道路工程概论适用于交运专业.docx
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道路工程概论适用于交运专业
第一章 总论（2h）
1.1道路
1.1.1一个完整的交通运输构成体系
交通运输是国民经济的动脉，是经济发展中的基础产业。
目前，在我们国家，交通运输系统的发展成为控制国民经济发展的重要因素。
构成一个完整的交通体系有：
铁路运输：
实现线的运输
承担中长距离客货运和大宗物资运输；运力大、速度快、成本低。
道路运输：
实现面的运输，深入城乡、平原、山区、机场、
火车站、港口等各个角落的门到门的直达运输
主要特点：
机动灵活、运输面广、运输快速、
投资少见效快，但运费高和污染大
水运运输：
运价低廉，但运输速度慢。
航空运输：
快速运输旅客和货物，但运输成本大。
管道运输：
运送油气产品
1.1.2道路的功能
⑴交通运输
实现城乡旅客、货物交通中转、集散的功能。
⑵城乡结构的骨架
对于城市道路，因为城市建筑是按照道路网的布局走向实施布置，因此城市道路是城市结构的骨架；
对于地方道路，形成乡镇布局的骨架；
对于主干公路网，形成整个国土结构的骨架。
⑶公共空间
具有公共交通体系、保证日照和通风、提供绿化和排水管线布置的公共空间。
⑷抵御灾害的通道
发生火灾、水灾、地震等自然灾害和战争时，起到迅速疏散、避险和集结军队的作用。
⑸社会发展的基础产业，经济发展的先行设施
《要想富，先修路》，已成为全社会的共识，道路建设在经济发展中已起着举足轻重的作用。
1.1.3国内道路发展情况
1978年前，我国无一级公路，仅有少数二级公路
1980年有一级汽车专用公路200km，二级公路12600km
1984年国务院正式批准建设并开始设计京津塘高速公路
1985年我国一级汽车专用公路400km，二级公路21200km
1988年10月泸嘉高速公路建成通车，实现了我国大陆高速公路零的突破
1989年广东省建成第一条高速公路，即广佛高速公路
1990年底，建成通车的高速公路已超过2000公里
1999年底，建成通车的高速公路已达到11605公里
2000年底，高速公路通车总里程已达到1.6万公里，此时我国高速公路里程已跃居世界第三位。
1985年之后，我国公路建设就进入了一个新的以高速公路为代表的发展时期。
同时汽车运输也开始进入了快速发展时期，不但是交通量增长快，而且轴载质量也显著增大。
近十几年来，重载车辆，特别是大幅度超载运输车辆日益显著增加，其后轴从0.7MPa增加到0.9MPa以上。
交通状况的这些显著变化，也给沥青路面和水泥路面带来了严重考验。
据了解，截至2005年年底，广东省公路通车总里程达11.5万公里，其中高速公路超过3140公里，居全国第二位。
2002年广东高速公路通车里程为1741km2006年广东高速公路通车里程为3340km广东高速公路发展水平总体上处于全国领先地位，但与发达国家相比，广东现有高速公路规模仍然偏小，尚未形成完善的网络。
2010年12月份以前的广东高速公路实际情况
在广东，
“十一五”期间广东高速公路累计完成投资1500亿元，截至2010年底，全省高速公路通车里程达4835公里，形成了“两环十射十二大出省通道”高速公路主骨架按照广东省交通厅的规划，到2015年，广东高速公路里程将达6500公里左右，省内可实现“县县通高速公路”， 对广东省的经济发展起到了重要作用要想富，先修路。
公路建设是一个地区经济发展的必要条件。
作为一项基础设施建设，各地都想方设法投入物力和财力。
目前，广东省珠三角核心区高速公路的密度在全球仅次于纽约都市圈是世界上最繁忙的高速路之一。
如果把公路比喻成一个人的血管，那汽车就是血管里面流动的血液，如果血液流通不畅，血管一定出问题。
修建高速公路的目的是为了让血液更通畅地流动，为了地区经济更好地发展。
1.2道路分类、等级和标准
1.2.1道路分类
按道路交通性质和所在位置，道路可划分为：
公路：
连接城市、乡村、厂矿和林区的道路，供汽车行驶具备一定技术条件的交通设施。
城市道路：
城市范围内的道路，供各种车辆和行人通行并具备一定技术条件的交通设施。
其功能具有：
形成和促进发展城市结构布局提供通风和采光空间作为上下水道、煤气、电力、通讯设施埋设通道
1.2.2.2公路分级
按公路使用任务、功能和适应交通量，公路可划分为：
高速公路：
具有四个车道或四个以上车道，设计年限平均昼夜交通量25000辆以上；设置中央分隔带，汽车分向、分车道行驶，全部立体交叉，具有完善的交通安全设施和管理设施、服务设施。
远景设计年限为20年。
一级公路：
通常四车道，汽车分向、分车道行驶，一般应设置中央分隔带，部分控制出入，车辆设计年限平均昼夜交通15000~30000辆远景设计年限为15年。
二级公路：
车辆设计年限平均昼夜交通量3000~7500辆。
远景设计年限为15年。
三级公路：
车辆设计年限平均昼夜交通量1000~4000辆。
远景设计年限为10年。
四级公路：
车辆设计年限平均昼夜交通量：
双车道1500辆；单车道200辆以下。
远景设计年限为10年。
1.2.2.3公路技术等级
是根据一定数量的车辆在道路上以一定的计算行车速度行驶时，对公路路线和构造物的设计、施工，在技术性能、几何尺寸、结构组成方面的具体规定 和要求，是根据理论和总结设计、施工、使用经验的基础上，经过调查研究和分析列成指标制定出来的。
见P4
1.2.3城市道路分类、分级与技术标准
按照城市市区和郊区的非农业人口总数
城市可划分为：
大城市：
人口50万以上，城市道路采用Ⅰ级标准
中城市：
人口20万~50万以上，城市道路采用Ⅱ级标准
小城市：
人口20万以下，城市道路采用Ⅲ级标准
城市道路划分为：
快速路：
通常四车道以上，中间设置分车带，两侧设置自行车道，进出口采用：
全控制或部分控制，与次干道采用平面交叉，大部分采用立体交叉设计年限为20年。
主干路：
城市道路网中的骨架，连接城市各主要分区、车站、港口等。
设计年限为20年。
次干路：
连接主干路的辅助干道，连接城市各部分并集散交通，可设置停车场， 设计年限为15年。
支路：
次干与街区路的连接线， 解决局部地区交通，以服务功能为住，沿街以居住建筑为主 设计年限为10~15年
1.3道路基本组成
1.3.1公路基本组成
作为公路，主要由下述几方面构成：
1. 路基：
路基是公路的主要工程构造物，是由填方和挖方构成的工程结构物，如路基贯穿于公路全线，与沿线的桥梁、涵洞、通道和隧道等相连接。
公路路基的作用：
是路面的基础，为路面提供一个平整层，并承受路面传递下来的荷载。
2. 路面：
路面是直接承受行车碾压的地带，是铺筑在路基上的层状结构物。
路面的功能：
①提供汽车在道路上能全天侯地行驶；
②保证汽车以一定速度，安全、舒适、经济地运行
3. 桥涵：
包含两方面：
⑴桥梁：
功能是道路跨越河流、山谷或人工障碍物
①桥梁的基本组成：
上部结构（superstructure）：
是线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上跨越桥孔的总称；
下部结构（substructure）：
包括桥墩pier、桥台abutment、基础foundation
支座（bearing）：
指支承上部结构的传力装置，不仅要传递很大的荷载，并且要保证上部结构按设计要求能产生一定的变位；
附属设施（accessory）：
包括桥面系bridge deck伸缩缝expansion joint 桥梁与路堤衔接处的锥形护坡conical slope桥头搭板transition slab at bridge head
②桥梁分类：
按照桥梁的受力体系分类：
梁式桥、拱式桥、刚构桥、斜拉桥、吊桥（悬索桥）
按桥梁的用途分类：
公路桥、铁路桥、 公铁两用桥、农桥（或机耕道桥 ）、人行桥 、水运桥（渡槽）、管线桥等；
按桥梁全长和跨径的不同分类:
特殊大桥、大桥、中桥、小桥、涵洞；
按照主要承重结构所用的材料分类：
圬工桥（包括砖、石、混凝土桥）、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、木桥
按照跨越障碍的性质分类：
跨河桥、立交桥、高架桥、栈桥
按照上部结构的行车位置分类：
上承式桥、中承式桥、下承式桥
⑵涵洞 ：
分为：
圆管涵、明盖板涵、 暗盖板涵、箱涵
4 .通道：
提供高速公路沿线两边行人、车辆行驶的通道，高度大于4.2m。
5. 隧道：
道路穿越山岭、地下、水底的构筑物。
6. 排水系统：
地面排水系统、地下排水系统
如：
边沟、 截水沟、排水沟、急流槽、盲沟、 渗井、 跌水、路面结构排水系统
7. 防护工程：
确保路基稳定的结构物，挡土墙、护脚、护面墙、导流结构物等
8. 交通服务设施：
指道路沿线设置的交通安全、养护管理、服务和环境保护的设施，如：
交通标志 、标线护拦 、护柱、 中央分隔带、隔音墙 、隔离墙、照明设备、加油站 、停车场、养护管理、房屋、绿化美化设施等
1.3.2城市道路基本组成
路基：
路面：
水泥混凝土路面、沥青混凝土路面等
桥涵：
桥梁：
涵洞：
圆管涵
盖板涵（明盖板涵和暗盖板涵）
箱涵
机动车道、非机动车道、人行道：
人行地道：
包括地下人行道和人行天桥。
交叉口、步行广场、停车场、公共汽车站。
交通安全设施：
如照明设备、护拦、交通标志、标线。
沿街设施：
如电线杆、给水拴、邮筒、电讯。
地下铁道、高架桥、立交桥：
绿化带
第二章 道路交通 （2h）
2.1道路车辆
2.1.1设计车辆
行驶在道路上车辆分为：
机动车辆：
摩托车、小汽车、公共汽车、载重汽车、拖挂车、大型集装箱车
公路工程规范将机动车分为：
小客车载重汽车鞍式汽车
城市道路规范将机动车分为：
小型汽车普通汽车铰接车
非机动车辆：
自行车、三轮车、板车、兽力车
2.1.2计算行车速度
定义：
道路设计标准的设计车速。
是确定道路几何尺寸的依据。
理由：
⑴计算行车速度对确定公路的曲线半径、超高、视距等技术指标起决定作用；
⑵计算行车速度影响车道的数目、尺寸以及路肩宽度等指标；
⑶计算行车速度，在山岭重丘区直接影响公路工程数量的大小和工程的难易程度。
因此，计算行车速度有山岭重丘区与平原微丘区之分
⑷城市道路计算行车速度与道路的类型和级别有关，
2.1.3车辆污染
车辆会给道路沿线环境带来一定的污染，其最主要的
污染为:
噪声污染:
汽车噪声发动机噪声与车速有关的噪声
废气污染：
废气污染物的排出量与车速有关,如：
一氧化碳CO 碳氢化合物HC氮氧化和物SOx
2.2道路交通特性
2.2.1交通量Q
定义：
某一时间段内， 车辆通过道路某一地点、 某一断面 或某一条车道的实际数量
按交通类型分类，交通量可分为：
机动车交通量 、非机车交通量 、行人交通量
通常所指的交通量是机动车交通量，即来往双向的车辆数量，一般以辆/d表示。
．
年平均日交通量AADT （annual average daily traffic）按机动车交通量平均值所取的时间长度分类
常用的平均交通量分为：
月平均日交通量MADT 周平均日交通量WADT 其中以年平均日交通量作为确定道路等级的控制性指标．
设计小时交通量
对于多车道公路，运用设计小时交通量可以确定车道数和路幅宽度，即选择适当的小时交通量作为设计小时交通量作为设计依据。
理由是：
道路规划时， 必须考虑交通量随时间变化出现高峰的特点， 即必须保证道路在规划期满足绝大多数小时车流能顺利通过， 不造成严重阻塞， 也必须避免道路建成后车流量很低、以免出现投资效益差的现象。
2.2.2行车速度V
定义：
车辆在道路上行驶的距离与所需时间的比值
行车速度（简称车速）可分类为：
地点车速 行驶车速 行程车速 运行车速 临界车速 设计车速
2.2.3 交通密度，或称车辆密度
定义：
在单位长度的道路上，一个车道或一个方向上某瞬时的车辆交通密度与下述两因素有关：
车头间距：
同一车道同向连续行驶的相邻两辆车的车头距离
车头时距：
同一车道同向连续行驶的相邻两辆车的车头时间间隔
交通流三参数的基本关系
交通流的三参数：
交通量Q 行车速度V 交通密度K 交通流的三参数关系式可用三维空间的图象表示
2.3道路通行能力和服务水平
2.3.1概述
2.3.1.1通行能力
定义：
单位时间内通过某一道路或车道断面的最大车辆数 以辆/h、辆/车道.h表示， 主要反映道路服务的数量或服务能力
通行能力的分类：
按道路设施和交通实体的不同，分为：
机动车道通行能力 、非机动车道通行能力 、人行道通行能力
按车辆运行状态的特征不同，分为：
路段通行能力、 交叉口通行能力 、匝道和匝道连接点通行能力 、交织路段通行能力
按通行能力的性质和使用要求的不同，分为：
基本通行能力 、可能通行能力 、设计通行能力
道路通行能力的影响因素有：
道路条件：
指道路的几何特征。
交通条件：
指车流的车辆组成、车道分布、方向分布等
环境条件：
指车辆在道路上运行的环境。
气候条件：
天气对通行能力的影响。
规定运行条件：
指计算通行能力的限制条件。
2.3.1.2服务水平
定义：
道路使用者从道路状况、 交通条件、 道路环境等方面 可能得到的服务程度或服务质量
常用的主要评价指标：
行驶速度、服务交通量与通行能力的比（V/C）
服务水平分级：
我国1994年颁布的《公路路线设计规范》中， 将公路服务水平分为四级。
设计服务水平：
指公路在使用末期应达到的最低服务水平， 即公路的最大服务交通量。
最大服务交通量应大于公路的设计小时交通量
2.3.2 道路路段通行能力
基本通行能力，或称理论通行能力：
指理想的道路与交通条件下， 每一车道或每一道路 在单位时间内能够通过的最大交通量
理想的道路条件：
指车道宽度大于3.65m， 路旁的侧向余宽大于1.75m， 纵坡平缓并有开阔的视野、 良好的平面线形和路面状况。
理想的交通条件：
指车辆组成为单一的标准型汽车， 在一条车道上一相同的速度， 连续不断地行驶， 各车辆之间保持与车速想适应的最小车头间隔， 且无任何方向的干扰。
可能通行能力：
指实际的道路与交通条件下， 每一车道或每一道路 在单位时间内能够通过的最大可能交通量。
设计通行能力：
道路的可能通行能力 乘以 给定服务水平的服务交通量与通行能力之比
2.3.3交叉口通行能力
无信号灯控制的交叉口通行能力：
指主要道路上车流通过量 加上次要道路上穿越主要道路上车流的最大数量
此时车流按交通规划的规定运行：
次要道路上的车流让位于主要道路上的车流；
拐弯的车流让位于直行的车流。
信号灯控制的交叉口通行能力：
指按照预定相位和绿灯时间
分配不同方向的车流最大数量
与道路路段通行能力相比较，通行能力有所降低，原因是：
交通信号灯强制使道路上的连续交通流改变成间断交通流
2.3.4 道路通行能力的应用
道路通行能力在道路规划与设计上的应用：
通过道路的通行能力与交通量比较，
可以分析:
哪些道路的通行能力较交通量大， 哪些道路能基本适应， 哪些道路的服务水平已经达到不能容忍的程度等
道路通行能力在道路交通管理上的应用：
通过道路的通行能力与交通量分析，
可以:
确定道路的服务水平 ，发现道路交通存在的问题， 提出各种改进交通管理的措施。
道路通行能力在交通运力与运输调度上的应用：
通过道路通行能力与交通量的比较， 作为加强客运管理、 合理投放运力、 审批客运开业的依据 根据道路通行能力与交通量的变化规律， 作为合理制定行车计划、 科学调度运行车辆、 提高运输效率的途径
道路通行能力在路政管理与公路养护上的应用：
通过道路的通行能力与交通量分析，
作为：
维持和恢复道路的原设计通行能力、 确保公路安全畅通的依据。
2.4 道路工程项目可行性研究
可行性研究：
指对建设项目做全面的分析论证， 确定某一项目的建设必要性、 技术可行性、 经济合理性 及实施可能性， 同时推荐最佳方案， 为投资决策提供科学依据， 减少和避免决策失误、 保证建设资金的有效使用， 取得最佳的经济效果。
可行性研究在项目建设过程中所起的作用：
作为项目投资决策的依据、 作为编制设计任务书的依据、作为初步设计的依据 、作为向银行申请贷款的依据、 作为公路建设项目后评价的参考和依据
公路可行性研究的主要内容：
P31共14个内容
公路可行性研究的工作步骤，分为：
预可行性研究阶段：
根据国民经济与社会发展规划和公路网布局规划， 通过踏勘和调查， 重点研究项目建设的必要性， 对建设规模、投资可能性、技术标准、经济效益等做粗略的分析， 审批后作为编制项目建议书的依据。
工程可行性研究阶段：
是根据批准的项目建议书， 通过必要的测量和地质勘探， 进行充分调查研究， 对不同建设方案从经济上、技术上进行综合论证， 提出最佳方案， 作为编制设计任务书的依据。
社会经济调查、分析与预测：
是整个可行性研究的前提和基础。
社会经济调查范围：
习惯上划分成:
直接影响区：
其特点：
项目实施后的社会经济显著受益 、具备交通量的主要发生源 、 交通条件能够明显改善， 并形成新的运输方式分流格局
间接影响区：
直接影响区范围之外的 凡公路建设项目上行驶车辆所涉及的范围社会经济调查分析研究的重点在于直接影响区。
社会经济调查的主要内容：
人口 自然资源 经济
社会经济分析内容：
在公路建设项目可行性研究中，主要包括：
①人口分析：
主要是人口增长分析， 用人口增长率表示
②资源分析：
主要侧重于：
资源开发分析：
如储量、开发条件、 和资金情况
燃料及原材料供需方面的分析：
探讨因资源分布的不平衡， 各地区经济发展所需的资金以
及燃料、 原材料许通过调配互通有无。
③经济分析：
在公路建设项目可行性研究中， 经济分析的主要内容包括：
工业 、农业 、经济构成 、经济增长 、人均主要经济指标等
社会经济预测：
是对区域社会经济发展计划和规划的补充及完善， 一般情况下可使用计划或规划数字， 公路建设可行性研究常采用回归分析法进行社会经济预测。
交通量预测：
是公路建设可行性研究中的一个关键内容， 是论证项目建设的必要性， 确定项目的工程规模和技术标准， 以及进行经济评价的依据和基础。
交通调查的具体内容：
①交通概况：
五种运输方式的情况为 铁路 公路 水运 航空 管道
②交通运输量
③公路交通量
④公路运输成本
⑤道路养护大修管理费用
⑥道路收费
⑦交通事故及货损
⑧OD调查：
origin destination investigation, 起讫点交通量的调查
交通分析的主要内容 、运输路线适应性分析、 综合运输分析 、地方交通特点分析、 OD分析
交通量预测方法：
1.基于路段交通量的个别推算法
该法是我国公路建设项目可行性研究中交通量预测的传统方法，具有两种形式：
直接法：
直接以交通量为因变量进行预测
间接法：
先以运输量为因变量进行预测，
然后再转变为交通量
个别推算法可采用定基或定标模型进行，具体形式参见《公路建设项目交通量预测办法》
2.基于OD调查的四步模式法。
该法是按照四个环节：
出行产生 、出行分布、 出行方式、划分 交通量分配进行网路交通量的预测，源自欧美等发达国家
第三章 路线设计（2h）
道路是一种带状三维结构物，其工程实体为：
路基 路面 桥涵 隧道等 道路设计包括 几何设计 结构设计
路线设计是：
确定 路线空间位置 各部分几何尺寸
通常的公路设计顺序是：
一般是在尽量顾及到纵、横断面平衡的前提下， 先定路线平面图， 沿这个平面线形进行高程测量， 取得地面线和地质、水文及其它必要的资料后， 再设计纵断面和横断面。
道路的平面图、纵断面图、横断面图三者之 间的关系如图所示，其基本概念为：
路线平面图：
指道路中线在水平面上的投影；
纵断面图：
用一曲面沿道路中线竖直剖切， 再展开成平面的图式；
横断面图：
沿道路中线任一点（即中桩）作的法向剖切图；
3.1横断面设计
道路横断面的构成：
横断面设计线、 地面线
3.1.1 公路横断面组成
公路横断面设计线：
是指行车道 、路肩、 分隔带、 边沟、 边坡 、截水沟 、护坡道、 取土坑 、弃土堆 、环境保护等设施
⑴按公路路幅，将公路划分为：
单幅公路：
指上下行车辆不分开，而用标线分隔的整体断面；
由行车道、路肩以及错车道等组成部分构成；
按路幅的布置类型，单幅公路可分为：
单幅单车道：
一般适用于交通量小、地形复杂、工程艰巨的山区或地方公路 限于四级公路
单幅双车道：
一般适用于二、三、四级公路
双幅公路：
是指上下行车辆分隔的断面。
分隔的方式：
①用分隔带分隔的整体式断面；
由行车道、中间带、路肩以及紧急停车带、爬坡车 道等组成部分构成
②将上下行车辆放在不同高度或平面上的分离式断面按路幅的布置类型可分为：
双幅多车道 适用于：
高速公路 一级公路 具备四、六、八车道的公路 中间一般都设置分隔带或形成分离式断面
⑵为了迅速排除路面和路肩上降水，将路面和路
肩形成一定的斜面，即形成：
路拱：
直线路段的路面为：
中间高、两边低而显示双向倾斜
路拱横坡采用：
1.5%（国道、省道） 2%（高速公路）
超高：
在弯道路段的路面， 为了抵消车辆在弯道上行驶时所产生 的离心力， 将路面形成向弯道内侧倾斜的单一坡面；
单一坡面的坡度采用2%~10%的整数。
⑶公路车道的宽度
根据《公路工程技术标准》的规定：
高速公路、一级公路：
一条机动车道的宽度为3.75m（120、100、80km/h） 3.5m （60km/h）
二级公路的行车道：
（双向混合行驶）的宽度为9m~14m （80km/h） 7m （40km/h）
三级公路行车道：
（双向混合行驶）的宽度为7m （60km/h） 6m （30km/h）
四级公路行车道：
（双向混合行驶）的宽度为6m （40、20km/h）
（单向混合行驶） 3.5m （40、20km/h）
⑷公路路肩
定义：
指行车道至路基边缘， 具有一定宽度的带状部分。
公路路肩的作用：
增加路幅的富余宽度； 保护和支撑路面结构 ；供临时停车使用 ；为公路其他设施设置场地； 汇集路面排水
公路路肩分类：
①硬路肩：
指采用沥青混合料或水泥混凝土铺装过的路肩。
一般在高速公路和一级公路使用。
硬路肩的横坡：
直线路段：
一般应设置向外倾斜的横坡， 数值等于或大于行车道路面横坡度
弯道路段：
内侧横坡数值等于行车道路面横坡度； 外侧横坡数值等于行车道路面横坡度， 或设置向外倾斜的横坡。
②土路肩
没有进行铺装过的路肩
⑸中间带
定义：
道路中间设置的分隔上下行驶交通的设施， 包括两条左侧路缘带和中央分隔带。
中间带的作用:
分隔上下行车流 杜绝车辆随意调头 减少夜间对向行车眩光 显示车道的位置 诱导视线为其他设施提供场地
中央分隔带
表面形式：
凸形（原则上不设置凸起的缘石） 凹形
缘石形状：
平齐式、 斜式、 栏式
表面处理：
植草皮、 铺面封面
路缘石：
指设置在路面与其他构造物之间的标石。
在分隔带与路面之间一般均需要设置路缘石， 形状为立式、斜式、曲线式等。
3.1.2 城市道路横断面构成
城市道路横断面设计线：
是指机动车道 、非机动车道 、人行道 、绿带 、分车带等设施
城市道路的位置安
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