路基施工技术1：公路工程和路基工程概述

路基施工技术21世纪高职高专道路桥梁工程系列规划教材示范性高职院校建设项目成果教材模块1公路工程和路基工程概述1.1公路工程概述模块1公路工程和路基工程概述1.2路基工程概述模块1公路工程和路基工程概述模块1公路工程和路基工程概述学习引导知识目标通过本模块的学习，学生应能够明确公路的基本组成、公路的等级，以及路基的基本要求、结构形式、几何要素及干湿类型；能够掌握路基工程常见的破坏形态及其防治措施。技能目标学生能够区分路基的结构形式；能够熟知路基的几何要素；能够判别路基的干湿类型。主要内容模块1的主要内容结构如图1-1所示。模块1公路工程和路基工程概述模块1公路工程和路基工程概述1.1公路工程概述公路是指连接城市之间、乡村之间、工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路，如图所示。1.1.1我国高速公路的发展高速公路作为公路运输的一种特殊形式，是交通现代化的重要标志。截至2014年年底，我国等级公路里程达3.9×106km，其中，高速公路通车里程为1.119×105km，居世界第一，是世界上规模最大的高速公路系统。我国兴建高速公路起步较晚，但起点高、发展快。最先开工的是沈大高速公路，于1984年6月27日开工,1990年8月20日开始通车；而第一条完工投入使用的是沪嘉高速公路，其始建于1984年12月21日，于1988年10月开始通车。1.我国高速公路的发展历程1.1.1我国高速公路的发展构建安全、高效的高速公路路网管理系统，主要体现在车辆荷载管理、路面桥梁设施管理和高效通行管理方面。首先，防止超限超载车辆威胁路网设施的安全及运行的安全，超过20t的货车，法定最大车货总重应不超过55t；其次，通过先进的路网监测技术进行实时监测，保证路面、桥梁设施始终处于良好的技术状态；最后，保障高速公路安全、便捷、快速的通行服务，特别是极端天气条件下的通行服务。2.我国高速公路的发展趋势1）构建安全、高效的高速公路路网管理系统1.1.1我国高速公路的发展移动互联、万物互联，使高速公路信息化、智能化的发展步伐进一步加快。大量的路侧及门架感应设施（见图）为行驶车辆提供了更加全面周到的信息服务，高速公路将成为汽车通行服务的信息平台。随着科技的发展，越来越多的新技术将会更加广泛地被应用到高速公路上。2.我国高速公路的发展趋势2）建设更加信息化、智能化的智慧高速公路1.1.1我国高速公路的发展（1）智能高速公路路面。智能高速公路路面是指在路面上喷涂荧光材料，白天储存光能，夜间为车辆指示车道、交通标志，甚至天气情况，如图所示。智能高速公路路面可大大改善夜间行车条件，使公路交通的安全性能大幅提升。2.我国高速公路的发展趋势2）建设更加信息化、智能化的智慧高速公路1.1.1我国高速公路的发展（2）无人驾驶汽车。无人驾驶汽车将会是未来智能交通中的一大重要因素。随着智能化在汽车领域的发展，谷歌公司的无人驾驶汽车已经在美国获准上路（见图）。据美国电子电气工程师协会的一份报告预测，到2040年，在全球上路的汽车总量中，75%将会是无人驾驶汽车。如果无人驾驶汽车能够在现实生活中得到成熟应用，那么整个人类的交通系统将发生翻天覆地的变化。2.我国高速公路的发展趋势2）建设更加信息化、智能化的智慧高速公路1.1.1我国高速公路的发展在国家日趋严厉的环保法规和政策的约束下，高速公路的建设管理必将走上更加低碳、环保、节能、资源集约利用的可持续发展道路。生态脆弱地区的高速公路应采取更加严格的环保措施，高速公路与环境应和谐共存，如图所示。清洁环保的电动汽车是未来新能源技术重要的发展方向，为了破解制约电动汽车普及的瓶颈——充电难题，国家电网已开始建设高速公路快速充电系统，如图所示。2.我国高速公路的发展趋势3）建设更加低碳、环保、可持续的绿色高速公路1.1.1我国高速公路的发展未来高速公路的发展理念将更加以人为本、服务至上，围绕用户需求积极创新，提供更加快速、便捷、高效、安全、温馨、舒适的通行服务。例如，服务区提供更加多样化的服务，通行安全持续改进，大数据、物联网、云计算、移动支付等先进信息技术的发展必将带来高速公路通行付费方式的新变革，除电子不停车收费(electronictollcollection,ETC)系统之外将会出现更加便捷的付费方式。2.我国高速公路的发展趋势4）建设更加以人为本、注重服务的人文高速公路1.1.1我国高速公路的发展高速公路作为一种安全、快捷的公路运输设施，未来将同铁路、民航、水运等运输方式更好地衔接、融合、协调发展。同时，高速公路将与区域经济发展和城市空间利用紧密融合，更好地解决城市间、城市群快速交通问题。2.我国高速公路的发展趋势5）建设与综合交通运输体系高度融合的高速公路1.1.2公路的基本组成1.线形组成公路是一条空间的带状结构物，其线形主要指路中线的形状。平面线形由直线和平曲线组成，纵面线形包括纵坡线和竖曲线。公路的立体空间曲线由平面图（空间位置、行驶轨迹）、纵断面图（表示沿路线中线方向的地面起伏状态和设计纵坡的线状图，反映出各路段纵坡的大小和中线位置处的填挖方尺寸）和横断面图（中线上任意一点的法向截面，反映行车道、中间带、路肩、边坡）来表示。1.1.2公路的基本组成2.结构组成1）路基路基是用土或石料修筑而成的线形结构物，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，同时承受气候变化及各种自然灾害的侵蚀和影响。因此，路基必须具有足够的力学强度和稳定性，而且要经济合理。为了保证路基的强度和稳定性，避免外界因素对路基造成危害，在修筑路基时，除了修筑路基本体外，还要修建路基排水及防护设施等，如边沟、挡土墙等，如图所示。1.1.2公路的基本组成2.结构组成2）路面路面是指用筑路材料铺在路基顶面，供车辆直接在其表面行驶的一层或多层的道路结构层。路面具有承受车辆重量、抵抗车轮磨耗和保持道路表面平整的作用。路面按其力学特征可以分为刚性路面（在行车荷载作用下能产生板体作用，具有较高的抗弯强度，如混凝土路面）和柔性路面（抗弯强度较小，主要靠抗压强度和抗剪强度抵抗行车荷载作用，在重复荷载作用下会产生残余变形，如沥青路面、碎石路面等）。路面的底面以下80cm范围内的路基部分承受由路面传来的荷载，这部分路基称为路床。路床是路面的基础，在结构上分为上路床（0～30cm）和下路床（30～80cm）两层。路床，特别是上路床的土质、粒径、压实度都有严格的要求，必须均匀、密实、强度高，不得有松散和软弹现象。1.1.2公路的基本组成2.结构组成1.1.2公路的基本组成2.结构组成3）桥涵桥涵是桥梁(见图1-11)和涵洞（见图1-12）的统称，桥涵是工程术语、习惯叫法。桥涵是公路跨越河流、沟谷及其他线路等障碍物的通道，它既能排泄洪水，又能保持线路的连续性。单孔跨径小于5m或多孔跨径总长小于8m的统称为涵洞；对于圆管涵及箱涵,不论其孔径大小、孔数多少，都叫作涵洞。1.1.2公路的基本组成2.结构组成4）隧道隧道是指在既有的建筑或土石结构中挖出来的通道，供交通立体化、穿山越岭、地下通道、越江、过海、管道运输、电缆地下化、水利工程等使用。隧道包括主体建筑物和附属设备两部分。主体建筑物由洞身和洞门组成，附属设备包括避车洞、消防设施、应急通信和防排水设施，长、大隧道还有专门的通风和照明设备。隧道洞门实景如图所示，隧道洞内安全设施的布置如图1-14所示。1.1.2公路的基本组成2.结构组成1.1.2公路的基本组成2.结构组成5）交通附属设施交通附属设施一般是指公路沿线设置的交通安全、养护管理、服务、环境保护等设施，包括交通标志、交通标线、护栏、护墙、护柱、中央分隔带、隔音墙、隔离墙、照明设备、停车场、加油站、汽车修理站、养护管理房屋和绿化美化设施等。隔音墙如图所示，服务区平面图如图所示。1.1.3公路的等级1.行政等级划分方法国道是指具有全国性政治、经济、国防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、直辖市首府的公路，连接各大经济中心、港站枢纽、商品生产基地和战略要地并经确定为国家级干线的公路。国道首都放射线编号为一位数（如G1为京哈高速、G4为京港澳高速），纵向路线编号为两位奇数（如G11为鹤大高速,G35为济广高速），横向路线编号为两位偶数（如G22为青兰高速，G60为沪昆高速）。国道标志如图所示。1）国家干线公路（国道）1.1.3公路的等级1.行政等级划分方法省道是指具有全省（自治区、直辖市）政治、经济、国防意义，连接各地市和重要地区及不属于国道并经确定为省级干线的公路。省道以字母“S”加三位数字编号。省道标志如图所示。2）省级干线公路（省道）1.1.3公路的等级1.行政等级划分方法县道指的是具有全县性的政治、经济意义，并经确定为县级的公路。县道以字母“X”加三位数字编号。3）县公路（县道）乡道主要是为乡、村居民生产、生活服务的公路。乡道以字母“Y”加三位数字编号。4）乡公路（乡道）1.1.3公路的等级1.行政等级划分方法专用公路是指专供或主要供厂矿、林区、农场、油田、旅游区、军事要地等与外部联系的公路。专用公路的行政代码为“Z”。5）专用公路其他公路指的是除国道、省道、县道、乡道、专用公路以外的公路。其他公路的行政代码为“Q”。6）其他公路1.2路基工程概述1.2.1路基的基本要求1.整体稳定性路基的整体稳定性是指路基整体在车辆及自然因素的作用下，不致产生不允许的变形和破坏的性能。路基是在天然地面上填筑或挖去一部分而建成的。2.结构承载力路基应该具有足够的强度和刚度。3.水温稳定性路基的水温稳定性是指路基在水和温度的作用下保持其强度的能力，包括水稳定性和温度稳定性。1.2.2路基的结构形式1.路堤路堤是指高于原地面的填方路基，如图所示。路堤在结构上分为上路堤和下路堤，上路堤是指路面底面以下0.8～1.5m的填方部分，下路堤是指上路堤以下的填方部分。按照填土高度的不同，路堤可分为矮路堤、一般路堤和高路堤。填土高度小于1.5m的路堤称为矮路堤，填土高度为1.5～18m的路堤称为一般路堤，填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路堤称为高路堤。1.2.2路基的结构形式1.2.2路基的结构形式2.路堑路堑是指全部在原地面开挖而成的路基，如图所示。常见的路堑横断面形式如图1-22所示。路堑开挖后破坏了原地层的天然平衡状态，其稳定性主要取决于地质与水文条件、边坡深度和边坡坡度。1.2.2路基的结构形式3.半填半挖路基半填半挖路基是指原地面的横向坡度较大，在一个横断面内，一侧开挖另一侧填筑的路基。半填半挖路基一般适用于丘陵区或山区公路。半填半挖路基以挖作填，给施工带来了方便，若处理得当，则路基稳定可靠，是比较经济的横断面形式。1.2.2路基的结构形式3.半填半挖路基1.2.2路基的结构形式4.零填零挖路基当地面平坦且路线设计高程与地面高程相等时，路基基身几乎没有填挖，形成不填不挖路基，称为零填零挖路基，如图所示。零填零挖路基虽然节省土石方，但对排水非常不利，且原状土的密实度往往不能满足要求，容易发生翻浆、水淹、沉陷、雪埋等病害。因此，尽量少用或不用该类路基，干旱的平原区和丘陵区、山岭区的山脊线可考虑采用。为保证路基的稳定性，需要检查路槽底面以下30m范围内的密实度，必要时应翻松原状土重新分层碾压或换填土层。同时，路基两侧应设置边沟，以利于排水。1.2.3路基的几何要素1.路基宽度路基宽度是指在一个横断面上两路肩外缘之间的距离。路基宽度一般为行车道宽度与路肩宽度之和。当设有中央分隔带、变速车道、爬坡车道、错车道时，还应包括这部分的宽度。公路等级越高，路基的宽度越大。公路路基宽度如图所示。1.2.3路基的几何要素1.路基宽度1.2.3路基的几何要素2.路基高度路基高度是指路堤的填筑高度或路堑的开挖深度，是路基设计高程与地面高程之差。一般公路路基设计高程，对于新建公路是指路基边缘的高程，在设置超高、加宽地段为设置超高、加宽前的路基边缘高程；改建公路的路基设计高程可与新建公路相同，也可采用路中线高程；设有中央分隔带的