土木工程概论 道路与机场工程

土木工程概论道路与机场工程第1页/共68页

公路按行政等级可分为：国家公路、省公路、县公路、乡公路和村公路以及专用公路。国道编号根据国道的地理走向分为三类：一类是以北京为中心的放射线国道，编号为1××，共12条，编号101-112号，全长213197km；（如北京到沈阳的干线公路，编号101）一类是南北走向国道(纵线国道），编号为2××，共28条，编号201-228号，全长39000km；（黑龙江省鹤岗到辽宁省的干线公路为201国道）一类是东西走向国道(横线国道），编号为3××，共30条，编号301-230号，全长53000km。（黑龙江省绥芬河到内蒙古满洲里的公路为301国道）道路概况第2页/共68页公路根据功能和适应的交通量划分为：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路五个等级。高速公路：专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的多车道公路。

一级公路：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。

二级公路：供汽车行驶的双车道公路。三级公路：主要供汽车行驶的双车道公路。四级公路：主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。道路概况第3页/共68页道路概况高速公路四级公路

一级公路二级公路三级公路

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道路概况公路的主要技术指标设计速度km/h车道数路基宽度m中间带m路肩m高速120～808～445～234.5～3.03.5～2.5一级100～606～444～233.5～3.03.0～2.5二级80～60212～10无1.5～0.75三级40～3028.5～7.5无土路肩0.75～0.5四级202～17.5～4.5(单)无土路肩0.25～0.5第5页/共68页中外古代道路发展概况行车道宽度3.5～3.75m路缘带0.5～0.75m分隔带2m硬路肩2.5～3.0m防撞栏杆一级公路第6页/共68页中外古代道路发展概况硬路肩宽度1.5～0.75m行车道宽度3.75～3.5m无中间带二级公路第7页/共68页道路概况行车道宽度3.5～3.25m无中间带土路肩宽度0.75～0.5m三级公路第8页/共68页道路概况土路肩宽度0.25双～0.5m单行车道宽度3.0双～3.5m单四级公路第9页/共68页城市道路根据工程性质分为：快速路、主干路、次干路和支路。①快速路：采用分向、分车道、全立交和全控制或部分控制进出口，为城市大量的、长距离的快速交通服务。道路概况城市快速路行车道宽度3.75～3.5m路缘带0.75（0.5）m辅道3.25（3.0）m分隔带2m防撞墙第10页/共68页道路概况②主干路：是城市道路网中的骨架，连接城市各主要分区、车站、港口等，以交通功能为主，有全高架的趋势。城市主干路的典型断面第11页/共68页道路概况③次干路：是连接主干道的辅助性干道，与主干道结合组成城市道路网。城市次干路的典型断面第12页/共68页道路概况

④支路：是次干道与街区路的连接线，它解决局部地区交通，以服务功能为主，沿街以居住建筑或商业性建筑为主，有时还把支路细分为主要支路和一般支路。

第13页/共68页道路概况道路的组成内容道路是三维带状工程结构物，其构成主要由路线、结构物（或构造物）以及沿线附属设施三部分组成。

路线：其在平面上有转折，纵面上有起伏，它的中线是一条三维空间曲线。主要描述道路的空间形态，包括位置，形状、尺寸等，主要包括平面、纵断面和横断面。第14页/共68页

平面：道路中心线在水平面上的投影。纵断面：沿道路中线竖直剖切的曲面展成的竖向平面。

横断面：中线上任意一点的法向切面。道路概况第15页/共68页道路概况平面线形：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。

线形的技术要求：

①直线段不宜过长。否则引起驾驶员麻痹、疲劳。②圆曲线段半径R不宜过小否则引起汽车向外滑移或倾覆。③缓和曲线长度也不能过小，应使汽车行驶所受离心力平稳过渡。第16页/共68页道路概况高速的缓和曲线和圆曲线第17页/共68页道路概况要对纵坡的大小、长短、前后纵坡情况、竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计。纵断面线形：公路中线沿垂直剖切的曲面展成的竖向平面线形，由直线（坡度线上坡、下坡）和竖曲线（有凸形和凹形）组成。反映道路的起伏、坡度及填挖情况。纵断面线形设计主要解决道路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计。同样，线路纵向坡度和曲率也要符合公路规范的要求。第18页/共68页道路概况凸形竖曲线凹形竖曲线凸形竖曲线凹形竖曲线上坡直线下坡直线第19页/共68页道路概况高速公路和一级公路的横断面主干线六车道横断面横断面：公路中线上任意一点的法向切面，由机动车道、分隔带、路肩、人行道、非机动车道，路侧边坡，绿化带等部分组成。第20页/共68页道路概况横断面设计时主要考虑横断面类型，路幅组成与尺寸，路拱大小，道弯的超高加宽值等。公路横断面主要类型：单幅双车道公路、双幅多车道公路和单车道公路。城市道路横断面主要类型：单幅路、双幅路、三幅路和四幅路。第21页/共68页道路概况道路交叉口：道路与道路、道路与铁路的相交处称为交叉口，可分为平面交叉口和立体交叉口。平面交叉口有：简单交叉口、拓宽路面式交叉口、环行交叉口等。简单交叉第22页/共68页道路概况环行交叉口第23页/共68页道路概况立体交叉口：可分为分离式和互通式。长沙芙蓉广场立交桥分离式三层立交桥石家庄裕华路与体育大街分离式三层立交桥分离式立交桥是一种简单的立交桥，在相交道路间未特设匝道，它只保证直行方向的交通互不干扰，转弯车辆（左转弯）则允许其在交叉口处平面交叉。第24页/共68页道路概况互通式交叉口北京安慧立交桥

南宁市立交桥夜景第25页/共68页道路概况道路结构物

道路的结构物（或构造物）是道路的实体或主体，它包括路基路面、桥涵隧道和其他一些构筑物。

路基：支承路面的基础部分。路基的三项技术要求：

①足够的承载力和刚度。即不应发生过大的沉陷。②足够的整体稳定性，即不致产生路基的整体滑坍。③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。第26页/共68页道路概况

路基的三种形式：根据填挖情况路基横断面的典型形式有路堤、路堑

和半挖半填路基三种类型。路堤：是指高于原地面的填方路基。路堤路堤第27页/共68页道路概况

路堑：是指低于原地面的挖方路基。路堑修坡路堑施工路堑与边坡第28页/共68页道路概况半填半挖路基：是指在一个横断面内，部分为路堤、部分为路堑的的路基。路堤路堑路堤路堑第29页/共68页道路概况路面：用筑路材料铺在路基顶面，供车辆在其表面行驶的一层或多层的道路结构层。通常应满足一定的强度和刚度、平整抗滑、耐久性、稳定性和不透水性等。分类：①按路面的结构力学特性和设计方法的相似性，分为柔性路面、刚性路面和半刚性路面。柔性路面：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：如石灰或水泥稳定土或石灰炉渣等建成的路面。柔性路面刚性路面第30页/共68页道路概况②按路面的质量级别：高级、次高级、中级、低级。高级路面主要有水泥砼路面与沥青砼路面，主要用于高速和一级公路、城市快速路和主干路。

次高级路面主要有沥青贯入碎(砾)石、冷拌沥青碎(砾)石、沥青表面处治路面。适用于二、三级公路；城市次干路、支路。

中级路面主要有水结碎石、泥结碎石、级配碎(砾)石路面。仅适用于三、四级公路。低级路面主要有砂石路面，适用于四级公路。高级路面--沥青砼路面次高级路面--沥青碎石路面第31页/共68页高级路面道路概况路面结构层次

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，提高面层的抗疲劳能力。基层：碎（砾）石、灰土或工业废渣修筑，基层主要承受面层传递的车轮垂直力的作用，并把它扩散到垫层和土基，要求强度较高，刚度较大，并有足够水稳性的材料。底基层：重要道路和高速公路多采用。垫层：主要起隔水、排水、隔温(防冻胀、翻浆)作用，并传递和扩散由基层传来的荷载应力，保证路基在容许应力范围内工作。低、中级路面第32页/共68页道路概况沿线工程和管理设施

桥涵工程：包括桥梁和涵洞，是道路跨越河流、沟谷、渠道和其它障碍物时使用的构筑物。

涵洞是横贯埋设在路堤中，是跨越小河、溪流、渠道的小型横向穿越排水结构物。孔径较小，形状有管形、箱形及拱形。注：多跨桥梁总长小于8m，单孔跨度小于5m的也称涵洞。盖板涵圆管涵第33页/共68页道路概况

隧道工程：详见第四章。防护工程：陡峻山坡的边坡失稳，或沿河一侧路基边坡受水流冲刷，会威胁路基的稳定，为加固边坡所修建的人工构筑物如挡土墙等称为防护工程。川藏公路的锚索加固边坡浆砌片石骨架边坡石笼网护坡第34页/共68页道路概况排水系统：为确保路基稳定，道路应修建排水设施。

分类：按排水方向的不同可分为纵向和横向排水系统；

地面排水是排除危害路基的雨水、积水及外来水，主要有截水沟、边沟等，地下排水用于降低地下水位及排除地下水，常见的有盲沟。软式透水管塑料盲沟排水网边沟--纵向排水系统第35页/共68页道路概况

其它设施：包括跨线桥、人行天桥、地下通道、防撞护栏、防护网、反光标志等交通安全设施以及路面标志、指示标志和警告标志等。厦门华荣路跨线桥安徽首座自动扶梯人行天桥第36页/共68页道路概况道路工程的内容规划：各种交通综合功能协调，勘测并选定技术经济优化线路。

设计：线路的平面、纵断面、横断面三面综合设计，路基、路面、隧道、桥梁、排水等附属设施设计。

施工：开工前的准备工作，路基施工，路面施工和管理。养护：路面、路肩、路边、人行道、附属设施养护，排水和冰雪控制。

改建、大修：原有工程设施的改善、改建、扩建等。勘测设计施工养护改建大修第37页/共68页一、中外古代道路发展概况

中国古代道路发展概况

公元前20世纪的新石器晚期，中国就有记载使役牛、马为人类运输而形成的驮运道；

周朝的道路规模和水平已有了相当的发展，出现了较为系统的路政管理，人们已将道路分为城区和郊区；

秦朝时期，修建了以首都咸阳为中心、遍布全国的驰道网；隋朝建造了规模巨大的御路。

清代出现高路堤的“叠道”；从清朝末年始，世界近代道路发展的重点转向西方。中外古代道路发展概况第38页/共68页国外古代道路发展概况公元前20世纪，阿拉伯埃及共和国为建筑金字塔和狮身人面像建造了道路，还出现了石质路面；

公元前15世纪前巴基斯坦信德省印度河右岸有排列整齐的街道；

公元前12世纪，亚述国王修筑了长距离道路；公元前6世纪，皇家大道连接波斯古都苏沙和安娜托力亚，总长1600km；

公元前600-146年非洲古国迦太基人首先修筑了有路面的道路；古代罗马时代，实现了以罗马为中心，四通八达的道路网；

公元1000年左右印加帝国修建了四通八达的贯穿各种地形的大道。中外古代道路发展概况第39页/共68页国内外著名古代道路

1、丝绸之路

公元前2世纪至十三、四世纪期间，横贯亚洲的陆路交通干线，是中国与印度、古希腊、罗马以及埃及等国进行经济、文化交流的通道。

以长安为起点，经我国甘肃、新疆，到中亚、西亚，再到地中海各国的陆上通道，包括南道、中道、北道三条路线，见课本图5.1、图5.2所示。国内外著名古代道路第40页/共68页2、古代罗马帝国道路

以首都罗马为中心，用道路把意大利、英国、法国、西班牙、德国，以及小亚细亚部分地区、阿拉伯和非洲北部地区连成整体，分为13个省，有322条联络干道，总长度达78000km，形成以罗马为中心，辐射全国的道路网，见图5.3、图5.4所示。主要特征：一是路面高于地面，主要干道平均高出2m左右，以利瞭望和行车安全；二是两点之间常不顾地形的艰险，恒以直线相连，工程浩大，至今留有隧道、桥梁、挡土墙的遗迹。施工方法：先开挖路槽，然后分四层用大小不同的石料伴以泥浆或灰浆砌筑，总厚度可达1m。国内外著名古代道路第41页/共68页3、北美印加帝国道路在所有疆域的各种地形建造了四通八达的大道，根据不同地质地形分别设具有防护墙，石阶、石墙、土堤、桥梁。

主道又引申很多支线，由此连接着城镇和乡村，但其不适用于车辆，仅供步行者和驮着货物的骆驼使用。国内外著名古代道路第42页/共68页西方近代道路发展概况：

直到公元18世纪，近代道路工程开始在欧洲兴起。1693年，法国人于贝尔.戈蒂埃出版了《论道路建筑》一书，阐述了行车路的建造方法。1716年，法国成立了桥梁道路工程师协会；1747年，第一所桥路学校在巴黎建立。拿破仑时代的法国工程师特雷萨盖，首先用科学方法改善道路工程，减薄了路面的厚度，建成了著名的法国道路网，当时法国尊称特雷萨盖为道路建设之父。西方近代道路第43页/共68页

近代英国梅特卡夫提出采用凸面的路表使雨水迅速排到路测的边沟中，以保证排水通畅；

英国工程师特尔福德于1815年建筑道路时采用了一层式大石块基础的路面结构；1816年马克当对碎石路面做了认真的研究，认为路面的损坏的原因主要是选用材料不良、准备工作欠精，以及设计不合理等，阐述了路面结构设计的两大基本原则，一是道路承受交通荷载的能力主要依靠天然土基，并强调土路基要具备良好的排水条件；二是用有棱角的碎石，使其相互嵌锁结成整体，形成坚固的路面。1858年美国人布莱克发明了轧石机，促进了碎石路面的发展。后来又出现用马拉的滚筒压实路基路面的方法。西方近代道路第44页/共68页现代道路发展

19世纪汽车问世之前，路面大多用石块、石板、卵石或木块铺筑。18、19世纪的科技进步促进了碎石路面的快速发展。1854年，法国在巴黎首次采用瑞士产的天然岩沥青修筑沥青路面；1865年，英国在因佛内斯首次修筑水泥混凝土路面。1883年戴姆勒和1885年本茨分别发明了汽车，1888年邓洛普发明了充气轮胎，马克当的碎石路面以及后续的沥青路面、水泥混凝土路面成为现代道路的象征，揭开了以汽车交通为主的现代道路工程的新时代。现代道路的发展第45页/共68页1、工业化与现代公路发展20世纪50年代起，世界发达国家的现代化公路交通迅猛发展。为适应公路运输的发展需要，在公路建设方面，国外大力发展高速公路以改善和提高各级公路的各项技术经济指标，形成了高质量的公路网。现代道路的发展第46页/共68页2、高速公路诞生与发展（1）高速公路的诞生世界上第一条真正意义上的高速公路诞生于1929—1932年的德国，拥有上下分离的行车道并取消了平面交叉口。（2）国外高速公路发展里程（详见课本表5.1所示）现代道路的发展第47页/共68页（3）中国高速公路发展概况1988年10月31日，长度为18.5km上海至嘉定高速公路建成通车；1990年，我国建成了第一条水泥混凝土路面高速公路；2003年，第一条沙漠高速公路榆林至靖边高速公路建成通车；2007年底，我国高速公路通车总里程已突破了5.39万公里，比居于世界第三位的加拿大多出近两倍，根据规划，2020年，我国高速公路总里程将达到8.5万km。《国家高速公路网规划》中规划路网采用放射线与纵横网格相结合的布局方案，由7条首都放射线、9条南北纵向线和18条东西横向线组成，简称为“7918”网，如图5.10所示。现代道路的发展第48页/共68页3、现代城市道路现代城市道路是城市总体规划的主要组成部分，为了适应城市的人流、车流，城市道路一般具有（1）适当的路幅以容纳繁重的交通；（2）坚固耐久、平整抗滑的路面以利车辆安全、舒适、迅捷的行驶；（3）少扬尘、低噪声以利于环境卫生；（4）便利的排水设施以便将雨雪水及时排除；（5）充分的照明设施以利于居民晚间活动和车辆行驶；（6）道路两侧要设置足够宽的人行道、绿化带、地上杆线、地下管线。典型的城市道路断面形式如图5.11所示。随着城市空间越来越紧张，城市道路逐渐向空中和地下发展，形成完善的立体道路系统。如高架道路、地下道路、立交和步行街。现代道路的发展第49页/共68页现代道路的发展4、21世纪丝绸之路——亚洲公路网《亚洲高速公路网政府间协定》，将贯穿32个国家，实现亚洲与欧洲的连接。第50页/共68页机场概论机场工程

机场是飞机起飞、着路、运行、停放、维修和实施飞行保障等活动的场所。

机场工程则是指规划、设计和建造各项设施的统称。

机场工程的内容包括：机场规划设计、场道工程、导航工程、通讯工程、空中交通控制、气象工程、旅客航站楼及指挥楼工程等。

机场分类：国际机场、干线机场和支线机场。第51页/共68页机场概论第52页/共68页机场概论民航机场的飞行区等级为使机场各种设施的技术要求与运行的飞机性能相适应，按照飞机起飞着陆性能和飞机主要尺寸规定飞行区等级。例如波音757-200飞机需要的飞行区等级为4D。

民航飞行区分级见下表：第53页/共68页机场概论机场组成机场可分为“非禁区”和“禁区”（管制区）范围。非禁区范围包括停车场、公共交通车站、储油区和连外道路；禁区范围包括所有飞机进入的地方，包括跑道、滑行道、停机坪和储油库。第54页/共68页机场概论跑道跑道是供飞机起飞和降落时滑跑之用，是机场上最重要的工程设施。跑道布置是确定跑道的条数及方位，称为构形。

分类：分为单条跑道、多条跑道、开口V形跑道和交叉跑道四种。第55页/共68页机场概论跑道长度取决于起飞距离、加速停止距离、着陆距离等条件，其影响因素有机型、最大起飞全重、气候、机场海拔高程、风速、跑道坡度等。我国民航机场的跑道通常用水泥混凝土筑成，也有用沥青混凝土筑成。

跑道按其作用可分为主要跑道、辅助跑道和起飞跑道。

机场除跑道外，还有跑道道肩、停止道、净空道等起辅助作用的道路设施。

第56页/共68页机场概论机场道面的使用要求为保证飞机起降安全，机场道路应满足下列要求：

强度：道面的整体结构应有变形的抵抗能力和抗弯、抗压及抗磨耗的能力；平坦度：道面应坚实平整，否则会使飞机受振引起疲劳破损，旅客不适，增加道路受载；粗糙度：保证飞机着陆后能在跑道范围内刹车停止的需要；横坡：保证道面排水的主要措施；稳定性：在使用年限内具有足够的强度和刚度，并不受燃油等溶剂侵蚀，具有耐高速气流的稳定性；洁净：无砂、石等松散物。第57页/共68页机场概论

滑行道及停机坪滑行道是供飞机从一处安全便捷地滑行至另一处的通道。停机坪是供飞机停放、上下旅客、完成起飞前准备和到达后各项作业。

航站楼：供旅客完成从地面到空中或从空中到地面转换交通之用，是机场的主要建筑。第58页/共68页民用机场的诞生与发展民用机场的诞生与发展1、人类飞行梦想与航空器达芬奇是第一个系统运用科学知识对重于空气的航空器飞行问题进行研究的人，并曾设计出了降落伞和直升机的雏形。威尔伯.莱特和奥维尔.莱特两兄弟制造的第一架飞机——“飞行者”在1903年由奥维尔.莱特驾驶飞行了12秒，后来由哥哥驾驶飞行了59s，飞行了260m。1939年德国第一次展示了涡轮喷气式飞机；1943年德国制造出第一架喷气式战斗机；1947年美国人查克.耶格尔驾驶贝尔X—1型飞机第一次以超过音速的速度飞行；1969年协和式超音速飞机进行处女航；1970年波音747大型喷气式客机完成第一次试飞。第59页/共68页民用机场的诞生与发展2、民用机场的发展历程世界上的第一个“机场”在美国北卡罗莱纳州基蒂霍克村附近的海滩。（1）活塞式飞机与初期民用机场飞机的材料由以木材和蒙布为主到采用冶金和机械制造技术，更是采用高强度、质量轻的硬铝合金的不断完善，实现了活塞式飞机双翼机向单翼机的转变。20世纪30年代末，飞机速度已提高到500km/h。第60页/共68页民用机场的诞生与发展

机场的发展：

初期的机场飞行区比较简陋，多数跑道为铺草皮的土质场地，呈圆形、方形或接近方形的矩形，其直径或长度约为600~1200m,经常不能保证飞行。

为满足跑道强度、空管、通信和一定数量旅客进出机场的要求，塔台、混凝土跑道和候机楼应运而生，为现代机场的雏形。第61页/共68页民用机场的诞生与发展（2）喷气式飞机与五、六十年代机场1947年，英国德.哈维兰公司研制的“彗星”号喷气式客机首次试飞，平均时速721km，远超过任何活塞式客机。1957年波音公司研制出波音707喷气式客机，确立了喷气式客机的历史地位。飞机起降速速的增加，雷达技术和仪表着陆系统配合空中交通管制开始出现在机场里，机场跑道、滑行道和停机坪则需要加固和延长。第62页/共68页民用机场的诞生与发展（