第6章--土木工程概论(段树金)

1、第六章 交通土建工程 6.1 公路工程与城市道路工程 6.2 铁道工程 6.3 港口工程 6.4 机场工程,公路和城市道路工程包括：,路线 路基、桥梁涵洞和隧道结构物 附属设施,公路的分级：,（1）按行政等级划分： 国道 省道 县道 乡道,（2）按使用任务、功能和适应的交通量划分 ： 高速公路 一级公路 二级专用公路 二级公路 三级公路 四级公路,公路分级如下表所示：,2.公路的基本组成 （1）路线 公路中线的空间线形，包括平面、纵断面和横断面三部分,（2）路基 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；,（3） 路面 用筑路材料铺在路基上供车辆行驶的层状构造物

2、,（4）排水结构物 除了地面水以外，为了拦截地下水，降低地下水位，常常采用渗沟、渗管等地下排水设备。 （5）防护工程及特殊结构物 防护公程是为保证路基稳定或行车安全是修筑的工程设施，如挡土墙、护栏等。 （6）交通服务设施 为了保证行车安全、舒适和道路美观，还需设置交通标志、照明设施、服务设施、绿化带等各种附属结构。,1. 城市道路分类 ：,根据道路在城市道路系统中的地位和交通功能，分为快速路、主干路、次干路和支路。 快速路：为流畅地处理城市大量交通而建筑的道路。 主干路：连接城市各主要部分的交通干路，是城市道路的骨架，主要功能是交通运输。 次干路：一个区域内的主要道路，一般情况下快慢车混合行驶

3、。 支路：次干路与居住区的联络线，为地区交通服务。,2.城市道路的组成 通常城市道路组成部分如下： （1）供汽车行驶的机动车道，供有轨电车行驶的有 轨电车道，供自行车、三轮车等行驶的非机动车； （2）专供行人步行交通用的人行道； （3）交叉口、交通广场、停车场、公共汽车停靠站台。,（4）交通安全设施：如交通信号灯、交通标志、交通岛、护栏等； （5）排水系统：如街沟、边沟、雨水口、雨水管等； （6）沿街地上设施：如照明灯柱、电杆、给水栓等； （7）地下各种管线：如电缆、煤气管、给水管等； （8）具有卫生、防护和美化作用的绿带； （9）现代化城市，还建有地下铁道、高架道路等。,道路的外形几何设计,

4、根据道路上的行车特性确定道路平、纵、横各投影面的诸要素。 主要有： 平面线形上的平曲线半径、超高率、缓和曲线、曲线加 宽、视距保证等； 纵断面上的纵坡、坡长、竖曲线等； 横断面上的车道布置、车道宽度、路拱和路面横坡、分隔 带、路肩、边坡等；,1.平面线形设计 道路的平面线形，当受到地形、地物等障碍的影响而发生转折时，在转折处就需要设置曲线或曲线的组合。 我国公路平面线形的使用主要是直线、圆曲线、回旋线（缓和曲线）。,1.纵断面设计 通过道路中线的竖向剖面称为道路的纵断面，主要反映路线起伏、纵坡度及与原地面的切割等情况。 纵断面设计的具体要点包括： （1）关于纵坡极限值的运用。 （2）关于最短坡

5、长。 （3）各种地形条件下的纵坡设计。 （4）关于竖曲线半径的选用。 （5）关于相邻竖曲线的衔接。,3.横断面设计 （1）公路横断面 公路横断面设计线组成包括行车道、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护设施等。 高速公路、一级公路 由于公路等级高、交通量大，双向（上、下行）行车之间必须分开，形成双幅多车道公路。,其它等级公路（二、三、四级公路） 采用单幅公路（不设分隔带、整体式断面）。 路幅构成：行车道、路肩、错车道等。,（2）城市道路横断面 城市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。城市道路的横断面一般布置为：单幅、双幅、三幅和四幅等

6、形式。 单幅路（俗称“一块板”断面）,图6.1.5 单幅路,双幅路（俗称“两块板”断面）,图6.1.6 双幅路,三幅路俗称“三块板”断面,图6.1.7 三幅路,四幅路俗称“四块板”断面,图6.1.8 四幅路,4平面和立体交叉 两条或多条道路在同一地点接合或相互穿越时，称为交叉。如果交叉出现在同一平面上，则属于平面交叉；不在同一平面上的交叉，则称为立体交叉。 （1）平面交叉形式及类型 平面交叉可以按照交叉道路的条数及相交的角度和位置，分为三条路相交的T形和Y形交叉，四条路相交的直交或斜交交叉，五条以上道路相交的交叉以及环形交叉等形式。,（2）立体交叉的类型及形式 立体交叉分两类：分离式和互通式。

7、 立体交叉是避免交叉车辆冲突和提高交叉路口通行能力的最有效的方法。立体交叉最普通的形式有菱形、定向形和苜蓿形三种。,三元立交桥,铁路线路是机车车辆和列车运行的基础。铁路线路是由路基、桥隧建筑物(包括桥梁、涵洞、隧道等)和轨道(钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备和迢岔等)组成的一个整体工程结构。,1.铁路选线设计的基本任务,铁路选线设计的基本任务是提供质量可靠的设计文件，以保证铁路投资的经济效益。其主要任务有： （1）根据设计线在路网中的地位和作用以及所担负的客、货运量确定线路的类别； （2）以线路类别为基础结合地形、地质等自然条件，选择线路走向与主要技术标准(如限制坡度、最小曲线半径等)；

8、（3）设计线路的平面和纵断面位置，同时进行车站分布； （4）确定各种建筑物和设备在线路上的位置，使它们互相配合； （5）通过方案比较选出能力大、质量高、效益好且安全可靠的 线路方案。,2.铁路选线设计的步骤,（1）预可行性研究 （2）可行性研究 （3）初步设计 （4）施工图 （5）工程施工和设备安装 （6）验交投产，正式运营 （7）后评估,3. 铁路的等级和技术标准,（1）铁路等级,我国铁路线路设计规范规定，新建和改建铁路(或区段)的等级，应根据它们在铁路网中的地位、作用、性质和远期的客货运量确定。我国铁路共划分为三个等级，即：I级、级、级。具体条件如表所示。,（2）铁路主要技术标准,铁路主要

9、技术标准包括：正线数目、限制坡度、最小曲线半径、牵引种类、机车类型、机车交路、车站分布、到发线有效长度和闭塞类型等,一条铁路线路在空间的位置是用它的线路中心线表示的。线路中心线在水平面上的投影，叫做铁路线路的平面。线路中心线(展宜后)在垂直面上的投影，叫做铁路线路的纵断面。 线路的平面 铁路线路的决定因素： (1)运营方面 (2)经济及施工方面,从工程观点来看，铁路线路最好能够随地形条件而有适当的起伏和弯曲。这样，既可以减少工程数量、降低造价，又便于避开地形、地质和地物上的障碍。,铁路线路平面由直线、圆曲线以及连接直线与圆曲线的缓和曲线组成。 （1）圆曲线 基本要素有：曲线半径(R)、曲线转向

10、角()、曲线长度L)、切线长度(T)。,对曲线半径的具体规定： 表6.2 客货共线、级铁路区线路最小曲线半径,（2）缓和曲线 直线和圆曲线的连接：直线和圆曲线之间需要插入一段缓和曲线。如下图：,2.线路的纵断面,为了适应地面的起伏，线路中除了平道以外， 还修成上坡道和下坡道。 （1）坡道坡度 坡道坡度的大小用千分率表示。,坡道AB的坡度为：,（2）坡道附加阻力 列车在坡道上运行时，会受到一种由坡道引起的阻力(分力W)；列车在坡道上所受的总坡道阻力Wi可以按下式确定： Wi=Q sin()Q tg（）=Q i (N) 列车平均每单位质量所受到的被道阻力，叫做单位坡道阻力。,（3）限制坡度 在一个

11、区段上，决定一台某一类型机车所能牵引的货物列车重量(最大值)的坡度； 如果坡道上还有曲线，那么该坡道的坡道阻力与曲线阻力之和，不准大于该区段规定的限制坡度的数值，即： i +rix 。 我国铁路技术管理规程规定的最大限制坡度数值（如下表）,（4）边坡点 为了保证列车运行的平顺与安全，当、级铁路相邻坡段的代数差大于3，级铁路大于4时，应以竖曲线连接，（如图）。 竖曲线是纵断面上的圆曲线。竖曲线的半径，、级铁路为10000m，级铁路为5000 m。,（5）线路平纵断面图,1.路基（见6.1.4公路路基） 2.道口、交叉及线路接轨 (1)道口、交叉 道口根据需要修建道口看守房，设置照明灯、警示灯、遮

12、断色灯信号机和道口自动通知设备，根据需要设置列车无线调度通信设备。 一切车辆、自动走行机械和牲畜，均须在立体交叉或平交道口处通过铁路。 (2)线路接轨 新建岔线，不准在区间内与正线接轨。,轨道由钢轨、轨枕、联结零件、道床、防爬设备及道岔等主要部件组成。,钢轨 轨枕 联结零件 道床 防爬设备 道岔,1.轨道组成 （1） 钢轨 钢轨的作用是直接承受车轮压力并引导车轮的运行方向，因而它应当具备足够的强度、稳定性和耐磨性。,钢轨的类型或强度以每米长度的重量(公斤数)表示，如70公斤/米、60公斤/米、50公斤/米、43公斤/米、38公斤/米等。,（2）轨枕 轨枕是钢轨的支座，它除承受钢轨传来的压力并将

13、其转给道床以外，还起着保持钢轨位置和轨距的作用。 轨枕按照制作材料分，主要有钢筋混凝土枕和木枕两种。 我国普通轨枕的长度为25m，道岔用的岔枕和钢桥上用的桥枕，其长度有26485m多种。,（3）联结零件,接头连接零件扣件,中间扣件(简称扣件),（4）道床 道床断面具有以下主要特征： 道床厚度 顶面宽度 边坡坡度,（5）防爬设备,穿销,轨卡,（6）道岔 道岔是一种使机车车辆能从一股道转入或越过另一股道的线路连接设备，大量铺设在车站内，最常见的是普通单开道岔。 普通单开道岔,组 成： (1) 转辙器 (2) 辙叉及护轨 (3)连接部分,道岔号数 道岔号数是用辙叉角()的余切值来表示的。目前，我国铁

14、路的主要线路上大多使用9、12、18、30号道岔分别为30、45、80、140km/k。因此，采用几号道岔来连接线路，需要根据线路的用途来决定。,其他类型道岔与交叉设备,双开道岔,双开道岔,三开道岔,菱形交叉,3.轨道上两股钢轨的相互位置 (1)直线部分的轨距和水平 轨距 钢轨轨头顶面下16毫米范围内两股钢轨作用边之间的最小距离。我国铁路主要采用1435mm的标准轨距。轨距小于1435mm的铁路统称为窄轨铁路，轨距大于1435mm的统称为宽轨铁路,水平 直线地段两股钢轨的顶面应保持在同一水平（误差不允许超过4毫米）。 (2)曲线都分的轨距和水平 轨距加宽（f) 为了使机车车辆顺利地通过曲线，因

15、此对小半径曲线的轨距要适当加宽。,外轨超高 机车车辆在曲线上运行时，由于离心力的作用使曲线外轨承受了较大的压力，因而造成两股钢轨磨耗不均匀现象、并使旅客感到不舒适严重时还可能造成翻车事故。因此通常要将曲线上的外轨抬高，使机车车辆内倾，以平衡离心力的作用。外轨比内轨高出的部分称为超高 曲线外轨因超高量(h)，通常可用下列公式计算： h=11.8V*2/R 式中 V列车平均运行速度，km/h； R曲线半径，m。 我国规定，外轨超高的最大值单线地段不得超过125mm，双线地段不得超过150 mm。,1.港址选择 在技术上应从水文、气象、地质、地貌等方面的深入调查研究，务求做到技术上可行，经济上合理。

16、 2.港口平面布置 应将港口各个组成部分和工程设施进行合理的平面布置，使五大作业系统相互配合和协调。,3.港口水工建筑物的设计 除应满足一般的强度、刚度、稳定性和沉陷方面的要求外，还应注意波浪、水流、泥沙、冰凌、地震等动力因素对港口水工建筑物的作用及环境水（主要是海水）对建筑物的腐蚀作用，并采取相应的防冲、防淤、防渗、抗磨、防腐等措施。 4.港口工程施工 港口工程施工与一般土木工程相似。,1.码头的基本组成 上部结构 下部结构和基础 码头设备,码头的基本组成示意图,2.码头的分类 按用途分 按货种分 按平面布置分,a) 顺岸式 b)窄突堤式 c) 宽突堤式 d)敦式 e) 栈桥式,3.按断面形

17、式分类 直立式：多用于水位变幅不大的港口，如海岸港、河口港。 斜坡式：多用于水位变幅较大的港口，如上、中游河港或水库港。 半斜坡式：适用于枯水期较长而洪水期较短的山区河港。 半直立式：适用于高水位时间较长，而低水位时间较短的情况，水库港。,5.按结构型式分类 实体式（重力式，板桩式），透空式，混合式 重力式 工作原理：是依靠结构本身及其 上面填料的重量来维持稳定。 优点：耐久性好，能抵抗大船、 漂浮物的撞击，对超载、工艺变化适 应能力最强。 缺点：波浪反射严重，泊稳条件 差，地基应力大，一般须作抛石基床。 适用条件：地质条件较好的地基。,重力式按墙身结构型式分为： 方块码头、沉箱码头、扶壁码头

18、、大直径圆筒码头，格形钢板桩码头，干地施工的现浇砼和浆砌石码头及混合式结构等。,板桩式 工作原理：依靠板桩入土部分 的侧向土抗力和安设在板桩上部的 锚碇结构来维持稳定。 优点：耐久性好（相对），结 构简单，材料用量少，便于预制， 可以先打桩，后开挖港池。 缺点：波浪反射严重，泊稳条 件差，对钢板桩需采取防锈措施， 增加费用，对开挖超深反应敏感。 适用条件：能打板桩的地基， 万吨级以下的泊位，适用于有掩 护的港口。,板桩式：有锚板桩和无锚板桩。 有锚板桩：单锚板桩、双锚（或多锚）板桩和斜拉板桩等型式,高桩码头 工作原理：通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传给地基。 优点：波浪反射小，泊稳条件好，砂石用量少，对开挖超深适应能力强。 缺点：对地面超载