公路概论讲义.docx

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公路概论讲义

公路概论讲义

第一节公路基础知识

一、公路的分类

定义:

公路是指按照国家规定的公路技术标准修建,并经公路主管部门验收认定的城市间、城乡间、乡间可供汽车行驶的公共道路。

组成：

路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、排水设施、防护构造物、渡口、沿线设施、两旁用地。

公路技术分级

♦高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路

国道

•国道是指具有全国性政治、经济意义的主要干线公路，包括重要的国际公路，国防公路，连接首都与各省、自治区市分、首府和直辖市的公路，连接各大经济中心、港口、枢纽、商品生产基地和战略要地的公路。

•G×××国道G1××指首都放射线，G2××指北南纵线，G3××指东西横线

省道

•省道是指具有全省性（自治区、直辖市）政治、经济意义，连接省内中心城市和主要经济中心的公路，以及不属于国道的省际间的重要公路。

•S×××省道S1××指省会（省府）放射线，S2×××指北南纵线，S3××指东西横线

县道

•县道是指具有全县性（镇、县级市）政治、经济意义，连接省内中心城市和主要经济区的公路，以及不属于国道的省际间的主要公路。

•X×××县公路编号

乡道

•乡道是指主要为乡（镇）内经济、文化、行政服务的公路，以及不属于县道的乡与乡之间及乡与外部联络的公路。

•Y×××乡公路编号

二、公路的分级及技术指标

（一）、公路技术分级及其适应交通量

高速公路是指专供汽车分向、分道高速行驶并全部控制出入的公路。

按照远景设计年限年平均昼夜交通量

四车道25000~55000辆小客车/昼夜

六车道45000~80000辆小客车/昼夜

八车道60000~100000辆小客车/昼夜

一级公路是指专供汽车分向、分道高速行驶并部分控制出入的公路。

四车道一级公路：

应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日（昼夜）交通量为30000辆。

六车道一级公路：

应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日（昼夜）交通量为25000-55000辆。

二级公路是指为中等以上城市的干线公路或者是通往大工矿、港口的公路。

双车道二级公路：

应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日（昼夜）交通量为5000-15000辆。

三级公路是指为沟通县、城镇之间的集散公路。

双车道三级公路：

应能适应将各种汽车折合成小客车的年年平均日（昼夜）交通量为2000-6000辆。

四级公路为沟通县、乡、村等地方公路。

双车道四级公路：

应能适应将各种汽车折合成小客车的年年平均日（昼夜）交通量为2000辆以下。

单车道四级公路：

应能适应将各种汽车折合成小客车的年年平均日（昼夜）交通量为400辆以下。

（二）公路服务水平

公路服务水平分为四级：

一级自由流,二级稳定流,三级接近不稳定流,四级不稳定流

（三）公路设计行车速度

公路设计时确定其几何线形的基本要素。

它是在气象条件良好，车辆行驶只受公路本身的条件影响时，具有中等驾驶技术的人员能够安全、顺适驾驶车辆的速度。

见表1-2

（四）公路汽车荷载等级

•见表1-3

•0.75×I级=II级

三、公路基本组成部分

公路是布置在地表供各种车辆行驶的一种线形带状结构物，它在各种自然因素的长期影响下，主要承受各种汽车荷载的重复作用，为此公路设计包括线形几何设计和工程结构设计两大部分。

线形组成

公路由于受自然条件的限制，在平面上有转折，在纵面上有起伏。

在转折点和起伏变化点处为满足车辆行驶的顺畅、安全和一定的速度的要求，必须用一定半径的曲线连接。

故路线在平面和纵面上都是由直线和曲线两大部分组成。

平面上的曲线称为平曲线，而纵断面因是公路中线在立面上的投影，起伏是指竖向标高的变化，故纵面上的曲线称为竖曲线。

结构组成

公路的工程结构部分包括：

路基、路面、桥梁、涵洞、隧道、防护工程（护坡、挡土墙、护脚等）、排水设备（边沟、截水沟、排水沟、盲沟、急流槽、过水路面、浸水路堤、倒虹吸管等）、山区公路特殊构造物（半山桥、明洞等），此外，为适应行车的安全、畅通和舒适需设安全设备，还需设置各种附属工程：

如公路标志、护拦、路用房屋、加油站、通信设施、及绿化载植等。

（一）路基：

•定义：

是公路的重要组成部分，是公路线型构造物的主体，它贯穿公路全线，与桥梁隧道相连，路基也是路面的基础。

•作用：

用以承受路面传递下来的行车荷载，是保证路面强度与稳定性的重要条件。

1、对路基的基本要求

♦填方路基，要严格控制压实度。

最好用砂性土，粘性土要控制含水量。

♦具有足够的水稳定性。

♦具有足够的整体稳定性。

2、路基横断面的基本形式：

（1）路堤——高于天然地面的填方路基

（2）路堑——低于天然地面的挖方路基

（3）半填半挖路基——介于路堤与路堑之间的路基。

3、路基宽度

4、路基排水设施

路基排水应根据路线平、纵面、沿线地形、地质条件、桥涵位置等情况综合考虑。

对可能危害路基稳定的地面水及地下水均应采取排水设施，使水迅速排出路基范围。

排水设计分地面排水设施及地下排水设施两类：

•地面排水一般可采用边沟、截水沟、跌水、急流槽及拦水带等设施；

•地下排水一般可采用明沟、暗沟、渗沟等措施。

路基排水系统的设计，应注意各种排水设施间的联系及进、出水口的处理。

地面排水设施

边沟汇集路基范围之内和流向路基的少量地面水．

截水沟拦截山坡上方流向路基的地表水，保护挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。

地下排水设施

5、路基养护的任务

（1）维护和加固路肩和边坡；

（2）疏通、改善及铺砌排水系统；

（3）维护及修理各种防护构造物与透水路堤，管好公路用地范围内的土地；

（4）消除路基边坡缺方或塌陷，检查因自然因素或人为因素所造成的险情并及时排除或上报；

（5）预防水毁，发现水毁及时组织抢修；

（6）监视、预防或处理路基翻浆、滑坡及泥石流等病害，并有防护抢修措施；

（7）有计划地局部加宽、加高路基、改善急弯、陡坡或视距达不到标准的路段，并逐步使之达到该公路等级应有的技术标准。

（二）路面

1、对路面的要求：

具有足够的强度、刚度、稳定性、耐磨性，具有良好的平整度和抗滑性。

2、路面结构组成

路面结构为一层状体系，自上而下为面层、基层、垫层。

（1）面层又可分为面层上、面层中、面层下。

面层承受车轮垂直力和水平力的作用，也直接经受自然气候的影响。

（2）基层可分为基层和底基层。

基层主要承受面层传来的车轮垂直力的作用，并把它扩散到垫层。

（3）垫层是为了改善土基的湿度和温度状况，用来隔离路基土中水的上移或防止路面下的冰冻深入至土基引起春融翻浆。

3、路面等级

公路路面按公路等级和服务能力可分为高级、次高级、中级和低级路面四级。

按力学性能可分为刚性路面（水泥混凝土路面）和柔性路面。

1.刚性路面指水泥混凝土路面。

它的强度高，刚性大，板体性好，有较大的扩散应力的能力。

车轮作用下路面的弯沉变形很小。

2.柔性路面主要有碎（砾）石路面和各类沥青路面。

它的刚度较小，抗拉强度较低，荷载作用下变形较大。

•沥青路面

沥青路面是用沥青作粘结料修筑的面层并与各类基层所组成的路面。

因路面呈黑色，又称为黑色路面。

优点：

是与水泥混凝土路面相比，沥青路面表面平整无接缝，行车舒适，振动小，噪声低，开放交通快，养护简便，适宜于路面分期修建，是我国路面结构的重要形式。

缺点：

是沥青类路面的缺点是温度敏感性高。

夏季强度下降，若控制不好会使路面发软或泛油、推挤剪裂破坏。

低温时沥青材料变脆或由于土基冻胀引起路面开裂。

沥青路面主要有以下几种：

•沥青表面处治

•沥青贯入式路面

•乳化沥青碎石混合料

•沥青混凝土路面

•热拌沥青碎石路面

•沥青玛蹄脂碎石路面（SMA）

•开级配沥青磨耗层（简称OGFC）。

•沥青表处治路面

是指用沥青和集料按层铺法或拌和法铺筑而成的厚度不超过3cm的沥青路面。

沥青表处治的厚度一般为1.5-3.Ocm。

层铺法可分为单层、双层、三层。

单层表处治的厚度一般为1.5-2.5cm，三层表处治厚度为2.5-3.0cm。

沥青表处治适用于三级、四级公路的面层和旧沥青面层上加铺罩面层或抗滑层、磨耗层等。

沥青贯入式路面

指用沥青贯入式碎（砾）石做面层的路面。

沥青贯入式路面的厚度一般为4-5cm。

当沥青贯人式的上部加铺拌和的沥青混合料时，也称为上拌下贯，此时拌和层的厚度宜为3-4cm，其总厚度为7-10cm。

沥青贯入式碎石路面也适用于二级及二级以下公路的沥青面层。

沥青碎石路面

是指用沥青碎石作为面层的路面。

沥青碎石的配合比设计应根据实践经验和马歇尔试验结果，并通过施工前的试拌和试铺确定。

沥青碎石有时也用作联结层。

沥青混凝土路面

是指用沥青混凝土作面层的路面。

其面层可由单层、双层或三层沥青混合料组成，各层混合料的组成设计应根据其厚度和层位、气温和降雨等气候条件、交通量和交通组成等因素确定，以满足对沥青面层使用功能的要求。

沥青混凝土通常用作高等级公路的面层。

乳化沥青碎石混合料

适用于三级、四级公路的沥青面层和二级公路养护罩面以及各级公路的调平层。

国外也用作柔性基层。

沥青玛蹄脂碎石路面

指用沥青玛蹄脂碎石混合料作面层或抗滑层的路面。

沥青玛蹄脂碎石混合料（简称SMA）是以间断级配为骨架，用改性沥青、矿粉及木质纤维素组成的沥青玛蹄脂结合料，经拌和、摊铺、压实而形成的一种构造深度较大的抗滑面层。

它具有抗滑耐磨、空隙率小、抗疲劳万高温抗车辙、低温抗开裂的优点，是一种全面提高密级配沥青混凝土使用质量的新结构，适用于高速公路。

一级公路和其它重要公路的表面层。

•开级配沥青磨耗层（简称OGFC）

是利用大空隙率的沥青混合料铺筑而成的沥青磨耗层。

开级配沥青磨耗层属骨架空隙结构型，其矿料级配为间断开级配，它的空隙率较大，一般为20％左右。

这种路面能迅速从内部排走路表雨水，具有防滑、抗车辙及降低噪声等功能。

开级配沥青磨耗层一般用于高等级公路的表面层。

水泥混凝土路面

优点：

是具有板体性，强度高，稳定性好，对基层强度几乎无依赖，由于路面成灰白色，有利于夜间行车，还能适应履带式车辆的行驶。

经常性的维修和养护工作量小，使用寿命为20—30年。

缺点：

是由于水泥具有水硬性，混凝土强度形成需要一定的时间，一般完工后需28天才能开放交通，因路面有接缝，行车时有跳车振动，并且噪声较大，一旦路面被损坏，维修时路面不易开挖，一次性投资较大。

水泥混凝土路面需要设置接缝，接缝的作用是防止温度变化引起过大的胀缩应力和防止温差过大使板产生过大的翘曲应力，此外，它可以防止不均匀的土基沉陷引起板的开裂。

接缝按平面位置分为横缝和纵缝。

接缝按功能又可分为胀缝、缩缝和施工缝。

4、路面结构层类型

（1）面层

表1-5

（2）基层

（3）垫层

5、高速公路对路面的要求

（1）强度

（2）稳定性

（3）平整度

（4）粗糙度

（5）路拱

（三）桥梁、涵洞

1、桥梁可分三个部分:

上部结构（桥跨结构）：

是路线跨越障碍物的主要承重结构，梁桥是从桥梁支座以上的部分即为上部结构；拱桥是由拱脚以上部分即为上部结构。

下部结构：

下部结构是指支承桥跨结构并将恒载和车辆等荷载传至地基的构造物。

包括桥墩、桥台及基础。

桥台与路堤衔接并抵御路堤的土压力，防止路堤填方的坍塌。

一般桥台由台身和基础组成，桥墩由墩身和基础组成。

附属结构：

包括路堤锥形护坡、护岸和各种导流工程等，是保证路堤迎水部分的边坡稳定，抵御水流冲刷所等所需要的结构物。

桥梁类型（按受力体系分）：

梁桥：

是一种在竖向静荷载作用下，支座无水平反力的结构。

1、简支梁桥：

梁（板）跨中处弯矩最大，支座处剪力最大。

2、连续梁桥：

梁跨连续，支座处产生负弯矩。

3、悬臂梁桥：

悬臂支座处产生负弯矩。

拱桥：