水泥土無側限抗壓動態(tài)特性的研究

1、水泥土無側限抗壓動態(tài)特性的研究1概述建立水泥混凝土路面管理系統(tǒng)的一個主要目的，是提供有關最佳養(yǎng)護和改建對策和最佳資金分配方案的分析，以便決策者選擇最經(jīng)濟合理的方案，合理地分配和使用有限的資金。因此，進行項目排序、方案優(yōu)化和輔助決策是路面管理系統(tǒng)的核心組成部分。路面管理系統(tǒng)包括項目級和網(wǎng)級兩個層次。對于項目級路面管理系統(tǒng)而言，決策與優(yōu)化指在進行科學的路面的使用性能和結構狀況評價后，根據(jù)其結果確定是否需要修復或改建，何時進行改建，應采取何種修復或改建對策。而對于網(wǎng)級系統(tǒng)，須考慮網(wǎng)內(nèi)所有路段，根據(jù)各路段的使用狀態(tài)和結構狀態(tài)，以及各路段在路網(wǎng)中的地位，作出科學、合理的決策。因此，不同于項目級決策，它在

2、分析中要著重考慮項目間的平衡和資金限制問題。為此，要用排序和優(yōu)化以幫助作出管理決策。排序和優(yōu)化方法可分為以下幾種類型：(1)根據(jù)路面的使用性能參數(shù)進行排序，例如現(xiàn)時服務能力指數(shù)(PSI)、路面狀況指數(shù)(PCI)等。這類方法以客觀路況進行分等，使用迅速簡便，但所得的結果可能遠非最優(yōu)。(2)根據(jù)經(jīng)濟分析參數(shù)進行排序，例如凈現(xiàn)值、效益-費用比、內(nèi)部回收率等。這類方法比較簡便、分析結果較接近于最優(yōu)。(3)利用線性規(guī)劃和整數(shù)規(guī)劃模型，按總費用最小或效益最大進行優(yōu)化。此種方法較復雜，但可以得到最優(yōu)結果。(4)利用動態(tài)決策模型，按總費用最小進行優(yōu)化。 2決策與優(yōu)化方法 水泥混凝土路面養(yǎng)護的決策與優(yōu)化是建立在

3、使用性能評價和結構狀況評價的基礎上。通過路面使用性能評價和結構狀況的評價，可以了解各路段路面的服務水平和結構狀況，知道哪些路面需要采取養(yǎng)護和改建措施。對于需要采取措施的項目，則要進一步為之選擇合適的養(yǎng)護和改建對策，以便估算所須費用，并進而依據(jù)效益和投資可能性篩選項目和編制計劃。養(yǎng)護和改建對策的合理選擇，主要考慮三個方面：第一方面是路面的現(xiàn)狀，即各項使用性能滿足的程度，要依據(jù)不適應的方面和程度選擇相應的對策。第二方面是今后需要改善的程度，交通量大或發(fā)展快的路段，顯然要采取較重的措施。第三方面是效益和經(jīng)濟性，不能僅僅考慮一項對策，而應比較分析期內(nèi)各可能對策方案的經(jīng)濟效益，據(jù)此選擇最佳方案。 2.1

4、備選方案各地區(qū)養(yǎng)護部門在長期的路面養(yǎng)護工作過程中積累了大量的經(jīng)驗，都有一套適應當?shù)刈匀粭l件(氣候、土質(zhì)、料源)及施工水平和習慣的路面養(yǎng)護和改建措施。因而，可以收集和調(diào)查這些習用的措施，并邀請有經(jīng)驗的養(yǎng)護工程師，征詢他們對這些措施的使用效果的評論意見。在此基礎上，通過歸類、舍棄和增添等分析。制訂出一套更為簡明而合理的典型備選對策，供系統(tǒng)分析和抉擇。根據(jù)句容市公路管理處的養(yǎng)護經(jīng)驗，總結各種損壞類型采用的小修保養(yǎng)和中修措施，列于表1。 小修保養(yǎng)和中修措施選擇表1 損壞類型措施不修裂縫填封接縫填封深修補全厚修補換板板底灌漿磨平板面抬高板面縱、橫、斜向裂縫LLMHHH交叉裂縫和破碎板LH板角斷裂LLMH

5、MHMH唧泥錯臺HLMLM接縫破碎LLMLMHMHMH紋裂、網(wǎng)裂和起皮LMHH坑洞修補損壞LMMHHH注：表中L-輕微；M-中等；H-嚴重損壞。 這里需要指出的是，這些備選對策并不是在養(yǎng)護計劃中一定要具體實施的措施，而是在網(wǎng)級路面管理系統(tǒng)中供資源和選擇項目時進行分析用的可考慮的典型對策。對于使用性能很低、結構破壞嚴重的路段，應考慮大修或改造。一般方案可選擇：瀝青混凝土罩面；敲碎板塊，碾壓整平，若強度不夠則作為基層，再進行補強設計路面厚度；敲碎板塊，碾壓整平，若強度足夠則用瀝青混凝土罩面。 2.2方案的經(jīng)濟分析無論是網(wǎng)級還是項目級路面管理系統(tǒng)，都需要應用工程經(jīng)濟原理，分析每一個項目或每一個對策方

6、案所的各項費用，并將它同其它項目或對策方案所需的費用作比較。一般可用于方案比較的經(jīng)濟分析方法有；(1)現(xiàn)值法；(2)年費用法；(3)收益率法；(4)效益-費用比法；(5)費用-效果法等。前三種方法屬于貼現(xiàn)現(xiàn)金流量分析法，是比較常用的方法。 2.3決策及其優(yōu)化準則水泥混凝土路面的養(yǎng)護質(zhì)量標準應符合表2的規(guī)定。水泥混凝土路面養(yǎng)護質(zhì)量標準表2 評件指數(shù)單位高速、一級公路其它等級公路平整度平整度儀()mm2.53.5三米直尺(h)58路面狀況指數(shù)PCI60分以上50分以上抗滑系數(shù)0.300.40根據(jù)對現(xiàn)有路面質(zhì)量的評價及預測結果的分析，以及對公路性質(zhì)、等級和交通量等因素的考慮，并結合當?shù)丶夹g水平、地理

7、區(qū)域特點(氣候、土質(zhì)特點等)、及實際交通量增長情況，合理提出、安排大、中、小修及常規(guī)養(yǎng)護的對策和先后順序，為該路段制定一個短期和中長期養(yǎng)護的日程安排表。養(yǎng)護對策應符合下列要求：(1)路面綜合評定指標(SI)為優(yōu)、良，壞板率在5%以下的路段，宜以日常養(yǎng)護為主，局部修補一些對行車安全有影響的板塊；(2)路面綜合評定指標(SI)為優(yōu)、良，壞板率在5%15%的路段，除按正常的程序進行保養(yǎng)維修外，宜安排大中修進行處治；(3)路面綜合評定指標(SI)為中、差，壞板率在15%50%的路段，必須安排大中修進行處治；(4)壞板率在50%以上的路段，必須進行改善。優(yōu)先順序的主要考慮原則為：(1)路線行政等級高的先

8、于路線行政等級低的；(2)路面使用質(zhì)量差的先于路面使用質(zhì)量好的；(3)在相同條件下，以壞板率大者為先。依據(jù)以上原則 ，經(jīng)綜合考慮后選定優(yōu)先順序。同時，針對某一路段的某種程度的損壞狀況，按以往養(yǎng)護經(jīng)驗 ，公路局可能有多種養(yǎng)護對策，因而必須通過經(jīng)濟分析，在一定資金條件下使得凈效益最大，從而確定最佳養(yǎng)護方案。按使用性能排序所得到的優(yōu)化順序，雖能反映出各項目需采取改建措施的迫切性，但并不能保證其優(yōu)化結果，還必須進行經(jīng)濟效益的定量分析，以選擇經(jīng)濟合理的最佳養(yǎng)護和改建方案。 3水泥路面決策與優(yōu)化的計算機實現(xiàn) 在本系統(tǒng)開發(fā)初期，考慮今后跟網(wǎng)級路面管理系統(tǒng)的連接及和其它子系統(tǒng)統(tǒng)一協(xié)調(diào)，并且根據(jù)現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫管理的

9、計算機語言的發(fā)展趨勢，我們選擇Microsoft公司的Foxpro for windows(2.5b)作為數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在總體設計過程中，充分發(fā)揮Foxpro在數(shù)據(jù)庫管理方面的特殊優(yōu)越性，一改以往將數(shù)據(jù)管理與運行程序相分離后而造成兩者界面的不完整性，將Foxpro作為主體，而將C+語言程序作為動態(tài)程序庫，通過Foxpro的API(application programinterface)接口將其動態(tài)與Foxpro連接，從而使整個系統(tǒng)顯得結合靈活、功能齊全。 3.1數(shù)據(jù)庫的功能實現(xiàn)在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫時，考慮到各個子系統(tǒng)所用的數(shù)據(jù)有一定的重疊性，故建立一個統(tǒng)一、公用的數(shù)據(jù)庫，其容納了水泥混凝土路面所有的

10、數(shù)據(jù)。各子系統(tǒng)運行時，可從總庫中拷貝相應的數(shù)據(jù)，形成自己的數(shù)據(jù)庫，退出系統(tǒng)時再將其寫回公用數(shù)據(jù)庫。路面管理系統(tǒng)的源數(shù)據(jù)種類繁多，故根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系將其分別組成幾個文件，分別如下：(1)路面基本文件：指路段名、路段編號、設計單位、施工單位、施工時間、全段總長等。(2)設計文件：包括設計軸載、交通量增長率、設計年限、道路等級、幾何數(shù)據(jù)、結構的材料、厚度等。(3)養(yǎng)護歷史：指以往養(yǎng)護工作的歷史。(4) 路面狀況文件：包括損壞狀況數(shù)據(jù)、彎沉、平整度、磨擦系數(shù)。所有數(shù)據(jù)的輸入均采用數(shù)據(jù)屏幕輸入、編碼輸入、自動生成數(shù)據(jù)文件，并提供修改、刪除、添加、搜索等功能，同時保證生成的數(shù)據(jù)文件與程序完全脫離，便確保

11、了程序的獨立性。 3.2動態(tài)庫的實現(xiàn)在實現(xiàn)評價、分析、預測、決策優(yōu)化等應用模塊時，考慮到系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)功能，將生成的評價、決策都生成規(guī)范文件，保證程序端口友好，同時也提供給其它應用模塊作為初始數(shù)據(jù)。考慮到路面管理系統(tǒng)的使用者可能對評價原理、決策方法不甚了解，因此，系統(tǒng)提供了兩種應用模塊。專家級(Expert)，提供給有關專業(yè)分析人員，可根據(jù)不同條件，選擇不同的評價規(guī)則、預測模型、經(jīng)濟分析模型對數(shù)據(jù)進行比較處理。普通級(Common)提供給對數(shù)據(jù)分析不甚了解的人員，在選定當前最可靠的評價、預測、決策優(yōu)化方法后，自動處理數(shù)據(jù)，生成報表。在輸出結果中含有路況圖顯示、評價結果、養(yǎng)護決策排序、投資分配等

12、。以上采用標準C語言編譯器Watcom 10.0(C、C+)編譯，加上foxpro的API庫連接，生成Windows資源文件，最后產(chǎn)生動態(tài)連接庫文件.FLL。 4應用實例 在104國道江蘇段的路況評定后，鑒于路面狀況指數(shù)、壞板率遠低于標準規(guī)定，江蘇省公路局決定對于破損嚴重的板塊，根據(jù)其斷裂形式進行修補或重澆，進行全厚式修補；對局部破損十分嚴重的段落，應采用重新加鋪的方法。 表3 路面類型及方案工程項目原水泥混凝土路面方案1.1水泥混凝土加鋪(24cm)方案1.2鋼纖維混凝土(14cm)方案2舊板修復方案3方案4中粒式瀝青混凝土4cm28中粒式瀝青混凝土5cm35二灰碎石15cm24水泥混凝土24cm108鋼纖維混凝土14cm75150連續(xù)配筋路面20cm90舊混凝土板處理1010101010造價合計(萬元/km)53.138.2538.2543.6545.0注：1.假定混凝土路面的斷板率為50%；2.假定車道寬4.5m。經(jīng)過仔細分析后，大致選定四種方案：(1)舊水泥混凝土路面上加鋪普通水泥混凝土；(2)對舊水泥混凝土路面斷板逐塊修補；(3)舊水泥混凝土路面上，加鋪15cm二灰碎石、4+5cm中粒式瀝青混凝土面層；(4)舊水泥混凝土路面上，加鋪20cm連續(xù)配筋混凝土路面。其經(jīng)濟分析結果見表3。 5結論 (1)本文對目前水泥混凝土路面養(yǎng)護決策與優(yōu)化的問題提出了一