道路工程概论.第1-1章

第1章概论

§1-1 道路发展简史

一、道路史

1．古代：中国是历史悠久的文明古国，道路运输的发展也先于世界各国。（起步早）道路的名称源于周朝，“周道如砥，其直如矢”，表明当时道路发展的盛况。周朝在道路交通管理和养护方面也颇有成就。如“用礼”中规定“雨毕而除道，水涸而成樑”，意即雨后修整道路，枯水季节修理桥梁。交通法规要求“少避长，轻避重，上避下”，指行人礼貌相让，轻车避重车，上坡让下坡车辆。

秦始皇统一六国后，十分重视道路交通，大修驰道，颁布了“车同轨”政令。修筑了以成阳为中心，向各方辐射的国道网。

唐代国家强盛，疆土辽阔，道路发展至有驿道五万里，每三十里设一驿站，驿制规模宏大，并在城市建设中规划了“棋盘式”道路网。

2．近代：上世纪初（1902年）汽车输入我国，公路才随之发展起来。1913年在湖南长沙至湘潭修筑了我国的第一条公路，全长约45km。至1949年底，全国公路通车里程仅有7.8万公里，而且分布极不均匀。（发展慢）

3．现代：中华人民共和国成立以后，为了迅速恢复和发展国民经济，巩固国防，大力发展公路交通事业，取得了显著的成就。第—个五年计划期间(1949-1957年)，我国完成了重要的公路干线青藏、康藏、青新、川黔、昆洛等线，全国公路里程达30万公里。特别是改革开放后的十几年来，形成了以北京为中心，沟通全国各地的道路网。2006年底全国公路通车总里程（包括村道在内）达到345.70万公里，其中高速公路通车4.53万公里，稳居世界第二。（发展势头好）

公路通车时间、里程表

高速公路通车时间、里程表

4．发展规划

（1）国道主干线“五纵七横”规划

1992年，交通部提出了中国国道主干线“五纵七横”规划。12条国道中的主要干线都采

用高速公路标准，总长3.5万公里（其中，高速公路2万多公里），计划2008年底全部建成。

（2）“7918”国家高速公路网规划

2004年交通部推出新一轮国家高速公路网规划。我国将于2020年建成布局为“7918”的高速公路网络，即：7条射线、9条纵线、18条横线，总里程约8.5万公里。

7条首都放射线包括：北京到上海、台北、港澳、昆明、拉萨、乌鲁木齐和哈尔滨。

9条南北纵向线包括：鹤岗－大连、沈阳－海口、长春－深圳、济南－广州、大庆－广州、二连浩特－广州、包头－茂名、兰州－海口、重庆－昆明。

18条东西横向线包括：绥芬河－满洲里、珲春－乌兰浩特、丹东－锡林浩特、荣城－乌海、青岛－银川、青岛－兰州、连云港－霍尔果斯、南京－洛阳、上海－西安、上海－成都、上海－重庆、杭州－瑞丽、上海－昆明、福州－银川、泉州－南宁、厦门－成都、汕头－昆明、广州－昆明。

二、道路工程的发展趋势

1．国外

20世纪90年代，一些欧美发达国家的高速公路网络已经建成，基本形成了一个系统规划、科学设计、整体建设和综合管理的完整体系。他们加强了养护和营运管理，包括养护管理、营运管理和环境管理等，其目的是提高道路的使用功能、保证行车安全舒适和改善道路状况对环境及人文景观的影响。

发达国家高度重视高新技术开发，将地理信息系统GIS(Geography Information System)和卫星定位系统GPS、航测遥感技术和CAD技术广泛地应用于道路交通的规划与设计之中。

发达国家很重视材料、结构和施工与营运环节的技术监控，对路用材料和改性技术，结构设计和优化分析研究技术，以及施工自控技术与高效的质检控制设备等进行了系统的试验研究。

2．国内

随着改革开放和国民经济的蓬勃发展，我国的公路科技取得了巨大成就。

至今我国已系统开发了公路、桥梁和交通工程CAD技术和航测遥感技术。今后将进一步集成全球卫星定位系统GPS和三维测量技术、航测遥感技术和地质判释技术，使公路测设走进现代化。

在新建、改建、养护和管理营运方面，应用大量信息建立和开发大区域集成网的公路数据库，提供现代科学管理的依据。

在新材料、新工艺的开发和应用方面，各种高性能混凝土、改性沥青和新型复合材料在路桥建设和养护工程上将不断开发和应用。

今后对大型货运汽车、专用工程机械和养护设备将进一步国产化，并将系列开发研制优质高效的大型沥青混凝土和水泥混凝土自动联合摊铺机，250型转子中置式大功率稳定土拌和机，80t滚动式沥青再生搅拌机，多功能公路养护机，大型排污清疏机，具有快速拖吊功能和救援装置的公路清障车等。

公路环保技术今后将会受到更大的重视。公路环保可持续发展战略的重点是防止建设过程中对自然环境景观的破坏，在公路建成后尽量减少车辆引发的噪声、废气和电磁污染，建路造林培育绿化，大力开发吸音降噪技术。在公路建设中强调边坡的生物稳定技术，废旧材料(如粉煤灰、废轮胎、废塑料和工业废渣等)的综合利用技术，加强社会环保意识，让公路更好地为造福人类服务。

§1-2 交通运输体系

交通运输体系是由道路运输、铁路运输、水上运输、航空运输和管道运输五种运输方式组成的一个综合体系。它们合理分工，协调配合组成一个完整的交通运输系统。

一、道路运输

道路运输是指货物和旅客借助一定的运输工具（机动车和非机动车），在道路上实现有目的的移动过程。

道路运输充分深入到社会生活、生产领域的各个方面，从政治、经济、文化、军事到人民群众的衣、食、住、行都和道路运输有密切的关系。

道路运输的特点（与其他运输相比较）

1．投资少、见效快，社会经济效益高。

2．机动灵活，可实现“户到户”的直达运输。

3．适应性强、服务面广。

4．运输损耗少（减少了中转的劳动量和货损）。

特别是高速公路的出现，运输速度显著提高、运量增大，道路运输将会起着愈来愈重要的作用。

二、铁路运输

铁路运输是一种以钢轨引导列车运行的运输方式。

铁路运输的特点

1．由于机车在光滑的钢轨上运行，行车阻力小，运输速度高。

2．运载能力大，运输成本低

3．对气候的适应性强。

缺点：固定设施费用高，基础投资大；且在运输中要进行编组、中转和调度等工作，使总的运程时间较长；同时，时间性很强。

铁路按轨距不同分有：标准轨距、窄轨和宽轨铁路。目前，世界各国主要采用标准轨距。

三、水上运输

水上运输是利用船或其他浮运工具在河、湖、人工水道及海洋上进行客、货运输的方式。

水上运输的特点

1．水运是利用“天然航道”运输，投资较少，运输成本低。

2．水运运量大、运距长。

水上运输的主要缺点是受水道的限制，而且运输的连续性差、运速较慢。同时，受气候的影响非常明显。

四、航空运输

航空运输适于快速运送旅客、紧急物资及邮件。

航空运输与其它运输比较，具有速度快、舒适性高等优点。

主要缺点是运输成本高，燃油消耗大和受气候条件限制较大等。

五、管道运输

管道运输是一种用封闭的管道，借助于重力或气压动力，连续输送一些特定货物的运输方式。

管道输送的货物主要有水、原油、煤浆以及其他化工流体。

管道运输的特点：

1．运量大、运距短、占地少、受气候影响小。

2．运输连续性好，效率高、运费低。

3．无噪声、漏失污染小。

§1-3 道路分类与技术标准

一、道路分类

道路的功能主要是为各种车辆和行人提供服务。道路根据其所处的位置、交通性质及使用特点不同，分为公路、城市道路、厂矿道路及林业道路等。

（一）公路

公路是连接城、镇和工矿基地、港口及集散地等，主要供汽车行驶，具备一定技术和设施的道路。

我国公路根据其使用功能和适应的交通量，按现行的《公路工程技术标准》(JTG B01—2003)(以下简称《标准》)中，把公路分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路5个等级。

1．高速公路

为具有特别重要的政治、经济意义，专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。

高速公路根据其适应的交通量不同，可分为四车道高速公路、六车道高速公路和八车道高速公路三种。

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆；

六车道高速公路应能适应的年平均日交通量45000～80000辆；八车道高速公路能适应的年平均日交通量60000～100000辆。

2．一级公路

为供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路。

根据其适应的交通量不同，可分为四车道一级公路和六车道一级公路。

四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000～30000辆；六车道一级公路应能适应的年平均日交通量25000～55000辆。

3．二级公路

为供汽车行驶的双车道公路。

双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000～15000辆。

4．三级公路

为主要供汽车行驶的双车道公路。

双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量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。

（1）双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000辆以下。

（2）单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量400辆以下。

（二）城市道路

它是指城市内部的道路。

1．城市道路的作用

（1）城市道路是城市组织生产、安排生活所必须的交通走廊。

（2）城市道路是联结城市各个功能分区和对外交通的纽带。

（3）城市道路是城市通风、采光和排水的通道。

（4）城市道路为城市防火、防震、绿化提供场地。

2．城市道路的分类

我国城市道路根据其在道路系统中的地位、交通功能，以及对沿线建筑物的服务功能与车辆、行人进出频率，把城市道路分为四类：

（1）快速路

快速路为大城市提供交通量大、距离长的快速交通服务。

快速路是联系城市各主要功能分区及为过境交通服务的。由于车速高、流量大，故快速路应采取分向、分车道，全立交和控制进、出口等措施。

（2）主干路

主干路是连接城市各主要分区的干路，以交通功能为主，负担城市的主要客、货运交通，是城市内部交通的大动脉。

主干路两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的进出口。

（3）次干路

次干路与主干路结合在一起，组成城市道路系统，承担局部区域的交通运输任务，起集散交通作用，并兼有服务功能。

（4）支路

支路是次干路与街坊路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主。

3．城市道路的技术分级

除快速路外，各类道路按照所在城市的规模、设计交通量、地形等，分为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。大城市应采用各类道路中的Ⅰ级标准；中等城市应采用Ⅱ级标准；小城市应采用Ⅲ级标准。

（三）厂矿道路

厂矿道路属于专用道路，主要为工厂、矿区交通服务。

因其功能不同可分为厂外道路、厂内道路和露天矿山道路。

（四）林业道路

林业道路也属于专用道路，修建在林区内，为林业发展和木材运输服务。林道网一般由基本道路和营林道路组成。

二、公路设计阶段与技术标准

（一）公路设计阶段

公路施工前的勘测设计工作是根据批准的计划任务书和有关标准、规范进行的。

公路工程建设项目一般应按两个阶段设计(初步设计和施工图设计)。对于修建任务紧迫和方案明确，技术比较简单的小型项目，可采用一阶段设计；对技术上复杂而项目巨大，如特大桥、隧道等大型结构物，必须采用三阶段设计。

1．两阶段设计（初步设计和施工图设计）

它是根据批准的任务书要求，先进行踏勘测量，编制初步设计和工程概算；再根据批准的初步设计，通过实地详细测量，据以编制施工图设计和工程预算。

2．一阶段设计（一阶段施工图设计）

它是根据批准的计划任务书要求，进行一次详细测量，据以编制施工图设计和工程预算。

（二）技术标准

技术标准是根据道路预测交通量和设计行车速度对路线和各项工程结构设计的要求，把这些要求列成指标，并用标准规定下来。

（它是根据①理论计算；②公路设计、修建的经验；③参考国外公路建设经验，并结合我国国情而确定的。）

技术标准大体上可归纳为四类，即“线形标准”、“载重标准”、“建筑界限标准”、“交通工程及沿线设施标准”。

1．载重标准

“载重标准”主要用于结构设计，目前我国的载重标准有汽车荷载和人群荷载。

（1）汽车荷载分为公路-I级和公路-Ⅱ级两个等级。

高速公路、一级公路和二级公路作为干线公路且重型车辆多时，采用公路-I级汽车荷载，其他等级公路可采用公路-Ⅱ级汽车荷载。

（2）当公路桥梁设置人行道时，还应记入人群荷载。

2．交通工程及沿线设施标准

《交通工程及沿线设施标准》应根据公路网规划，公路的功能、等级、交通量等确定。根据我国目前情况，把交通工程及沿线设施划为A、B、C、D四个等级，见表l-1-4。

交通工程及沿线设施包括交通工程安全设施、服务设施和管理设施三种。

3．建筑界限标准

《建筑界限标准》包括公路竖向的净高标准及横向的宽度标准。

（1）净高

由于各级公路的功能及服务水平不同，要求也不一样，但一条公路应采用同一净高。高速公路、一级公路和二级公路的净高应为5.00m，三级公路、四级公路的净高为4.50m。

当桥梁跨越河道时，桥下净空应符合通航标准或流放木筏的要求，并应考虑排洪、流冰、漂流物及河床冲淤等情况；如为跨路桥，其桥下净空应符合被交叉公路、铁路、其他道路等建筑限界的规定。

（2）横向宽度

“公路的横向宽度标准”，应根据公路功能、等级、交通量及地形、地质情况，为使行车安全、顺畅，应按《标准》的有关规定(如路肩、中间带、行车道的宽度等)，综合考虑确定。

4．线形标准

“线形标准”主要是用于确定公路线形几何尺寸的技术指标，目前我国各级公路的主要技术指标汇总见表1-1-5所列。

总结：由于我国幅员辽阔，各地的地理位置和自然条件各不相同，经济发展差异较大，故对技术标准的掌握，应根据当地的具体情况确定。一般在满足基本要求的前提下，结合实际情况灵活运用。使用《标准》时要防止两种倾向：一是不考虑路线的功能和远景交通运输要求，一味压缩工程造价，而采用低标准；二是贪大求全，盲目超前，而采用高标准。

§1-4 路线设计的基本要求及依据

一、公路线形的基本要求

公路的基本服务对象是汽车，汽车在公路上行驶的基本要求是“安全、迅速、经济和舒适”。

1．保证汽车在道路上行驶的稳定性（安全）

汽车行驶的稳定性是指汽车在公路上处于动态(起动、制动、匀速或加、减速行驶)或静态时，不会产生倾覆、倒溜和侧向滑移的性能。

只有当汽车具有良好的行驶稳定性时，才能保证其使用性能得到充分发挥。从而达到减轻驾驶员的劳动强度，增加乘客的安全感和舒适程度，减少装载货物的损坏等。

2．保证行车畅通（迅速）

要保证行车畅通，必须有足够的路面宽度、足够的行车视距。此外，还应尽可能减少平面交叉以及增加交通安全设施，才能达到安全、迅速行驶的目的。

3．对公路的平、纵、横断面要有合理布局（经济）

根据公路等级及其使用任务和功能，合理利用地形，正确运用技术标准，保证路线的整体协调，做到平面顺适，纵坡均衡和横面合理，工程费用较低。

4．满足行车舒适要求（舒适）

要达到汽车行驶安全和舒适，就要使路线的起伏不宜过于频繁，以免人、货物受到过大的颠簸而感到不适或损坏；路线的平、纵曲线的最小半径要加以限制；平、纵曲线组合协调，保持线形的连续性；并要注意路线与当地环境和景观相协调。

二、确定路线线形的基本依据

1．地形条件

路线所在地形条件分为两大类，一是平原、微丘地区；另一类为山岭、重丘地区。

2．水文地质条件

工程地质条件主要是指岩土类别，岩石的风化程度，岩层走向等，特别是不良地质地段

均会影响路线的走向和高程。

水文条件，主要是路线所处位置的地下水位高低，不同频率的洪水位标高以及当地植被和暴雨径流等。

3．设计车辆

确定公路的路幅组成、弯道加宽、交叉口设计等均与车辆外廓尺寸及性能有关，它是公路线形设计的一个重要控制因素。

在公路上行驶的车辆主要是汽车，根据我国行驶车辆的具体情况，汽车发展远景规划和经济发展水平，出于经济和实用的考虑，设计车辆的外廓尺寸是按现有车型尺寸进行统计后，把“设计车辆”分为三类，即小客车、载货汽车和鞍式列车。

4．计算行车速度

“设计车速”是指气候和交通条件正常情况下，汽车行驶只受公路本身条件（如路线的几何要素、路面、附属设施等）的影响时，一般驾驶员能安全、顺适地行驶的最大速度。

公路几何线形设计（如平曲线半径、超高率、视距等）的各种要素的临界值都以设计行车速度为依据而确定，车道和路肩宽度也与设计车速有密切关系。

我国标准规定各级公路的设计行车速度见表1-1-5所列。

设计行车速度不仅是公路设计的依据，也是开放交通后限制行车速度的基础，“设计速度”对一特定路段而言是一固定值。

实际行车速度：在实际的驾驶运行中，没有一个驾驶员自始至终地保持这一固定速度。因此，车辆在公路上的运行速度是随公路线形、沿线交通量、车辆动力性能及驾驶员的技术、心理需求等的变化而改变。

5．交通量

公路上某一断面，单位时间通过的来往各种车辆总数称为交通量，亦称交通流量或车流量。时间单位以小时计的称为小时交通量，若以日计的称为日（昼夜）交通量。

交通量是确定公路等级的主要依据。在规划道路等级时，采用预测设计年限的年平均日交通量(AADT)表示。

作为公路的几何设计，目前，国内外多采用第30位小时交通量作为设计小时交通量，即将一年中测得的8760h的交通量，按大小排列，取第30位小时交通量作为设计小时交通量，也可根据当地实际调查结果控制在第20～40小时之间。

6．通行能力

道路上的通行能力，是指一条道路在单位时间内，道路与交通正常条件下，保持一定车速、安全、连续行驶时，可能通过的车辆数。

通行能力包括基本通行能力和设计通行能力两种。

基本通行能力：是指道路与交通条件处于理想的情况下，单位时间通过某一断面的最大车辆数。

设计通行能力：公路设计时，必须根据道路与交通条件、汽车性能、气候环境的影响对

基本通行能力进行修正，再考虑公路服务水平(我国公路分为四级)和车辆运行质量并兼顾我国经济水平和公路建设投资的力量等，最后确定各级公路的设计通行能力。

§1-5 公路的基本组成

公路是设置在大地表面、供各种车辆行驶的一种线形带状结构物，因此，公路是由线形和结构两部分组成。

一、线形组成

线形是道路中线在空间的立体几何形状。道路中线是一条平面上有转折、纵面上有起伏的立体线形。

1．平面线形

由直线、圆曲线和缓和曲线组成。

2．纵面线形

由纵坡线和竖曲线（凸型和凹型）组成。

二、结构组成

1．路基

路基是行车道的基础、公路的重要组成部分，是由土、石按照路线的位置和一定的技术要求修筑的带状构造物。

路基的基本要求：具有一定的力学强度和水、温稳定性，又要经济合理。

公路路基横断面的一般组成：行车道、中间带、路肩、路缘带、边坡、边沟和碎落台等，如图1-1-2所示。

2．路面

路面是用各种建筑材料分层铺筑于路基顶面的结构物，以供汽车安全、迅速和舒适行驶。

路面的基本要求：必须具有足够的力学强度和良好的稳定性、以及表面平整和良好的抗滑性能。

路面结构如图1-1-3所示。

路面面层分为四类：沥青混凝土；水泥混凝土；沥青贯入、沥青碎石、沥青表面处治；砂石路面。

3．排水结构物

为了确保路基稳定，免受地面水和地下水的侵害，公路还应修建专门的排水设施。

地面水的排除系统按其排水方向不同，分为纵向排水和横向排水。

纵向排水有边沟、截水沟和排水沟等。

横向排水有桥梁、涵洞(图1-l-4所示)、路拱、过水路面、透水路堤(图1-1-5所示)和渡水槽等。

4．公路特殊结构物

(1)隧道。它是为公路从地层内部或水层通过而修建的结构物。

当公路翻越高山或穿过深水层时，为了改善平、纵面线形和缩短路线长度，经过技术、

经济比选，可开凿隧道(图1-1-6所示)。

(2)悬出路台。在山岭地带的悬崖峭壁上修筑公路时，为了保证公路连续、路基稳定和确保行车安全，有时还需要修筑悬臂式的路台，如图1-1-7所示。

(3)防石廊。在山区地形、地质复杂路段，为了保证公路的行车安全，有时也修筑防石廊。

(4)挡土墙。在横坡陡峻的山坡上或河岸修筑公路时，为保证路基稳定和减少填挖方工程量，常需修筑挡土墙(图l-1-8)。

三、沿线附属结构

在公路上，除上述各种基本结构和特殊构造物外，为了保证行车安全、迅速、舒适和美观，还需设置交通工程、沿线设施及环境美化设施等。

交通工程及沿线设施的建设规模与标准应根据公路的功能、等级、交通量等确定。我国把交通工程沿线设施分为四级，见前表1-1-4。

（一）交通工程及沿线设施

交通工程及沿线设施包括交通安全设施、服务设施和管理设施三种。

1．交通安全设施

它是为了保证行车安全，使驾驶员知道前面路况和特点，道路上应设置交通标志和路面标线。

(1)公路交通标志。

公路交通标志有四类，分别为：

①指示标志：它是指示驾驶员行驶的方向、行驶里程及汽车长时停车的地方等；

②警告标志：它指出前方有行车障碍物和行车危险的地方，警告驾驶员要集中注意力，确保行车安全的标志；

③禁令标志：它指出各种必须遵守的交通限制的标志，如限制速度、载重和不准停车等；

④视线诱导标志：是指用反光材料安装在公路的危险路段等处，利用车灯照射反光显示公路线形，诱导车辆安全行驶。

(2)路面标线。它是布设在路面上的一种交通安全设施，共有四种形式。

①白色连续实线：它作为不准逾越的车道分界线；

②白色间断线：它作为车辆可以逾越的车道分界线；

③白色箭头指示线：它用来指引汽车左、右转弯或直行；

④黄色连续实线：它作为严禁车辆逾越的车道分界线。

另外，为了适应夜间行车安全和发挥公路的作用，高等级公路的边线还应设置反光标志。

(3)其他交通安全设施。

为保证行车安全和发挥公路的作用，各级公路的急弯、陡坡、高路堤、中央分隔带以及路侧有悬崖、深谷、江河、湖泊等地形险峻路段，应按公路等级需要，按规定设置必要的安全设施，如护栏、防撞栏、护柱、护墙、防护网及防眩设施等。

2．交通服务设施

服务性设施包括渡口码头、汽车站、加油站、修理站、停车场、餐饮与小卖部、旅馆、洗手间等。

公路的交通服务设施，应根据公路的等级、交通组成及区域路网、地形、景观、环保等进行合理布设。

3．交通管理设施

为使公路发挥应有作用，保障行车安全，根据公路等级及其服务水平而设置的交通管理设施。

包括监控、收费、通信、配电、照明和管理养护等设施。

（二）环境美化设施

绿化是美化公路、保护环境不可缺少的部分。

常在路侧带、中间带、停车场，以及道路用地范围内的边角空地等处绿化，但不应妨碍行车视距。在环形交叉口、立交区和大桥桥头可以搞一些景观造形和种植花草来美化环境。