第六章道路工程1577484

第六章道路工程•道路（公路和城市道路）是主要供汽车行驶的工程结构物，由路线、构造物（路基路面、桥梁、涵洞和隧道）和沿线附属设施三部分组成。•构造物：路基路面、桥梁、涵洞和隧道。•沿线附属设施：包括交通安全和管理设施、服务设施、绿化、照明、管理设施等•路线：道路在地面上的位置及其形状和尺寸一、道路分级•按照道路在路网中的地位、交通的性质和任务以及所承担的交通量，可将道路分为四类。（l）高速道路（2）干线道路（3）集散道路（4）地方道路（或支路）第一节道路分级和设计准则•我国公路按使用任务、功能要求和所适应的交通量水平分为五个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。•高速公路和一级公路为汽车分向、分车道行驶的专用公路，二级、三级和四级公路都为汽车和其它车辆共用（混合交通）的公路。•我国城市道路相应地分为四类：快速路、主干路、次干路和支路。•快速路为仅供汽车行驶的道路，出入口完全控制。•主干路采用机动车与非机动车分隔行驶的形式，它和次干路的出入口采用信号控制。•后三类道路，按照城市的规模、交通量和地形等因素分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三级，大、中和小城市分别采用Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级设计标准。二、设计准则•设计控制标准主要考虑以下几个方面：①计算行车速度②设计车辆③设计交通量④出入口控制⑤安全性①设计行车速度•是车辆在具有某种设计特征（主要是道路几何特征）的路段上行驶时所能保持的最大安全行车速度。•是在道路规划和设计过程中所需做出的最关键的一项决定，它主要依据道路的等级（功能要求）和地形条件。•计算行车速度越高，几何设计的标准和难度越高，道路的修建费用也越高。城市道路分级表6-2等级高速一级二级三级四级设计交通量预测期(a)2020、151515≤15双向车道数864642221交通量AADT（千辆/日）60~10045~8025~5525~5515~305~152~620.4出入口控制完全控制部分控制--计算行车速度（km/h）120、100、80100、80、6080、6040、3020•各级公路和城市道路所推荐的计算行车速度，见下表类别快速路主干路次干路支路ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ设计交通量预测期(a)201510~15出入口控制完全控制信号控制-计算行车速度（km/h）80,6060,5050,4040,3050,4040,3030,2040,3030,2020公路分级表6-1②设计车辆•我国公路和城市道路设计规范选取三类车辆：小客车、货车和半挂车（铰接车）作为设计车辆，依据这三类车辆的尺寸变化，规定相应的标准尺寸，作为控制指标。车辆类型长度宽度高度前悬后悬轴距小客车6(5)1.8(1.8)2(1.6)0.8(1.0)1.4(1.3)3.8(2.7)货车12(12)2.5(2.5)4(4)1.5(1.5)4(4)6.5(6.5)半挂车（铰接车）16(18)2.5(2.5)4(4)1.2(1.7)2(3.8)4+8.8(5.8+6.7)注：括号外和括号内数值分别为公路和为城市道路的设计车辆外廓尺寸公路和城市道路设计用的设计车辆外廓尺寸（m）表6-3•不同车辆组成的交通量，按规定的折算系数折算成标准车（小客车）的交通量。•城市道路的车辆折算系数为：货车、公共汽车和拖拉机——1.4（环形平交）、1.5（路段）或1.6（设信号平交）拖挂车、铰接车——2.0（环形平交或路段）或2.5（设信号平交）。③设计交通量表述各级公路年平均日适应交通量车道小时通行能力车道设计小时交通量折算•设计时，按规定的远景设计期预测该时的交通量。•预测值是标准车的年平均日交通量（AADT）：一年中通过路段某一断面的双向交通量的总和除以一年的天数得到的平均值。•设计小时交通量是设计年限主要方向的设计高峰小时交通量，可以按下式确定：式中：k——设计高峰小时交通量与年平均日交通量AADT的比值系数，变动于0.095～0.145范围内，平均可取为0.11；——主要方向交通量同断面（双向）交通量的比值系数，平均可取为0.6。NkAADT④出入口控制•高速公路、快速路和收费道路应采用出入口完全控制的措施，仅允许在经过仔细考虑和设计后规定的地点出入道路。•其它等级道路都设计成出入口为部分控制。•出入口控制是限制车辆在指定出入口以外的地点出入道路的路界。⑤安全性⑴出入口控制：对道路安全贡献最大的措施，可大量减少交通事故(2)交叉口：车流产生冲突的地点，交通量、交通控制的方式、对左转车辆的保护措施等影响交叉口安全(3)横断面：车道和路肩的宽度影响交通安全，宽度越小，事故率越大(4)线型：平曲线上的事故率比直线段上大好几倍(5)视距：交叉口、小半径曲线或窄桥处的视距若受限制，易产生交通事故(6)交通量：交通量小的道路，车辆碰撞机率小；交通量大的道路，常出现多辆车辆追尾事故•基本目的是使道路具有最大的安全性。相关的安全性因素有：第二节道路路线设计•设计内容为：依据交通运输任务、车辆行驶要求和沿线地形地质条件按快速、经济和安全的原则，在规定的控制点之间选定路线的布局并设定其位置进行道路的平面和立体交叉设计确定路线平面、纵断面和横断面的各项几何要素图6-1•道路的平面线型由直线和曲线组成。曲线的主要部分常采用圆曲线，直线和圆曲线之间插入缓和曲线（图6-1）。•车辆在圆曲线上会产生离心力，其大小同车速的平方成正比，曲线半径成反比。一、平面设计•超高——做成向曲线内侧单向倾斜的道路横断面。作用：平衡离心力对车辆的外倾。•设置超高后，圆曲线半径的限制值可适当降低，但超高横坡度不能设置过大，否则会引起车轮在路面上的横向滑移。各规定值，见书上表6-5和表6-6不设超高时的平曲线最小半径设最大超高时的平曲线最小半径（极限最小半径）超高低于最大值时的平曲线最小半径（一般最小半径或推荐最小半径）•设计规范中，平曲线最小半径的三种限值：•缓和曲线的作用：使离心力，由直线段上的零均匀地变化到圆曲线上的某一相应值。•缓和曲线的长度会影响车辆在其上所受的离心力的变化率大小，即影响到乘客的舒适性，因而，缓和曲线的最小长度随计算行车速度而增长。•为保持后轴内侧车轮的外缘仍行驶在路面边缘内，圆曲线路段的路面宽度需加宽（图6-3）。加宽值随车辆尺寸的增大随曲线半径的减小而增加。•加宽缓和段：由接近直线段处的零逐渐变化到接近圆曲线处加宽值的路段。图6-3二、行车视距停车视距会车视距：约为停车视距的两倍超车视距：由四部分距离组成•行车视距：司机在驾驶过程中看见前方障碍物或车辆而采取停车或避绕（超越）时，车辆所行驶的道路长度。分为以下三种：二、行车视距城市道路规范•采用停车视距•对有会车可能的路段采用会车视距公路设计准则•对不可能出现对向车辆相遇的高速和一级公路采用停车视距•其它等级公路采用会车视距图6-4•车辆在弯道上行驶时，应将遮挡司机的视线的障碍物清除掉。清除的范围可采用图解法绘出视距包络线后确定（图6-5）。图6-5三、纵断面设计•考虑道路纵坡最大限值时，主要选货车、半挂车或铰接车作为代表车型。克服阻力后所剩牵引功率减小纵坡度增大车速降低坡度阻力增加•由直线坡度段和竖曲线组成。•弯道坡度段除纵向坡度外还有横向坡度，故需对其合成的斜向坡度进行限制。•同时，对大纵坡段的长度给以限制，并要求采取设置一定长度的缓和坡段（其坡度不大于3%）。坡度地形起伏较大时造成填挖工程量过大，增加建设投资量过小过大平衡考虑纵坡度和其最大限值的选取车速过低，油耗过多，运输成本增加竖曲线作用：①保证车辆行驶的平顺和舒适②保证行车安全所需的视距•竖曲线常采用二次抛物线（公路）或圆曲线（城市道路），二者差别很小。•并按形状有凹形、凸形之分。设计规范限定纵坡段最小长度和竖曲线最小长度——•保证行驶的平稳•减少驾驶时换档次数•有足够距离以设置竖曲线和相邻竖曲线间的切线长度图6-6图6-7图6-8四、横断面设计横断面设计——按道路等级和功能要求，在公路路界或城市规划红线范围内选择断面形式、布置组成单元、确定各组成部分的尺寸（宽度）。道路横断面的组成：•行车道•中间带（公路）或交通分隔带（城市道路）•路肩（公路）或人行道（城市道路）•道路边缘带（边沟、边坡、路边等）1．公路横断面•行车道宽度取决于每个车道的宽度和车道数。•车道宽度随车辆的宽度和它到路面边缘间的安全距离要求而定，一般变动于3.5～3.75m范围内。•所需的车道数取决于设计交通量和车道的实际通过能力。•高速和一级公路应设置中间带，将双向的车流分隔开。•行车道的两侧需设置路肩，作为对路面结构的侧向支承，并可供车辆在紧急情况时的偶然停留。图6-9a•路基顶面的宽度为上面各部分宽度的总和。图6-9b图6-9c图6-9d图6-9a图6-9e图6-9f图6-9a图6-9g图6-9h图6-9a图6-9i图6-9j2．城市道路横断面•城市道路的快速路，其横断面布置与高速公路相同。•其它类型道路上除了行驶各种汽车外，还有大量非机动车，同时还要设置人行道。双幅：每个方向的车道数为两个以上，而非机动车较少城市道路的横断面布置形式三幅：非机动车数量大，设立两侧分隔带四幅：机动车和非机动车数量都很大，同时设立中间和两侧分隔带单幅：适用于非机动车较少的次干路和支路图6-10五、平面交叉设计平面交叉•交叉：两条或多条道路在同一地点接合或相互穿越。平面交叉——交叉出现在同一平面；立体交叉——不在同一平面上的交叉。四条路相交的正交、斜交或错开交叉五条或五条以上道路相交的交叉环形交叉三条路相交的T形（正交）或Y形（斜交）交叉图6-11•车辆通过平面交叉口时会遇到的主要问题是，可能同其它方向行驶的车辆发生冲突而降低行驶速度或者酿成行车事故。车辆间的冲突分为分流、汇合和穿越三种形式。•交叉口设计的主要目的和任务——采取措施减少冲突点，降低冲突的严重程度，限制冲突发生频率，使冲突区内的冲突形式单一化，以提高行驶质量和保障行车安全。①在交叉口设置交通信号灯控制②采用各种渠化交通措施④减少交叉道路的条数和合理布局交叉的形式以减少交叉口的冲突点③增设转弯车道⑤交通量大时，采用立体交叉•交叉口设计有以下措施：图6-11六、立体交叉设计•立体交叉是避免交叉车辆冲突和提高交叉口通行能力的最有效的方法。但增加了工程的复杂性、所需的投资量以及所占用的土地面积。•立体交叉分类：分离式两层立交分离式立体交叉1较为复杂2占地多3工程量大4交通功能好，适宜于交通量大的高速道路互通式立体交叉菱形立交定向型立交完全分离式苜蓿叶形立交分离式三层立交1形式简单2占地少3工程量小4适宜于直行交通量大、转弯车辆不多的场合图6-14图6-16图6-15图6-17第三节路基和路面•路基是基础结构物，为实现车辆在道路上行驶提供基本条件，并且支承路面结构以承受车辆荷载的作用。•路基由土质或石质材料组成，断面型式可分为路堤、路堑和半填半挖三种基本类型，其组成元素与铁路路基相同。一、路面使用性能要求•对路面的使用性能有五方面要求：(1)表面平整(2)结构完好(3)经久耐用(4)抗滑性能好(5)噪音低影响行驶质量经济性安全性行车的作用环境因素路面影响二、路面结构组成和类型•路肩——为侧向支持行车道路面结构。•表面设置外倾横坡——排除降落到路面上的地表水。•设置内部排水系统——排除路面结构内的渗入水。图6-18路面的结构层次基层垫层2贫水泥混凝土或碾压混凝土分为3水泥或石灰-粉煤灰稳定粒料或土，石灰稳定土4各种粒料1沥青碎石或沥青贯入碎石面层具有足够的结构强度、良好的温度稳定性、水稳定性、耐磨、抗滑和平整1改善路床的湿度和温度状况2保证面层和基层的强度稳定性和抗冻胀能力3扩散由基层传来的荷载应力4减小路床所产生的变形量水泥混凝土面层复合式面层块料面层粒料面层沥青面层主要承重层，把由面层传下来的应力扩散到路基。应具有足够的强度和刚度修筑选用的材料有作用三、路肩和路面排水•设置在行车道路面两侧的路肩或人行道，要有一定的强度以承受车辆荷载的偶然停留或行人的作用。其结构由面层和基层组成。•路面和路肩表面需修建成直线形或抛物线型路拱，以迅速排除降落在路表面的水，减少降