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第一节
公路工程施工技术概述

一、道路的分类与公路的分级

(一)道路的分类

1.城市道路

城市道路是在城市范围内,联系各组成部分,并供车辆及行人通行的、具备一定技术条件和设施的道路。按在道路系统中的地位、交通功能与对沿线建筑物的服务功能等划分,城市道路可分为快速路、主干路、次干路与支路。

快速路是为较高车速的长距离交通而设置的重要道路。快速路对向车道之间应设中间带,以分隔对向交通,当有自行车通行时,应加设两侧带。

快速路与高速公路、快速路、主干路相交时必须采用立体交叉;与交通量较小的次干路相交时,可采用平面交叉;与支路不能直接相交。在过路行人集中地点应设置过街人行天桥或地下通道。

主干路是城市道路网的骨架,连接城市各主要分区的交通干路,以交通功能为主。自行车多时,宜采用机动车与非机动车分流形式,如三幅路或四幅路。

次干路是城市的交通干路,兼有服务功能。次干路配合主干路组成道路网,起广泛连接城市各部分与集散交通的作用。

支路是次干路与街巷路的连接线,解决局部地区交通,以服务功能为主。街巷路作为街巷建筑的公共设施组成部分,不列入等级道路之内。

2.公路

公路是指连接城市、乡村,主要供汽车行驶的道路。根据公路的作用及使用性质,又将公路划分为以下几种。

国家干线公路(简称国道),是指具有全国性政治、经济、文化以及国防意义的公路,包括重要的国际公路、国防公路以及连接各省、市、自治区、重要大中城市、港口枢纽、工农业基地等的主要干线公路。

省级干线公路(简称省道),在省公路网中,具有全省性的政治、经济、国防意义,并经确定为省级干线的公路。

县级公路(简称县道),具有全县性的政治、经济意义,并经确定为县级干线的公路。

乡级公路(简称乡道),主要为乡村生产、生活服务,并经确定为乡级的公路。

专用公路,由工矿、农林部门等投资修建,主要供各部门使用的公路。

3.厂矿道路

厂矿道路指主要为工厂、矿山运输车辆通行的道路。通常分为厂内道路和厂外道路及露天矿山道路。厂外道路为厂矿企业与国家公路、城市道路、车站、港口相衔接的道路或厂矿企业分散的车间、居住区之间连接的道路。

4.林区道路

林区道路指修建在林区,主要供各种林业运输工具通行的道路。由于林区地形及运输木材的特点,其技术要求应按专门制定的林区道路工程技术标准执行。

5.乡村道路

乡村道路是指修建在乡村、农场,主要供行人及各种农业运输工具通行的道路。由于乡村道路主要为农业生产服务,一般不列入等级道路之内。

(二)公路的分级

公路根据使用任务、功能和适应的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路5个等级。

高速公路为专供汽车分方向、分车道行驶,全部控制出入的多车道干线公路。高速公路按各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为25000辆以上设计。其他公路是除高速公路以外的干线公路、集散公路、地方公路,分4个等级。

一级公路为供汽车分方向、分车道行驶,可根据需要控制出入的多车道公路。一级公路按各种汽车折合成小客车的年平均日交通量在15000辆以上设计。

二级公路为供汽车行驶的双车道公路。一般二级公路按各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为5000~15000辆设计。

三级公路为供汽车、非汽车交通混合行驶的双车道公路。一般三级公路按各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为2000~6000辆设计。

四级公路为供汽车、非汽车交通混合行驶的双车道或单车道公路。一般四级公路按各种车辆折合成小客车的年平均日交通量设计,宜为双车道2000辆以下,单车道400辆以下。

二、公路工程的施工与施工机械

(一)公路工程的组成

公路是一种主要承受汽车荷载反复作用的线形带状工程结构物。公路工程基本组成部分包括路基、路面、桥涵、隧道、防护工程、排水系统及交通服务设施的建设。

路基:路基是由土、石材料按一定的技术要求填筑压实而成的结构物,它承受路面传递的行车荷载,是支承路面的基础部分。

路面:路面是用各种材料或混合料分层修筑在路基顶面供车辆行驶的层状结构物,其性能应能满足车辆安全、迅速、舒适的行驶要求。

桥涵:桥梁是为道路跨越河流、山谷或人工障碍物而建造的构造物。涵洞是为宣泄地面水流而设置的横穿路堤的小型排水构造物。

隧道:隧道是为道路穿越山岭、地下和水底而修筑的构造物。

防护工程:为加固路基边坡,确保路基稳定的构造物,包括在路基边坡修建的填石边坡、砌石边坡、挡土墙、护脚和护面墙等构造物。

排水系统:排水系统是为了排除地面水及地下水而设置的排水构造物。除桥涵外,还有边沟、截水沟、排水沟、急流槽、盲沟、渗井和渡槽等路基排水构造物和路面排水构造物组成的道路排水系统。

交通服务设施:交通服务设施是为了确保行车安全、顺畅、舒适,在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、护栏、护墙、护柱、中央分隔带、隔音墙、隔离墙、照明设备、加油站、停车场、养护管理房屋和绿化美化设施等。

(二)公路工程的施工特点

1.建设规模大、投资额大、建设周期长

一般的公路新建、扩建项目投资,动辄几百万元,高速公路更可达几亿、十几亿元。公路工程建设以及使用过程中,要消耗大量的人力、物力和财力。公路建设是一项系统工程,建设工期包括制定预可行性研究报告、制定工程可行性研究报告、初步测设、施工图测设以及必要的科研等前期工作时间和施工时间。一般项目需要2~4年,有的更长。合理工期应根据工程规模、建设难度、地形地质特点和气候条件等因素综合确定。

2.户外作业环境复杂,不可控因素多

公路工程本身的特点,要求施工建设采用全野外作业方式,加上施工的路线一般都较长,所以无论其面临的气候、地质水文条件,还是社会经济环境,乃至风土人情都是有差异的。其中任何一项因素的变化都会影响公路工程建设的进行。另外,对于不同施工项目,影响因素又有所不同,不可控制因素的增多也会使项目管理在施工中变得尤为重要。

3.施工组织与施工工艺复杂

公路是固定在土地上的构筑物,而施工生产是流动的,所以公路工程施工组织是复杂的,这是区别于工业生产的根本特点。由于公路工程的固定性,需要把众多的劳力、施工机具、材料在时间和空间上加以合理组织,从而使它们在施工现场按照科学的施工顺序运转,不致互相妨碍而影响施工。

公路工程是根据具体的设计来建造的,而构成公路各项工程的功能要求和施工方法各有不同,使得各项工程具有各自不同的结构和造型。由于其施工生产的单件性和工程结构的多样性,施工组织是多变的,因而一般不能采用固定不变的施工模式,而要按照不同的工程对象,采用不同的施工工艺和施工组织方法进行施工。

(三)公路工程施工的基本程序

公路工程施工的基本程序是指施工单位从接受施工任务到工程竣工阶段必须遵守的工作程序。

(四)公路工程施工机械

1.土方机械

(1)推土机

推土机是一种在履带式拖拉机上装有推土铲刀等工作装置的土方机械。

按行走装置的类型可分为履带式和轮胎式;按推土铲刀的操作方式可分为液压式和索式。推土机操纵灵活,运转方便,所需工作面较小,行驶速度快,易于转移,并能爬30°左右的缓坡。它是较常见的一种土方机械,多用于场地清理和平整、开挖深度1.5m以内的基坑,填平沟坑,以及配合挖掘机和铲运机工作。推土机可以推挖一至三类土,经济运距100m,效率最高为40~60m。

下坡推土法。推土机顺下坡方向切土与推运,借助机械本身的重力作用,以增加推土能力和缩短推土时间,一般可提高生产效率30%~40%,但坡度不宜超过15°。

并列推土法。平整场地面积较大时,可采用两台或三台推土机并列推土。采用两机并列推土可增加推土量15%~30%,三机并列推土可增加推土量30%~40%。

槽形推土法。推土机连续多次在一条作业线上切土和推运,使地面形成一条浅槽,以减少土在铲刀两侧散失,一般可增加推土量10%~30%。槽的深度在1m左右,土埂宽约为0.5m。

多铲集运法。当被推土土质比较坚硬时,切土深度不大,应采用多次铲运、分批集中、一次推运的方法,使铲刀保持满载,缩短运土时间,一般可提高生产效率15%左右。

(2)铲运机

铲运机也是一种挖土兼运土的机械设备,它可以在一个工作循环中独立完成挖土、装土、运输和卸土等工作,还兼有一定的压实和平地作用。铲运机运土距离较远,铲斗容量较大,是公路工程中应用较广泛的机种之一,主要用于大土方量的填挖和运输作业。

拖式铲运机由拖把、辕架、工作液压缸、机架、前轮、后轮和铲斗等组成。铲斗由斗体、斗门和卸土板组成。斗体底部的前面装有刀片,用于切土。斗体可以升降,斗门可以相对斗体转动,即打开或关闭斗门,以适应铲土、运土和卸土等不同作业的要求。拖式铲运机本身不带动力,工作时由履带式或轮式拖拉机牵引。这种铲运机的特点是牵引车的利用率高、接地比压小、附着力大、爬坡能力强,普遍被使用在短距离和松软潮湿地带的工程中,工作效率低于自行式铲运机。

自行式铲运机多为轮胎式,一般由单轴牵引车和单轴铲斗两部分组成。有的在单轴铲斗后还装有一台发动机,铲土工作时可用两台发动机同时驱动。采用单轴牵引车驱动铲土工作时,有时需要推土机助铲。轮胎式自行铲运机均采用低压宽基轮胎,以改善机器的通过性能。自行式铲运机本身具有动力,结构紧凑、附着力大、行驶速度快、机动性好、通过性好,在中距离土方转移施工中应用较多,工作效率比拖式铲运机高。

(3)单斗挖掘机

单斗挖掘机有一个刚性或挠性铲斗,可间歇重复地循环进行工作,是一种周期作业自行式土方机械。

当场地起伏高差较大,土方运输距离超过1000m,工程量大而集中时,可采用单斗挖掘机挖土,配合自卸汽车运土,并在卸土区配备推土机平整土堆。单斗挖掘机有内燃驱动、电力驱动、复合驱动的装置,铲斗有正铲、反铲、拉铲、抓铲等形式。

正铲挖掘机的特点是前进向上,强制切土,能开挖停机面以上的Ⅰ~Ⅳ级土,适合在地质较好、无地下水的地区工作;反铲挖掘机的特点是后退向下,强制切土,能开挖停机面以下的Ⅰ~Ⅲ级土,适宜开挖深度4m以内的基坑,对地下水位较高处也适用;拉铲挖掘机的特点是后退向下,自重切土,能开挖停机面以下的Ⅰ~Ⅱ级土,适宜大型基坑及水下挖土;抓铲挖掘机的特点是直上直下,自重切土,特别适于水下挖土。

(4)装载机

装载机是用铲斗装载物料的机械。铲斗装在机械前部,机械向前运行并铲装物料后,油缸将铲斗顶起,行驶到卸料地点卸料。

按行走装置,装载机分为履带式和轮胎式两种。前者接地压力小、重心低、行走平稳,适宜在崎岖不平或较松软的场地工作。后者制造成本低,运行灵活,应用较广。按工作性能,分装载型和挖掘型两种。前者一般为单轴驱动,功率较小,用于装载散状材料。后者为双轴驱动,功率较大,有一定的挖掘能力,可进行土方开挖和装载工作。它们都可兼作短距离的运输工具。

(5)平地机

平地机是用装在机械中央的铲土刮刀进行土壤切削、刮送和平整连续作业,并配有其他多种辅助作业装置的轮式土方施工机械。

平地机有拖式和自行式两种。

拖式平地机由拖拉机牵引,以人力操纵其工作装置;自行式平地机在其机架上装有发动机供给动力,以驱动机械行驶和各种工作装置进行工作。前者因机动性差、操作费力,故目前已被后者所取代。

平地机的主要工作装置是装有刀片的刮刀,具有高度的灵活性,可以根据工作需要随时与行驶方向形成不同的夹角;可以在垂直面上形成必要的倾斜角度;也可以横向伸出机体。铲刀的这些特点使平地机成为公路工程中整形和平整作业的专用机械。

平地机的主要用途是:平整路基和场地,修整路基的横断面和边坡,开挖三角形或梯形断面的边沟,从两侧取土填筑不高于1m的路堤。此外,平地机还可以用来在路基上拌和路面材料并将其铺平、修整,还可养护土路,清除杂草和扫雪等。

2.压实机械

压路机是常见的压实机械,根据工作原理不同,压路机可以分为光轮压路机、轮胎压路机和振动压路机3种。

光轮压路机的自重可以在一定范围内调整,以改变单位线压力,一般用于整理性压实工作,对于容重要求较低的黏性土、沙砾料、风化料、冲击砾质土较为适合。

轮胎压路机具有弹性,在碾压时与土体同时变形,其碾压作用力主要取决于轮胎的内压力。接触面积与压实深度有着密切关系,为了得到较大的接触面积,又要增加压实深度,在轮胎允许范围内尽可能增加轮胎碾的负荷。一般来说,由于刚性碾轮受到土壤极限强度的限制,机重不能太大,而轮胎碾则没有这个缺点,所以轮胎碾适合压实黏性土及非黏性土,如壤土、沙壤土、沙土、沙砾料等土质,在路面施工中也常常采用。

振动压路机俗称振动碾,其主要优点有两点:一是单位面积压力大,可适当增加压实厚度,碾压遍数也可适当减少;二是结构重力小,外形尺寸小。其缺点是振动及噪声大,易使机械手过度疲劳。

三、公路工程施工的重点

(一)路基施工

1.路基施工的基本工作

路基施工主要包括测量放线、路基施工以及小型人工构筑物施工3个环节。

测量放线的工作内容:利用测量仪器和工具,以设计要求为基准,采取适当的方法,把设计图纸上已经设计好的路线位置转移到施工作业面上,进而为后期施工环节提供正确依据。

路基施工工作内容:利用施工机械开挖路堑、填筑路堤、压实路基、平整路基表面、整修边坡、修筑排水沟渠和加固防护设施等。

小型人工构筑物包括小桥、涵洞及挡土墙等。

2.路基工程的质量控制与检查验收

为了保证工程质量符合要求,在路基施工环节必须加强工程质量管理,并且按照施工标准以及相关技术规范,对施工质量进行控制,施工完成后进行检查验收。

路基工程的验收项目主要包括路基有关工程的位置、标高、断面尺寸、压实度等要在规定允许误差范围内。全部工程完工后,还要由施工单位会同设计、监理、建设、使用和养护等单位进行施工验收。

(二)路面施工

路面是公路的重要组成部分,不仅直接承受来自行车的荷载,还受到外界自然因素(温度、水、阳光和空气等)的影响。因此,路面工程的施工工艺与施工质量会直接影响公路的行车速度、行车安全及营运效率,是公路整体服务水平的关键。

1.足够的强度

路面的整体结构和各组成部分必须具有一定的强度,以防止路面在各种力的综合作用下出现磨损、开裂、坑槽、波浪和沉陷等破坏现象。

2.足够的稳定性

路面在外界各种影响因素作用下,强度的变化幅度越小,其稳定性就越好。路面的稳定性主要有水稳定性、温度稳定性和时间稳定性等。

3.足够的平整度

路面的平整度,对行车速度、安全和舒适程度有较大影响。不平整的路面还会产生积水,加速路面的损坏。路面等级越高,对平整度的要求也越高。

4.足够的抗滑性能

车辆在路面上正常行驶时,路面与车辆的车轮之间需要足够的摩擦力,尤其是在雨天或者冰滑的路面上。为了保障行车安全,路面应具有足够的抗滑性能,即要有足够的粗糙度。路面施工的程序与路基施工相同,主要包括施工前的准备工作、路面施工、施工管理(进度控制、质量控制、资金控制、施工安全管理等)以及路面工程质量的检查与验收。 Gosx8GoTEnTbwYurOdnXLzkEEUOLuLY2cjUooXfji6HtFlbKgwzx7mkBGtQKEkko

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