牧区道路技术标准.docx
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牧区道路技术标准
1概述
1.1目的和意义
由于我国西部省区经济落后，生态环境脆弱，牧区、半牧区面积巨大，牧区道路交通存在问题很多，其主要的原因是没有系统完善、适应牧区特点的牧区道路技术标准和路基路面典型结构型式。
要解决这些问题，应针对牧区道路特点，合理确定牧区道路技术标准，研究牧区道路路基路面典型结构，为经济合理、适度超前、持续发展的牧区道路建设奠定基础。
1.2项目总体目标
（1）.提出适合于牧区道路较为科学、完善的修建技术标准。
（2）.提出适合牧区道路的一般地质条件、水文、气候条件、牧畜通行条件下的路基合理断面型式和路基边坡防护型式。
（3）.提出不同交通量和不同土基强度等级下牧区道路路面典型结构及其设计指南。
（4）.提出适合牧区道路建设的施工技术。
1.3主要研究成果及其所突破的关键技术
（1）.通过对已建牧区道路调查研究，对牧区道路作出了适应的评价；
（2）.提出了符合牧区道路特点、适合当地经济发展的牧区道路技术标准及分级标准；
（3）.确定了牧区道路的选线原则；
（4）.提出了牧区道路自然区划；
（5）.通过草原牧区现场风速测量，应用风雪流理论，经模拟试验，为牧区道路路基合理断面和边坡坡度的设计奠定了良好的基础；
（6）.提出了牧区道路路基边坡排水和防护形式；
（7）.制定了牧区道路路基断面型式；
（8）.提出了牧区道路路面典型结构及材料类型；
（9）.提出了牧区道路施工工艺；
（10）.编制了牧区道路技术标准及路基路面典型结构使用指南。
2牧区道路技术标准
1）.牧区道路适应性分析
牧区道路适应性分析，主要研究结论如下：
（1）.牧区道路存在的问题，归纳为“一差两低三不足”；从技术状况分析，归纳为“一不统一两不适应三大难题”。
（2）.牧区的特点为：
土地面积广，牧民居住分散；道路里程较长，行车干扰因素较小；道路交通量小，以轻型车辆为主；道路工程量小，筑路材料缺乏；生态环境脆弱，自然灾害严重；施工难度较大，管理养护困难。
（3）.交通适应性分析认为：
考虑今后发展，县-乡道路按三级路或四级路双车道修建满足交通量发展需求，四级路单车道则需加宽改造为双车道公路；而乡-村、村-村路采用四级路标准建
设规模偏大。
（4）.交通安全适应性分析认为：
线形设计标准一般高于三、四级路规定，可以满足运营安全的要求；设计速度选择符合规范要求但不系统、不连贯，实际行驶速度高于设计车速，很难保证交通安全；道路宽度满足公路工程技术标准要求，但与交通量较小的特点不适应，路基宽度选择、搭配上缺乏系统性、合理性，既存在浪费，又有安全隐患。
（5）.抗灾合理性分析认为：
对雪害、风沙、冻土的病害处治，限于资金、技术不足，积雪、沙埋、翻浆情况相当严重。
2）.牧区道路交通量预测
通过对具有代表意义的牧区内路网主要道路交通量预测结果进行分析，推断牧区道路交通量发展趋势，主要结论如下：
（1）.牧区道路属于中小型车辆居多的轻载道路，中小型车占81～86%，大型车及拖挂车占14～19%。
（2）.调查表明，牧区道路的交通量一般在400辆/日以下，大部分在200辆/日以下，具有小交通量道路显著特征。
（3）.牧区道路8～10年的预测交通量结果为：
县乡道路280～800辆，乡村道路200～250辆，村村道路70～80辆（按各种车辆折合成小客车的年平均日交通量计）。
3）.牧区道路技术标准
确定牧区道路技术标准基本原则如下：
（1）.牧区道路技术标准应按照“经济合理、适度超前、持续发展”的基本原则进行研究和制定。
（2）.牧区道路在《公路工程技术标准》基础上，补充牧一级路、牧二级路，适应交通量分别为100～200辆/日和100辆/日以下。
（3）.牧区县道一般应选择部颁三级或四级双车道公路；若交通量小，可选用部颁四级单车道公路或牧一级路。
乡道一般应选择部颁四级双车道或单车道公路；若交通量小，可选用牧一级路或牧二级路。
村道一般以牧一级路、牧二级路为主。
（4）.牧区道路设计车速最高值取80km/h，最低值取20km/h，分为80、60、40、30、20km/h五种。
牧一级路的车道宽度采用3.50m，牧二级路的车道宽度采用3.00m。
牧一级路的路基宽度采用7.5～6.5m，牧二级路采用4.5m。
（5）.牧区道路技术标准应与公路工程技术标准合理衔接。
4）.牧区道路选线原则
根据牧区的经济环境、工程环境、生态环境及不良地质路段要求，主要结论如下：
（1）.同等深度、综合比选的指导原则；因地制宜、优选指标的实施原则；重视地质、防治结合的安全原则；相互配合、景观协调的适应原则；环保优先、减少影响的保护原则；先通后畅、分期修建的发展原则。
（2）.根据牧区经济发展、地形地貌状况、地质构造分布、生态环境现状等多种因素，研究牧区道路选线要点，重视道路选线的经济性、适用性、安全性。
（3）.分析雪害、风沙、冻土的特征，调查病害发生原因与道路几何线形关系、与地形地物关系，研究特殊地区的线位选择、路线走向、平纵设计、安全措施等选线要点。
（4）.根据泥沼及软土、泥石流、滑坡特征，分析病害产生条件，研究绕避方式、穿越条件、处理方案、位置选择、路堤高度等不良地质路段选线要点。
3牧区道路路基路面典型结构的研究
3.1牧区道路路基路面现状
牧区道路路基路面现状主要体现为：
1）.路基路面结构现状；
2）.筑路材料现状；
3）.施工技术现状；
4）.道路对草原生态环境影响状况。
3.2牧区道路自然区划
1）.区划的原则
针对不同的运用目的，对应着相应的区划原则，牧区道路自然区划是为建立牧区道路技术标准和典型路基、路面结构服务的，所以区划采用的原则如下：
·科学性原则
以内蒙古牧区自然条件为基础、以牧区道路工程实践为依据，从空间分布和时间发展揭示牧区自然条件的分异规律。
·综合性与主导性相结合的原则
地域分异是自然因素综合作用的结果，如地貌、构造、气候、岩土类型、水文及水文地质、植被、地质灾害等。
自然界各种自然因素作用的强度不同，导致分异的程度是不相同的，因此必须区分主次，所以综合性与主导性相结合就是指以综合因素为基础，主导因素为根据。
牧区道路区划中主导因素为：
地貌、气候和岩土类型，其他因素作为参考因素。
·实用性原则
从牧区道路建设的要求出发，考虑其有利条件和不利条件，使采用的具体方法，选取的分区指标更能与牧区道路工程紧密结合，以满足牧区道路设计，施工和养护等方面的需要。
2）.区划的方法
牧区道路基本方法采用自上而下和自下而上相结合的方法。
自上而下的方法是在牧区道路分区时依据《公路自然区划标准》（JTJ003-86）中一级和二级区划划分界线，即在全国公路一、二级区划的基础上进行牧区道路区划分区，自下而上的方法是首先对内蒙古自然地理主要因素，如地貌、气象（水热等）、岩土、水文及水文地质、草地等进行分区，在此基础上，根据全国一、二级公路区划进行牧区道路分区。
3.3牧区道路路基合理断面型式研究
1）.路堤风速场测定与研究
通过有限元建模，计算分析，得出如下的风速场（以路基高度1.5m，边坡坡度1:
1.5，路基顶面宽8m为例），如图3-3-1所示。
由图3-3-1可以看出整个风速场的变化情况：
（1）.在迎风坡脚、坡中和背风坡脚、坡中处风速大大降低。
由于风速的降低，在此处风积沙和雪粒最容易产生沉积，造成公路沙害或者雪埋。
（2）.减速范围大概为迎风坡前4H（H为路堤高度），背风坡后需要较长距离才能恢复。
（3）.路肩处风速并不减弱，反而增强，这种增速情况尤其以迎风路肩为重。
所以在路肩处不会发生风沙或风雪沉积，反而会出现吹蚀现象。
图3-3-1路堤风速场图3-3-2路基高度1.5m时沿程不同高度风
图3-3-3不同边坡坡度对沿程20cm的风速
2）.路堑风速场的研究
（1）.路堑整体风速场的分析
图3-3-4路堑风速场局部放大图图3-3-5路堑内公路沙埋现象
（2）.路堑深度对风速场的影响
风速场对路堑的影响可由图3-3-4、图3-3-5、图3-3-6、图3-3-7所示图可以看出：
图3-3-6路堑深度3.0m的流线轨迹图图3-3-7路堑深度6.0m的流线轨迹图
由以上分析就可以知道，较深路堑（2～6m）中出现较强回流区，堑底不会积雪。
对于浅路堑，回流速度很小，它们极易连成一片，形成更严重的雪阻，难以清除。
3）.半填半挖路基风速场的研究
填方侧来流时风速场的情况、挖方侧来流时风速变化情况可根据半填半挖路堑的特点考虑设置储雪场。
4）.挡雪防沙墙风速场研究
（1）.起沙风速和雪粒起动风速
粒径越大，起动风速也就越大；含水量越高，起动风速也就越高。
一般认为在平原区当风速达到4～5m/s时积雪就会被吹起，在地形起伏较大时需要稍高的风速才可以起动。
（2）.挡雪墙和挡沙墙
在草原牧区，雪害防治措施以挡雪墙为主。
挡雪墙有紧密不透风结构和透风结构两种形式。
（3）.挡雪防沙墙风速场分析
图3-3-10挡墙风速场
根据以上的分析可以知道，风雪流或者风沙流在遇到3.0m高的挡墙后，墙前4～5m范围内开始积雪或者积沙，墙后0～1m的范围内大量积沙或者积雪，由于漩涡的回流速度较大，所以在漩涡回流速度较高处，积雪或者积沙较少，过漩涡以后，又开始大量积沙或者积雪。
图2-3-11弱风区分区及一次性积雪形态示意图
分析结果见总报告表3-3-2。
5）.数值模拟风速与实测风速
表3-3-1数值模拟风速与实测风速
远离路堤
风速
（m/s）
在迎风
坡脚风速（m/s）
在迎风
路肩风速（m/s）
在背风
路肩风速（m/s）
在背风
坡脚风速（m/s）
模拟风速
2.2
1.0
3.4
3.0
0.1
实测风速
2.2
1.2
3.5
3.6
1.0
6）.牧区道路路基合理断面型式
综合以上分析，牧区道路的断面型式对风速场的影响非常大，采用合理的断面型式可以减弱或者消除风沙流和风雪流引起的公路沙害或者雪害。
3.4牧区道路防护与排水
1）.风沙地区牧区道路防护
（1）.路基主体防护：
柴草类防护、平铺或叠铺草皮、土类防护、卵砾石防护、灌木或乔木防护。
（2）.路基两侧防护：
路基两侧防护按其作用性质可分为固、阻、输、导四种方法。
2）.积雪地区牧区道路防护
设置防雪林、防雪栅栏、防雪墙、导风设施
3）.牧区道路排水
（1）.牧区道路路基排水采取类型为：
过水路面、漫水桥、排水沟、积水池、涵洞、渗沟等。
（2）.牧区道路路面排水
在路线纵坡平缓、汇水量较小、路堤较低且坡面不易受到冲刷（如：
进行坡面防护）的情况下可采用路堤边坡横向漫流的方式排除路面水。
4）.环境保护
（1）.严格按照设计要求在指定位置取土，禁止随意开挖，注意恢复自然地貌，防止工作面草场沙化。
（3）.路基施工完成后，对于取土场，弃土堆应积极利用有利季节予以恢复，并在上面植树、种草，最大限度地恢复建设范围内植被，力求使环境遭到最小的破坏。
（3）.对施工产生的废料加以处理。
3.5粒料基层材料结构特性研究
通过对牧区粒料基层材料压实特性的试验研究，可以得出以下主要规律：
（1）振动参数对风化石压实效果影响较显著。
（2）室内采用振实成型对于风化石粒料更为合理。
（3）室内采用振动成型和重型击实成型得到的含水量和干密度关系规律相似；两种成型方式所得试样干密度相差不大。
（4）压实过程中风化石级配的变化和风化石强度密切相关，强度越高，压实后级配变化越小。
（5）对于风化石粒料，室内压实试验推荐采用振动压实试验方法。
通过对风化石粒料进行CBR试验和大型直接剪切试验研究，可以得出以下规律：
（1）从获得高密度、高强度（CBR值）及良好透水性能出发，宜采用集料颗料分布相对较粗的密实级配碎石。
（2）为了满足高密度、高强度，集料最大粒径以取37.5mm为宜（如实际施工中操作困难，取53mm），4.75mm通过量40％，0.6mm通过量≤15％，0.075mm通过量≤5％的级配为好。
（3）如果使用当地材料修筑粒料基层，应采用强度较高的弱风化碎石修筑，压碎值<35%,集料中<0.5mm细料的液限<25%,塑性指数应<10%。
（4）通过研究提出的大型直接剪切试验可以区分两种风化石不同级配的抗剪强度，不同材料以及不同级配的集料，其剪切强度参数有明显差异。
（5）通过对翁旗和克旗两种风化石选取的10种级配进行的直接剪切试验结果来看，在实际应用中，推荐使用粗集料较多的级配。
（6）φ值的变化对粗集料含量较敏感，表现为初期随粗集料含量增加，φ值也增加，当粗集料含量增加到一定值时，φ值有减小趋势。
（7）集料最大粒径的选取对φ值有影响，在
（粗集料含量）相同的情况下，φ值随最大粒径的增加而增加。
（8）集料的强度对抗剪强度有影响，强度高的集料其φ值相对较大。
（9）同一级配情况下，表面光滑的砾石的剪切强度明显偏低，说明集料颗粒的棱角对剪切强度有明显的影响，工程中柔性基层少用或不用此种材料。
（10）风化石中<0.6mm含量和C值具有较好的二项式相关性。
（11）试验结果表明，CBR试验和大型直剪试验在一定程度上可以对粒料基层的路用性能进行评价，可以对实践提供指导作用。
通过对牧区道路粒料基层材料控制指标及级配组成研究，推荐的级配碎（砾）石或未筛分碎石的颗料组成范围。
如表3-5-1所示。
表3-5-1级配碎（砾）石或未筛分碎石的颗料组成范围
通过质量
百分率（%）编号
项目
1
2
筛
孔
尺
寸
（mm）
53
100
100
37.5
95～100
90～100
31.5
85～95
85～95
19.0
65～80
65～88
9.5
40～60
40～69
4.75
20～42
20～54
2.36
12～27
12～37
0.6
3～14
3～20
0.075
0～5
0～7
液限（%）
<25
<28
塑性指数
<6
<9
3.6牧区道路路面结构分析
1）.计算模型
路面结构模型见图3-6-1。
图3-6-1路面结构力学计算模型单位（cm）
根据牧区道路实际路基路面典型结构形式和材料特性，结合NASTRAN有限元分析软件的计算要求，拟建立两种模型结构形式：
一种是仅考虑垂直荷载作用时，利用轴对称性取整体路基路面结构的四分之一作为计算模型，即1/2模型；另一种是考虑有垂直和水平荷载共同作用时，利用轴对称性取整体结构的一半作为计算模型，即全模型。
2）.牧区道路路面结构参数分析
（1）.路肩材料的影响分析
荷载中心沿路肩径向距离上各点的弯沉变化图和竖向应力变化如图3-6-1和图3-6-2。
图3-6-1荷载中心弯沉变化图3-6-2竖向应力变化
（2）.面层厚度的影响分析
见图3-6-3和图3-6-4
图3-6-3面层底面横向水平应力σx变化
图3-6-4面层底面剪应力τxy变化
（3）.路缘石分析
图3-6-5双轮载作用在路缘石内侧、顶面、外侧示意单位：
cm
利用有限元软件对以上6种组合情况进行路缘石受力和变形分析，主要考虑路缘石顶面沿荷载中心线上各点的受力和变形情况，荷载中心线与路缘石两侧面交点处沿深度方向上各点的受力和变形情况。
图3-6-6路缘石顶面弯沉图3-6-7路缘石底面剪应力
3.7牧区道路试验路铺筑与检测
1）.试验路依托工程概况
达达线白音敖包至阿斯哈图段三级公路位于赤峰市克什克腾旗西北部，是国道303线与省道204线连接线达（达尔罕）达（达青牧场）线的其中一段，连接白音敖包沙地云杉自然保护区和阿斯哈图石林景区，全线长74.00公里。
2）.试验路方案
试验路方案见表3-7-1。
表3-7-1试验路方案
序号
里程
桩号
试验段
面层要求
试验段
基层要求
试验段
垫层要求
1
K67+700
～
K67+800
宽度：
3.5米
厚度：
3厘米
材料：
乳化沥青贯入式
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
水泥稳定天然砂砾
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
碎石土
2
K67+800
～
K67+900
宽度：
4.5米
厚度：
3厘米
材料：
中粒式沥青碎石
宽度：
5米
厚度：
20厘米
材料：
水泥稳定天然砂砾
宽度：
5米
厚度：
20厘米
材料：
碎石土
3
K67+900
～
K68+000
宽度：
3.5米
厚度：
5厘米
材料：
中粒式沥青碎石
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
水泥稳定天然砂砾
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
碎石土
4
K68+000
～
K68+100
宽度：
3.5米
厚度：
3厘米
材料：
中粒式沥青碎石
宽度：
4米
厚度：
30厘米
材料：
水泥稳定天然砂砾
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
碎石土
5
K68+100
～
K68+200
宽度：
3.5米
厚度：
3厘米
材料：
中粒式沥青碎石
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
非级配碎石
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
碎石土
6
K68+200
～
K68+300
宽度：
3.5米
厚度：
3厘米
材料：
中粒式沥青碎石
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
水泥稳定级配砂砾
宽度：
4米
厚度：
20厘米
材料：
碎石土
通过试验路可完成：
·测定面层、基层顶面弯沉及回弹模量等力学参数;
·单独考察环境因素对路面结构的影响;
·研究面层和基层的几何和材料变化对路面结构的影响;。
·确定牧区道路施工和检测方法及质量控制措施。
试验路纵断面示意图
试验路平面示意图
图3-7-1试验路布置图
3）.试验路检测
在试验路铺筑过程中对土基、垫层、基层和试槽的回弹模量进行了检测，
经综合分析，可以知道各层顶面的回弹模量的大概范围。
将各测点处的回弹模量按照位置整理成曲线图，如图3-7-2所示。
图3-7-2各层顶面回弹模量的散点图及趋势图
各层的回弹模量按照位置整理成散点基趋势图，如图3-7-3所示。
图3-7-3各层回弹模量散点图及趋势图
3.8牧区道路路面典型结构推荐
牧一级路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量100～200辆。
牧二级路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量100辆以下。
牧区道路路面结构厚度与土基模量和累计轴次的关系见表3-8-1。
内蒙东北部半干旱、半湿润区路面典型结构见表3-8-2。
表3-8-1路面结构组合
模量（MPa）
泊松比
厚度（cm）
面层
1200
0.25
h1=4
基层
400
0.25
h2=20
底基层
200
0.25
h3=?
土基
40,50,60,80
0.35
—
则路面底基层厚度h3与土基回弹模量E0及Ne的相互关系如图3-8-1和图3-8-2所示。
图3-8-1底基层厚度与土基模量的关系
图3-8-2底基层厚度与累计轴次的关系
图3-8-1和图3-8-2表明当土基模量在30MPa～60MPa时，累计轴次在25～100万次范围内，底基层厚度与累计轴次和土基模量的关系大致是线性的。
底基层厚度与土基模量每一档次引起底基层厚度变化约5cm。
表3-8-2内蒙东北部半干旱、半湿润区
道路等级
Ne（万次）
Eo（MPa）
牧II级
牧I级
≤3
3-20
20-45
45-70
30-45
级配砂砾25cm
沥青表处2.5cm
石灰－稳定级配砂砾18cm
天然砂砾20cm
沥青碎石3.5cm
石灰稳定级配砂砾20cm
天然风化碎石30cm
沥青碎石4cm
水泥稳定级配砂砾20cm
天然风化碎石36cm
45-60
天然砂砾20cm
沥青表处2.5cm
石灰稳定天然砂砾18cm
天然砂砾20cm
沥青碎石3.5cm
石灰稳定天然砂砾20cm
天然风化碎石25cm
沥青碎石4cm
水泥稳定天然砂砾20cm
天然风化碎石30cm
≥60
风化碎石15cm
沥青表处2.5cm
干压碎石18cm
碎石土15cm
沥青碎石3.5cm
干压碎石20cm
碎石土20cm
沥青碎石4cm
干压碎石20cm
碎石土25cm
4牧区道路施工技术
4.1牧区道路路基施工技术
1）.牧区道路路基取、弃土及填筑要求
（1）.路基取土
路堤（填方路基）施工取土，应尽可能采用路基两侧取土的方式，以降低对牧区自然环境的破坏。
（2）.路堑弃土
路堑或半填半挖路基中挖出的土方，应先纵向调运，多余土方再弃。
（3）.牧区道路路基填筑
路堤填筑前，应首先清除地基上的杂草、腐植土，清除厚度视原地面土质及杂草情况而定。
2）.牧区道路路基压实
（1）.影响压实效果的因素
影响压实效果的因素是：
含水量对压实的影响和土质对压实的影响。
（2）.压实要求及方法
必须遵循路基填筑工序和填层厚度（15～25cm）要求，用人工及平地机进行整平，然后按规定的碾压机械、碾压遍数和碾压次序―由路边缘到路中心（曲线由内缘到外缘）进行碾压。
3）.牧区道路施工压实机械
牧区道路路基碾压机械，粘性土通常是碾压式或夯击式机械，有条件时，可采用轮胎式。
而对于砂性土则以采用振动式压路机械为主。
4.2牧区道路路面基层施工技术
1）.牧区道路路面基层类型及材料组成
（1）.道路路面基层材料
牧区道路路面基层常用的材料是石、砾石、砂等。
（2）.材料组成
·干压碎石基层是由粒径大小尺寸不一又无一定级配要求的碎石组成。
·泥灰结级配碎（砾）石基层由碎（砾）石、土、石灰组成。
·级配碎（砾）石基层是由符合级配要求的碎（砾）石组成。
·无机结合料基层是用水泥、石灰及粉煤灰作为结合料，按规定的配比与级配砾石（碎石）、天然砂砾配制的混合料组成。
2）.牧区道路路面基层材料要求
（1）.干压碎石
干压碎石基层材料要求，石料强度原则上要求不低于3级，软硬不同的石料不能掺用。
（2）.级配砾石和级配砾石掺灰（泥灰结级配砾石）
为保证牧区道路路面基层的强度和稳定性，可在级配砾石中掺入一定剂量的石灰，形成级配砾石掺灰基层结构（泥灰结级配砾石）。
（3）.水泥稳定类基层
水泥：
采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥或火山灰水泥，但应选用低标号（如325号）、终凝时间较长的水泥（6h以上）。
集料：
集料颗粒的尺寸及级配组成应按规范规定，最大颗粒不大于40mm（圆孔筛），压碎值不大于35%；集料中0.6mm以下颗粒塑性指数应≯12%；有机物含量不大于2%。
（4）.石灰稳定类基层
土质:
采用塑性指数为12～18的粘性土为好。
灰质:
石灰质量应符合Ⅲ级以上石灰技术指标，并应缩短石灰存放时间。
根据混合料设计要求拌和均匀，使用干净可供饮用的水，保证密实度要求，养生温度应在5℃以上，以保石灰稳定类基层的质量。
（5）.天然砂砾基层
天然砂砾基层所采用的砂砾材料无严格的级配要求，但应将过大粒径（＞0.7倍层厚）颗粒予以捡出。
3）.牧区道路路面基层施工技术质量控制
实行严格的目标管理、工序管理与岗位责任制度，对施工各个阶段的质
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