5道路与铁路工程

土木工程概论第5章道路与铁路工程土木工程概论5.1公路与城市道路工程土木工程概论道路工程的概念指通行各种车辆和行人的工程设施。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土木工程概论土木工程概论一、道路的基本体系土木工程概论公路城市道路土木工程概论道路类别交通特点车道数小客车平均日交通量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。四车道六车道八车道25000~5500045000~8000060000~100000一级公路供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要，控制出入的多车道公路。四车道六车道15000~3000025000~55000二级公路供汽车行驶的双车道公路，应能适应各种车辆。双车道5000~15000三级公路主要供汽车行驶的双车道公路。双车道2000~6000四级公路主要供汽车行驶的单车道或双车道公路单车道双车道4002000公路根据功能和适应交通量的分级土木工程概论二、道路的基本组成—线路、路基、路面线路1.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。土木工程概论由于受到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平、纵、横三个方面，分别绘制成反映其形状、位置和尺寸的图形，也就是公路的平面图、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者之间的关系，做到平面顺适、纵面均衡、横面合理。土木工程概论2.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。3.三种线段的技术要求•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抵消部分离心力,从而提高弯道行驶的舒适和安全性。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，汽车在弯道处转弯比较困难。一般在弯道内侧相应增加路面、路基宽度，叫做弯道加宽。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因素。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，把路基做成内侧低、外侧高的单向横坡，称之为超高。土木工程概论4.线路纵断面通过线路中线的竖向剖面即沿着线路的走向所作的剖面。线路纵断面反映了线路的起伏和设计线路的坡度。它由直线（坡度线上坡、下坡）和曲线（竖曲线，有凸和凹形）。同样对线路纵向坡度和曲率也要符合公路规范提出的要求。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面指的是中线上各点沿法向的垂直剖面，是由横断面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、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。速公路和一级公路上还有变速车道、爬坡车道、避险车道等。5.道路横断面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。•高速公路和一级公路的横断面土木工程概论•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平、纵、横三者间的组合，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，并同自然环境相协调。线形设计的要求与内容应随线路功能和设计速度的不同而各有侧重。土木工程概论道路交叉可分为平面交叉和立体交叉。平面交叉是道路在同一个平面上相交形成的交叉。通常有T形、Y形、十字形、X形、错位、环形等形式。6.道路交叉在无交通管制的平面交叉口，车辆通过时因驶向不同而相互交叉形成冲突点(冲突点是在交叉口内，两股车流轨迹线呈交叉形的交会点)。土木工程概论立体交叉是道路不在同一个平面上相交形成的交叉。它将互相冲突的车流分别安排在不同高程的道路上，既保证了交通的通畅，也保障了交通安全。立体交叉有分离式和互通式两种。立体交叉交叉口的选型应根据道路的布置、相交道路的等级、设计小时交通量、交通性质及组成和交通组织措施等确定。土木工程概论土木工程概论互通式土木工程概论土木工程概论二、路基1.概念：道路路面下的基础部分。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。土木工程概论路基路堤路堑半填半挖路基道路行车路面下的基础，由土、石构成的带状的土工构筑物。三个基本要求：强度、稳定性、水稳性。设计内容包括：横断面形状、边坡坡度、排水系统及其构造物、边坡稳定性分析和防护与加固设计。路基土木工程概论路基横断面的典型形式有路堤、路堑和半填半挖路基三种类型。路堤指的是高于原地面，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，路堤可分为矮路堤、一般路堤和高路堤几种形式。路堤矮路堤一般路堤浸水路堤挖沟填筑路堤土木工程概论全部由地面开挖出的路基称为路堑。分为全路堑、半路堑和半山洞三种。路堑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。半填半挖路基土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1.概念：用筑路材料铺在路基顶面，供车辆在其表面行使的一层或多层的道路结构层。须具有足够强度和稳定性，表面平整和抗滑性能良好按其力学性质分为柔性路面和刚性路面两大类。路面的常用材料有沥青、水泥、碎石、粘土、砂、石灰及其它工业废料等。土木工程概论2.分类⑴按荷载作用下路面的工作特征•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：如用石灰或水泥稳定土或石灰炉渣等材料建成的路面。⑵按路面的质量级别高级、次高级、中级、低级。土木工程概论路面等级面层类型适用的道路等级高级路面水泥混凝土路面沥青混凝土路面高速公路、一级和二级、城市快速路、主干道次高级路面沥青上拌下贯式乳化沥青碎石混合料热拌沥青碎（砾）石混合料沥青表面处治二级三级中级路面碎（砾）石（泥结或级配）半整齐石块水结碎石四级低级路面粒料改善土四级土木工程概论柔性路面刚性路面土木工程概论沥青路面施工土木工程概论土木工程概论沥青路面施工土木工程概论碾压土木工程概论微表处稀浆封层雾封层土木工程概论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、中级路面高级路面土木工程概论纵向排水：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。4.道路排水工程为了确保路基稳定，免受地面水和地下水的侵害，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，分为纵向排水和横向排水。土木工程概论排水设施类型设置位置主要功能边沟设置在挖方路段的路肩外侧或低路堤坡脚外侧，走向与路中线平行用以汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水截水沟设置在挖方路段边坡坡顶以外或山坡路堤上方的适当位置用以拦截路基上方流向路基的地面水，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷排水沟布置结合地形条件，因势利导，一般离路基尽可能远，纵坡一般不大于3%，大于7%时改用跌水或急流槽用以排除来自边沟、截水沟或其他水源的水流，将其引至路基范围外的指定地点跌水与急流槽设置于陡坡地段，为人工排水渠的特殊形式，沟底纵坡可达100%用以排除由于纵坡大，水流湍急、冲刷作用严重陡坡地段处的水流，可消能以减缓水流主要地面排水设施土木工程概论排水沟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锚定板挡土墙锚杆挡土墙扶壁式挡土墙5.防护工程及其他管理设施道路工程沿线设置有众多的工程设施和管理设施，包括桥梁、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，可以分为坡面防护、沿河路基防护和支挡构造物等，常用支挡结构示意如图所示。土木工程概论此外，为了保证行车安全、迅速、舒适和美观，还需设置交通服务设施、管理设施、安全设施及环境美化设施等。土木工程概论5.2铁路工程土木工程概论世界第一条蒸汽机车牵引的铁路1825年在英国建立我国的铁路建设史最早的一条铁路是1865年由英国商人在北京宣武门外修建，仅0.5km长。1905~1908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201公里，长达1091m的“八达岭”隧道是其中一项著名工程。据1987年统计，我国铁路已达55810km。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，标志我国铁路建设进入新阶段。土木工程概论传统的轨道结构一般由钢轨、轨枕、联接零件、道床、防爬设备和道岔等组成，如图所示。轨道的零部件采用不同力学性能的材料，有利于取得最佳的技术经济性能。铁路的轨道组成土木工程概论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所运用技术和管理的总称。铁路1、线路2、路基3、上部建筑4、附属设施作用承受车重、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1.线路⑴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状况。⑵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⑶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2.路基⑴概念：是铁路线路承受轨道和列车荷载的地面构筑物。⑵基本型式三种型式：路堤、路堑、半路堤半路堑。⑶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。土木工程概论轨道类型按钢轨每米重量分：≥70、60、50、43、38kg/m土木工程概论直线行驶路基横断面曲线行驶路基横断面土木工程概论木轨枕钢筋混凝土轨枕钢轨道床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。3.线路上部建筑土木工程概论土木工程概论⑴内容钢轨、轨枕、道床、道岔。作用承受车重、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。土木工程概论道床指轨枕下面，路基面上铺设的道碴垫层。主要作用：分压，约束轨道框架，增弹减振，排水，方便维修养护。一般采用碎石材料修筑。随着高速重载运输的发展，轨道结构型式也随之发生变化，出现了焊接长钢轨轨道(亦称无缝线路轨道)及无碴轨道等新型轨道结构型式。桥上无碴