土木工程概论

土木工程概论——道路与桥梁工程姓名：杨涛学号：1317420626一、道路工程交通运输作为国民经济的基础产业之一，是联系国民经济各领域及城市和乡村、生产和消费的纽带，是推动社会经济发展和人类文明进步的重要因素。一个完整的交通系统包括铁路、道路、水路、航空和管道运输五中方式。每种运输方式都有各自的特点。道路是其中非常重要不和或缺的运输方式。“要致富，先修路”道路对一个国家的发展至关重要。道路是经济建设的“先行官“，它对商品流通、经济发展、巩固国防、建设边疆、开发山区和旅游事业的发展等方面都有巨大的作用。道路是一个国家的基础设施，道路运输是人类社会经济活动的基本条件之一。社会经济水平和交通运输需求决定着道路交通的发展进程，而道路交通业会制约社会经济和交通运输的发展水平。道路运输与其他方式相比，主要特点有（1）机动性强，灵活性大。（2）普及面广，适应性强。（3）速度快，短途运价低。（4）单车载客载货量小。（5）交通安全系数低。我国公路概况1901年我国开始进口汽车，通行汽车的道路在原有大车的基础上开始发展起来。1906年在广西友谊关修建了第一条通行汽车的公路，1913年有修建了长沙至湘潭50km长的低等级公路。到1949年新中国成立时，全国勉强通车的公路只有8.07万km，而且质量差、标准低，大多分布在沿海及中部地区，而广大山区、农村和边疆交通闭塞，行路艰难。中华人名共和国成立以后，为了迅速恢复和发展国民经济，巩固国防，国家在经济基础非常薄弱的情况下，对公路建设做出了很大的努力，举世闻名的川藏、青藏公路建于1954年。特别是改革开放的近三十年来，国家把交通作为国民经济发展的重要战略之一，为公路交通快速发展提供了机遇。总的建设方针是统筹规划、条块结合、分层负责、联合建设，筹资渠道是国家投资、地方筹资、社会融资、引进外资。公路建设发展迅速，公路交通面貌发生了很大的变化，已初步形成了一个以北京为中心沟通全国各地的国道网，以各城市为中心的公路通车里程也大大增加，到2007年底全国建成的公路通车里程已达到357.3万km,其中高速公路5.36万km,居世界第二位，二级以上公路约33万km.我国用改革开放以来近30年的时间走过了发达国家一个世纪走完的路程。我国公路建设实现了跨越式的发展，取得了举世瞩目的成就。公路发展最突出的成就是高速公路的飞速崛起，高速公路是交通运输现代化的重要标志之一。1988年10月，我国建成了第一条高速公路，沈阳——大连高速公路，全长375km。此后，高速公路的建设得到了迅猛的发展，快速运输日益显示出巨大的经济效应和社会效应，形成了快速发展的“高速公路产业带”。高速公路不仅技术标准高，、线形顺畅、路面平整、沿线设施齐全，而且全立交，全封闭、双向隔离行驶、无混合交通干扰，为公路运输的快熟、安全、高效、便捷和舒适提供了技术保证。我国公路现状尽管我国公路建设取得了显著的成就，但由于基础菠薄弱，发展时间短，还存在一下几个方面的问题。（1）公路数量少、密度低。（2）公路网等级低、高等级公路少、路面质量差、标准低。(3)东西部发展不平衡，平原地区与山区差别大。（4）通行能力低、服务水平低。我国公路发展规划为贯彻中央提出额西部大开发战略的要求，交通部提出了“四纵四横”8条省际公路规划，功能目标是加强西部和中东部的联系，西北、西南的联系，提高西部通江达海的能力，改善与周边国家的交通条件。考虑到中、东部地区的需求，特别是东部沿海的发达地区，“五纵七横”的分布远远不能满足省域经济和交通发展的需要，包括中等城市快速对外交通的需要，又提出了一个加密性质的规划，现阶段定义为“国家重点公路规划”，作为一个过渡性的方案。该规划包括13条纵线和15条横线，总里程有71000km。作为公路规划的补充，还提出了国家公路主枢纽规划，全国共有45个，目前正在进行全面的建设。根据规划，我国至2020年的公路网络总量要达到300万km。其中高速公路近7万km。道路工程所包含的内容1、路线：在公路的线形上，要考虑公路的平面线型、纵面线型、横断面、定线与现场勘测。公路中线在水平面上的投影称为平面线形。公路的平面设计的主要内容是根据规划确定的路线大致走向，在满足车辆行驶的技术要求前提下，结合当地地形、地质水文条件以及现状地物，因地因路制宜确定其具体方向；选择合适的平曲线半径，解决曲折点处的曲线衔接；保证必须的行车视距，使路线既符合要求，又经济合理。通过公路中线的竖向剖面图称为路线纵断面图。它反映的是路中线的地面起伏和设计路线的坡度情况。纵断面图由两个部分组成：下半部分主要是把平面设计的有关内容填列出来，如平面的直线和曲线，里程桩号以及各的地面高程及断面设计的坡度、高程和沿线地面土壤情况；上半部分则有两条主要线：一是地面线，它是根据中线个桩号的地面高程绘出的一条不规则折线；另一条是路基边缘各点高程的连线，称为设计线（坡度线），它是经过技术、经济以及美学上许多比例定出来的。在路中线上表示地面各点高程称为地面高程；在设计线上表示路基边缘各点的高程称为设计高程。在任意桩号上设计高程与地面高程只差称为施工高度。纵断面图的设计线是由直线（坡度线）和曲线（竖曲线）组成，因此，纵断面设计也要解决坡度线和竖曲线的问题。前述平、纵面线形，是把路线作为一条空间曲线来研究的。实际上公路是一条有一定宽度的带状结构物。若在垂直于路中线的方向上作一垂直剖面，这个剖面上的图形称为剖断面图。它反映路基的形状与尺寸，是公路设计的技术文件之一。它包括路基、路肩、边沟、边坡、中间分隔带等。定线是在已定的公路等级及选定的起始点和控制点的“路线带”范围内，结合当地地形、水文地质等条件，综合考虑平、纵断面的合理安排，具体定出公路中心线的位置。定线是公路设计中关键吃的一环，它不仅要解决技术标准与经济问题，且对公路与周围环境的配合，公路本身线形的实用、美观以及驾驶员的视觉和心理反应等问题给予充分的考虑。公路定线除受地形、地物及地质等的制约外，还受技术标准、国家政策、社会影响、美学及其他因素制约。因此，要求定线人员除有广博的知识外，还应有精益求精的工作精神；定线时还应征询当地有关部门意见及发挥有关技术人员智慧，经过反复试线，多方比选，才会得到最佳的路线方案。公路定线分纸上定线和实地定线两种方法。技术标准高，地形、地物复杂的使用“纸上定线”后再进行实地放线；路线方案明确，技术标准较低的可用直接定线。路线交叉：道路与道路或道路与铁路相交部位成为道路交叉口（由于道路的纵横交错而形成了很多交叉口）。它是道路系统的组成部分，是道路交通的咽喉。（2）路基路面路基工程是道路工程中的一项重要工程。它是路面的基础，公路的主体，它与桥梁和环境景观相协调，可谓形成一门凝固的艺术。路基工程的好坏，直接影响到结构物的排水稳定、公路的使用品质、旅客的舒适和正常的行车交通，对国民经济建设具有重要作用。路基工程的特点是路线长，通过的地带类型多，技术条件复杂，受地形、气候和水文地质条件影响很大。如公路可能通过平原、丘陵或山岭，还有河川、沼泽、岩石、冰雪、冻土、沙漠或盐渍土等，除一般的施工技术外，还要考虑软土压实、桩基、边坡稳定、挡土墙和其他人工调制物等。此外，路基工程的土石方的数量大，劳力和机械用量多，施工工期长。在城市道路中，除征地拆迁外，碰到的隐蔽工程多，如给水管、污水管、煤气管、电缆或蒸汽管线等须与其他部门相互协调，公共关系比较复杂。路基工程的内容包括路基排水设施、明渠水利计算、软土的排水固结边坡稳定性验算、路基边坡的防护与加固、挡土墙、土基压实、土路基建筑、石方路基建筑。路面工程路面工程将朝着设计自动化、施工机械化、设计和质检规范化、量测自动化、材料和结构多样化、。路面结构呈多样化趋势，如沥青路面采用土工布、土工格栅、多空沥青土排水消声路面、沥青碎石玛蹄脂SMA，水泥混凝土路面有碾压混凝土、钢钎维混凝土，预应力或自应力混凝土，连续钢筋混凝土路面等。可以预见，路面工程的持续发展必将为快速、安全和舒适的交通运输服务创造美好前景。路面结构暴露在大自然，在大气和水温化的条件下，长年经受重复行驶的各类车辆荷载的作用。为了保证行车的通畅、舒适和经济耐用的要求，路面应保证具有强度和刚度、水温稳定性、耐久性、表面平整性、抗滑性、环保性。从路面的力学性能出发，一般把路面分为刚性路面和柔性路面两大类。刚性路面指水泥混凝土路面。它的强度高，刚性大，板体性好，有较大的扩散应力的能力。车轮作用下路面的变形变小。柔性路面主要有碎石路面和各类沥青路面。它的刚度小，抗拉强度较低，荷载作用下变形较大。土基和基层强度对路面结构整体强度有较大影响。此类路面有弹性，柔性较好，路面无缝接，行车舒适性较好。公路路面按公路等级和服务能力可分为高级、次高级、中级和低级路面四级。一般高级和沥青混凝土。次高级路面用的是热拌沥青沥青混合料。目前我国公路与国外相比，仍然有很多不足之处。首先，路面平整性上，外国很多公路的平整性很好，行车舒适。中国道路容易出现坑坑洼洼的现象，路面质量不好。很多发达国家的道路的使用期限基本上是五十年到一百年的，而我国很多道路很多都是二十到三十年就要修理了。中国超载也比较严重，超载对路面的破坏会非常严重，这些地方都需要努力的改进，做好扎实耐用的公路。二、桥梁工程桥梁工程是土木工程中属于结构工程的一个分支学科。它与房屋工程一样，也是用石、砖、木、混凝土、钢筋混凝土和各种金属材料建造的结构工程。桥梁工程又可按照其使用功能区分为公路桥梁、铁路桥梁、城市桥梁、水渠桥梁、厂内运输桥梁、管线桥梁等。如果说一座现代化高层建筑具有高耸挺拔的雄姿，则一座大跨度桥梁具有凌空飞跃的魅力。桥梁既是一种功能性的结构物，也往往是一种立体的艺术造型工程，是一处景观，具有时代的特征。大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网络，对于加强全国各族人民的团结、发展国民经济、促进文化交流、消灭城乡差别和巩固国防等方面，都具有非常重要的作用。特别是我国实行改革开放政策以来，路、桥的建设突飞猛进的发展，对创造良好的投资环境，促进地域性经济的腾飞，起到了关键性作用。桥梁工程不但在工程规模上约占公路总造价的10~20%，而且也是交通运输的咽喉，是保证全线早日通车的关键。20世纪60年代以来，由于科学技术的进步，全民经济、文化水平的提高，人们对桥梁建筑提出了更高的要求。现代高速公路上迂回的各色立交桥，城市内环线建设的各种高架路，长江、黄河等大江大河上的新颖大跨度等，如雨后春笋，频频建成，而且几十公里的海湾、海峡特大桥梁的宏伟建设工程已经摆在我们面前，等待去完成。我们广大桥梁工程技术人员将不断面临着设计和建造新颖，复杂桥梁结构的挑战，肩负着光荣而艰巨的任务。世界各国的桥梁建造现状19世纪中期钢材的出现，开始了土木工程的第一次飞跃。随后又产生了高强度钢材、钢丝，于是钢结构得到了蓬勃的发展。结构的跨度也不断扩大，以至能修建几百米甚至千米以上特大跨度跨海大桥。20世纪初，钢筋混凝土的广泛应用，以及至三十年代开始兴起的预应力混凝土技术，这就大大提高了混凝土结构的抗裂性能，刚度和承载能力，使土木工程发生了又一次的飞跃。实践证明，预应力混凝土桥梁已经能与200~300m甚至更大跨径的钢桥相抗衡。19世纪后期，预应力混凝土桥梁迅速发展之前，在资本主义发达国家内曾风行修建钢桥，并已达到相当高的技术水平。目前世界上最大的铁路简支桁架桥，还数美国1917年建成的都会桥，跨度220m，而公路桥则是美国的切斯特2860桥（l=227,973年）最大跨径的钢连续桥梁是日本1988年建成的与岛公铁两用桥（l=245m）和1922年建成的生月大桥（l=400m）。1917年加拿大修建的魁北克桥（公铁两用，l=549m），至今钢悬臂桥梁之最。日本1974年修建的港大桥是公路钢桁悬臂桥梁，跨度也达到510m。国外刚拱桥也发展较早，澳大利亚在1932年修建的公铁两用钢桁架拱桥（l=503m）,直至1977年钢拱桥跨度记录才被美国的新河桥所突破（l=518m）。我国2003年建成的卢浦大桥又刷新了世界记录。桥梁的基本组成桥梁一般由四个部分组