道路桥梁工程教学教案.docx
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道路桥梁工程教学教案
第五章道路工程
主要内容：
第一节概述
第二节道路的大体组成
第三节高速公路
第一节概述
一、大体概念
1.道路工程：
指通行各类车辆和行人的工程设施，它是一种带状的三维空间构筑物，包括路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等工程实体。
2.道路的设计包括几何设计和结构设计两方面。
（1）几何设计：
指道路的线形设计。
（2）结构设计：
指要求用最经济的投资，使道路在自然力及车辆荷载下，在利用期内维持良好状态，知足利用要求。
二、道路分类
按照其所处的位置、交通性质、利用特点等可分为公路、城市道路、厂矿道路、农村道路及人行小路等。
1.公路：
连接城镇、乡村和工矿基地之间主要供汽车行驶的道路。
2.城市道路：
主要指城市各区域之间供汽车行驶的交通通道。
3.厂矿道路：
指为厂矿服务用的道路。
4.农村道路：
指野外乡村地域间交通用的道路。
（一）公路的分类
1.公路品级：
高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个品级。
（1）高速公路：
是专供汽车分向、分车道行驶，全线立交并控制出入的干线公路，一般依照需要设计高速公路的车道数，设计年限平均日夜交通量为25000～100000辆；
（2）一级公路：
是专供汽车分向、分车道行驶的公路，设计年限平均日夜交通量为15000～30000辆；
（3）二级公路：
一般能适应年限平均日夜交通量为3000～7500辆；
（4）三级公路：
为1000～4000辆；
（5）四级公路：
一般为双车道；1500辆以下，单车道200辆以下。
2.依照公路的位置和行政管理体制分类为：
国道、省道、县道、乡（镇）道及专用公路等几种。
（1）国道：
由国家统一计划，由所在各省市自治区负责建设、管理、养护。
（2）省道：
是在国道网的基础上，由省对具有全省意义的干线、干路加以计划，而且建设、管理、养护。
（3）县道：
主要路段由省统一计划、建设和管理，一般路段由县自定并建设、管理和养护。
（4）乡（镇）道：
主要为乡村服务，由县统一计划组织建设、管理和养护。
（5）专用道：
为厂区、林区、矿区、港区的道路，由专用部门自行计划、建设、管理和养护。
3.公路的技术标准：
几何标准、载重标准和净空标准。
（1）几何标准：
亦称线形标准，主如果肯定线路线形几何尺寸的技术标准。
（2）载重标准：
用于道路的结构设计，它的主要依据是汽车的载重标准品级。
（3）净空标准：
按照不同汽车的外轮廓尺寸和轴距，来肯定道路的尺寸。
（二）城市道路的分类
1.按照其在道路网中的地位、交通功能和对沿线建筑物的服务功能分为：
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份控制，为城市大量、长距离、快速交通服务；设计年限规定为20年。
2）骨干道：
连接城市主要分区的干道，以交通功能为主，一般为三幅或四幅路；设计年限规定为20年。
3）次干道：
与骨干道组成道路网，起集散交通之用，兼有服务功能；设计年限规定为15年。
4）支道：
为次干道与街坊路的连接线，解决局部地域交通，以服务功能为主；设计年限规定为10～15年。
2.按通行交通工具的种类分为：
机动车道、公共交通优先通道、非机动车道等。
第二节道路的大体组成
道路的大体组成包括：
线路、路基和路面。
一、线路
由于受自然环境和地形地貌的限制，道路在平面上有转折，纵面上有起伏。
（一）平面线形：
公路中线在平面上的投影称“平面线形”，它是由直线、圆曲线缓和和曲线三部份组成。
（1）直线段：
乘坐平稳，行车视距良好，但易引发驾驶员产生麻痹与疲劳，故不宜太长，美国要求小于3min行程。
（2）圆曲线段半径R愈小，离心力愈大，可能引发汽车向外滑移或倾覆，应予限制。
（3）缓和曲线长度不能过小，使汽车行驶时所受离心力能平稳过渡。
（二）线路纵断面
1.通过公路中线的竖向剖面称“线路纵断面”，它反映线路的起伏和设计线路的坡度。
2.设计线路由直线（坡度线，有上坡和下坡）和曲线（竖曲线，有凸形和凹形）组成。
（三）超高：
为了保证行车的安全，将行车道弯道部份做成外侧高，内侧低的单斜面，这种做法称为超高。
（四）道路交叉口：
道路与道路、道路与铁路相交处称交叉口，其作用是减少以至消灭交通事故，提高通行能力。
可分为平面交叉口和立体交叉口两类。
1.平面交叉口：
包括简单交叉口、拓宽路面式交叉口和环形交叉口；
2.立体交叉口：
可分为分离式立体交叉和互通式立体交叉两种。
二、路基
（一）概念：
道路路面下的基础部份称路基。
（二）路基设计的大体要求：
（1）具有足够的承载力和刚度，即在自身重力下不该发生过大沉陷，在车辆动力荷载作用下不该发生过大的弹性或塑性变形；
（2）具有足够的整体稳定性，即不致产生路基的整体滑坍；
（3）具有足够的水温稳定性，即在地面水、地下水或冰冻时不致显著地降低承载力。
（三）路基的断面形式：
路堤、路堑和填挖结合路基三种。
1.路堤：
一般路堤、软土路堤、沿河路堤、护脚路堤等；
2.路堑：
有全挖式、台口式和半山洞式等。
3.填挖结合路基：
路堤＋路堑
（四）路堤的几何特征：
高度、宽度和边坡。
1.填挖高度由线路纵断面设计加以肯定，它要考虑线路纵坡、路基稳定性和工程经济等要求。
2.宽度按照设计交通量和公路品级而定。
一般每一个车道宽度为～，路基总宽度应为行车道总宽度每侧加～。
3.边坡，是影响路基整体稳定性的主要因素之一，一般路堤采用1：
～1：
边坡。
三、路面
（一）概念：
用筑路材料铺在路基顶面，供车辆在其上行驶的一层或多层的道路结构层。
（二）要求：
应具有足够的力学强度、稳定性、表面平整和良好的抗滑性能。
（三）分类：
1.按力学性质分：
柔性路面和刚性路面。
（1）柔性路面：
刚度较小，抗拉强度较低，荷载作用下变形较大，弹性好，无接缝，行走舒适。
常见的有：
沥青混凝土路面、沥青贯入式碎石（砾石）路面等。
（2）刚性路面：
强度高、刚性大、整体性好，在车轮荷载作用下变形小，如混凝土路面等。
2.按品级分：
有高级、次高级、中级和低级4种
（1）高级路面：
如混凝土路面、沥青混凝土路面。
（2）次高级路面：
如沥青贯入式碎（砾）石路面。
（3）中级路面：
如石灰、沥青、水泥稳定土路面等。
（4）低级路面：
粒料（如粗砂、碎砾石、煤矿渣、碎砖瓦等）加固土路面和各类本地材料加固或改善土路面。
（四）路面结构：
包括面层、联结层、基层、底基层、垫层等层次。
（五）路面横断面构造
四、与公路配套的构筑物
（一）排水构筑物：
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。
1.纵向排水设施：
有边沟、截水沟和排水沟等。
2.横向排水设施：
有桥梁、涵洞、路拱、过水路面、渗水路堤和渡槽等。
（二）特殊构筑物：
隧道、悬前途台、防石廊、挡土墙和防护工程等。
1.隧道：
是为公路从地层内部或水层下通过而修建的构筑物，当公路翻山越岭或穿过深水时，为了改善平、纵面的线形和缩短线路长度，一般采用开凿隧道来解决。
2.悬前途台：
在山岭地带修筑公路时，为了保证公路持续、路基稳定和确保行车所需修建悬臂式的路台。
3.防石廊：
在山区或地质复杂地带，为了保证公路的行车安全所修建的防石廊。
4.挡土墙：
在横坡陡岭或沿河岸修筑公路时，为保证路基稳定和减少填、挖方工程量，常需修建的挡土墙。
5.防护工程：
在陡岭山坡或沿河一侧路基边坡受水流冲洗或不良地质现象的路段，为了保证路基稳定，加固路基边坡所建的人工构筑物。
五、交通管理设施
交通管理设施是为了保证行车安全，使司机知道前面的路况和特点，道路上应沿线设置交通标志和路面标线。
（一）交通标志
（1）指示标志：
用于指示司机行驶的方向、行驶里程和汽车长期停车的地方。
（2）警告标志：
指出前方有行车障碍物或行车危险的地方，警告司机要集中注意力，确保行车安全的标志。
（3）禁令标志：
指出各类必需遵守的交通限制的标志，如限速标志、载重标志和不准停车的标志等。
（二）路面标线：
路面标线是布设在路面上的一种交通限制的标志。
（1）白色持续实线：
以表示不准逾越的车道分界限；
（2）白色中断线：
以表示作为车辆可以逾越的车道分界限；
（3）白色箭头指示线：
以指引汽车左、右转弯或直行；
（4）黄色持续实线：
严禁车辆逾越的车道分界限等。
六、其他
交通安全设施,是为了保证行车安全和发挥公路的作用,在各级公路的急弯、陡坡等路段,均需按规定设置的必要的安全设置,如护栏、护柱等。
服务性设施一般是指渡口码头、汽车站、加油站、修理站、停车场、餐厅、旅馆等。
环境美化设施是美化公路,保护环境不可缺少的部份。
如路侧带和中间分隔带等地的绿化等,原则以不影响司机的视线和视距为宜。
第三节高速公路
改革开放以后,随着我国国民经济的迅猛发展,高速公路也取得迅速的发展。
我国已建成高速公路总里程已达世界第三位,仅次于美国和加拿大。
对于高速公路的概念,此刻国际上尚未一个公认的概念,在我国高速公路的大体概念为：
一种具有四条以上车道,路中央设有中央隔离带,分隔双向车辆行驶,互不干扰,全封锁,全立交，控制出入口,严禁产生横向干扰,为汽车专用,设有自动化监控系统,和沿线设有必要服务设施的道路。
一、高速公路的优势
1.行车速度快，通行能力大。
2.物资周转快、经济效益高。
3.交通事故少，安全舒适性好。
4.带动沿线地方的经济发展。
二、高速公路的线形设计标准
1.最小平曲线半径及超高横坡限制。
对于设计车速为120km/h的高速公路,平曲线的一般最小半径为1000m,极限最小半径为650m,超高横坡限值为10%。
2.最大纵坡和竖曲线。
高速公路的最大纵坡限为3%（平原微丘区）～5%（山岭区）,竖曲线极限最小半径凹型为400Om,凸型为1100Om。
3.线形要求。
高速公路应保证司机有良好的预知,因此不该当出现急剧的起伏和扭曲的线形,并使线形维持持续、调和和舒顺,即在视线所及的必然线路内不出现转折、错位、突变、虚空或遮断,线形彼此有良好的配合,圆滑愉快,没有过大差比。
4.横断面。
行车带的每一行驶方向至少两个车道,便于超车。
车道宽。
中间带一般在平原微丘区中央分隔带宽,左侧路缘带宽,中间带全宽,地形受限制时别离为,250m和。
路肩在平原微丘区硬路肩宽不该小于,土路肩宽不小于。
三、高速公路沿线设施
安全设施
交通管理设施
服务性设施
环境美化设施
四、高速公路建设存在的问题
1.投资大，资金来源困难。
2.占地多。
3.与普通公路和地方交通贯通问题。
4.密集型的管理问题
5.环境保护问题。
第六章桥梁工程
主要内容：
第一节桥梁的分类与选用
第二节桥跨结构
第三节桥墩与桥台
第四节桥梁基础
第一节桥梁的分类与选用
一、大体概念
桥梁工程指供公路、城市道路、铁路、渠道、管线等跨越水体、山谷或彼其间彼此跨越的工程构筑物，是交通运输中重要的组成部份。
二、桥梁的分类
1.按用途分：
有铁路桥、公路桥、铁路公路两用桥、城市道路桥（含立交桥）、农村道路桥，人行桥、管线桥和渡槽桥等；
2.按桥身结构材料分：
有木桥、圬工桥（含砖、石和混凝土砌块桥）、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥等；
3.按桥跨结构分：
有梁式桥（含简支梁、持续梁、伸臂梁式）、桁架桥、拱桥、刚架桥、悬索桥、斜拉桥等。
4.依照上部结构的行车道位置分：
有上承载式桥、下承载式桥、中承载式桥。
三、桥梁的组成
1.桥跨结构（或称桥孔结构、上部结构），包括桥面板、桥面梁和支承它们的结构构件如大梁、拱、悬索等，其作用是经受桥面上各类车辆、行人的荷载。
2.桥墩、桥台（统称下部结构），是支承桥跨结构的承重构件。
桥台设在桥身两头，其作用除支承桥跨结构外还要与路堤衔接并避免路堤滑塌。
桥墩设在两桥台之间，其作用是支承桥跨结构。
3.墩台基础，是桥墩、桥台的埋入土中的扩大的部份，其作用是使桥上全数荷载传至地基。
墩台基础在整个桥梁施工中是比较困难的部份，常要在水中作业。
四、与建筑的区别
桥梁工程中的荷载、材料、地基和作用效应等4个大体问题和建筑工程相同，但有以下三点区别：
（1）活载：
主如果铁路列车或公路车辆荷载，它们是以一系列集中力和均布作使劲组成的移动式荷载。
（2）作用效应：
桥梁结构除经受各类荷载引发的拉力、压力、弯矩、剪力、扭矩之外，还要经受由铁路列车或公路汽车行进进程中产生的冲击力、离心力、横向摇摆力（铁路列车有）、制动力或牵引力等。
（3）地基上的墩、台和基础：
与建筑工程相较，桥梁基础埋置较深（因活载壮大和地基的浅层土较软），水中的桥墩和桥台及其基础要考虑河流冲洗和船只撞击，水中墩、台和基础施工时碰到的技术问题复杂，致使工程量大、工期长、造价高。
五、桥梁工程内容
第二节桥跨结构
一、梁式桥
1.概念：
梁式桥是一种在竖向移动式荷载作用下无水平反力的结构体系，与建筑工程中的梁相似。
它结构简单，但跨越能力有限。
2.类型：
简支梁式桥、伸臂梁式桥、持续梁式桥三种。
3.梁的截面形式：
实心桥式截面、空心板式截面、T形截面和箱形截面等。
二、拱桥
1.概念：
拱桥的主要承重结构是拱圈，它在桥面竖向移动荷载作用下桥墩或桥台要经受水平推力，同时，这种推力将显著抵消在拱圈中引发的弯矩，使拱圈经受的主如果压力，故通常可采用抗压能力强的圬工材料（如石、砖、混凝土）建造。
2.承载方式：
①上承式拱桥，车辆在拱之上行驶；
②下承式拱桥，车辆在拱之下行驶；
③中承式拱桥，车辆在拱当中部行驶。
三、刚架桥
1.概念：
刚架桥是梁和柱（或竖墙）整体结合的桥梁结构。
在竖向移动荷载作用下，梁部主要受弯，柱脚处有水平推力，受力状态介于梁式桥和拱桥之间。
2.类型：
（1）T形刚架桥：
便于施加预应力，在两个伸臂端上挂梁后可做成很大跨度的刚架，在要跨越深水、深谷、大河急流的大跨桥梁中常被应用。
（2）持续刚架桥：
有较好的抗震性能。
（3）斜腿刚架桥：
造型轻巧美观，当建造跨越峻峭河岸和深邃峡谷的桥梁时，采用这种刚架型式往往既经济又合理。
四、斜拉桥
1.组成：
由主梁、塔柱和斜索三种大体构件组成，用高强钢材制成的斜索将主梁多点吊起，将主梁经受的恒载和车辆荷载传至塔柱，再由塔柱基础传给地基。
2.受力体系：
桥面体系（加劲主梁）受压，支承体系（斜拉索）受拉的结构。
3.用材：
（1）斜拉索：
高强钢丝束、钢绞线束等制成，并在钢束外包一层高密度的黑色聚乙烯外衣加以防护。
（2）主梁：
钢筋混凝土或预应力混凝土。
（3）塔柱：
钢筋混凝土或型钢等。
4.形式：
单塔式、双塔式、多塔式。
5.索型：
辐射型（a）、竖琴型（b）和扇型（c）。
五、悬索桥
1.悬索桥：
也称为吊桥，采用悬挂在两边塔柱上的吊索作为主要承重结构。
2.受力分析：
荷载q→桥面→主梁→吊杆→缆索→塔架→基础→地基。
吊杆和主拉索均经受拉力，此拉力由巨型锚锭平衡。
3.用材：
（1）缆索：
采用高强钢丝成股编制成钢缆绳；
（2）主梁：
采用钢制扁箱梁结构形式。
4.长处：
结构自重轻，成卷钢缆便于运输，也便于无支架悬吊拼装，适合在大江、湖海或跨越深沟、深谷时采用。
5.缺点：
结构刚度差，易发生较大的变形和振动。
第三节桥墩与桥台
Ø桥墩与桥台均为桥梁的支承结构。
Ø桥台是桥梁两头桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。
Ø桥墩是多跨桥的中间支承结构。
Ø由台（墩）帽、台（墩）身和基础组成。
一、桥墩的类型
1.受力：
支座传来的水平力、流水压力、风力、冰压力、船只的撞击力等。
2.要求：
（1）足够的强度和稳定性；
（2）布设上要考虑桥墩与河流的彼此影响；
（3）在空间上要考虑通航与通车的要求。
3.类型：
重力式（实体式）桥墩、空心式桥墩、桩（柱）式桥墩。
（1）重力式桥墩：
Ø主要特点是依托自身重量来平衡外力而维持稳定。
Ø适用于荷载较大的大、中型桥梁，或流水、漂流物较多的江河当中。
Ø缺点是圬工体积大，自重大，阻水面积也较大。
（2）空心式桥墩
Ø克服了实体式桥墩在许多情况下强度得不到充分发挥的缺点，而将混凝土或钢筋混凝土做成空心薄壁的形式。
Ø长处：
节省圬工材料，减轻重量，但经不起漂浮物的撞击。
（3）桩（或柱）式桥墩
Ø是将桩基一直延伸到桥跨结构下面，桩顶浇筑墩帽，桩作为墩身的一部份，桩和墩帽均由钢筋混凝土制成。
二、桥台的类型
1.受力：
经受由支座传来的竖向力、水平力，后台填土地侧向土压力。
2.要求：
（1）足够的强度；
（2）避免在荷载作用下发生大的水平唯一、转动、沉降。
3.形式：
（1）实体式桥台
ØU型桥台是最常常利用的桥台形式，它由支承桥跨结构的台身与双侧翼墙在平面上组成U字形而得名。
Ø一般用圬工材料砌筑，构造简单。
适合于填土高度在8～10m以下，跨度稍大的桥梁。
Ø缺点是桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求。
（2）埋置式桥台
Ø它是将台身大部份埋入锥形护坡中，只露出台帽在外，以安置支座及上部结构。
Ø由于台前护坡用作永久性表面防护设施，存在被洪水冲垮而使台身袒露的可能，故一般用于桥头为浅滩、护坡受冲洗较小的场合。
第四节桥梁基础
Ø桥梁的基础承担着桥墩、桥跨结构（桥身）的全数重量和桥上的可变荷载。
Ø桥梁基础往往蒙受水流的冲洗。
Ø桥梁基础一般比衡宇基础的规模大，需要考虑的问题多，施工条件也困难。
Ø桥梁基础的类型：
刚性扩大基础、桩基础和沉井基础、气压沉箱基础。
一、刚性扩大基础
Ø是实体式墩台浅基础的大体形式。
受刚性角的限制，在刚性角的范围内，只经受压力，不会发生弯曲和剪切破坏。
二、桩基础
Ø是桥梁基础中常常利用的形式。
适用于地基上面土层较软且较厚，或水流稍深的江河道上的桥梁基础。
三、沉井基础
在桥梁基础中被普遍利用。
四、沉箱基础
Ø沉箱形似有顶盖的沉井。
在水下修筑大桥时，若用沉井基础施工有困难，则改用气压沉箱施工，并用沉箱作基础。
Ø工作原理：
当沉箱在水下就位后，将紧缩空气压入沉箱室内部，排出其中的水，这样施工人员就可以在箱内进行挖土施工，并通过起落筒和气闸，把土外运，从而使沉箱在自重和顶面压重作用下慢慢下沉至设计标高，最后用混凝土填实工作室，即成为沉箱基础。
由于施工进程中都通入紧缩空气，使其气压维持或接近刃脚处的静水压力，故称为气压沉箱。
Ø施工方式：
当场下沉式和浮运式。
当下沉处是很深的软弱层或受冲洗的河底时，应选用浮运式。
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