吉林大学道路桥梁与渡河工程文献综述.docx
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吉林大学道路桥梁与渡河工程文献综述
附件3吉林大学本科毕业论文（设计）文献综述
学院
交通学院
专业
道路桥梁与渡河工程
学生姓名
学号
44130607
指导教师
程永春
职称
教授
合作导师
职称
论文题目
长春市至公主岭市二级公路设计
文献综述（主要包括国内外现状、研究方向、进展情况、存在问题、参考文献等）（5000字以上）
（说明：
文献综述是通过系统地查阅与所选课题相关的国内外文献，进行搜集、整理、加工，从而撰写的综合性叙述和评价的文章。
要体现“综合性”、“描述性”、“评价性”的特征。
主体部分的结构包括该课题的“研究历史”的回顾，“研究现状”的对比，以及研究的“发展趋势”）
摘要：
道路设计考虑因素有道路等级的研究与确定和道路线形的研究方法，并需要参考道路结构的研究现状和道路材料的使用和发展历史，这对道路的技术方面有很重要的作用。
关键词：
道路等级线形设计道路结构道路材料
第1章道路等级与道路线形的相关研究方法
1.国内外研究历史与现状
现今世界各国都大力修建高速、高等级公路。
每万人的公路长度：
美国为63KM、法国140KM、日本92KM、印度22KM、我国11KM。
我国的公路交通建设大致经历了四个阶段。
建国初期，由于对公路运输在国民经济中的基础性和先导性认识不足，公路“长期滞后”于国民经济的发展。
20世纪60年代以后，我国经济的全面发展，公路基础设施成为国民经济建设中的最薄弱环节，出现了“全面紧张”的局面。
20世纪90年代以后，中央将交通运输事业尤其是公路的发展作为国民经济发展的全局性、战略性和紧迫性任务，公路建设得以迅速发展。
新世纪以来，我国继续加大基础建设投资力度，公路建设获得了前所未有的大发展，使“全面紧张”的交通状况在近几年内得到根本改变，取得了一系列不平凡的成就。
2.道路等级的研究方法
2.1.道路等级划分
我国根据公路的功能和适应量将公路分为高速公路，一级公路、二级公路、三级公路，四级公路。
1、高速公路，专门为汽车分向、分车道行驶，并应全部控制出入的多车道公路。
四车道适应车流量（全部将各类汽车折合小型客车，以下同）日均25000～55000辆
六车道45000～80000辆
八车道60000～100000辆
2、一级公路，为汽车分向分车道行驶并根据需要控制出入的多车道公路。
四车道15000～30000辆
六车道25000～55000辆
3、二级公路，为供汽车行驶的双车道公路。
5000～15000辆
4、三级公路，为主要供汽车行驶的双车道公路。
2000～6000辆
5、四级公路，为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。
单车道400以下
双车道2000以下
一般来讲人们不会用一级公路二级公路来称呼某条街道，非道桥专业的人也未必懂得这种分类，人们通常喜欢用道路的行政等级划分道路，比如国道、省道、县道、乡道。
1.国道，具有全国性政治、经济意义的主要干线公路。
包括国际公路、国防公路、联结首都和各省。
自治区首府和直辖市的公路，联结各大经济中心、港站枢纽、商品生产基地和战略要地的公路。
2.省道，联结省内中心城市和重要经济区的公路，以及不属于国道的省内重要公路。
3.县道，联结全县主要乡镇和重要经济区的公路，以及不属于国道、省道的县际公路。
4.乡道，主要为乡镇内部经济、文化、行政服务的公路，以及不属于县道以上公路的乡与乡之间或乡与外部联络的公路。
2.2道路路等级的研究的意义
道路必须有合理的级配，以保障道路交通流由低一级道路向高一级道路有序汇集，并由高一级道路向低一级道路有序疏散，以此来提高道路运转效率。
而对于公路等级的研究与确定，首先应该从其使用任务，功能及适应交通量来考虑。
各级公路有如下功能或特点：
1.高速公路。
高速公路是具有4个或4个以上车道，设有中央分隔带，全部立体交叉，全部控制出入，专供汽车分向、分车道高速行驶的公路。
2.一级公路。
一级公路与高速公路设施基本相同。
部分控制出入。
3.二级公路。
二级公路是中等以上城市的干线公路。
4.三级公路。
三级公路是沟通县、城镇之间的集散公路。
5.四级公路。
四级公路是沟通乡、村等地的地方公路。
由此可见，道路等级是有重要研究意义的，如果在乡镇间建一级公路，显然是达不到前文我所提到的15000-55000的交通量的，公路的巨额成本不容许我们如此浪费；而在两个城市之间修三级公路，显然2000-6000的交通量远远满足不了城市间的交通流动的，交通效率以及功能性的不完善会造成很大不便。
所以，合理调查交通量和交通需求来确定一个合适道路等级是至关重要的。
2.3道路等级的研究与确定
城市间道路等级的影响因素有很多，如城市间交通模式、城市间交通衔接方式、自然地理条件、经济发展水平和重要建筑物分布。
城市间交通模式主要有道路交通和轨道交通，两种交通方式的比例是研究的关键；
城市间交通衔接的方式，主要有铁路交通、高速客车、社会车辆；
自然地理条件，如地形、河流、气候，会对道路的修建产生极大的影响，往往会有些不利地形致使工作难以开展或提高成本；
城市经济发展水平也是一项重要因素，经济发展滞后的地区及城市交通发展会随之滞后；
城市之间可能有一些主要建筑物需绕开，一般来讲主要建筑物在城市交通规划里涉及多一些，城市之间很少涉及。
综合考虑以上因素，来确定所需设计的道路等级。
3.道路线形的研究方法
3.1道路线形的研究对象
道路线形设计，包括道路平面线形和纵断面线形、道路交叉口、道路景观、道路出入口和道路渠化设计。
3.2道路线型几何设计
道路平面线性设计中汽车行驶规律和特点的研究是一项基本课题，研究的目的是便于汽车稳定、舒适、经济的行驶。
在路线的平面设计中，侧重点在于考察汽车的行驶轨迹。
当平面线形接近或符合汽车的行驶轨迹时，才能保证行车的舒适。
道路由路面、桥梁、隧道、涵洞及各种沿线设施组成的线性构造物，是三维空间的实体。
通常所说的路线指道路中线的空间位置。
路线的平面形指路线在水平面上的投影，包括直线和曲线。
确定路线间的位置和各部分尺寸的工作即为路线设计。
路线设计时，为了设计的方便，将其分解为路线平面设计、路线纵断面设计和路线横断面设计三部分。
3.2.1平面线型设计
平面线形设计时，不仅要保持线形的均衡性和连续性，更要与纵面线性配合，与地形、景观、环境相协调。
平面线形设计中，直线运用较多，它具有距离短捷、方向明确、线性易于布设等特点，可以作为平原区的主要线性。
但线性设计中具有单调、不易协调、破坏线性连续性等缺点，容易引起驾驶员的单调和疲劳，导致反应迟缓、注意力分散等，遇见紧急情况往往措手不及。
且较长的直线，驾驶员容易提高车速，遇到平面线形组合不好等干扰情况，有可能导致车辆翻覆及其他类型的交通事故。
因此，设计时应注意地形、环境等因素，避免使用过长的直线。
平面线形设计时，圆曲线在自然地形中使用最多，较好的做到与地形、景观等协调。
圆曲线可以自然的表明方向的变化，在现场较容易设置。
采用平缓的圆曲线，利用线形的美观引起驾驶员注意，其眼前的画面逐渐变化，不会产生单调乏味。
由于圆曲线具有一定的半径，在透视图中看起来是椭圆形状。
同向曲线之间插入较短的直线段可形成不连续的线性，用大圆曲线代替可以使线性弯曲圆滑。
在直线和圆曲线之间或在不同半径的两圆曲线之间，采用曲率半径不断变化的缓和曲线以适应汽车行驶轨迹。
缓和曲线能够缓和人体感受到的离心加速度的急速变化，使驾驶员均匀操作方向盘，提高线形的连续性和视觉的平顺度。
3.2.2纵断面的线形设计
公路纵断面的设计受地形条件因素的控制，合理设置纵坡、解决路线高差是设计的重点。
直坡线的坡度和长度对汽车的行驶速度和运输的经济安全产生重要的影响，因此纵断面设计的基本原则之一是保证汽车安全、舒适、经济的行驶。
从汽车行驶的理论来看，纵断面设计时应将合理设置竖曲线与爬坡车道、研究汽车行驶时的公路纵坡大小和坡长限制等作为主要内容。
路线纵坡度由最大、最小纵坡度之间的各种坡度组成，公路线性设计应重点控制最大坡度，因其对工程造价、线路长短、行车安全、使用性能和运输成本等产生直接影响；为排水而规定的最小值是最小纵坡。
坡长限制指当车速下降到限定允许的最低速度时所能行驶的最大距离。
从理论上说，控制汽车在坡道上行驶的限制长度以加、减速行程来计算。
设计的坡度应保证车辆能够以允许的最低速度正常行驶，以保证行车的安全。
竖曲线是指为保证行车视距和减缓冲击，在纵断面的两个坡度转折处采用的缓和曲线。
可采用圆曲线或抛物线的形式，因方便计算和设计，抛物线使用更为广泛。
路线纵切面是沿着道路中线竖直剖切然后展开的面。
根据汽车的动力特性、公路等级以及工程的经济性、当地自然地理条件等，确定起伏空间线几何构成的大小及长度，保证行车安全、乘坐舒适和运输的经济性是纵断面设计的主要任务。
3.2.3平、纵线形组合
线形设计的最后阶段是平、纵线形的组合。
公路交通安全的可靠性，与道路的平纵线形指标的大小以及集合线形之间的协调组和有关。
良好的道路线形组合设计应保证驾驶员在宽阔连续的视野下自觉保持随时调整车辆的行驶状态，为紧急情况下驾驶员采取安全措施隐去时间。
平纵线形配合的良好，无需增加造价也能增强道路的效能，有助于发挥各自优点并保持汽车的匀速安全行驶和路容的美观。
3.3不同等级公路线型设计规定与区别
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三级公路
四级公路
服务水平
二级
二级
三级
三级
不做规定
适应交通量（辆/昼夜）
25000-100000
15000-55000
5000-15000
2000-6000
400-2000
计算行车速度（Km/h）
120
100
80
100
80
60
80
60
40
30
20
车道宽度（m）
3.75
3.75
3.75
3.75
3.75
3.50
3.75
3.50
3.50
3.25
3或3.50
车道数
8、6、4
8、6、4
6、4
8、6、4
6、4
4
2
2
2
2
2或1
路基宽度（m）
一般值
45-28
44-26
32-24.5
44-24
32-24.5
23
12
10
8.5
7.5
6.5或4.50
变化值
42-26
41-24.5
21.5
41-24.5
21.5
20
10
8.50
平曲线最小半径（m）
极限值
650
400
250
400
250
125
250
125
60
30
15
一般值
1000
700
400
700
400
200
400
200
100
65
30
不设超高
I≤2%
5500
4000
2500
4000
2500
1500
2500
1500
600
350
100
I＞2%
7500
5250
3350
5250
3350
1900
3350
1900
800
450
200
停车视距（m）
210
160
110
160
110
75
110
75
40
30
20
超车视距（m）
550
350
200
150
100
最大纵坡（%）
3
4
5
4
5
6
5
6
7
8
9
竖曲线半径（m）
凸型
极限值
11000
6500
3000
6500
3000
1400
3000
1400
450
250
100
一般值
17000
10000
4500
10000
4500
2000
4500
2000
700
400
200
凹型
极限值
4000
3000
2000
3000
2000
1000
2000
1000
450
250
100
一般值
6000
4500
3000
4500
3000
1500
3000
1500
700
400
200
竖曲线最小长度（m）
100
85
70
85
70
50
70
50
35
25
20
路基设计洪水频率
1/100
1/100
1/50
1/25
按情况定
不同等级公路的线型设计要求有所不同，具体见下表
第2章道路结构的研究现状
1.道路结构组成
1.1路基
路基是公路的基本结构，是支撑路面结构的基础，与路面共同承受行车荷载的作用，同时承受气候变化和各种自然灾害的侵蚀和影响。
路基结构形式可以分为填方路基、挖方路基和半天班挖路基三种类型；
1.2路面
路面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，经受自然气候的侵蚀和影响。
对路面的基本要求是具有足够的强度、稳定性、平整度、抗滑性能等。
路面结构一般由面层、基层、底基层与垫层组成。
1.3桥涵
是指公路跨越水域、沟谷和其它障碍物时修建的构造物。
按照《公工程技术标准的规定，单孔跨径小于5米或多孔跨径之和小于8米称为“涵洞”，大于这一规定值称为桥梁。
1.4隧道
公路隧道是指山岭、江河、海峡和城市地面下，供车辆通过的工程构造物。
1.5交通工程及沿线设施
公路交通工程及沿线设施是保证公路功能、保证安全形势的配套设施，是现代公路的重要标志。
公路交通工程主要包括交通安全设施、监控系统、收费系统、通信系统四大类。
2.路面结构
2.1路面横断面
在路基顶面铺筑的路面结构，沿横断面方向由行车道、硬路肩和土路肩所组成。
路面横断面的形式随道路等级的不同，可选择不同的形式，通常分为槽式横断面和全铺式横断面。
2.1.1槽式横断面
在路基上按路面行车道及硬路肩设计宽度开挖路槽，保留土路肩，形成浅槽，在槽内铺筑路面。
也可采用培槽方法，在路基两侧培槽，或半填半挖的方法培槽。
2.1.2全铺式横断面
在路基宽度范围内全幅铺筑路面。
在高等级公路建设中，有时为了将路面结构内部的水分迅速排出，在全宽范围内铺筑基层材料，保证水分由横向排入边沟。
有时考虑到道路交通的迅速增长，为适应扩建的需要，将硬路肩及土路肩的位置全部按行车道标准铺筑面层。
在盛产石料的山区或较窄的路基上，全宽铺筑中、低级路面。
2.2路拱横坡度
为了保证路表面的雨水及时排出，减少雨水对路面的浸润和渗透而减弱路面结构强度，路面表面应做成直线形或抛物线形的路拱。
等级高的路面，平整度和水稳定性较好，透水性也小，通常采用直线形路拱和较小的路拱横坡度。
等级低的路面，为了有利于迅速排除路表积水，一般采用抛物线形路拱和较大的路拱横坡度。
路肩横坡度一般较路面横坡大1%，但是高速公路和一级公路的硬路肩采用与路面行车道相同的结构时，应采用与路面行车道相同的路面横坡度。
3.路面结构分层及层位功能
3.1面层
面层是直接同行车和大气接触的表面层次，它承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击力的作用，同时还受到降水的浸蚀和气温变化的影响。
因此，同其他层次相比，面层应具备较高的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水;其表面还应有良好的抗滑性和平整度。
修筑面层所用的材料主要有水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎（砾）石混合料、砂砾或碎石掺土或不掺土的混合料以及块料等。
面层有时分两层或三层铺筑，如高速公路沥青面层总厚度18～20cm，可分为上、中、下三层铺筑，并根据各分层的要求采用不同的级配等级。
水泥混凝土路面也有分上下两层铺筑，分别采用不同强度等级的水泥混凝土材料。
水泥混凝土路面上加铺4～8cm沥青混凝土这样的复合式结构也是常见的。
但是砂石路面上所铺的2～3cm厚的磨耗层或1cm厚的保护层，以及厚度不超过1cm的简易沥青表面处治，不能作为一个独立的层次，应看作为是面层的一部分。
3.2基层
基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并将力扩散到下面的垫层和土基中去。
实际上基层是路面结构中的承重层，它应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力。
基层遭受大气因素的影响虽然比面层小，但是仍然有可能经受地下水和通过面层渗入雨水的浸蚀，所以基层结构应具有足够的水稳定性。
基层表面虽不直接供车辆行驶，但仍然要求有较好的平整度，这是保证面层平整性的基本条件。
修筑基层的材料主要有各种结合料（如石灰、水泥或沥青等）稳定土或稳定碎（砾）石、贫水泥混凝土、天然砂砾、各种碎石或砾石、片石、块石或圆石，各种工业废渣（如煤渣、粉煤灰、矿渣、石灰渣等）和土、砂、石所组成的混合料等。
基层厚度太厚时，为保证工程质量可分为两层或三层铺筑。
当采用不同材料修筑基层时，基层的最下层称为底基层，对底基层材料质量的要求较低，可使用当地材料来修筑。
3.3垫层
垫层介于土基与基层之间，它的功能是改善土基的湿度和温度状况，以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性不受土基水温状况变化所造成的不良影响。
另一方面的功能是将基层传下的车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形;同时也能阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。
修筑垫层的材料，强度要求不一定高，但水稳定性和隔温性能要好。
常用的垫层材料分为两类，一类是由松散粒料如砂、砾石、炉渣等组成的透水性垫层;另一类是用水泥或石灰稳定土等修筑的稳定类垫层。
第3章道路材料的使用与发展趋势
1.道路路面材料发展现状
近年来,公路交通特别是高等级公路建设蓬勃发展,公路的发展对路面的使用品质和功能提出了更高的要求。
路面材料的适用性、品质、组成设计以及施工工艺等对路面的使用性能起着决定性的作用。
对路面材料的正确认识及了解是合理有效使用路面材料的基本前提。
根据所使用路面材料的不同可将路面划分为:
土、石路面,沥青路面,水泥路面以及新型路面。
1.1土、石路面
土是远古人类最早用于筑路的材料,至今仍有不少的土路。
这种路面常见于工程施工临时便道或是一些偏远落后的山区。
石料路面分碎石路面和砌石路面,其使用材料主要是砂和石料。
砂石材料有的是由地壳上层的岩石经风化得到的,如天然砂砾,有的是经人工开采或再经轧制而得到的,如各种不同尺寸的碎石和石屑。
砂石材料可以直接用于铺筑路面。
在上世纪五六十年代,我国的公路主要是泥结碎石路面。
由于生产设备、施工机械的落后,再加上没有发现更好的用于道路的材料,石料就是当时最基本的材料。
其中泥结碎石路面主要用于行车道路,而砌石路面则常用在城镇街道等。
1.2沥青路面
人们使用沥青的历史由来已久。
近十几年来,随着公路等级的不断提高,交通量的不断增加,对沥青材料提出了更高的要求,于是出现了各种改性沥青,如材料中掺入了橡胶、树脂、硫磺及其它高聚物等。
1.2.1沥青路面的发展
沥青路面经过长期的发展,其种类、铺筑工艺、使用性能不断被拓展和改善,已成为目前世界高等级公路中的主要路面结构。
沥青路面能占有主导地位的原因在于这类路面具有很多优点,如:
表面平整,行车舒适,噪音小,有很好的减振性,旧沥青混合料可再生利用等。
虽然沥青路面具有上述的优点,但如果材料组成、施工工艺不当,以及受各种因素的作用,沥青路面面层就会出现高温软化、低温开裂、耐久性差等不良现象。
1.2.2沥青路面材料
（1）乳化沥青
将粘稠沥青加热至流动态,经机械作用使之分散成为微小液滴,悬浮于溶有乳化剂、稳定剂的水溶液中,形成稳定的沥青乳液,称为乳化沥青。
目前,高速公路沥青路面的维修养护对乳化沥青的应用提出了更高的要求。
国际上许多国家已开始研究开发了高分子聚合物改性乳化沥青。
用于改性的聚合物主要有SBR胶乳、氯丁胶乳、EVA、SBS等。
乳化沥青在道路建筑使用过程中具有节约能源、节省沥青用量、延长施工季节、改善施工条件,减少环境污染等优点。
（2）改性沥青
由于普通沥青已不能适应现代化路面的要求,性能良好的改性沥青必将在高等级路面中起到越来越重要的作用。
目前,国内外取得成效并形成规模的主要是各种聚合物改性沥青。
受到普遍使用的道路改性沥青主要是SBS弹性体改性沥青、SBR（丁苯橡胶）改性沥青以及PE、EVA塑料类改性沥青。
SBS是一种热塑性弹性体,它是由苯乙烯和丁二烯组成的双嵌段共聚物。
它具有弹性较高、高温不软化、低温不发脆等特性,这些都决定了它用途的广泛性。
根据苯乙烯和丁二烯所含比例的不同和分子结构的差异,可以分为线型和星型2种。
丁苯橡胶（SBR）是道路实际工程中另外一种使用较为普遍的改性剂,它能显著提高沥青的低温变形能力,改善沥青的温度敏感性和粘弹性。
PE是聚乙烯的缩写,它对沥青的选择性较大,与沥青不能很好的相溶，极易发生离析，所以PE类改性沥青必须在现场随制随用。
EVA是乙烯-醋酸乙烯脂共聚物的缩写。
它在常温下呈透明颗粒状,有轻微醋酸味,是一种无定形结构的热塑性树脂。
EVA有利于改善沥青混合料的低温施工性能。
EVA改性沥青在较冷气候条件下施工时,应特别注意施工过程中的混合料温度。
混合料温度下降太低则压实很难进行,路面质量得不到保证。
（3）沥青玛蹄脂碎石混合料
沥青玛蹄脂碎石（StoneMatrixAsphalt,简称SMA）,是一种由沥青结合料、矿粉、纤维与细集料组成的沥青玛蹄脂结合物填充间断级配的粗集料骨架间隙所形成的沥青混合料。
它由大比例粗骨料构成坚固的骨架结构,并由丰富的沥青玛蹄脂填充骨架进行稳定。
SMA路面具有优异的面层功能特性,稳定性好。
由于具有高度的抗滑性、平整度和抗车辙能力,降低交通噪音,改善雨天的能见度,所以为车辆行驶提供了优良的安全性舒适性。
同时,由于SMA路面耐久性好,故养护工作少,使用寿命长,综合经济效益和环境效益好。
1.3水泥混凝土路面
1.3.1水泥混凝土路面的发展
上世纪90年代末期，随着改革开放的不断深入,公路建设事业日新月异,处于前所未有的大发展时期。
由于修筑黑色路面需要的高质量沥青材料的缺乏,其价格也较高,因此当时水泥混凝土高等级公路发展非常迅猛。
加之我国生产水泥的资源丰富，水泥混凝土路面又具有承载力大、养护费用少、寿命长、行车节油等特点。
故水泥混凝土成为了我国主要路面类型之一。
1.3.2水泥混凝土路面材料
（1）普通水泥混凝土
普通水泥混凝土由水泥、粗细集料、水和外加剂按需要的比例混合组成,是水泥路面最常用的一种普通材料。
（2）聚合物改性水泥混凝土
聚合物应用于水泥混凝土主要有3种方式:
一是聚合物浸渍混凝土,二是聚合物混凝土,三是聚合物水泥混凝土。
其中后2种适用于道路路面。
聚合物混凝土是以聚合物为结合料与砂石等骨料形成混凝土。
由于其有良好的力学性能、耐久性及普通混凝土无法比拟的某些特殊性质,如迅速凝结硬化等,因此是一种良好的路面修补材料。
聚合物水泥混凝土是在水泥混凝土成型过程中掺加一定量的聚合物,从而改善混凝土的性能。
它具有良好的粘结性、耐久性、耐磨性及较高的抗弯性能。
公路路面中最常用的无机结合料主要是石灰和水泥。
以水泥和水组成的水泥浆体为粘结料的水泥混凝土路面已成为高等级公路的主要路面类型之一。
（3）纤维增强水泥混凝土
纤维增强水泥混凝土是以水泥浆、砂浆或混凝土为基材,以金属纤
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