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摘要:在铁路工程建设中,为保证将所需材料设备运送到施工现场,有的区段需要修建汽车运输便道。此文根据《铁路大型临时工程和过渡工程设计暂行规定》的要求,就汽车运输便道选线应把握的要点,设计应遵循的标准和技术条件进行详细阐述。并以某新建铁路5km的双线区段为例,修建1km汽车运输便道需要的投资编制了概算,大约33万元。
关键词:铁路建设;汽车;运输便道;设计
1引言
为保证铁路建设工程的顺利开展,有的建设项目,需要修建大型临时工程,如汽车运输便道(以下简称运输便道),来运输工程建设所需的材料设备。修建运输便道,应针对所建项目的线路长度、工点的布设、工期要求、地形条件等,将项目当地的公路干线、国道或等级公路与施工现场材料存放场及重点控制工程工点连通,形成运输网络,来保证工程施工所需材料设备的供给。目前,修建大临工程执行的是《铁路大型临时工程和过渡工程设计暂行规定》(铁建设[2008]189号)(以下简称《大临暂行规定》),《大临暂行规定》中对汽车运输便道的设计规定了3条,其中第6.3.2条中规定:……根据运量、地形条件,参照现行《公路路线设计规范》((JTGD20-2006)中四级公路标准设计。……。在《大临暂行规定》的基础上,正在修订的《铁路大型临时工程和过渡工程设计规范》(送审稿),对汽车运输便道的设计规定有所细化,但原则上仍然要求参照现行《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)、《公路路线设计规范》中三级、四级公路标准设计。如何参照设计,各设计单位在执行中的理解和把握“度”就高低不一了。为此,很有必要对汽车运输便道设计标准的问题进行深入的探讨。
2运输便道选线应把握的要点
在铁路建设工程中,修建的运输便道属于临时性工程,能满足运送材料设备的载重就行,因为工程开通后,一般都要拆除,所以采用的设计和建设标准较低。那么在现场勘察和选线时,应在保证运输安全和施工要求的前提下,节约投资和把握以下方面的要点。(1)全面了解新建或改建铁路的走向,在1:10000平面CAD图上,绘制出铁路的线位,并标出路基(路堤、路堑)、桥梁、隧道工程的分布,以及铺轨基地、制存梁场等大型临时工程的布设。(2)运输便道选线,应尽量靠近新建或改建铁路,以缩短引入线长度。引入线应连通用料点,避免二次倒运。(3)为减少对改建铁路行车的干扰,运输便道应尽量避免与铁路线交叉,实在不可避免时,应采用平交或立交,交叉角度大于45°。(4)运输便道选线,应尽量避开滑坡等不良地质地段。如在山区,运输便道应尽量选在铁路线的上方,以免施工材料堵塞运输便道。(5)运输便道选线,应尽量避免拆迁建筑物、穿过良田和河流;在高寒地区,避开可能发生雪崩的地段。(6)根据项目当地交通状况,如能利用乡村道路,可对原道路加宽或路面改造。
3运输便道的设计标准及技术条件
3.1设计规范的选用
运输便道设计,应遵循行业设计规范和《大临暂行规定》,针对具体建设项目所处的地形条件和交通现状,还应参照执行公路行业有关设计施工方面的规范,如:(1)《公路工程技术标准》(JTGB01-2014);(2)《公路路线设计规范》(JTGD20-2006);(3)《公路路基设计规范》(JTGD30-2015);(4)《公路路面基层施工技术细则》(JTG∕TF20-2015);(5)《公路路基施工技术规范》(JTGF10-2006)。
3.2设计原则
3.2.1平原和丘陵地带遵循的设计原则
(1)修建运输便道应尽量选在铁路红线界内。在桥梁地段,运输便道内侧距承台外侧的水平距离不小于0.5m。(2)修建运输便道原则上依原地面标高为准,种植土不作清表处理,淤泥土、腐殖土等应挖除后换填,不增设路堤,不开挖路堑,不设排水设施(影响地方灌溉系统的除外),要绕避水塘、小山丘、房屋等障碍物。并考虑平整场地、压实后回填和路面的费用。(3)能利用乡村土路改扩建的尽量利用。(4)利用县、乡、村级沥青和混凝土道路的,按恢复原既有路面考虑费用(有补偿标准的按补偿标准计列费用)。
3.2.2山区地带遵循的设计原则
在山区地带修建运输便道,可能会遇到2种地形,一种是半挖半填的地形;另一种是盘山(长度换坡度)地形。对半挖半填的地形,应遵循以下设计原则:(1)尽量在缓坡且地质条件较好的地段选择线位。(2)在考虑挖填平衡点时,应将挖坡高度控制在8m以内。(3)横断面设计应符合《公路路线设计规范》标准。(4)开挖面侧底应设排水沟,土质地段应设浆砌片石沟面,石质地段沟面裂隙处应采用水泥砂浆封堵。每300m长需设横向排水涵,路堤面应设浆砌片石排水沟槽。(5)填方侧,坡度大于1∶5的原地面,应在清除表层土质后开挖台阶。台阶宽度按满足摊铺并有利于机械施工为原则,土质路段横向宽度不小于3.0m,石质路段横向宽度不小于1.5m,台阶顶做成2%~4%(取3%)的内倾斜坡。砂类土上则不挖台阶,但必须将原地面以下20~30cm的表土翻松。对盘山(长度换坡度)的地形,应遵循以下设计原则:(1)根据《公路路线设计规范》第8.3.3条的规定,公路连续上坡或下坡时,应在不大于规定的纵坡长度之间设置缓和坡段;缓和坡段的纵坡应不大于3%,其长度应符合最小坡长的规定。(2)应按照现场实测地形(1∶2000)图,做好拉坡展线方案设计,选择挖填土石方小、路径最短的线位。(3)陡峭山岭地段,运输便道外侧应设计安全防撞混凝土构筑物。
3.2.3运输便道中的钢便桥设计
(1)河流流水量较大的江河类便桥,应采用钢便桥。(2)桥面与平常的水位应相差1.0m;荷载应满足装有6m3的混凝土搅拌车通行,满足Ⅳ级公路活载标准要求。(3)按公路工程概预算定额,计算所建钢便桥的费用。
3.2.4横坡设计
(1)路面设2%横向“人字”坡;干线运输便道两侧设排水沟,其他设单侧排水沟,山岭地段设急流槽。(2)在透水性不好的压实层上填筑透水性好的填料前,应在其表面设2%横坡。(3)新填路基土每层回填碾压厚度为20cm,预留2%的坡度,以利于排水。
3.2.5其他几个方面的设计原则
(1)错车道设置。错车道最大间距300m,错车位置至少可以看到2个相邻错车道位置。(2)安全设施。山岭地段的运输便道,其外侧应设防撞墩;边坡应考虑防护网、设挡墙。(3)用地宽度。即运输便道两侧实际占地水平宽度。(4)双车道与单车道的确定。以满足施工期间最大行车密度为原则,来确定运输便道是设计成双车道,还是设计成单车道。在昼夜行车密度不小于200辆时,设计成双车道;昼夜行车密度小于200辆时,设计成单车道。(5)复垦。运输便道占用耕地、鱼塘等,应进行复垦设计,恢复至原状。由县、乡、村级沥青和混凝土道路改扩建成运输便道时,可不考虑复垦,工程开通后移交给地方使用。
3.3主要技术条件
(1)执行《大临暂行规定》中表6.3.2-1的规定。(2)参照《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》中四级标准,不同纵坡的最大坡长、不同设计速度的最小坡长、竖曲线最小半径和最小长度等。(3)纵坡。参照《公路工程技术标准》,越岭的运输便道线路连续上坡(或下坡)路段,相对高差在200~500m时,平均纵坡不应大于5.5%;相对高差大于500m时,平均纵坡不应大于5%。任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。(4)路堤最大高度及边坡坡度,执行《大临暂行规定》中表6.3.2-2的规定。(5)路堑高度及边坡坡度,执行《大临暂行规定》中表6.3.2-3的规定。
3.3.1路面种类和路基填料选择
临时运输便道路面,原则上选择以下3种类型:(1)泥结碎石路面;(2)碎砖路面;(3)砂土路面。设计中,应结合当地建筑材料来源及价格,进行经济比较后确定路面类型。采用碎砖材料的路面仅考虑运输费。(5)路基填料选择应就地(近)取材,以节省投资。
3.3.2运输便道路基压实度设计标准
参照《公路工程技术标准》中四级标准。
4概算编制实例
某新建时速200km的客货共线铁路,线路全长152km,站前工程工期3年。其中5km的双线铁路路段,地形平坦。需修建一条1km的双车道运输便道,路面采用泥结碎石材料,其一半宽度可占用铁路红线内征地,并利用铁路路基同侧的排水沟。按照以上所述的建设和技术标准,完成了运输便道的施工图设计,计算出了工程数量。按可参照的工程定额和概算编制办法等,编制的该运输便道的概算。
5结束语
在铁路工程建设中,有的建设项目需要修建运输便道,来运输工程建设所需的材料设备。本文根据《大临暂行规定》的要求,对运输便道选线应把握的要点,设计应遵循的标准和技术条件进行了详细地阐述。并以某新建铁路5km的双线区段为例,修建1km运输便道需要的投资编制了概算,大约33万元。
参考文献
[1]铁建设〔2008〕189号,铁路大型临时工程和过渡工程设计暂行规定[S].
[2]JTGB01-2014,公路工程技术标准[S].
[3]JTGD20-2006,公路路线设计规范[S].
[4]JTGD30-2015,公路路基设计规范[S].
[5]JTG∕TF20-2015,公路路面基层施工技术细则[S].
关键词:特重车;水泥路面结构;设计
Abstract: a company Shipyard Road supporting the project after the construction of nearly two years in 2012 June successfully passed the final acceptance, the main road for extra heavy vehicle construction, completion inspection has used more than a year, until the press time, road condition is good, without fracture or other obvious damage, surface better. In view of the current situation of extra heavy vehicle pavement design data as well as the lack of norms related problems, the author reorganizes the design process of the project, hope useful to explore the extra pavement structure design of car.
Keywords: heavy vehicle; cement pavement structure design;
中图分类号:文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
1引言
某公司修船厂道路配套工程在2012年6月顺利通过竣工验收,该道路主要为特重车行驶建设,车辆类型为DCY200型轴载车(见图一),设计车辆总长度15m、总宽度5.5m,共八轴每轴重310kN,接地轮压0.9MPa,接地当量圆直径0.48m。
(图一)DCY200型轴载车平面示意图
路面在没有进行整体竣工验收之前因厂区生产需要部分建成路段(达到养护龄期的路段)已投入使用,竣工至今经历一年多的使用检验,至笔者发稿时止,道路状况良好,未发生断裂或其它较为明显的破损,表面状况也较好。针对当前特重车路面设计资料欠缺,规范涉及不足的现状,笔者对本工程路面结构的设计过程予以整理,以期对特重车路面结构设计做出有益的探讨。
2路面结构的选择
道路位于修船厂内部,除了重载车DCY200外,其它通行的车辆基本为城市常见的普通商务客车及少量货车(轴载较低),各种车的交通量均较少。
在路面结构类型选取时,考虑到路面结构主要受厂内通行的大型重载车辆控制,水泥板块以其结构性能稳定、寿命长、刚度大、能承受重型车反复碾压、便于维修、抗水毁能力强且易于清洗路面油污等特性,综合考虑方便施工及保护环境的需要采用水泥路面结构+水泥稳定碎石的半刚性基层+碎石垫层的结构组合。根据厂家提供的特重车基本参数并综合考虑水泥路面结构需要,初拟路面结构为:
26cmC40水泥混凝土
1cm 沥青砂
35cm水泥稳定碎石(分两层,底层15cm、顶层20cm,压实度97%)
20cm碎石垫层
土基30MPa
3路面结构的设计计算过程
3.1概述
《厂矿道路设计规范(GBJ22-87)》(余同)第4.3.7条中关于新建水泥混凝土路面的基层顶面当量回弹模量计算公式虽有所表达,但是具体应用时发现一个问题,就是对应的图4.3.7弹性层状体系精确解图(图二)应用较不方便,把本工程设计车辆数据及图解图所查数值代入公式4.3.7中可得到新建基层顶面的当量回弹模量值,此值明显的低于同样的数据代入《公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40—2002)》中计算得到的214MPa基层顶面当量回弹模量值。如何解决该问题呢?经分析研究《公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40—2002)》后认为,本设计采用的基层、垫层均为常见的结构层,层厚等数据也符合《公路水泥混凝土路面设计规范》中关于基层顶面当量回弹模量的计算范围,两规范中基层顶面的当量回弹模量理论均是基于相同的弹性层状理论体系进行换算而来,并未涉及到路面结构的计算,同时,考虑《厂矿道路设计规范(GBJ22-87)》已有二十多年未予修订,其理论已迟滞于现有的水泥混凝土路面的发展,原有理论有一定的时间局限性,分析差值缘由可能和规范制定时重型压路机等施工机械应用较少有关,故在本次设计中转而采用《公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40—2002)》计算基层顶面的当量回弹模量数值。
(图二)弹性层状体系精确解图解
3.2计算过程
3.2.1抗折疲劳强度计算
交通量每日6次,路面结构以310KN为设计的标准轴载,根据《厂矿道路设计规范》4.3.3条
(4.3.3)
设计年限取30年,轮迹横向分布系数取0.5。设计年限内轮迹累积作用次数:
(4.3.4)
按表4.3.5取水泥砼路面结构的抗折强度5.5MPa,抗折模量33GPa,水泥砼的抗折疲劳强度:
(4.3.6)
3.2.2荷载应力计算
汽车为并行的双轴,每轴310KN,轮压为0.9MPa,由此计算轮胎轮迹当量直径为48CM。
土基回弹模量=30MPa。
基层顶面的当量回弹模量(见《公路水泥路面设计规范》)
3.2.3由《厂矿道路设计规范》
(4.3.9-2)
(4.3.9-1)
查图4.3.10(图三),得
(图三)行驶重型自卸汽车的水泥混凝土路面设计荷载应力计算
取1.05取1.05
(4.3.10)
3.2.4综上结果初拟的路面结构符合要求。
3.2.5构造措施:
(1)为避免开裂、雨水下渗并适当储备强度,距面层顶面100mm处设置了单层HRB400钢筋网片φ8@150×200( mm)。
(2)设置了沥青砂防水层,主要是考虑可以减少水渗入基层,同时可以作为调平层减少板厚差异避免断裂。(本项尝试在新版规范《公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40—2011)》颁布之前,规范颁布之后验证了设计思路)。
(3)将基层适当增加了5cm厚度,总造价增加不多,但是有利于分层施工和增加强度储备。
(4)板块间设置纵横缝拉杆增强板块均匀传力。
(5)在水泥板块内设加固钢筋(如:板块纵向边缘加固、板角加固、检查井周边加固、横穿过路管线路面加固等,并根据《上海市公路与城市道路设计指导意见(试行)》设置了防沉降井座,用以保护路面结构。
4结语
通过本工程的设计,我认为现行的《厂矿道路设计规范(GBJ22-87)》虽未被废止,但20多年已经过去,规范中许多规定已经不符合现阶段设计需要,尤其是几何线形和路面结构计算上比较模糊,为设计人员参照使用带来了不便,设计质量也难得到保证。因此,设计时应注意以下几点:
(1)建议设计人员在厂矿道路设计前认真调查设计车辆的参数(大型厂矿内部一般都会通行特重车,特别应注意转弯半径、轴载、轮压及轮胎其它参数等指标),并根据厂内生产情况确定交通量。在几何线形和道路标准的选定上至少满足双重标准(即:《厂矿道路设计规范》、《公路路线设计规范》)并兼顾特重车参数,以尽量确保使用要求。
(2)《厂矿道路设计规范》中关于水泥的强度参数为计算抗折强度和抗折弹性模量,与公路和市政道路中的规定不同,因此选择混凝土标号时,应注意与商品混凝土公司沟通或进行必要的试验,以确定适当的水泥标号。
(3)目前,正值交通工程类相关规范密集更新阶段,在本项目设计完工至今,已新颁布实施的规范主要有《城市道路工程设计规范(CJJ37-2012)》、《城镇道路路面设计规范(CJJ169-2012)》、《公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2011)》,规范中对土基压实度、回弹模量等有一定的调整,但并没有关于特重车路面结构设计的具体内容,因此,目前阶段在设计特重车路面结构时,仍应主要参照《厂矿道路设计规范(GBJ22-87)》执行,期待着此规范的更新或有专用规范的出版。
采用的资料:
1.《厂矿道路设计规范(GBJ22-87);
【关键词】公路;改建;设计;体会
Experience on road reconstruction design
Liao Jing-jing
(Shenzhen Institute of Comprehensive Transportation DesignShengzhenGuangdong518003)
【Abstract】In this paper, through the building earlier and longer operating time for investigation and analysis of road, from the route, roadbed, road and bridges and culverts and other aspects to consider, made their way to the reconstruction of some of the old knowledge and experience.
【Key words】Highway;Reconstruction;Design;Experience
随着改革开放全面开展和深入,国民经济的迅猛发展,交通运输业日益繁忙,公路交通量也与日剧增,目前现有的公路已很不适应国民经济运输的需要,因此国家、地方各级政府和有关单位、部门、企事业逐步加大了交通基础设施的投入,对国道、省道、县道以及干线和专用道路实行改建和扩建。本人从工作以来对多条公路改建进行了调查、勘测和设计,对公路改建设计有一些认识和体会,现概述如下:
1. 旧公路调查的重要性
顾名思义是对旧路改建,因此要在设计前必须进行沿线摸底调查、勘测,特别对急弯陡坡、窄路、坏路地段、日夜交通量以及与周边的关系等进行详细细致的调查,对改建方案的可行性进行分析、考虑和研究,对征地、拆迁的难易进行摸底、对工程量的大小、工程资金的投入进行估算,对历年交通量的调查、远景交通量的评估、预测等是十分重要的。
1.1平、纵、横线形的调查、分析与考虑。
旧路由于大部分建于改革开放前及80年代前,由于经济不发达,资金紧缺,采用的技术标准比较低,加上施工中又多是大干快上全民修路,管理不可能严,因此已有旧路不是达不到设计标准,就是过去老标准,已很不适应目前日益增长的车辆行车需要,因此,在旧路平面上,要在弯道路段调查弯道数,弯道半径,弯道间直线距离,并进行实际测量,看转弯半径等主要技术指标是否符合新标准要求,在纵面上,直线路段要考虑其纵坡的合理性,在弯道处不但要考虑纵坡还要考虑其合成纵坡以及与天上地下建筑物、管线之间的关系,在横向不但要考虑宽度是否满足要求,同时还要考虑弯道处是否要加宽和加宽值的多少以及与周边建筑物的关系。旧路如果线型较好或者可以通过微调能达标的,在平纵面设计中均考虑充分利用旧路,以节省土地、节省征地拆迁的费用、时间和对周边的影响;如果旧路线形极差,如弯道多、半径小、交点间距极短,且受地形、地物的限制,所花费用又很大,应考虑改线。
1.2路基、路面现状调查与考虑。
路基、路面现状调查还要包括当地气候、地质等因素对路基路面的影响,路基、路面宽度、结构形式及近几年对交通量的适应情况等。只有对旧路路基、路面情况进行充分的了解以及对过往车辆的适应情况,在路基设计、路面设计或路面结构补强设计时才能做到心中有数,设计方案才能既实用又经济合理,满足要求。
1.3 测弯沉、考虑承载能力。
对旧路路基、路面结构的整体强度,应进行弯沉测量,对测试结果应根据弯沉值大小、路面结构分段和不同情况归类整理计算,收集好资料,以便于下阶段路基、路面结构设计时综合考虑。
1.4桥涵结构物现状调查。
旧路区域内如河网密集,一般公路上桥涵较多,对旧桥涵是加宽改造还是拆除重建应对旧桥涵现状调查了解后才能决定,所以应对旧桥涵的跨径、净宽、净高、荷载标准、结构形式、使用情况、是否为碍航建筑物、桥头接线线形是否顺直等做充分、详细的调查,对大、中桥荷载标准不能确认时,应做承载能力试验。
2. 主要技术指标的选用
2.1公路等级。
公路等级应根据公路网的规划和远景交通量,结合公路的功能、性质从全局出发综合确定。
2.2设计车速。
设计车速一般根据公路等级采用,但是在实际应用中,应结合公路的功能、性质、交通组成等综合确定,特别是对于老路改造工程,应顺应地形地物,在保证行车安全、舒适的前提下,从经济合理的角度出发,灵活地选用。对位于城市出入口的一级公路,混合交通严重,车速不宜太快,可参照城市道路标准,采用80Km/h的设计车速;对于二级公路,一般情况下应采用60Km/h设计车速。
2.3路基标准横断面。
路基横断面直接影响到工程的规模和投资,路基标准横断面应根据公路等级、交通量预测分析结果选择,同时又应综合考虑路段功能性质及交通组成,结合地形、地物、城镇规划,注意到绿化美化和环保,采用既能满足道路通行能力、与城镇规划相适应又经济合理、适应地形地物的横断面。
2.3.1一级公路路基标准横断面。
区域内改造为一级公路的均为区域间干线公路,不但交通量大,而且本区域内一般公路沿线村庄密集,混合交通比较严重,根据《公路工程技术标准》和本地区经验,为适应集镇城市化的发展,一般采用主要行车道和集散行车道分开的形式。主要车道可采用双向6车道,行车道宽3.75m,中央采用隔离栅或中央防撞墙分隔对向行驶的交通流,两侧设置绿化分隔带,绿化带外为8m集散车道,当道路两侧宽度条件允许时,可考虑设置非机动车道和人行道,为以后公路改造为城市道路打下基础。
2.3.2二级公路路基标准横断面。
二级公路路基横断面一般采用一幅路形式,宽度根据交通量及交通组成采用,一般分三种情况:
(1)如交通量较小,混合交通也不太严重,则路基全宽12m,路面宽9m。
(2)如交通量一般,混合交通一般,则路基全宽15m,路面宽12m。
(3)如交通量较大,混合交通也较严重,则路基全宽17m,路面宽14m,并且用车道线划分快慢行道。路肩可根据实际情况采用土路肩或采取硬化措施。
3. 路线线形设计
3.1设计原则
公路是一种带状构造物,在保证使用任务和经济合理的前提下,应尽可能保持较高的安全性和舒适性。公路线形是三维的立体线形,为方便设计施工操作,将其简化为平、纵、横三方面描述,线形设计应对这三方面进行综合设计,保持各要素间的协调一致,做到平面顺适、纵坡均衡、横面合理。公路的线形运用在很大程度上取决于工程投资与线形舒适性的平衡。在线形设计中应着重考虑线形的连续流畅和立体线形设计,并应顺应地形,地物,注意和环境协调一致,对于老路改造工程应灵活运用线形设计指标,在困难地段适当调整,在满足线形要求的前提下,充分利用老路。
3.2平面线形设计。
平面线形设计时,在一般较为顺直的路段,尽可能采用较高的指标进行调整,以求改造后有良好行驶条件下;在较困难路段,应充分利用规范允许的曲线组合,在满足技术指标的前提下,充分利用老路;在老路线形极差且又受地形地物限制无法调整时,应考虑改线方案。
对于老路改造工程,路线定线时,应以老路为主要控制物,充分利用老路,同时还应将大型建筑物、大河等作为控制点。穿越城镇区时,应注意结合地方发展,尽量与城镇规划相协调。在平面线形方案初步形成后,应征求沿线地方政府及交通主管部门意见,尽量让路线方案使各方满意。
3.3纵断面设计。
纵断面设计时,应注意以下几方面:
(1)满足各控制点的高程要求。
纵断面控制点一般有桥梁、相交道路、城镇建筑物等。桥梁设计高程应满足桥下通航净空要求及设计洪水频率要求的泄洪断面要求;对立体相交的道路要满足本路和被交路的行车净空要求,对平面交叉的道路要顺适衔接;路线穿越城镇时应尽量和地形、地物相协调一致。
(2)充分利用老路路面结构。
在一般路段,路线的纵断面设计与路面结构的补强设计是相辅相成的,纵断面拉坡时,应尽量拟合老路,避免大填大挖。在老路路面情况较好时,为充分利用老路路面结构,尽量不要开挖老路,使补强厚度最大限度地接近填高。
(3)其它。
老路改造纵断面设计时,为充分利用老路,一般纵坡较碎,坡长较短,但在有条件时,还应尽可能取较高的指标,以求良好的行驶条件,并适当注意平纵组合,使纵断面方案不但经济合理,而且有良好的线形。
4. 路面结构补强设计
路面结构补强设计时,应根据原老路路面结构具体处理。
4.1旧水泥混凝土路面。
当老路路面为水泥混凝土路面时,一般先测试混凝土板块弯沉,根据弯沉测试结果综合路面其它情况先对老路面进行考虑处理。当老路面较好时,对老路面不予处理;当老路面一般时,对混凝土板块进行钻孔压浆处理;当老路面较差时,应新浇砼板块。在对老路面处理后,一般要在上面加铺补强层。本地区一般采用沥青面层作为老路面的加铺层,这种形式的路面结构能吸收两种材料的优点,“刚柔相济”,即旧水泥砼提供了稳定、坚实的基层,沥青路面提供了行驶舒适的面层。为防止和延缓旧水泥混凝土板的反射裂缝的发生,通常要在旧水泥混凝土裂缝和接缝位置铺设土工格栅、土工布或粘贴改性沥青油毛毡。有条件时沥青表面层采用改性沥青SMA结构,其防反射裂缝的效果更好。
4.2旧沥青路面。
旧沥青路面对病害较严重路段应根据实际情况处理。当面层、基层裂缝较严重时,应开挖处理,然后在沥青补块上铺设玻璃纤维格栅;对较大的沉陷,应查明原因,翻挖处理。一般路段利用老路路表弯沉测定结果,计算出代表弯沉值,并反算成老路路面当量土基回弹模量,再按弹性层状体系理论计算加铺补强层厚度。在加铺前需刨毛老沥青面层。
4.3旧碎石路面。
对泥结碎石、级配碎石路面改建成高级路面时,一般将旧路豁松、打碎,掺灰处理,使其成为底基层,然后再根据弯沉情况加铺补强层。
5. 桥涵改造设计
对老路改造工程,桥涵一般需拆除重建或加宽改造,决定桥涵拆除重建还是加宽改造主要从以下几个方面考虑:
(1)原桥涵是否满足设计荷载标准,不满足,能否通过适当加固达标;
(2)原桥涵是何种结构形式,服务年限多长,使用状况如何,利用价值是否大;
(3)原桥涵是否满足排洪要求,航道上桥梁是否满足通航要求;
(4)是否限制路线平、纵面线形,使路线指标不能满足技术指标,或能满足而导致不能充分利用老路,在经济上得不偿失。
对老桥涵进行上述四方面分析,在经济上、技术上进行比选,根据实际情况决定老桥涵拆除重建或加宽改造。本区域内一般老桥涵均荷载标准低,结构形式较差,加固改造技术复杂,工程难度大,而且许多老桥为保证桥梁和河道正交,桥头接线线形较差,所以老路改造时大多数拆除重建,小部分情况较好的加宽改造。
参考文献
[1]公路工程技术标准 (JTG B01-2003).
[2]公路水泥混凝土路面设计规范 (JTG D40-2002).
[3]公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004).
[4]公路路线设计规范 (JTG D20-2006).
[5]公路路基设计规范 (JTGD30-2004).
关键词: 公路 路基 路面 改建
引言
近年来,随着社会经济的快速发展,交通量不断增长,现有国省道已不堪重负,难以承担交通运输发展的需求,路面破损及阻塞状况愈演愈烈,原有道路通行能力变差、舒适性变差、经济性变差,因此,采取旧路改建予以恢复或提高其使用功能,是行之有效的解决办法。
1.旧路特点及改建的一般原则
1.1旧路特点
1.1.1技术等级低,排水设施不完善或毁坏,严重影响路基、路面的稳定和使用寿命。
1.1.2个别路段路基强度不高,软弱地基没有处理,路基土质较差。
1.1.3老路面结构厚度薄,路面材料老化。
1.2旧路改建的一般原则路基路面改建方案确定前第一个重要环节就是对老路路基路面现状的调查和评定,这一工作直接影响到改建方案确定和工程投资。
1.2.1经济原则,尽量利用旧路资源,设计方案进行充分的经济比选。
1.2.2节约用地原则,充分利用原有路基,对路基加宽方式、改线方案结合工程技术指标、工程造价、征地拆迁等因素进行综合考虑。
1.2.3环保原则,采取再生技术对老路面进行再生利用,尽可能地减少工程的废弃物。
2.旧路摸底调查
2.1交通量的调查交通量的调查以及交通车辆的组成调查,尤其对重载车辆的调查,近年来社会上重载车辆比例大,在路面结构设计时应通过现调查交通量预测远景交通量,来设计路面结构层,以保证路面达到预计的使用寿命。
2.2路基、路面现状调查路基、路面现状调查包括路基、路面宽度、结构形式及近几年大修改建情况等,现状老路面的调查和评价。公路路基拓宽改建设计前,应对原有路基的病害进行处理。调查内容包括旧路路基的填筑材料、使用和损坏等病害情况,分析病害的种类、规模、状态、原因等,并在施工前或施工期间,对路基不同类型的病害要进行彻底地处理。原路面现状调查应对原路面破损程度进行分段评价,分析路面破坏原因,分段拟定路面改建方案。
2.3弯沉检测 弯沉检测是评价旧路的整体强度,进行路面设计的重要依据,对检测结果应根据弯沉值大小、路面结构情况分段整理计算,以便于下阶段路面结构补强设计。
3.旧路基的改建与处置
3.1旧路基的利用 旧路基经过多年的行车作用基本稳定,因此旧路改建时一般宁填勿挖,充分利用,对于局部出现翻浆、沉陷等破坏严重或弯沉较大的路段可采取换填碎石、砂砾及打砂桩、石灰桩、粉喷桩处理。
3.2旧路基加宽综合处置方案 本地区旧路两侧地基的特征主要表现为,在靠近村镇路段路两侧生活垃圾和建筑垃圾较多,局部地段含水量大,综合工程实践,目前适合本地区的加宽处置措施主要有以下几种:
3.2.1方案一台阶开挖,适合地基土质较好的路段。
3.2.1方案二台阶开挖+天然沙砾基底处理,适合含水量大、沟塘的路段,在具体应用时应结合项目的实际条件和工程造价综合考虑。如米横线按照方案一进行处理,该道路大部分路段为利用挖方加宽路基,填土高,地质水文条件良好。省道204鱼横段K225+200-K225+500路基加宽按照方案二进行处理。
3.3旧路边沟的补修和增设 对于旧路缺少边沟的路段,必须增设边沟,以迅速排除路面水流,边沟的形式及断面尺寸应根据当地降雨量大小确定。
4.路面结构改建方案
4.1新铺基层和面层
旧沥青路面改建比较常规做法是对老路补强改建,老路改建前也应对对病害较严重路段进行处理,对较大的沉陷,应查明原因,翻挖处理。一般路段利用老路路表弯沉测定结果,计算出代表弯沉值,并反算成老路路面当量回弹模量,再按弹性层状体系理论计算加铺补强层厚度。过去几年,旧路改建大多是挖除沥青面层,加铺灰土碎石基层,再铺沥青面层,对于旧路面材料只得拉到偏远的垃圾场废弃。
近年来,由于公路事业的发展以及资源供应的日益紧张和人们环保意识的增强,沥青路面再生技术引起人们的重视,冷再生技术得到了推广应用,就地冷再生技术,就是直接在旧路面上撒铺上水泥或水泥、碎石,用冷再生机直接将原沥青路面打碎和新铺材料拌合成新路面基层或底基层。再加铺基层或面层。
冷再生技术主要是将原有的路面材料加以重复利用,原有的路面材料主要起骨料的作用, 现场冷再生外掺材料为水泥、碎石、水。水泥现场冷再生混合料7 d无侧限抗压强度应满足大于等于3.1 MPa的技术要求,压实度大于等于97%. 当采用水泥用量试件强度达不到设计要求时,应采用较高标号水泥或用硅酸盐水泥替代矿渣水泥使混合料满足强度要求,现场实际施工水泥剂量应小于6.0%.国道307子洲至靖边段路面大修改建就采用了现场冷再底基层。大大节约了材料,使用效果良好。再生技术使原有路面材料可以再生利用,有利于保护环境,节省资源,降低工程造价,因此值得推广应用。
4.2水泥混凝土路面
对于旧沥青路面翻浆严重路段,在对路基及基层进行翻挖处理后,铺筑水泥混凝土路面,以提高路面的耐久性。省道204鱼河至横山段K225+200-K225+400,因路基翻浆严重,该段路面成了养护工作中的老大难,年年补,年年烂,就对该段路基换填20cm砂砾,基层采用20cm灰土碎石,将路面改为20CM水泥混凝土路面,改造后路面使用效果良好。
5.结束语
随着科学技术的进步,新工艺新技术的应用,旧路改建方法越来越多,在确定改建方案时必须在对老路现状充分了解的基础上,坚持因地制宜、经济环保的原则。在具体实施时应根据设计方案修建试验路段,以确定施工工艺、施工质量控制的方法。
参考文献:
[1]JTG H20-2007,公路技术状况评定标准[S].
[2]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].
[3]程兴新,董强,唐娴,等.公路改扩建工程实用技术[M].北京:人民交通出版社, 2007.
[4]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2000.
[5]JTG D50-2006,公路沥青路面设计规范[S].
关键词:道路工程;加铺层设计;有效模量;结构层系数;AASHTO
中图分类号:U416.217文献标识码: A 文章编号:
一、AI沥青加铺层设计方法
AI的路面设计采用2个应变量作为设计指标:一个是沥青混合料层底水平拉应变,以控制路面疲劳开裂;另一个是路基顶面竖向压应变,以控制永久变形。AI法将路面视为多层弹性体系,根据交通量和土基强度确定路面所需的总厚度,根据旧路面状况确定旧路面结构层的有效厚度。旧路面各层的厚度换算系数。由公式,计算加铺结构层厚度。
二、AASHTO沥青加铺层设计方法
AASHTO加铺层设计是基于剩余寿命的概念,满足未来交通量所需的加铺层厚度,可由式(1)确定。(1)式中:为加铺层的结构数;为沥青加铺层的结构层系数;为加铺层厚度;为承载将来交通所需要的结构数;为旧路面的有效结构数。
可根据式(2)确定(2)
式中:为80kN当量荷载作用次数的预测值;为给定可靠度的正态偏移;为结合交通预测和性能预测的标准离差;为初始设 计服务 性指数(取值为4.2~4.5)和最终路面设计服务性指数(主要公路不小于2.5,次要公路不小于2.0)的差值;为路基土的回弹模量。 (3) 式中:、、分别为面层、基层和底基层的结构层系数;、、分别为面层、基层和底基层的厚度;、分别为基层、底基层的排水系数。
可以通过现场路面状况调查和路面材料的结构性能测试来评价,具体可以根据路面状况选择沥青路面各结构层的层系数,然后确定。
三、路面结构层有效模量的确定
路面结构层的模量,是路面结构设计的重要参数。中国路面材料静态参数与AASHTO设计方法动态参数有良好的对应关系。AASHTO给出了密级配沥青混凝土模量和结构层系数的关系,结构层系数与回弹模量基本上是线性关系,如图1所示。
由图1可知,旧路面状况与AASHTO层系数、路面结构的有效厚度、路面各层的模量有密切关系。所以可根据旧路面状况估计路面结构层的有效模量,以有效模量作为路面加铺层的设计参数,进行加铺层设计。
1.沥青路面面层有效模量的赋值
沥青面层有效模量参照AASHTO加铺层设计方法确定。如对于旧沥青面层的第Ⅰ阶段的有效模量,可根据《公路沥青路面设计规范》推荐的沥青混凝土的中值模量(1400MPa)进行折减得到,所以旧沥青面层第Ⅰ阶段的有效模量推荐值为1100~1400MPa。其他类的模量可以利用旧沥青面层的第Ⅰ阶段的有效模量推荐值与AASHTO层系数和模量大致的线性关系,用插值法推导出来。
2.半刚性基层材料有效模量的赋值
半刚性基层材料是中国高速公路广泛使用的材料,王旭东的研究给出了中国半刚性材料模量与AASHTO推荐模量之间的关系,认为在可靠度为50%时,动态回弹模量为静态模量的2.2倍。
按照基层的开裂状况分阶段确定基层材料的有效模量,把半刚性基层在使用过程中的状态经历分为3个阶段:疲劳开裂前阶段,这个阶段的模量为4000~6000MPa;疲劳开裂阶段,这个阶段的模量为1300~1700MPa;疲劳开裂后阶段,这个阶段的模量为400~600MPa。半刚性基层其他阶段的有效模量,可以根据插值法计算出来,
四、路面结构层有效模量的判断方法
1.沥青面层有效模量的判断方法
对沥青路面上面层有效模量的评估,可根据旧路面状况中的龟裂数量进行评估;对沥青层中下层的有效模量,可以取与上面层模量相近的值,但要小于现行规范推荐的中值。
2.半刚性基层有效模量的判断方法
目前,半刚性基层的主要病害主要通过雷达检测评定。半刚性基层的有效模量可以根据雷达检测数据进行评估,算出半刚性基层龟裂的百分率。
五、基于有效模量的加铺层设计步骤
根据中国《公路沥青路面设计规范》,确定设计交通量ESAL。
(2)确定土基回弹模量。
(3)估计旧路面的有效模量,旧路面结构层的有效模量。
(4)根据交通量计算设计弯沉。
(5)用HPDS 2006公路路面设计程序系统,计算加铺后的计算弯沉,使≤。
六、加铺层厚度设计示例与对比分析
为进一步说明基于结构层有效模量的沥青路面加铺层设计过程,以某高速公路的检测资料为基础给出设计案例,并与现行规范的设计方法、AASHTO和AI设计方法进行对比分析。
1.交通量现状和原路面状况
路段的交通量数据:路面竣工后第一年日平均当量轴次为10 339;设计年限内一个车道上累计当量轴次为2.558 783。运用AASHTO、AI设计方法,需要把中国的100kN的当量轴载换算成80kN的当量轴载,对于2种设计方法的不同标准轴载,可采用四次幂定律公式进行换算,即(4) 式中:为轴载等效系数;为任意标准轴载;为待换算轴载。将一个车道上的100kN累积当量轴次按式(4)换算成80kN的当量轴载,为6.240 93。
2.基于有效模量的加铺层设计方法
根据沥青面层模量的判断方法,沥青面层有小于5%严重龟裂和较少的中等和严重的横向裂缝,第Ⅱ阶段,所以选用模量为950MPa。由于旧水泥稳定基层出现小于7.2%中等的龟裂,属于第Ⅲ阶段,所以选取模量为1000MPa。水泥石灰土模量按经验取350MPa。用HPDS2006公路路面设计程序系统,计算得到加铺层厚度为10.0CM的热拌沥青混合料(HMA)。
3.AASHTO设计方法
(1)和的确定。本例中假设为4.2,为2.5,得到为1.7,土基回弹模量取40MPa;分别取不同的可靠度水平R和标准差,按照式(2)确定的值;根据旧路面状况,评估的为4.767。不同的可靠度水平R和标准差的结构数
(2)由式(1)计算的加铺层厚度,其中层系数取0.44(为新拌沥青混凝土常用的层系数)。
4.AI法的厚度设计
由土基模量和交通量可以得到,据旧路路面状况和表1得到;由公式,得到为9.7cm热拌沥青混合料(HMA)。
七、结语
(1)中国现行规范的方法是根据路面实测弯沉来确定路面的当量回弹模量,然而弯沉和路面破损程度无明显对应的联系,这就会导致有些路段弯沉很小,但路面破损却非常严重,出现按照现行规范方法无法进行加铺层设计的问题。
(2)参考AASHTO的旧沥青面层层系数的建议值,根据旧路的路面破损状况及模量与层系数的关系,确定了中国的旧沥青路面有效模量建议值,然后参考中国新建沥青路面设计方法,提出了基于有效模量的加铺层设计方法。
(3)经过实例验证和与其他加铺层方法的对比分析,本文的设计方法所得到的加铺层厚度为10cm,与AI法和AASHTO法较为一致,避免了现行规范当路面代表弯沉值较小时无法进行加铺的情况,可以有效指导半刚性基层沥青路面加铺层设计。
参考文献:
[1]JTJD50-2006,公路沥青路面设计规范[S].