土木工程概论-第七、八、九章 港口、道路和铁路工程

第七章港口工程（PortEngineering)

港口(portorharbor)是货物和旅客由陆路进入水路运输系统或者由水路运输转向陆路运输的接口。为实现两种运输方式和和两种运载工具的转换，港口系统由三部分组成：供船舶进行航行作业以出入港口和停泊的港口水域；供船舶停靠以装卸货物或上下旅客的码头岸线；以及供装卸货物堆放和储存的堆场和仓库、旅客转换运输方式的客运站、集散货物和旅客的地面运输系统等陆域设施。§7.1港口的类型和组成

1.港口的类型

按功能和用途的不同，港可分为以商船和货物运输为主要服务对象的商港或贸易港(Commercial(trading)Port)，为大型工矿企业运输原材料或制成品的工业港(Industrialport)，供渔船停泊和作为渔业捕捞、加工基地的渔港(FisheryPort)，还有避风港(RefugePort)和军港(Military(Naval)port)等。

2.港口的组成

港口是港的一部分，是货物和旅客由陆路进入水路运输系统或者由水路转向陆路运输系统的接口。货物通过港口的运输，通常要经过装卸、存储和搬运三类环节。

港口区布置示意1-防波堤(突堤)；2-防波堤(岛堤)；3-口门；4-浮筒；5-码头；6-泊位；7-港池；8-一线库场；9-二线库场；10-铁路装卸线

§7.2

港口水域

港口水域包括船舶制动水域(WaterAreaforstoppingShip)、回旋水域(TurningBasin)、港池(Basin)和锚地(AnchorageArea)等。

1.港口水深(PortWaterDepth)

港口的水深应能保证满载的船舶在最低水位时安全地航行或停泊。

船舶进出港口须在规定的航道内航行，以保证船舶遵循航行规则并沿着足够水深的航线行驶。在低潮位（或低水位）时其水深已满足船舶航行需要而无须疏浚的航道，称为天然航道。这种条件实际上很少遇到。而为满足所需深度和宽度而需疏浚的航道，称为人工航道。

在港口水域中专门指定给船舶待泊或进行水上装卸作业使用的水域，称为锚地。一般采用锚泊或设置系船浮筒、系船簇桩等设施。船舶回旋水域应设置在方便船舶靠离码头或进出港口的地点。

2.航道(Channel)3.锚地和回旋水域4.防波堤(Breakwater,mole)

防波堤按其结构特点的不同可分为三种形式：斜坡式(Sloping)、直立式(Vertical)和混合式(Composite)。（1）斜坡式防波堤

斜坡式防波堤的断面为梯形，可采用块石或混凝土块抛筑而成。图-2.4.2分级抛石斜坡式防波堤1-

5～100kg块石；2-100～200kg块石；3-500kg块石

图-2.4.3异形混凝土护面块体斜坡式防波堤1-40kN四脚锥体混凝土块，2层；2-300～500kg块石；3-100～300kg块石；4-15～100kg块石；5-堤心；6-护面；7-棱体；8-护底；9-砂垫层(地基加固)图-2.4.4常用的几种异形块体(a)四脚锥体(b)四脚空心方块(c)扭工字块(d)三柱体(e)铁砧体(f)六脚锥体

图-2.4.5重力式防波堤(a)钢盘混凝土沉箱式(b)混凝土方块式1-沉箱；2-抛石基床；3-上部结构；4-护底块石；5-设计低水位；6-设计高水位；7-方块。

（2）直立式防波堤无基床薄壁式防波堤1-排桩或板桩；2-拉杆；3-导梁；4-混凝土盖板；5-上部结构；6-砂石填料

消能箱式防波堤1-开孔横隔板；2-上舱格；3-下舱格；4-进浪孔；5-出水孔；6-填砂；7-抛石基床§7.3

码头(Wharf)

码头是供船舶停泊，以装卸货物、上下旅客和进行有关专业性作业的建筑物。码头规划和设计的主要内容为：码头的平面布置、所需泊位数、码头的平面尺寸和码头结构设计等。1.码头平面布置型式(1)顺岸式

顺岸式码头平面布置示意1-集装箱码头泊位；2，3，4，5，6，7-泊位；8-铁路线；9-库场

(2)突堤式(3)开敞式

图-2.4.9开敞式码头的型式(a)墩式或引桥墩式(b)引堤引桥线桥式(c)单点泊式(d)多点系泊式1-海岸；2-油管或引桥；3-引堤；4-引桥；5-装卸平台；6-靠船墩；7-系船墩；8-人行桥；9-栈桥式码头；10-海底油管；11-单点浮筒；12-多点浮筒

2.横断面型式

水位变化幅度较大的河港，一般需设置是船，供船舶泊靠用，称作浮码头。

浮码头1一趸船；2一活动钢引桥；3一固定引桥；4一桩

按水位变化幅度和岸坡情况的不同，码头在横向可布置成直立式、斜坡式、半斜坡式和半直立式，但后两种型式很少应用。3.结构型式

码头的结构型式(a)重力式(b)板桩式(c)高桩式1－上部结构；2－下部结构；3一基础；4－胸墙；5一墙身；6一抛石基床；7一抛石棱体；8－反滤层；9一回填土；10一板桩墙；11一拉扦；12－锚碇结构；13一桩基；14一护木第八章道路工程引言道路的组成高速公路城市道路我国公路发展的特点引言铁路的组成高速铁路磁悬浮铁路城市地下铁道和轻轨第九章铁路工程引言道路的组成高速公路城市道路我国公路发展的特点第八章道路工程概述道路的分类

道路公路城市道路专用道路国道、省道、县道、乡道快速路、主干路、次干路、支路公路总里程(万公里)道路密度(公里/平方公里）中国1690.18美国6230.67日本1102.92我国的公路等级按照其使用任务、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、四级公路五个等级。

按照公路的位置以及在国民经济中的地位和运输特点的行政管理体制来分类为：国道、省道、县道、乡(镇)道及专用公路等几种。公路分级我国国道干线系统的代号

（1）由北京向外放射的12条，代号第一位数为“1”。例：108国道，北京—昆明（2）由北向南的有28条，代号第一位数为“2”。例：205国道，山海关—广州（3）由东向西的有30条，代号第一位数为“3”。例：318国道，上海—拉萨城市道路

城市道路一般按照其在道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑物的服务功能来分类。（1）快速道(双向行车道、中央设有分车带、进出口一般全控制或部分控制，为城市大量、长距离、快速交通服务)；（2）主干道(连接城市主要分区的干路，以交通功能为主，一般为三幅或四幅路)；（3）次干道(与主干道组成道路网，起集散交通之用，兼有服务功能)；（4）支路(为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)。道路的组成1、线路（1）平面线形公路中线在平面上的投影。反映线路的转折。①直线段：不宜过长②圆曲线段：半径大小—离心力大小③缓和曲线段：离心力的平稳过度，应有一定长度（2）纵断面线形通过公路中线的竖向剖面。反映线路的起伏。①直线②曲线：凹形、凸形。最小半径及长度受限制。交叉口∶平面交叉口（简单、环形）立体交叉口（分离式、互通式）路基路面沿线工程和管理设施道路的结构组成路基定义：路面下的基础部分。作用：承接路面荷载下传地基。要求参数：强度、刚度、整体稳定性和水稳定性。形式：路堤：路肩设计标高高于天然地面，经填筑而成的路基叫路堤。路堑：路肩设计标高低于天然地面，经开挖而成的路基叫路堑。

半挖半填路基路面定义：路基以上，用筑路材料铺筑的结构层。要求：功能性好结构性好耐久性好安全性好

路面结构层次

面层基层垫层面层材料：沥青路面、水泥混凝土路面、块料路面、粒料路面工作特性：柔性路面、刚性路面、半刚性路面承受行车荷载、环境变化承重作用防水、防冻、扩散荷载应力

路面各结构层次可选用的组成材料结构层次沥青路面混凝土路面块料路面粒料路面面层沥青混凝土、沥青碎石、沥青表面处治普通混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土整齐块石、半整齐块石、混凝土块料泥结碎石、级配砾石、粒料改善土基层水泥－粉煤灰稳定粒料、沥青碎石、沥青稳定土或碎石、水结或泥灰结碎石、级配砾石素混凝土、水泥－粉煤灰稳定粒料、沥青碎石、水结或泥灰结碎石、级配砾石素混凝土、水泥－粉煤灰稳定粒料、沥青碎石、水结或泥灰结碎石、级配砾石石灰或水泥稳定土、天然砂石垫层石灰或水泥稳定土、砂石、废渣石灰或水泥稳定土、砂石、废渣沿线工程和管理设施桥涵隧道防护工程排水系统交通管理设施停车设施路用房屋及绿化设施定义：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。与普通公路的区别：高速公路汽车专用分道行驶控制出入设施完善高速公路的设计标准比其它公路要求高

（1）最小平曲线半径及超高横坡限制。

（2）最大纵坡和竖曲线

（3）线形要求（4）横断面高速公路的辅助设施

（1）安全设施

标志、标线：如警告、限制、指示标志等护栏：有刚性护栏、柔性护栏等隔离设施：如金属网、绿化带照明及防眩设施：为保证夜间行车的安全所设置的照明灯、车灯灯光防眩板等（2）交通管理设施

高速公路入口控制、交通监控设施：如检测器监控、工业电视监控、通讯联系的电话、巡逻监视

（3）服务性设施综合性服务站：停车场、加油站、修理所、餐厅、旅馆、邮局、通讯、休息室、厕所、小卖部等小型休息点：以加油为主，附设厕所、电话、小块绿地、小型停车场等（4）环境美化设施保证司机高速行驶时在视觉上，心理上协调的重要环节。因此高速公路在设计、施工、养护、管理的全过程中，除满足工程和交通的技术要求外，都要以美学观点加以比较，经过多次调整、修改、使高速公路与当地的自然风景协调而成为优美的彩带。优点运输效益高技术效益好安全效益可观加速城市发展刺激工业发展带动第三产业发展协调经济联合与合作高速公路的优缺点缺点投资大、造价高。对环境影响大。国道占据主导地位。高速公路迅速发展。路网整体水平和公路通行能力有明显提高。桥梁隧道建设水平上了一个新台阶。筹资力度进一步加大。公路运输在综合运输体系中所占比重进一步提高。我国公路发展的特点引言铁路的组成高速铁路磁悬浮铁路城市地下铁道和轻轨第九章铁路工程引言世界上第一条铁路我国最早的铁路我国自行设计、施工的第一条铁路我国铁路运输的现状铁路的组成铁路的组成线路路基线路上部建筑转弯半径坡度钢轨、轨枕、道床、道岔1.钢轨

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。2.轨枕是钢轨的支座，它除承受钢轨传来的压力并将其转给道床以外，还起着保持钢轨位置和轨距的作用。3.道床把由轨枕传下的车辆荷载传到路基面上。4.道岔铁路线路间连接和交叉设备。线路上部建筑铁路工程的设计可行性论证线路设计路基、桥梁隧道等的设计车站、供水供电等的设计

铁路等级是铁路的主要技术标准之一。我国铁路共划分为三个等级，即Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。等级铁路在路网中的意义年客货运量I级铁路在路网中起骨干作用的铁路≥15MtII级铁路1.在路网中起骨干作用的铁路＜15Mt2.在路网中起联络、辅助作用的铁路≥7.5MtIII级铁路为某一区域服务，具有地区运输性质的铁路＜7.5Mt线路的设计依据线路最好能够随地形条件而有适当的起伏和弯曲。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。必须根据该铁路所允许的旅客列车的最高运行速度，由大到小地合理选用曲线半径。直线和圆曲线不是直接相连的，它们之间需要插入一段缓和曲线。

区间线路最小曲线半径铁路等级最小曲线半径（m）一般地段困难地段I级1000400II级800350III级600300限速的目的在于防止因离心力过大而危及行车安全。

各种曲线半径相应的最大允许速度

曲线半径(m)30040050060080010001200行车速度(km/h)7440096105114136149

对一条新建铁路或改建铁路来说，应当选择多大的限制坡度为宜，确是一个十分重要的问题，要经过周密考虑，综合研究以后决定。铁路最大限制坡度

铁路等级最大限制坡度（‰）一般地段困难地段I级612II级12III级15青藏铁路

青藏铁路已于2006年7月1日正式通车，首发拉萨的城市有北京、成都、重庆、西宁、兰州，之后又陆续有上海、广州等大城市加入青藏铁路的运行，大批的旅游者正通过铁路前往西藏旅游并享受着与以前完全不同的西藏高原风光及旅游体验。

青藏铁路建成后，从西宁起算，至拉萨火车站止，全长1956公理，其中西宁至格尔木段全长814公理，是这是第一阶段于五十年代末至八十年代中建成通车的，而格尔木至拉萨段1142公理，是2006年7月1日正式通车的。

青藏铁路穿越高原冻土，最高海拨5072米，创造了世界高原铁路的建设奇迹。2001年2月8日，国务院批准建设青藏铁路。青藏铁路二期为格尔木至拉萨段，全长1118公里，途径多年冻土地段550多公里，海拔4000米以上的地段965公里，最高点为海拔5072米的唐古拉山口。青藏铁路将成为世界上海拔最高和最长的高原铁路。

青藏铁路采用了我国研制的世界首列高原高寒动车。列车配有高原供氧系统，该系统可根据车内空气中氧气的含量自动控制制氧机的运作，克服旅客的高原反应。对突发病人，该车还设有医疗急救室，可及时进行诊疗。为保护青藏高原脆弱的生态环境，该车设有真空集便装置和污水、污物箱，所有废水、污物均统一收集，统一排放。进气系统为全新结构，可防风雪风沙的进入。该车还加装了先进的故障诊断、检测系统、GPS电子地图、摄像、影视系统、路轨情况检测装置等。

青藏铁路列车的特点高速铁路概念世界上第一条高速铁路现在世界上高速铁路的主要模式高速铁路的关键技术问题对线路的高要求轨道的平顺性列车的牵引动力信号与控制系统我国高速铁路的发展20世纪90年代开始进行提速试验开通了广深准高速铁路（180~200km/h）在20年内列车运行速度将达到300km/h磁悬浮铁路磁悬浮铁路是一种新型的交通运输系统，它是利用电磁系统产生的吸引力或排斥力将车辆托起，使整个列车悬浮在导轨上，利用电磁力进行导向，利用直线电机将电能直接转换成推动列车前进。它消除了轮轨之间的接触，无摩擦阻力，线路垂直负荷小，时速高，无噪音，无污染，安全，可靠，舒适。磁悬浮铁路的原理

磁悬浮列车的原理并不深奥。它是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的能力，即“磁性悬浮”。科学家将“磁性悬浮”这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。磁悬浮列车的优点

由于磁悬浮列车是轨道上行驶，导轨与机车之间不存在任何实际的接触，成为“无轮”状态，故其几乎没有轮、轨之间的摩察，时速高达几百公里；磁悬浮列车可靠性大、维修简便、成本低，其能源消耗仅是汽车的一半、飞机的四分之一；噪音小，当磁悬浮列车时速达300公里以上时，噪声只有65分贝，仅相当于一个人大声地说话，比汽车驶过的声音还小；由于它以电为动力，在轨道沿线不会排放