路上不同种类车辆的组成对于道路几何设计具有决定作用，比如确定路幅组成、车道宽度、弯道加宽、纵坡大小、行车视距等都与设计车辆有密切关系。 3.类型：作为道路设计为依据的可分为四类：小客车、载

9、重汽车、鞍式列车、铰接车（前三者为公路标准）。（二）设计速度 1.定义：指当气候条件良好、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全顺适行驶的最大行驶速度。 2.作用：设计速度是决定道路几何形状的基本依据。道路的曲线半径、超高、视距等直接与设计速度有关。同时也影响车道宽度、中间带宽度、路肩宽度等指标的确定。（三）交通量与通行能力1.年平均日交通量与设计交通量 年平均日交通量（AADT）是一年的总交通量除以365天，是我国统计的公路交通量的通用单位。2、设计小时交通量 小时交通量（辆/小时）是以小时为计算时段的交通量，是确定车道数和

10、车道宽度或评价服务水平的依据。控制公路设计的高峰小时交通量宜采用第30位小时交通量。（四）通行能力 定义：是指某一路段最大所能承受的交通量，也称道路容量，以单位时间内通过的最大车辆数表示（辆/小时）。 （五）道路建筑限界 （1）定义 道路建筑限界又称净空，由净高和净宽两部分组成。 （2）作用 是为保证道路上各种车辆、人群的正常通行与安全，在一定高度和宽度范围内不允许有任何障碍物侵入的空间界线。专业建设指导委员会1、公路路线的相关概念 道路：一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物二、公路路线 专业建设指导委员会汽车行驶轨迹汽车轨迹几何特征： 轨迹是连续的、圆滑

11、的，任一点不出现错头和破折。 曲率是连续的，任一点不出现两个曲率值。 曲率变化是连续的，任一点不出现两个曲率变化率值。专业建设指导委员会平面线形要素平面线形三要素：直线、圆曲线和缓和曲线。2、直线缺点：单一无变化。 驾驶单调、疲倦。 特点： 两点之间距离最短。 具有短捷、直达的印象。 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具经济性。3直线的最小长度规范规定： 当设计速度60km/h时，同向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜；同向曲线间的直线最小长度断背曲线的错觉 当直线较短时，在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉

12、； 当直线过短甚至把两个曲线看成是一个曲线。危害： 破坏了线形的连续性，造成驾驶操作失误，应尽量避免。解决办法：插入长的直线段反向曲线间直线的最小长度规范规定： 当设计速度60km/h时，反向曲线间直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜。反向曲线：考虑超高和加宽缓和的需要，以及驾驶人员操作的方便。4圆曲线不论转角大小均应设置圆曲线。特点：曲率1/R=常数，测设和计算简单； 比直线更能适应地形的变化； 行驶受到离心力的作用； 多占用道路宽度； 视距条件较差 5、汽车行驶时的横向稳定性 汽车在弯道上行驶所受的离心力假定：汽车在圆曲线上作匀速圆运动。离心力：汽车在弯道上，由

13、于惯性产生离心力。作用点：汽车重心 方向：水平背离圆心大小： 离心力的影响：对汽车在平曲线上行驶的稳定性影响很大，可能产生横向滑移或横向倾覆。超高：为了减少离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲 线上的路面做成外侧高、内侧低呈单向横披的形式，称为横向超高。曲线上汽车的受力分析 引入横向力系数，作为衡量稳定性程度的指标，其意义为单位车重的横向力，即 用V（km/h）表达上述公式，则：横向倾覆条件分析 横向倾覆：汽车在横向力的作用下，可能产生绕外侧车轮触地点向外倾覆的危险。 XhgbY 横向滑移：汽车在横向力的作用下，可能产生沿横向力方向的侧向滑移。 稳定条件：横向力大于或等于轮胎与

14、路面之间的横向附着力。即： 利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V。横向滑移条件分析 h横向附着系数 横向倾覆条件分析 稳定条件：倾覆力矩小于或等于稳定力矩。 即 :Fhi比G小得多，可略去不计，则 汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大小。 现代汽车在设计制造时重心较低，一般 汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。在道路设计中应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。 横向稳定性的保证6、圆曲线半径及圆曲线长度公式与因素 在指定车速V下，极限最小半径决定于容许的最大横向力系数和该曲线

15、的最大超高。 1关于横向力系数 （1）危及行车安全 为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下能不产生横向滑移， 应小于0.2。 h （2）增加驾驶操纵的困难 要求4.50m的中间带过渡段以设在半径较大的平曲线路段为宜。一、设置加宽的原因 1.汽车在曲线上行驶时，每个车轮所走过的轨迹是不一样的。 后轴内轮行驶轨迹的半径是很小的，而且偏向曲线内侧，前轴外轮的轨迹半径最大。因此，汽车在曲线上行驶要比直线上多占用一部分宽度，这个多出的宽度就是加宽值。为了保证汽车在曲线上和在直线上具有同样的富余宽度，则弯道上路面部分必须要加宽。 2.汽车在曲线上行驶时，有较大的摆动偏移。5、 平曲线加宽设计一、超高及其作

16、用 1、平曲线超高 为抵消车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高内侧低的单向横坡形式。 2、超高作用 合理地设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车在曲线上行驶的稳定性与舒适性。 3、超高过渡段 从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上单向横坡的路段。 四级公路不设缓和曲线，但曲线上若设有超高，从构造的角度也应有超高过渡段。6、 平曲线超高设计超高过渡段ihiGiG 7、爬坡车道 1、定义 陡坡路段正线行车道上坡方向右侧增设的供载重车行驶的专用车道。 2、设置爬坡车道的作用保证陡坡上汽车行驶的安全性增大通行能力使小汽车在经济车速下行驶可减少污染。 1、避险车道定义 在长陡坡路段正

17、线行车道下坡方向右侧为失控车辆增设的专用车道。 2、设置目的 为防止连续长、陡下坡车辆在行驶中速度失控而造成事故。 3、设置要求 避险车道的长度根据主线下坡行驶速度、避险车道纵坡和坡床集料而定。 8、避险车道的设计四、一般路基设计1、建筑材料广、地方性、废物利用2、工程量大3、施工工艺较简单，季节性强4、受自然因素和人为因素影响，变异性和不确定性大 1、主要影响因素1.地理条件（几何）2.地质条件3.气候条件4.水文和水文地质条件5.土的类别路基设计的一般要求路基：路面的基础 自重作用+路面结构重力+交通荷载路基设计的基本要求： 具有足够的强度、稳定性和耐久性；符合环保、地质、水文等要求；地质

18、条件、地质参数明确；避免高路堤与深路堑;高速公路、一级公路应采用动态设计；提倡采用成熟的新技术、新材料和新结构；符合经济性的要求。路基设计的一般要求路基设计内容： 路基设计包括： 横断面设计； 地基处理设计； 路基填料选择； 防护工程设计； 排水工程设计； 关键部位（台背、挡土墙背、涵洞背等）路基设计与施工设 计。2、 路基水温状况及干湿类型路基湿度的来源大气降水地面水地下水毛细水水蒸气凝结水薄膜移动水 路基按其干湿状态不同分为四类：干燥、中湿 、潮湿和过湿。一般要求路基处于干燥或中湿状态。3、路拱横坡度1.路拱的作用：横向排水2.路拱横坡的取值有利于横向排水，有利于行车平稳；1-4；路肩横披

19、度较路面横坡大1。路面结构层面层基本特点：与外界直接接触。功能要求：结构性及功能性材料类型：水泥混合料、沥 青混合料及其他混合料厚度53.5cm 改性沥青砼面层 4cm 水泥砼面层 28cm 二灰碎石基层18cm 石灰土或固化剂处理路床 20cm 冲击压实处理路床（影响深度80cm ） 应力吸收层2cm 防水联接层1.5cm长寿命路面结构基层基本特点：行车荷载扩散，功能要求： 结构性材料类型：有机、无机结合料稳定类垫层基本特点：承上启下（土基与基层）功能要求：改善土基的温度和湿度状况，进一步扩散应力。材料类型：水稳定性和隔温性好的松散材料或稳定土。路面分类【按照力学特性分类】柔性路面刚性路面半

20、刚性路面4、行车荷载轴重的大小直接关系到路面结构的设计承载力与结构强度，各个国家均对轴重的最大限度有明确的规定。我国公路与城市道路设计规范中均以100kN作为标准轴重。胎壁受拉胎壁受压胎压触压力高压轮胎低压轮胎路基承受路基自重和汽车荷载。 在路基上部靠近路面结构的一定深度内，路基土主要承受车辆荷载的影响。正确的设计应保证路基所受的力在路基弹性限度以内，当车辆驶过后，路基能立即恢复原状，以保证路基的相对稳定，路面不致引起破坏。 5、 路基设计的一般要求 一般路基:通常指在良好的地质与水文等条件下，填方高度与挖方深度不大的路基。 路床：是指路面底面以下80cm范围内的路基部分。030cm称为上路床

21、，3080cm称为下路床。 1.整体稳定性 2.强度与刚度 3水温稳定性 类型与构造：路堤：指用岩土填筑而成的结构物路堑：指全部在原地面开挖而成的结构物半填半挖：指原地面横坡度较大，且路基较宽，往往需要一侧开挖，一侧填筑而成的结构物。路堤（embankment 在天然地面上用土或石填筑的具有一定密实度的线路建筑物。路堤结构：路基填料的选择与密实度控制在路基设计、施工中最为重要。路堑cutting：是指全部在原地面开挖而成的路基或低于原地面的挖方路基。作用：缓和道路纵坡或越岭线穿越岭口控制标高；危害：破坏了厚地层的天然平衡状态，不利于排水，通风；半填半挖式路基：指的是在一个横断面内，部分为路堤、

22、部分为路堑的路基。依据路堤高度分类 矮路堤：h1.01.5m 一般路堤：h1.518m 高路堤：土质h18m 岩质 h20m 适应于平坦地区或者取土困难地区 需要设边沟 需对土基作特殊处理：工作区深度 压实度 水 砂垫层可在路基两侧设取土坑土方量特别大，占地多；行车条件差 宜采用折线型或梯形边坡。 路堤设计的要点当地面边坡陡于1：5时当地面边坡陡于1：2时注意事项土质地面：须将原地面挖成台阶， 台阶宽度大于1m，台阶向内倾斜12坡度石质地面：凿毛 宜设置石砌护脚还起到减少填方数量和压缩路基占地宽度地作用。倾斜地面上方坡脚，须采取措施阻止地面水渗入路堤内。一般路堤 a、护坡道宽度：当路基边缘与路

23、侧取土坑高差h大于2m，b1m；h大于6m，b2m。 b、取土坑放置应尽量少占耕地，当路基填土高度不大时，可只设边沟，不设取土坑。 C、路堤边坡应根据填料种类，路堤高度来综合确定。 d、护坡道作用：保护填方坡脚不受流水侵害，使填方边坡稳定 路堤常见的横断面形式 沿河路堤 a、路堤高度应高出设计洪水位0.5m（无波）， 设计洪水位澭水高度浪高0.5m。 b、常水位以下路堤边坡不得陡于1：2 c、路基边坡加固类型，应根据河流冲刷情况来确定。 路堤常见的横断面形式 护脚路堤 当原地面的坡度陡于1：2时利用挖沟渠填筑路堤 a、H应满足路基高出地下水位最小高度要求0.5m；b、在路堤与沟渠之间要设置12

24、m护坡道；c、内边坡要求1：2。几种常见的特殊路堤 软土路堤 a、反压护道的高度h为整个路堤高度H的1/2;b、反压护道的宽度需要通过边坡稳定性验算进行确定；c、路堤下侧一般情况下应设砂垫层。沙漠路堤 a、应作成流线型边沟 b、路堤不宜太高黄土路堤 a、直立性好 高路堤，但应作力学验算b、湿陷性 要求排水好高路堤 土质：h18m；岩石：h20m 高路堤的填方数量大，占地多，为保证路基的稳定性和横断面经济合理，需要进行个别设计。 路堑横断面形式 全挖路堑 半山洞路堑适用于岩质稳定山坡 台口式路堑 路堑设计一般路堑（h20m） 注意问题 a、地质条件差，不宜修筑路堑b、水文条件，必须在路堑两侧设边

25、沟，在路堑坡顶外 5m处设置截水沟。c、边坡坡度大于0.3，应尽量大于0.5d、当挖方路堑位于土层上时，必须对土基压实处理e、当地下水位比较高时，还需在土基上加铺隔离层。f、尽量少用深路堑半填半挖路基设计注意问题 一般挖填路基 a、一般情况下，h、b0.5m，不需要作流量设计；b、如汇水面积较大时，应作流量设计； c、截水沟的水不能引入边沟，只能进入排水沟 d、排水沟应作流量设计。1、兼顾路堤和路堑的设计要点 2、路基的形式和稳定性同原地面横坡密切相关 3、填挖分界处的沉降 半填半挖路基设计的要点 矮墙路堤 护肩路堤砌石路堤 挡墙路基 适应于土质非常疏松的地质条件下 适应于岩石或坚实粗粒土路段

26、，山边坡伸出不太远 适应于岩石或坚实粗粒土路段，山边坡伸出较远 一般路基设计的内容 选择路基断面型式，确定路基宽度与路基高度； 确定边坡形状与坡度； 选择路基填料与压实标准； 路基排水系统布置与排水结构设计； 坡面防护与加固设计； 附属设施设计。路基宽度设计 路基宽度的概念 路基宽度为行车道、路肩、中间带、变速车道、爬坡车道等宽度之和，一般可理解为土路肩外边缘之间的距离。 路基宽度的确定原则 须考虑占用土地及生态问题，应尽可能少占农田、考虑填挖平衡以减少取土开挖、防止水土流失以维护生态平衡。技术标准技术标准路基宽度设计路基高度设计路基高度：是指路堤的填筑高度或路堑的开挖深度，一般为路基设计标高

27、与原地面(中心线)标高之差；由于原地面不平整，因此还有边坡高度。 路基高度的确定： 路基高度结合公路路线纵断面、排水及防护措施确定，同时与路基临界高度结合；应使路肩边缘高出地面积水，并考虑地面水、地下水、毛细水和冰冻作用对路基强度和稳定性的影响。 高路堤及深路堑的判别标准以边坡高度为依据； 沿河及受水浸淹路基的高度应大于：设计洪水位+壅水高度+波浪侵袭高度+0.5m。当路基高度不符合规定时，可采取降低水位、设置毛细水隔断层等措施。路基高度设计路基的边坡坡度 路基边坡概念：用边坡高度与边坡宽度之比H:b的形式表示，并取H=1计算为1:m（路堤）或1:n（路堑）的形式表示边坡坡率。 边坡坡度的大小

28、，取决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度。 路基边坡坡度的大小直接影响路基的整体稳定性及土石方量和施工难易程度； 一般路基的边坡坡度应通过设计验算确定，也可根据多年工程实践经验和设计规范推荐的数值进行采用。路基的边坡坡度（1）常用的路堤边坡坡度： 2）高路堤及沿河浸水路堤：单独设计 3）填石路堤：用大于25cm不易风化的石块砌筑， 坡度可用1:1；4）陡坡填方可采用砌石护墙：顶宽0.8m，基底以1:5向内斜，H=215m；5）地震地区边坡高度极限值砌石边坡坡度表路基的边坡坡度（2）常用的路堑边坡坡度： 1）路堑边坡设计时应考虑地貌、地质构造上的整体稳定性，不良情况时应使路线避绕，稳定的地质也应考虑开挖后能否造成坡面减少支承而引起失稳；土质挖方