第五章 交通土建工程

1、土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论Company Logo交通运输体系 一个完整的交通运输体系是由铁路、道路、水运、航空和管道五种运输方式构成的大系统，共同承担着客、货的集散与交流。土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论p道路工程的概念道路工程的概念指通行各种车辆和行人的工程设施。p分类分类根据其所处的位置、交通性质、使用特点等可分为： 公路：指连接城镇、乡村和工矿基地之间主要供汽车行驶的道路。 城市道路：供城市各地区间交通用 厂矿道路：为厂矿服务用 农村道路：野外乡村地区间交通用 人行小路土木工程概论土木工程概论Company Logo公路建设 设置在大地表面拱各种车

2、辆行驶的一种带状结构物 公路的几何组成 路线选择方案、路线布局、具体定出线位。 选线因素 政治经济因素 交通网络规划 水文地质条件 人文环境影响土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论一、道路的基本体系一、道路的基本体系土木工程概论土木工程概论公路城市道路土木工程概论土木工程概论公路根据功能和适应交通量的分级公路根据功能和适应交通量的分级 土木工程概论土木工程概论二、道路的基本组成二、道路的基本组成线路、路基、路面线路、路基、路面p线路线路1.1.概念概念：线路由直线段和曲线段组成道路由于受到自然环境与地物地貌的限制，在平面上有转折，纵面

3、上有起伏。在转折点两侧相邻处，为满足车辆行驶顺适、安全和速度要求，要有一定的曲线连接。土木工程概论土木工程概论 由于受到由于受到自然环境与地形地貌自然环境与地形地貌的限制，线路往往在平面上有转折，在纵断面上有的限制，线路往往在平面上有转折，在纵断面上有起伏，在空间上会形成一条三维空间曲线。而道路路线是指公路的中线，线型是指公起伏，在空间上会形成一条三维空间曲线。而道路路线是指公路的中线，线型是指公路市线在空间的几何形状和尺寸，这一空间线形投影到路市线在空间的几何形状和尺寸，这一空间线形投影到平、纵、横平、纵、横三个方面，分别绘三个方面，分别绘制成反映其制成反映其形状、位置和尺寸形状、位置和尺寸

4、的图形，也就是公路的的图形，也就是公路的平面图、纵断面图和横断面图。平面图、纵断面图和横断面图。道路路线的平、纵、横三个方面是相互影响、相互制约的，在设计过程应综合考虑三道路路线的平、纵、横三个方面是相互影响、相互制约的，在设计过程应综合考虑三者之间的关系，做到者之间的关系，做到平面顺适、纵面均衡、横面合理平面顺适、纵面均衡、横面合理。 土木工程概论土木工程概论2.2.平面线形平面线形公路中线在平面上的投影。由直线、圆曲线、缓和曲线三部分组成。3.3.三种线段的技术要求三种线段的技术要求 直线段不宜过长。否则引起驾驶员麻痹、疲劳。 圆曲线段半径R不宜过小否则引起汽车向外滑移或倾覆。 缓和曲线长

5、度也不能过小，应使汽车行驶所受离心力平稳过渡。土木工程概论土木工程概论 车辆在曲线路段行驶时会受到离心力车辆在曲线路段行驶时会受到离心力作用，为抵消离心力，在曲线段横断面上作用，为抵消离心力，在曲线段横断面上设置外侧高于内侧的单向横坡叫做超高。设置外侧高于内侧的单向横坡叫做超高。当车辆行驶在超高段汽车部分出重当车辆行驶在超高段汽车部分出重抵消部抵消部分离心力分离心力, ,从而提高弯道行驶的舒适和安从而提高弯道行驶的舒适和安全性。全性。 汽车在曲线上行驶时，其后轮偏汽车在曲线上行驶时，其后轮偏向内侧，如果不加宽车道宽度，汽车向内侧，如果不加宽车道宽度，汽车在弯道处转弯比较困难。一般在弯道在弯道处

6、转弯比较困难。一般在弯道内侧内侧相应增加路面、路基宽度相应增加路面、路基宽度，叫做，叫做弯道加宽。加宽值要考虑弯道半径、弯道加宽。加宽值要考虑弯道半径、设计车辆轴距及操作过程中的不稳定设计车辆轴距及操作过程中的不稳定因素。因素。汽车在曲线路段行驶时会受到离心力汽车在曲线路段行驶时会受到离心力作用，为抵消离心力，在弯道上，把作用，为抵消离心力，在弯道上，把路基做成内侧低、外侧高的单向横坡，路基做成内侧低、外侧高的单向横坡，称之为称之为超高超高。土木工程概论土木工程概论路缘带 车道路缘带车道分隔带路缘带车道路缘带 车道路基宽度土路肩硬路肩车行道中央带土路肩硬路肩车行道路肩路基宽度路面路肩 道路横断

7、面指的是中线上各点沿法向的垂直剖面，是由道路横断面指的是中线上各点沿法向的垂直剖面，是由横断面横断面设计线和地面线设计线和地面线所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道、取土坑、弃土堆以及交通分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道、取土坑、弃土堆以及交通安全、环境保护等设施。安全、环境保护等设施。 速公路和一级公路上还速公路和一级公路上还有变速车道、爬坡车道、有变速车道、爬坡车道、避险车道等。避险车道等。5.5.道路横断面道路横断面土木工程概论土木工程概论路面的横断面构造为保证路面排水，路面要做成一定坡度。 高速公路

8、和一级公路的横断面土木工程概论土木工程概论 二、三级公路的横断面土木工程概论土木工程概论 线形设计应做好线形设计应做好平、纵、横平、纵、横三三者间的组合，符合行驶力学要求外，者间的组合，符合行驶力学要求外，还应考虑行车者的视觉、心理与生还应考虑行车者的视觉、心理与生理方面的要求，以提高车辆行驶的理方面的要求，以提高车辆行驶的安全性、舒适性与经济性，并同安全性、舒适性与经济性，并同自自然环境相协调然环境相协调。 线形设计的要求与内容线形设计的要求与内容应随应随线路功能线路功能和和设计速设计速度度的不同而各有侧重。的不同而各有侧重。 土木工程概论土木工程概论 道路交叉可分为道路交叉可分为平面交叉和

9、立体交叉平面交叉和立体交叉。平面交叉平面交叉是道路在同一个平面上相交形成的是道路在同一个平面上相交形成的交叉。通常有交叉。通常有T T形、形、Y Y形、十字形、形、十字形、X X形、错形、错位、环形等形式。位、环形等形式。 6.6.道路交叉道路交叉 在无交通管制的平面交在无交通管制的平面交叉口，车辆通过时因驶向不叉口，车辆通过时因驶向不同而相互交叉形成同而相互交叉形成冲突点冲突点( (冲突点是在交叉口内，两冲突点是在交叉口内，两股车流轨迹线呈交叉形的交股车流轨迹线呈交叉形的交会点会点) )。土木工程概论土木工程概论 立体交叉立体交叉是道路不在同一是道路不在同一个平面上相交形成的交叉。它个平面上

10、相交形成的交叉。它将互相冲突的车流分别安排在将互相冲突的车流分别安排在不同高程的道路上，既保证了不同高程的道路上，既保证了交通的通畅，也保障了交通安交通的通畅，也保障了交通安全。立体交叉有全。立体交叉有分离式和互通分离式和互通式式两种。两种。 立体交叉立体交叉交叉口的选型应根据道路的交叉口的选型应根据道路的布置、相交道路的等级、设布置、相交道路的等级、设计小时交通量、交通性质及计小时交通量、交通性质及组成和交通组织措施等确定。组成和交通组织措施等确定。 土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论互通式互通式土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论二、路基二、路基1.概念：道路路面

11、下的基础部分。2.路基的三项技术要求 足够的承载力和刚度。即不应发生过大的沉陷。 足够的整体稳定性，即不致产生路基的整体滑坍。 足够的水温稳定性，即在地面水、地下水或冰冻时不致显著地降低承载力。土木工程概论土木工程概论道路行车路面下的基础，由土、石道路行车路面下的基础，由土、石构成的带状的土工构筑物。构成的带状的土工构筑物。三个基本要求：三个基本要求：强度、稳定性、水强度、稳定性、水稳性稳性。设计内容包括：设计内容包括：横断面形状横断面形状、边坡边坡坡度坡度、排水系统排水系统及其构造物、及其构造物、边坡稳边坡稳定性分析定性分析和和防护与加固设计防护与加固设计。路基路基土木工程概论土木工程概论C

12、ompany Logo公路的结构建设 路基建设 路基是道路行车路面下的基础，是由土、石构成的带状土木构筑物。路基应： 1.具有足够的承载力和刚度，即在自身重力下没有过大沉陷，在车辆荷载下不应发生过大的变形 2.足够的整体稳定性，即不致发生路基的整体滑坡 3.具有足够的水温稳定性，即在地面、地下水冰冻时不致显著降低承载力。 主要是确定路基横断面形状和边坡坡度，设计道路排水系统及其构筑物，对路基进行稳定性分析并进行防护措施的设计土木工程概论土木工程概论 路基横断面的典型形式有路基横断面的典型形式有路堤路堤、路堑路堑和和半填半挖路基半填半挖路基三种类三种类型。路堤指的是型。路堤指的是高于原地面高于原

13、地面，全部采用岩土填筑而成的路基。根，全部采用岩土填筑而成的路基。根据填土高度及岩土体的性质不同，路堤可分为据填土高度及岩土体的性质不同，路堤可分为矮路堤、一般路堤矮路堤、一般路堤和高路堤和高路堤几种形式。几种形式。 路堤路堤矮路堤矮路堤一般路堤一般路堤浸水路堤浸水路堤挖沟填筑路堤挖沟填筑路堤土木工程概论土木工程概论全部由全部由地面开挖出地面开挖出的路基称为路堑。分为的路基称为路堑。分为全路堑、半路堑和半山全路堑、半路堑和半山洞洞三种。三种。路堑路堑土木工程概论土木工程概论 在一个横断面内，部分为路堤、部分为路堑的路基。半填半挖路基半填半挖路基土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论土

14、木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论三、路面三、路面1.1.概念：用筑路材料铺在路基概念：用筑路材料铺在路基顶面，供车辆在其表面行使的顶面，供车辆在其表面行使的一层或多层的道路结构层。须一层或多层的道路结构层。须具有足够强度和稳定性，表面具有足够强度和稳定性，表面平整和抗滑性能良好平整和抗滑性能良好 按其力学性质分为按其力学性质分为柔性路柔性路面和刚性路面面和刚性路面两大类。路面的两大类。路面的常用材料有沥青、水泥、碎石、常用材料有沥青、水泥、碎石、粘土、砂、石灰及其它工业废粘土、砂、石灰及其它工业废料等。料等。土木工程概论土木工程概论2.分类 按荷载作用下路面的工作特征 柔性路面：

15、如沥青砼路面、沥青贯入式碎（砾）石路面、泥（水泥）结碎石路面等 刚性路面：如砼路面。 半刚性路面：如用石灰或水泥稳定土或石灰炉渣等材料建成的路面。 按路面的质量级别高级、次高级、中级、低级。土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论柔性路面刚性路面土木工程概论土木工程概论沥青路面施工沥青路面施工土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论沥青路面施工沥青路面施工土木工程概论土木工程概论碾压碾压土木工程概论土木工程概论微表处稀浆封层雾封层土木工程概论土木工程概论3.路面结构 面层：要保证结构强度、刚度、不透水性、温度稳定性、平整度、粗糙度和耐磨性。 联结层：加强面层与基层的联结，提高面

16、层的抗疲劳能力。 基层：碎（砾）石、灰土或工业废渣修筑。 底基层：重要道路和高速公路多采用。 垫层：在路基排水不良或有冻涨翻浆的路段设置。低、中级低、中级路面路面高级路面高级路面土木工程概论土木工程概论Company Logo路面建设 公路路面是用各种坚硬材料分层铺筑而成的路基顶面结构物 功能性好，快速、安全、舒适、经济的车辆行驶表面，和路面平整度特性、车辆悬挂系统的振动特性和人对振动的反应三方面因素有关 结构性好，在使用中不出现断裂或裂缝类损坏，使路面整体性受到破坏；永久变形损坏；损耗类损坏 耐久性好，路面在达到预定损坏状况前能承受行车荷载作用的次数年限 安全性好，抗滑能力，车辙深度超过10

17、-13mm，车辆高速行驶时会因车辙内积水而出现飘滑土木工程概论土木工程概论纵向排水：边沟、截水沟和排水沟等。纵向排水：边沟、截水沟和排水沟等。横向排水：涵洞、路拱、过水路面、透水路堤和渡水槽等。横向排水：涵洞、路拱、过水路面、透水路堤和渡水槽等。4.4.道路排水工程道路排水工程 为了确保路基稳定，免受为了确保路基稳定，免受地面水和地下水地面水和地下水的侵害，公路还应修建的侵害，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，分为纵向排纵向排水和横向排水水和横向排水。土木工程概论土木工程概论主要地面排水设施主要地面排水设施 土木

18、工程概论土木工程概论Company Logo纵向排水土木工程概论土木工程概论Company Logo横向排水 Competitors You may want to allocate one slide per competitor Strengths Your strengths relative to competitors Weaknesses Your weaknesses relative to competitor土木工程概论土木工程概论墙踵墙底墙背墙背倾角挡土板肋柱填料锚定板钢拉杆 肋柱 挡土板中间平台破裂面锚杆扶壁式墙趾板墙面板墙踵板扶壁重力式挡土墙重力式挡土墙 锚定板挡土墙锚

19、定板挡土墙 锚杆挡土墙锚杆挡土墙 扶壁式挡土墙扶壁式挡土墙 5.5.防护工程及其他管理设施防护工程及其他管理设施 道路工程沿线设置有众多的道路工程沿线设置有众多的工程设施工程设施和和管理设施管理设施，包括桥梁、，包括桥梁、涵洞、隧道、防护与加固工程等结构设施。涵洞、隧道、防护与加固工程等结构设施。 防护与加固工程主要是以防护易于冲蚀的土质边坡和易于风防护与加固工程主要是以防护易于冲蚀的土质边坡和易于风化的岩石边坡，或防止路基、山体因重力作用而坍滑的工程构造化的岩石边坡，或防止路基、山体因重力作用而坍滑的工程构造物，按其作用不同，可以分为物，按其作用不同，可以分为坡面防护、沿河路基防护和支挡构坡

20、面防护、沿河路基防护和支挡构造物造物等，常用支挡结构示意如图所示。等，常用支挡结构示意如图所示。 土木工程概论土木工程概论 此外，为了保证行车安全、此外，为了保证行车安全、迅速、舒适和美观，还需设置迅速、舒适和美观，还需设置交通服务设施、管理设施、安交通服务设施、管理设施、安全设施及环境美化设施全设施及环境美化设施等。等。 土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论l 世界第一条蒸汽机车牵引的铁路世界第一条蒸汽机车牵引的铁路18251825年在英国建立年在英国建立l 我国的铁路建设史我国的铁路建设史 最早的一条铁路是最早的一条铁路是18651865年由英国商人在北京宣武门外修建，仅年由英

21、国商人在北京宣武门外修建，仅0.50.5kmkm长。长。 19051908 19051908年，杰出的爱国工程师詹天佑领导建设我国第一条年，杰出的爱国工程师詹天佑领导建设我国第一条自行设计、自行施工的京张铁路，全长自行设计、自行施工的京张铁路，全长201201公里，长达公里，长达10911091m m的的“八达岭八达岭”隧道是其中一项著名工程。隧道是其中一项著名工程。 据据19871987年统计，我国铁路已达年统计，我国铁路已达5581055810kmkm。随着著名的成昆铁路、随着著名的成昆铁路、京九铁路、北京地铁、上海轻轨铁路明珠线的建成，标志我国京九铁路、北京地铁、上海轻轨铁路明珠线的建成

22、，标志我国铁路建设进入新阶段。铁路建设进入新阶段。土木工程概论土木工程概论 传统的轨道结构一般由传统的轨道结构一般由钢轨、轨枕、联接零件、道床、防爬钢轨、轨枕、联接零件、道床、防爬设备和道岔设备和道岔等组成，如图所示。轨道的零部件采用不同力学性能等组成，如图所示。轨道的零部件采用不同力学性能的材料，有利于取得最佳的技术经济性能。的材料，有利于取得最佳的技术经济性能。铁路的轨道组成铁路的轨道组成土木工程概论土木工程概论 铁路工程铁路工程是指铁路上各种土木工程设施和修建铁路各个阶段是指铁路上各种土木工程设施和修建铁路各个阶段所运用技术和管理的总称。所运用技术和管理的总称。铁路铁路1、线路、线路2、

23、路基、路基3、上部建筑、上部建筑4、附属设施、附属设施作用承受车重、引导车作用承受车重、引导车行方向。标准长度两种行方向。标准长度两种2525、12.5m12.5m，标准轨距，标准轨距1435mm1435mm作用是钢轨的支座，并作用是钢轨的支座，并保持钢轨的方向和轨距。保持钢轨的方向和轨距。轨枕长度为轨枕长度为2.5m2.5m采用碎石道碴道床。作用采用碎石道碴道床。作用传力均匀，阻止轨道位移，传力均匀，阻止轨道位移，缓和列车冲击作用，并便缓和列车冲击作用，并便于排水。于排水。土木工程概论土木工程概论1.1.线路线路 概念：是铁路横断面中心线在铁路平面中的位置，以及沿铁路横断面中心线所作的纵断面

24、状况。 线路组成：曲线采用圆曲线，考虑到离心力作用的影响，规定：a.圆曲线和直线间插入缓和曲线b.规定了最小圆曲线半径土木工程概论土木工程概论 关于限制坡度的概念关于限制坡度的概念线路在纵断面上设置上坡、下坡、平道。铁路线路在某区段上限制货物列车重量的坡度，称作限制坡度。限制坡度定得越小，则所能牵引的列车重量越大，线路的运输能力越大。土木工程概论土木工程概论2.2.路基路基 概念：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面构筑物。 基本型式三种型式：路堤、路堑、半路堤半路堑。 路基顶面宽度的确定由铁路等级、轨道类型、道床标准、路肩宽度、线路间距等因素确定。土木工程概论土木工程概论轨道类型按钢轨每米重量

25、分：70、60、50、43、38kg/m土木工程概论土木工程概论 直线行驶路基横断面直线行驶路基横断面 曲线行驶路基横断面曲线行驶路基横断面 土木工程概论土木工程概论木轨枕木轨枕钢筋混凝土钢筋混凝土轨枕轨枕钢轨钢轨道床道床道岔道岔 铁路工程上部结构位于铁路路基之上，承受车轮传来的荷铁路工程上部结构位于铁路路基之上，承受车轮传来的荷载并传递给路基，引导机车车辆按一定方向运转，保证列车运行载并传递给路基，引导机车车辆按一定方向运转，保证列车运行的安全、平稳和舒适。的安全、平稳和舒适。 3.3.线路上部建筑线路上部建筑土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论 内容钢轨、轨枕、道床、道岔。作用

26、承受车重、引导车行方向。标准长度两种25、12.5m，标准轨距1435mm。作用是钢轨的支座，并保持钢轨的方向和轨距。轨枕长度为2.5m。采用碎石道碴道床。作用传力均匀，阻止轨道位移，缓和列车冲击作用，并便于排水。土木工程概论土木工程概论道床道床 指轨枕下面，路基面上铺设的道碴垫层。主指轨枕下面，路基面上铺设的道碴垫层。主要作用：要作用：分压，约束轨道框架，增弹减振，排水，分压，约束轨道框架，增弹减振，排水，方便维修养护方便维修养护。一般采用。一般采用碎石材料碎石材料修筑。修筑。 随着高速重载运输的发展，轨道结构型式随着高速重载运输的发展，轨道结构型式也随之发生变化，出现了也随之发生变化，出现

27、了焊接长钢轨轨道焊接长钢轨轨道( (亦亦称无缝线路轨道称无缝线路轨道) )及及无碴轨道无碴轨道等新型轨道结构等新型轨道结构型式。型式。桥上无碴轨道桥上无碴轨道 道岔区无碴轨道道岔区无碴轨道土木工程概论土木工程概论道岔是铁路线路、线路间连接和交叉设备的总称。作用是控制线路转向或越过与其相交的另一条线路。大都设在车站区。最常用、最简单的线路连接设备是普通单式道岔。土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论二、铁路选线设计二、铁路选线设计1、基本走向：根据国家政治、经济和国防的需要，结合线路经过的自然条件、资源分布、工农业发展等情况，规划线路的基本走向。2、空间位置：根据沿线的地形、地质、水文

28、等自然条件和村镇、交通、农田、水利设施，来设计线路的空间位置。3、布置线路上的各种建筑物：如车站、桥梁、隧道、涵洞、路基、挡墙等，总体上互相配合、全局经济合理。线路空间位置的设计是指线路平面和纵断面设计。平面：铁路中心线在水平面上的投影，由直线段和曲线段组成。纵断面：铁路中心线在立面上的投影，由坡段和竖曲线组成。土木工程概论土木工程概论三、高速铁路三、高速铁路铁路速度的分档为：铁路速度的分档为： 时速时速100100120 km 120 km 称为常速；称为常速； 时速时速120120160 km 160 km 称为中速；称为中速； 时速时速160160200 km 200 km 称为准高速或

29、快速；称为准高速或快速； 时速时速200200400 km 400 km 称为高速；称为高速； 时速时速400 km 400 km 以上称为特高速。以上称为特高速。 日本、法国、德国和英国等是当今世界高速铁路日本、法国、德国和英国等是当今世界高速铁路技术发展水平最高的几个国家。技术发展水平最高的几个国家。 土木工程概论土木工程概论1.1.概念：是指客运列车以超过概念：是指客运列车以超过200200km/hkm/h的速度高速运行的铁路。的速度高速运行的铁路。4.4.发展情况：发展情况：19641964年年1010月建成的日本东海道新干线，是世界第一月建成的日本东海道新干线，是世界第一条高速铁路。

30、条高速铁路。2.2.优点：节省能源、保护环境、安全、舒适、省时。优点：节省能源、保护环境、安全、舒适、省时。3.3.与常规铁路的区别：弯道处曲线半径大，在与常规铁路的区别：弯道处曲线半径大，在40004000m m以上。以上。土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论德国高速列车德国高速列车土木工程概论土木工程概论法国的法国的TGVTGV高速列车高速列车土木工程概论土木工程概论运行于巴黎运行于巴黎- -里昂高速铁路的里昂高速铁路的TGVTGV土木工程概论土木工程概论日本高速列车日本高速列车土木工程概论土木工程概论土木工程概论土木工程概论四、城市轻轨与地下铁道四、城市轻轨与地下铁道地下铁道

31、地下铁道土木工程概论土木工程概论城市轻轨城市轻轨( (上海明珠线上海明珠线) ) 土木工程概论土木工程概论城市轻轨和地下铁道特点：城市轻轨和地下铁道特点：l线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车线路多经过居民区，对噪声和振动的控制较严，除了对车辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外，对轨道结构也要求辆结构采取减震措施及修筑声障屏以外，对轨道结构也要求采取相应的措施。采取相应的措施。l行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而行车密度大，运营时间长，留给轨道的作业时间短，因而须采用较强的轨道部件，一般用混凝土道床等少维修轨道结须采用较强的轨道部件，一般用混凝土道床等少维修轨道结构。构。 l一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路。为了减少一般采用直流电机牵引，以轨道作为供电回路。为了减少泄漏电流的电解腐蚀，要求钢轨与基础间有较高的绝缘性能。泄漏电流的电解腐蚀，要求钢轨与基础间