土木工程概論-第七、八、九章 港口、道路和鐵路工程

第七章港口工程（PortEngineering)

港口(portorharbor)是貨物和旅客由陸路進(jìn)入水路運(yùn)輸系統(tǒng)或者由水路運(yùn)輸轉(zhuǎn)向陸路運(yùn)輸?shù)慕涌?。為?shí)現(xiàn)兩種運(yùn)輸方式和和兩種運(yùn)載工具的轉(zhuǎn)換，港口系統(tǒng)由三部分組成：供船舶進(jìn)行航行作業(yè)以出入港口和停泊的港口水域；供船舶?？恳匝b卸貨物或上下旅客的碼頭岸線；以及供裝卸貨物堆放和儲存的堆場和倉庫、旅客轉(zhuǎn)換運(yùn)輸方式的客運(yùn)站、集散貨物和旅客的地面運(yùn)輸系統(tǒng)等陸域設(shè)施?！?.1港口的類型和組成

1.港口的類型

按功能和用途的不同，港可分為以商船和貨物運(yùn)輸為主要服務(wù)對象的商港或貿(mào)易港(Commercial(trading)Port)，為大型工礦企業(yè)運(yùn)輸原材料或制成品的工業(yè)港(Industrialport)，供漁船停泊和作為漁業(yè)捕撈、加工基地的漁港(FisheryPort)，還有避風(fēng)港(RefugePort)和軍港(Military(Naval)port)等。

2.港口的組成

港口是港的一部分，是貨物和旅客由陸路進(jìn)入水路運(yùn)輸系統(tǒng)或者由水路轉(zhuǎn)向陸路運(yùn)輸系統(tǒng)的接口。貨物通過港口的運(yùn)輸，通常要經(jīng)過裝卸、存儲和搬運(yùn)三類環(huán)節(jié)。

港口區(qū)布置示意1-防波堤(突堤)；2-防波堤(島堤)；3-口門；4-浮筒；5-碼頭；6-泊位；7-港池；8-一線庫場；9-二線庫場；10-鐵路裝卸線

§7.2

港口水域

港口水域包括船舶制動水域(WaterAreaforstoppingShip)、回旋水域(TurningBasin)、港池(Basin)和錨地(AnchorageArea)等。

1.港口水深(PortWaterDepth)

港口的水深應(yīng)能保證滿載的船舶在最低水位時(shí)安全地航行或停泊。

船舶進(jìn)出港口須在規(guī)定的航道內(nèi)航行，以保證船舶遵循航行規(guī)則并沿著足夠水深的航線行駛。在低潮位（或低水位）時(shí)其水深已滿足船舶航行需要而無須疏浚的航道，稱為天然航道。這種條件實(shí)際上很少遇到。而為滿足所需深度和寬度而需疏浚的航道，稱為人工航道。

在港口水域中專門指定給船舶待泊或進(jìn)行水上裝卸作業(yè)使用的水域，稱為錨地。一般采用錨泊或設(shè)置系船浮筒、系船簇樁等設(shè)施。船舶回旋水域應(yīng)設(shè)置在方便船舶靠離碼頭或進(jìn)出港口的地點(diǎn)。

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

防波堤按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同可分為三種形式：斜坡式(Sloping)、直立式(Vertical)和混合式(Composite)。（1）斜坡式防波堤

斜坡式防波堤的斷面為梯形，可采用塊石或混凝土塊拋筑而成。圖-2.4.2分級拋石斜坡式防波堤1-

5～100kg塊石；2-100～200kg塊石；3-500kg塊石

圖-2.4.3異形混凝土護(hù)面塊體斜坡式防波堤1-40kN四腳錐體混凝土塊，2層；2-300～500kg塊石；3-100～300kg塊石；4-15～100kg塊石；5-堤心；6-護(hù)面；7-棱體；8-護(hù)底；9-砂墊層(地基加固)圖-2.4.4常用的幾種異形塊體(a)四腳錐體(b)四腳空心方塊(c)扭工字塊(d)三柱體(e)鐵砧體(f)六腳錐體

圖-2.4.5重力式防波堤(a)鋼盤混凝土沉箱式(b)混凝土方塊式1-沉箱；2-拋石基床；3-上部結(jié)構(gòu)；4-護(hù)底塊石；5-設(shè)計(jì)低水位；6-設(shè)計(jì)高水位；7-方塊。

（2）直立式防波堤無基床薄壁式防波堤1-排樁或板樁；2-拉桿；3-導(dǎo)梁；4-混凝土蓋板；5-上部結(jié)構(gòu)；6-砂石填料

消能箱式防波堤1-開孔橫隔板；2-上艙格；3-下艙格；4-進(jìn)浪孔；5-出水孔；6-填砂；7-拋石基床§7.3

碼頭(Wharf)

碼頭是供船舶停泊，以裝卸貨物、上下旅客和進(jìn)行有關(guān)專業(yè)性作業(yè)的建筑物。碼頭規(guī)劃和設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：碼頭的平面布置、所需泊位數(shù)、碼頭的平面尺寸和碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。1.碼頭平面布置型式(1)順岸式

順岸式碼頭平面布置示意1-集裝箱碼頭泊位；2，3，4，5，6，7-泊位；8-鐵路線；9-庫場

(2)突堤式(3)開敞式

圖-2.4.9開敞式碼頭的型式(a)墩式或引橋墩式(b)引堤引橋線橋式(c)單點(diǎn)泊式(d)多點(diǎn)系泊式1-海岸；2-油管或引橋；3-引堤；4-引橋；5-裝卸平臺；6-靠船墩；7-系船墩；8-人行橋；9-棧橋式碼頭；10-海底油管；11-單點(diǎn)浮筒；12-多點(diǎn)浮筒

2.橫斷面型式

水位變化幅度較大的河港，一般需設(shè)置是船，供船舶泊靠用，稱作浮碼頭。

浮碼頭1一躉船；2一活動鋼引橋；3一固定引橋；4一樁

按水位變化幅度和岸坡情況的不同，碼頭在橫向可布置成直立式、斜坡式、半斜坡式和半直立式，但后兩種型式很少應(yīng)用。3.結(jié)構(gòu)型式

碼頭的結(jié)構(gòu)型式(a)重力式(b)板樁式(c)高樁式1－上部結(jié)構(gòu)；2－下部結(jié)構(gòu)；3一基礎(chǔ)；4－胸墻；5一墻身；6一拋石基床；7一拋石棱體；8－反濾層；9一回填土；10一板樁墻；11一拉扦；12－錨碇結(jié)構(gòu)；13一樁基；14一護(hù)木第八章道路工程引言道路的組成高速公路城市道路我國公路發(fā)展的特點(diǎn)引言鐵路的組成高速鐵路磁懸浮鐵路城市地下鐵道和輕軌第九章鐵路工程引言道路的組成高速公路城市道路我國公路發(fā)展的特點(diǎn)第八章道路工程概述道路的分類

道路公路城市道路專用道路國道、省道、縣道、鄉(xiāng)道快速路、主干路、次干路、支路公路總里程(萬公里)道路密度(公里/平方公里）中國1690.18美國6230.67日本1102.92我國的公路等級按照其使用任務(wù)、功能和適應(yīng)的交通量分為：高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路五個等級。

按照公路的位置以及在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和運(yùn)輸特點(diǎn)的行政管理體制來分類為：國道、省道、縣道、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))道及專用公路等幾種。公路分級我國國道干線系統(tǒng)的代號

（1）由北京向外放射的12條，代號第一位數(shù)為“1”。例：108國道，北京—昆明（2）由北向南的有28條，代號第一位數(shù)為“2”。例：205國道，山海關(guān)—廣州（3）由東向西的有30條，代號第一位數(shù)為“3”。例：318國道，上?！_城市道路

城市道路一般按照其在道路網(wǎng)中的地位、交通功能以及對沿線建筑物的服務(wù)功能來分類。（1）快速道(雙向行車道、中央設(shè)有分車帶、進(jìn)出口一般全控制或部分控制，為城市大量、長距離、快速交通服務(wù))；（2）主干道(連接城市主要分區(qū)的干路，以交通功能為主，一般為三幅或四幅路)；（3）次干道(與主干道組成道路網(wǎng)，起集散交通之用，兼有服務(wù)功能)；（4）支路(為次干路與街坊路的連接線，解決局部地區(qū)交通，以服務(wù)功能為主)。道路的組成1、線路（1）平面線形公路中線在平面上的投影。反映線路的轉(zhuǎn)折。①直線段：不宜過長②圓曲線段：半徑大小—離心力大小③緩和曲線段：離心力的平穩(wěn)過度，應(yīng)有一定長度（2）縱斷面線形通過公路中線的豎向剖面。反映線路的起伏。①直線②曲線：凹形、凸形。最小半徑及長度受限制。交叉口∶平面交叉口（簡單、環(huán)形）立體交叉口（分離式、互通式）路基路面沿線工程和管理設(shè)施道路的結(jié)構(gòu)組成路基定義：路面下的基礎(chǔ)部分。作用：承接路面荷載下傳地基。要求參數(shù)：強(qiáng)度、剛度、整體穩(wěn)定性和水穩(wěn)定性。形式：路堤：路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高高于天然地面，經(jīng)填筑而成的路基叫路堤。路塹：路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高低于天然地面，經(jīng)開挖而成的路基叫路塹。

半挖半填路基路面定義：路基以上，用筑路材料鋪筑的結(jié)構(gòu)層。要求：功能性好結(jié)構(gòu)性好耐久性好安全性好

路面結(jié)構(gòu)層次

面層基層墊層面層材料：瀝青路面、水泥混凝土路面、塊料路面、粒料路面工作特性：柔性路面、剛性路面、半剛性路面承受行車荷載、環(huán)境變化承重作用防水、防凍、擴(kuò)散荷載應(yīng)力

路面各結(jié)構(gòu)層次可選用的組成材料結(jié)構(gòu)層次瀝青路面混凝土路面塊料路面粒料路面面層瀝青混凝土、瀝青碎石、瀝青表面處治普通混凝土、鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土整齊塊石、半整齊塊石、混凝土塊料泥結(jié)碎石、級配礫石、粒料改善土基層水泥－粉煤灰穩(wěn)定粒料、瀝青碎石、瀝青穩(wěn)定土或碎石、水結(jié)或泥灰結(jié)碎石、級配礫石素混凝土、水泥－粉煤灰穩(wěn)定粒料、瀝青碎石、水結(jié)或泥灰結(jié)碎石、級配礫石素混凝土、水泥－粉煤灰穩(wěn)定粒料、瀝青碎石、水結(jié)或泥灰結(jié)碎石、級配礫石石灰或水泥穩(wěn)定土、天然砂石墊層石灰或水泥穩(wěn)定土、砂石、廢渣石灰或水泥穩(wěn)定土、砂石、廢渣沿線工程和管理設(shè)施橋涵隧道防護(hù)工程排水系統(tǒng)交通管理設(shè)施停車設(shè)施路用房屋及綠化設(shè)施定義：專供汽車分向、分車道行駛并應(yīng)全部控制出入的多車道公路。與普通公路的區(qū)別：高速公路汽車專用分道行駛控制出入設(shè)施完善高速公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比其它公路要求高

（1）最小平曲線半徑及超高橫坡限制。

（2）最大縱坡和豎曲線

（3）線形要求（4）橫斷面高速公路的輔助設(shè)施

（1）安全設(shè)施

標(biāo)志、標(biāo)線：如警告、限制、指示標(biāo)志等護(hù)欄：有剛性護(hù)欄、柔性護(hù)欄等隔離設(shè)施：如金屬網(wǎng)、綠化帶照明及防眩設(shè)施：為保證夜間行車的安全所設(shè)置的照明燈、車燈燈光防眩板等（2）交通管理設(shè)施

高速公路入口控制、交通監(jiān)控設(shè)施：如檢測器監(jiān)控、工業(yè)電視監(jiān)控、通訊聯(lián)系的電話、巡邏監(jiān)視

（3）服務(wù)性設(shè)施綜合性服務(wù)站：停車場、加油站、修理所、餐廳、旅館、郵局、通訊、休息室、廁所、小賣部等小型休息點(diǎn)：以加油為主，附設(shè)廁所、電話、小塊綠地、小型停車場等（4）環(huán)境美化設(shè)施保證司機(jī)高速行駛時(shí)在視覺上，心理上協(xié)調(diào)的重要環(huán)節(jié)。因此高速公路在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)、管理的全過程中，除滿足工程和交通的技術(shù)要求外，都要以美學(xué)觀點(diǎn)加以比較，經(jīng)過多次調(diào)整、修改、使高速公路與當(dāng)?shù)氐淖匀伙L(fēng)景協(xié)調(diào)而成為優(yōu)美的彩帶。優(yōu)點(diǎn)運(yùn)輸效益高技術(shù)效益好安全效益可觀加速城市發(fā)展刺激工業(yè)發(fā)展帶動第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合與合作高速公路的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)投資大、造價(jià)高。對環(huán)境影響大。國道占據(jù)主導(dǎo)地位。高速公路迅速發(fā)展。路網(wǎng)整體水平和公路通行能力有明顯提高。橋梁隧道建設(shè)水平上了一個新臺階?；I資力度進(jìn)一步加大。公路運(yùn)輸在綜合運(yùn)輸體系中所占比重進(jìn)一步提高。我國公路發(fā)展的特點(diǎn)引言鐵路的組成高速鐵路磁懸浮鐵路城市地下鐵道和輕軌第九章鐵路工程引言世界上第一條鐵路我國最早的鐵路我國自行設(shè)計(jì)、施工的第一條鐵路我國鐵路運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)狀鐵路的組成鐵路的組成線路路基線路上部建筑轉(zhuǎn)彎半徑坡度鋼軌、軌枕、道床、道岔1.鋼軌

直接承受車輪壓力并引導(dǎo)車輪的運(yùn)行方向，因而它應(yīng)當(dāng)具備足夠的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐磨性。2.軌枕是鋼軌的支座，它除承受鋼軌傳來的壓力并將其轉(zhuǎn)給道床以外，還起著保持鋼軌位置和軌距的作用。3.道床把由軌枕傳下的車輛荷載傳到路基面上。4.道岔鐵路線路間連接和交叉設(shè)備。線路上部建筑鐵路工程的設(shè)計(jì)可行性論證線路設(shè)計(jì)路基、橋梁隧道等的設(shè)計(jì)車站、供水供電等的設(shè)計(jì)

鐵路等級是鐵路的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。我國鐵路共劃分為三個等級，即Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級。等級鐵路在路網(wǎng)中的意義年客貨運(yùn)量I級鐵路在路網(wǎng)中起骨干作用的鐵路≥15MtII級鐵路1.在路網(wǎng)中起骨干作用的鐵路＜15Mt2.在路網(wǎng)中起聯(lián)絡(luò)、輔助作用的鐵路≥7.5MtIII級鐵路為某一區(qū)域服務(wù)，具有地區(qū)運(yùn)輸性質(zhì)的鐵路＜7.5Mt線路的設(shè)計(jì)依據(jù)線路最好能夠隨地形條件而有適當(dāng)?shù)钠鸱蛷澢?。既可以減少工程數(shù)量、降低造價(jià)，又便于避開地形、地質(zhì)和地物上的障礙。必須根據(jù)該鐵路所允許的旅客列車的最高運(yùn)行速度，由大到小地合理選用曲線半徑。直線和圓曲線不是直接相連的，它們之間需要插入一段緩和曲線。

區(qū)間線路最小曲線半徑鐵路等級最小曲線半徑（m）一般地段困難地段I級1000400II級800350III級600300限速的目的在于防止因離心力過大而危及行車安全。

各種曲線半徑相應(yīng)的最大允許速度

曲線半徑(m)30040050060080010001200行車速度(km/h)7440096105114136149

對一條新建鐵路或改建鐵路來說，應(yīng)當(dāng)選擇多大的限制坡度為宜，確是一個十分重要的問題，要經(jīng)過周密考慮，綜合研究以后決定。鐵路最大限制坡度

鐵路等級最大限制坡度（‰）一般地段困難地段I級612II級12III級15青藏鐵路

青藏鐵路已于2006年7月1日正式通車，首發(fā)拉薩的城市有北京、成都、重慶、西寧、蘭州，之后又陸續(xù)有上海、廣州等大城市加入青藏鐵路的運(yùn)行，大批的旅游者正通過鐵路前往西藏旅游并享受著與以前完全不同的西藏高原風(fēng)光及旅游體驗(yàn)。

青藏鐵路建成后，從西寧起算，至拉薩火車站止，全長1956公理，其中西寧至格爾木段全長814公理，是這是第一階段于五十年代末至八十年代中建成通車的，而格爾木至拉薩段1142公理，是2006年7月1日正式通車的。

青藏鐵路穿越高原凍土，最高海撥5072米，創(chuàng)造了世界高原鐵路的建設(shè)奇跡。2001年2月8日，國務(wù)院批準(zhǔn)建設(shè)青藏鐵路。青藏鐵路二期為格爾木至拉薩段，全長1118公里，途徑多年凍土地段550多公里，海拔4000米以上的地段965公里，最高點(diǎn)為海拔5072米的唐古拉山口。青藏鐵路將成為世界上海拔最高和最長的高原鐵路。

青藏鐵路采用了我國研制的世界首列高原高寒動車。列車配有高原供氧系統(tǒng)，該系統(tǒng)可根據(jù)車內(nèi)空氣中氧氣的含量自動控制制氧機(jī)的運(yùn)作，克服旅客的高原反應(yīng)。對突發(fā)病人，該車還設(shè)有醫(yī)療急救室，可及時(shí)進(jìn)行診療。為保護(hù)青藏高原脆弱的生態(tài)環(huán)境，該車設(shè)有真空集便裝置和污水、污物箱，所有廢水、污物均統(tǒng)一收集，統(tǒng)一排放。進(jìn)氣系統(tǒng)為全新結(jié)構(gòu)，可防風(fēng)雪風(fēng)沙的進(jìn)入。該車還加裝了先進(jìn)的故障診斷、檢測系統(tǒng)、GPS電子地圖、攝像、影視系統(tǒng)、路軌情況檢測裝置等。

青藏鐵路列車的特點(diǎn)高速鐵路概念世界上第一條高速鐵路現(xiàn)在世界上高速鐵路的主要模式高速鐵路的關(guān)鍵技術(shù)問題對線路的高要求軌道的平順性列車的牽引動力信號與控制系統(tǒng)我國高速鐵路的發(fā)展20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行提速試驗(yàn)開通了廣深準(zhǔn)高速鐵路（180~200km/h）在20年內(nèi)列車運(yùn)行速度將達(dá)到300km/h磁懸浮鐵路磁懸浮鐵路是一種新型的交通運(yùn)輸系統(tǒng)，它是利用電磁系統(tǒng)產(chǎn)生的吸引力或排斥力將車輛托起，使整個列車懸浮在導(dǎo)軌上，利用電磁力進(jìn)行導(dǎo)向，利用直線電機(jī)將電能直接轉(zhuǎn)換成推動列車前進(jìn)。它消除了輪軌之間的接觸，無摩擦阻力，線路垂直負(fù)荷小，時(shí)速高，無噪音，無污染，安全，可靠，舒適。磁懸浮鐵路的原理

磁懸浮列車的原理并不深奧。它是運(yùn)用磁鐵“同性相斥，異性相吸”的性質(zhì)，使磁鐵具有抗拒地心引力的能力，即“磁性懸浮”。科學(xué)家將“磁性懸浮”這種原理運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)上，使列車完全脫離軌道而懸浮行駛，成為“無輪”列車，時(shí)速可達(dá)幾百公里以上。磁懸浮列車的優(yōu)點(diǎn)

由于磁懸浮列車是軌道上行駛，導(dǎo)軌與機(jī)車之間不存在任何實(shí)際的接觸，成為“無輪”狀態(tài)，故其幾乎沒有輪、軌之間的摩察，時(shí)速高達(dá)幾百公里；磁懸浮列車可靠性大、維修簡便、成本低，其能源消耗僅是汽車的一半、飛機(jī)的四分之一；噪音小，當(dāng)磁懸浮列車時(shí)速達(dá)300公里以上時(shí)，噪聲只有65分貝，僅相當(dāng)于一個人大聲地說話，比汽車駛過的聲音還??；由于它以電為動力，在軌道沿線不會排放