土木工程概論-道路工程講義

土木工程的主要類型—道路工程一、道路的概念1、定義一：道路就是指供各種無軌車輛和行人通行的基礎設施。按照其使用的特點分為城市公路、城市道路、廠礦道路、林區(qū)道路、鄉(xiāng)村道路等。2、定義二：依據(jù)2004年5月1日施行的《中華人民共和國道路交通安全法》第119條（一）“道路”，是指公路、城市道路和雖在單位管轄范圍但允許社會機動車通行的地方，包括廣場、公共停車場等用于公眾通行的場所。3、城市道路和一般道路的區(qū)別區(qū)別在于其發(fā)揮的作用不同,城市道路主要為城市交通服務,而公路是聯(lián)系城市和鄉(xiāng)村的道路.一般的,城市道路由于交通量大,路幅比較寬,基本沒有什么彎道,有的話半徑也比較小,因為其設計時速較低和城市用地緊張.而公路在這些方面與城市道路是不同的。二、公路1、概念：聯(lián)絡城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村和工礦基地之間，主要供汽車行駛并具備一定技術標準和設施的道路。2、組成：公路主要由路段（路基和路面）、橋梁、涵洞、隧道、公路渡口、防護及支撐工程、公路用土地及公路附屬設施組成。（1）路基：路基是公路的基本結(jié)構(gòu)，是支撐路面結(jié)構(gòu)的基礎，與路面共同承受行車荷載的作用，同時承受氣候變化和各種自然災害的侵蝕和影響。路基結(jié)構(gòu)形式可以分為：填方路基（路堤）、挖方路基（路塹）和半填半挖路基三種形式。（2）路面：路面是鋪筑在公路路基上與車輪直接接觸的結(jié)構(gòu)層，承受和傳遞車輪荷載，承受磨耗，經(jīng)受自然氣候和各種自然災害的侵蝕和影響。對路面的基本要求是具有足夠的強度、穩(wěn)定性、平整度、抗滑性能等。路面結(jié)構(gòu)一般由面層、基層、底基層與墊層組成。（3）橋涵：是指公路跨越水域、溝谷和其他障礙物時修建的構(gòu)造物。按照《公路工程技術標準》規(guī)定，單孔跨徑小于5米或多孔跨徑之和小于8米稱為涵洞，大于這一規(guī)定值則稱為橋梁。（4）公路隧道：通常是指建造在山嶺、江河、海峽和城市地面下，供車輛通過的工程構(gòu)造物。按所處位置可分為山嶺隧道、水底隧道和城市隧道。（5）公路渡口：公路渡口是指以渡運方式供通行車輛跨越水域的基礎設施。碼頭是公路渡口的組成部分，可分為永久性碼頭和臨時性碼頭。（6）交叉路口：分為平面交叉、環(huán)形交叉、立體交叉（7）交通工程及沿線設施：公路交通工程及沿線設施是保證公路功能、保障安全行駛的配套設施，是現(xiàn)代公路的重要標志。公路交通工程主要包括交通安全設施、監(jiān)控系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、通信系統(tǒng)四大類，如護欄、隔離帶、綠化帶、里程碑、交通標志、道路照明。沿線設施主要是指與這些系統(tǒng)配套的服務設施、房屋建筑等，如加油站、停車場、飯店、旅館。3、公路的分類與分級：（1）分類依據(jù)一：根據(jù)交通部頒布的《公路工程技術標準》規(guī)定，公路按使用任務、性質(zhì)及交通量，將公路的技術等級劃分為兩大類、五個等級。①汽車專用公路（高等級公路）a、高速公路：專門為汽車分向、分車道行駛，并應全部控制出入的多車道公路。多為四車

道（日均25000～55000輛）、六車道（日均45000～80000輛）、八車道（日均60000～100000輛）。b、一級公路：為汽車分向分車道行駛并根據(jù)需要控制出入的多車道公路。多為四車道（日均15000～30000輛）、六車道（日均25000～55000輛）c、二級公路：為供汽車行駛的雙車道公路（日均5000～15000輛）。②一般公路（低等級公路）a、二級公路：同上b、三級公路：為主要供汽車行駛的雙車道公路（日均2000～6000輛）。c、四級公路：為主要供汽車行駛的雙車道或單車道公路。雙車道（日均2000輛以下）、單車道（日均400輛以下）（2）分類依據(jù)二：根據(jù)行政等級分①國家干線公路：具有全國性政治、經(jīng)濟意義的主要干線公路。包括國際公路、國防公路、聯(lián)結(jié)首都和各省。自治區(qū)首府和直轄市的公路，聯(lián)結(jié)各大經(jīng)濟中心、港站樞紐、商品生產(chǎn)基地和戰(zhàn)略要地的公路。②省干線公路：聯(lián)結(jié)省內(nèi)中心城市和重要經(jīng)濟區(qū)的公路，以及不屬于國道的省內(nèi)重要公路。③縣公路：聯(lián)結(jié)全縣主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)和重要經(jīng)濟區(qū)的公路，以及不屬于國道、省道的縣際公路。④鄉(xiāng)公路：主要為鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)部經(jīng)濟、文化、行政服務的公路，以及不屬于縣道以上公路的鄉(xiāng)與鄉(xiāng)之間或鄉(xiāng)與外部聯(lián)絡的公路。⑤等外級公路：等外公路是指1979年公路普查時，已確定的未達到或未能全部達到國家公路技術標準的公路。從1980年以后，新增加的不符合公路工程技術的公路里程，不再統(tǒng)計上報。（專用公路）：專用公路是由工礦、農(nóng)林等部門投資修建，主要為該部門使用的公路，分別稱為廠礦公路、林區(qū)公路等。4、橫斷面組成及形式：（1）概念及組成：橫斷面是指中線上各點的法向切面，它是由橫斷面設計線和地面線所構(gòu)成的多邊形截面。橫斷面多采用槽型截面。公路橫斷面設計線包括行車道、路肩、分隔帶、邊溝邊坡、截水溝、護坡道以及取土坑、棄土堆、環(huán)境保護等設施。高速公路和一級公路還有變速車道、爬坡車道等。公路路幅是指公路路基頂面兩路肩外側(cè)邊緣之間的部分。對于路幅有兩種布置方式，一種是有分隔帶，一種是無分隔帶。等級高、交通量大的公路（如高速公路，一級公路）適用于第一種方式。通常是將上、下行車輛分開。分隔的方式有兩種：一種是用分隔帶分隔，另一種是將上、下行車道放在不同的平面上加以分隔；前者稱作整體式斷面，后者稱作分離式斷面。整體式斷面包括行車道、中間帶、路肩以及緊急車帶、爬坡車道等組成部分。不設分隔帶的整體式斷面（如二、三、四級公路）包括行車道、路肩以及錯車道等，應根據(jù)道路的實際情況選用。（2）形式：①單幅雙車道，單幅雙車道公路指的是整體式的雙車道公路。這類公路的交通量范圍大，最高達7000輛／晝夜，行車速度可以從20km／h至80km／h。二級公路、三級公路和一部分四級公路都屬于這一種。此類公路的最大缺點是混合交通所造成的交通干擾。

②雙幅多車道，四車道、六車道和更多車道的公路，中間一般都設中間帶或做成分離式路基而構(gòu)成“雙幅”路。有些分離式路基為了利用地形或處于風景區(qū)等原因甚至做成兩條獨立的單向行車的道路。

這種類型的公路設計車速高、通行能力大，每條車道能擔負的交通量比一條雙車道公路的還多，而且行車順適、事故率低。我國《公路工程技術標準》中的高速公路和一級公路屬于此種類型。

高速公路和一級公路的主要差別在是否全立交和全封閉以及各種服務設施、安全設施、環(huán)境美化等方面的完備程度。具體布置如圖

③單車道，對交通量小、地形復雜、工程艱巨的山區(qū)公路或地方性道路，可采用單車道，我國《公路工程技術標準》中的山區(qū)四級公路路基寬度為4．50m，路面寬度為3．50m的就屬于此類。此類公路雖然交通量很小，但仍然會出現(xiàn)錯車和超車，為此，應在不大于300m的距離內(nèi)選擇有利地點設置錯車道，使駕駛員能夠看到相鄰兩錯車道駛來的車輛。錯車道處的路基寬度≥6．5m，有效長度≥20m。5、路面結(jié)構(gòu)層的構(gòu)成及作用：（1）公路結(jié)構(gòu)層分為面層、基層、底層和墊層。①面層：面層位于整個路面結(jié)構(gòu)的最上層。它直接承受行車荷載的垂直力、水平力、以及車身后所產(chǎn)生的真空吸力的反復作用，同時受到降雨和氣溫變化的不利影響最大，是最直接地反映路面使用性能的層次。因此，與其它層次相比，面層應具有較高的結(jié)構(gòu)強度、剛度和穩(wěn)定性，并且耐磨、不透水，其表面還應具有良好的抗滑性和平整度。道路等級愈高、設計車速愈大，對路面抗滑性、平整度的要求愈高。修筑高等級道路面層所用的材料主要有瀝青混凝土和水泥混凝土等。瀝青面層往往由2、3層構(gòu)成。表面層有時稱磨耗層，用來抵抗水平力和輪后吸力引起的磨耗和松散，可用瀝青瑪蹄脂碎石混合料或瀝青混凝土鋪筑。中面層、下面層為主面層，它是保證面層強度的主要部分，可用瀝青混凝土鋪筑。面層由承重層、磨耗層和保護層組成。其中，承重層主要承受車輛的垂直荷載，是面層的主要部分；耗散層承受車輪的水平力和吸附力，同時也受到氣溫、濕度等自然因素的影響；保護層的主要作用是保護磨耗層，延長磨耗層使用壽命。②基底層：基層位于面層之下，墊層或路基之上?；鶎又饕惺苊鎸觽鬟f的車輪垂直力的作用，并把它擴散到墊層和土基，基層還可能受到面層滲水以及地下水的侵蝕。故需選擇強度較高，剛度較大，并有足夠水穩(wěn)性的材料。用來修筑基層的材料主要有：水泥、石灰、瀝青等穩(wěn)定土或穩(wěn)定粒料(如碎石、砂礫)，工業(yè)廢渣穩(wěn)定土或穩(wěn)定粒料，各種碎石混合料或天然砂礫。基層可分兩層鋪筑，其上層稱基層或上基層，起主要承重作用，下層則稱底基層，起次要承重作用。底基層材料的強度要求比基層略低些，可充分利用當?shù)夭牧希越档凸こ淘靸r。考慮到擴散應力的需要和施工的方便，基層的寬度應較面眉每側(cè)至少寬出Δ1(cm)，底基層每側(cè)比基層至少寬出Δ2(cm)。透水性基層、級配粒料基層的寬度宜與路基同寬。③墊層：墊層是介于基層與土基之間的層次。并非所有的路面結(jié)構(gòu)中都需要設置墊層，只有在土基處于不良狀態(tài)，如潮濕地帶、濕軟土基、北方地區(qū)的凍脹土基等，才應該設置墊層，以排除路面、路基中滯留的自由水，確保路面結(jié)構(gòu)處于干燥或中濕狀態(tài)。墊層主要起隔水(地下水、毛細水)、排水(滲入水)、隔溫(防凍脹、翻漿)作用，并傳遞和擴散由基層傳來的荷載應力，保證路基在容許應力范圍內(nèi)工作。修筑墊層的材料，強度不一定很高，但隔溫、隔水性要好，一般以就地取材為原則，選用粗砂、砂礫、碎石、煤渣、礦渣等松散顆粒材料，或采用水泥、石灰煤渣穩(wěn)定的密實墊層。一些發(fā)達國家采用聚苯乙烯板作為隔溫材料。值得注意的是，如果選用松散顆粒透水性材料作墊層，其下應設置防淤、防污用的反濾層或反濾織物(如土工布等)，以防止路基土擠入墊層而影響其工作性能。墊層寬度每側(cè)應比底基層至少寬出25cm，或與路基同寬。6、路面的等級與分類（1）分級路面按照使用材料及技術品質(zhì)的不同，分為①高級路面：瀝青混凝土路面，水泥混凝土路面，廠拌瀝青碎石路面，整齊石塊或條石路面；②次高級路面：瀝青貫入式碎、礫石路面，路拌瀝青碎、礫石路面，瀝青表面處治路面，半整齊石塊路面；③中級路面：碎、礫石（級配或泥結(jié)）路面，不整齊石塊路面，其他粒料路面；④低級路面：粒料加固土路面，其他當?shù)夭牧霞庸袒蚋纳仆谅访?。?）分類路面按荷載作用下工作特性分①柔性路面：是指剛度較小，抗彎拉弦度較低，主要靠抗壓、抗剪強度來承受車輛荷載作用的路面。瀝青混凝土、瀝青貫入式碎石、礫石路面、水泥結(jié)碎石路面。②剛性路面：系面層板體剛度較大，抗彎拉強度較高的路面?；炷谅访妗＂郯雱傂月访妫核墓ぷ魈匦越橛趧傂?、柔性路面之間。石灰或水泥加固路面、煤渣灰土路面、煤礦灰碎（礫）石路面。7、路面的基本要求對路面的具體要求有：①足夠的強度，抵抗車輛對路面的破壞或產(chǎn)生過大的形變；②較高的穩(wěn)定性，使路面強度在使用期內(nèi)不致因水文、溫度等自然因素的影響而產(chǎn)生幅度過大的變化；③一定的平整度，以減小車輪對路面的沖擊力，保證車輛安全舒適地行駛；④適當?shù)目够芰?，避免車輛在路面上行駛、起動和制動時發(fā)生滑溜危險；⑤行車時不致產(chǎn)生過大的揚塵現(xiàn)象，以減少路面和車輛機件的損壞，減少環(huán)境污染。三、城市道路1、城市道路的概念：城市道路是指城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)供車輛、行人通行并具備一定技術標準和設施的道路。城市道路的特點：功能多樣、組成復雜、行人量大、車種復雜、交叉口多、交通分散。2、城市道路的組成：①路段、交叉口、交通廣場、固定停車場、沿街地上設施、交通管理設施②公共停車場和公共汽車停靠站。城市道路靜態(tài)交通必不可少的場所。③交叉口和廣場。供車輛和行人集散以及改變交通方式或方向的場所。④沿街地上設施。如照明燈柱、架空電線桿、給水栓、郵筒、清潔箱、接線柱等。⑤交通管理設施。包括交通信號燈、各種交通標志標線以及安全島、護欄、隔離墩等。3、城市道路的分類與分級：我國城市道路具有行駛車種復雜、速度差別大，人流和車流易混雜的特點，故城市道路的分類與分級應能反映出各類道路的使用任務、交通性質(zhì)和交通特征以及在城市所處地位的功能要求。根據(jù)交通部頒布的《城市道路設計規(guī)范》，按道路在城市道路系統(tǒng)中的地位、使用性質(zhì)、交通性質(zhì)和交通特征以及對沿線建筑物的車輛和行人進出的服務功能等，將城市道路分為“四類或三類”，即（1）快速交通干道（快速路）：適用大城市或較大中等城市主要技術要求：只準汽車行駛，禁止行人和非機動車進入；中間設置一定寬度的分隔帶；出入口控制；大部分交叉口采用立體交叉，機動車道至少為四條，計算車速60～80KM/H。（2）主要交通干道（主干路）：是城市道路系統(tǒng)的骨架，聯(lián)系著城市主要工業(yè)區(qū)，住宅區(qū)等全市性公共活動場所，負擔城市的主要客貨運交通。其主要技術要求是：車道數(shù)一般不少于四條，道路兩側(cè)一般不設吸引大量人流的公共建筑。（3）一般干道（次干路）：是城市中數(shù)量較多的普通交通干道。由主干道引出，分布在城市各個區(qū)域，負擔主干道上交通的集散和區(qū)域內(nèi)主要客貨運交通。一般干道通常不設立體交叉，部分交叉口可以擴大和分化可設四車道，亦可不設單獨的非機動車道；雖有服務功能（兩側(cè)設有公共建筑和商業(yè)網(wǎng)點），但盡量不要形成商業(yè)街。（4）支路（支路）：是區(qū)域內(nèi)大量分布的聯(lián)系主次干道與各交通源的道路。包括住宅區(qū)道路和胡同（里巷）。一般只有少量機動車和較多的自行車混合行駛，車流密度不大。此外，根據(jù)市民的生活、生產(chǎn)需要，還可單獨列出一些專用性道路，如沿街設有大量的文化商業(yè)設施，只為公共交通和行人服務的文化商業(yè)街等。有時還把支路細分為主要支路和一般支路。除快速路外，每類道路按照城市規(guī)模、設計交通量、地形等分為：一級道路（大城市采用）、二級道路（中等城市采用）、三級道路（小城市采用）。4、城市道路的橫斷面組成及形式：（1）斷面組成包括：①供各種車輛行駛的車行道。其中有供汽車、電車、摩托車等行駛的機動車道；供自行車、三輪車、平板車、獸力車等行駛的非機動車道。②人行道。專供行人步行交通的通行帶。③綠化帶。布置在道路中央或道路兩側(cè)種植樹木花草的地帶，具有衛(wèi)生、防護和美化的作用。④分隔帶。⑤地下各種管線。如電纜、煤氣管、暖氣管、給水管、污水管等。⑥排水系統(tǒng)。用以排除地面水的街溝、邊溝、雨水口等。城市道路兩側(cè)建筑紅線之間的空間范圍為城市的道路用地，其寬度稱為城市道路路幅寬度。（2）城市道路常見的幾種斷面形式：①單幅路：俗稱“一塊板”斷面，各種車輛在車道上混合行駛。在交通組織上可以有以下幾種方式：

a、劃出快、慢車行駛分車線，快車在中間行駛，慢車和非機動車靠兩側(cè)行駛。

b、不劃分車線，車道的使用可以在不影響安全的條件下予以調(diào)整。如只允許機動車輛沿著同一方向行駛的“單行道”；限制載重汽車和非機動車行駛，只允許小客車和公共汽車通行的街道；限制各種機動車輛、只允許行人通行的“步行道”等。上述措施，可以是相對不變的，也可以是按規(guī)定的周期變換的。

②雙幅路：俗稱“兩塊板”斷面，在車道中心用分隔帶或分隔墩將車行