道路設(shè)計(jì)論文小區(qū)設(shè)計(jì)論文

2010年11期(總第71期作者簡(jiǎn)介:李漢光(1966-,男,江蘇邳州人,在職博士,高級(jí)工程師,主要研究方向?yàn)槁坊访婀こ?。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代重型交通日趨增大,高等級(jí)公路在十余年間發(fā)展迅速,而完善的安全、服務(wù)設(shè)施也是高等級(jí)公路作為服務(wù)保障的重要組成部分,然而,服務(wù)(停車(chē)區(qū)場(chǎng)區(qū)水凝混凝土路面早期破壞現(xiàn)象較為突出,分析其原因,場(chǎng)區(qū)道路與公路的行車(chē)交通組織方式不同,從設(shè)計(jì)到施工,場(chǎng)區(qū)道路與公路存在差異性,設(shè)計(jì)針對(duì)性不強(qiáng),細(xì)部處理不合理,加之受場(chǎng)地條件限制施工質(zhì)量均勻性不夠,從而造成場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面的早期破壞。本文主要從設(shè)計(jì)方面需要考慮的要素予以探討分析。1場(chǎng)區(qū)道路的路面特點(diǎn)服務(wù)(停車(chē)區(qū)等作為高等級(jí)公路的重要組成部分,為高速公路能優(yōu)質(zhì)、高效、便捷服務(wù)提供保障。其作為高等級(jí)公路的功能性設(shè)施,為駕乘人員提供臨時(shí)休息、餐飲、加油、車(chē)輛保養(yǎng)、購(gòu)物等功能服務(wù),服務(wù)(停車(chē)區(qū)的場(chǎng)區(qū)道路功能按交通組織分區(qū)可分為車(chē)行通道、停車(chē)、人行等區(qū)域,而作為車(chē)行通道或停車(chē)功能區(qū)域的場(chǎng)區(qū)道路,因場(chǎng)區(qū)車(chē)輛速度慢,頻繁出現(xiàn)剎車(chē)、停車(chē)、起步等,對(duì)道路要求不僅有一定的強(qiáng)度而且要求有較強(qiáng)的坑剪和表面耐磨能力。而水泥混凝土路面其有強(qiáng)度高、板體性好,承載能力大,使用壽命長(zhǎng),抗磨耗能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),不僅在道路建設(shè)及城市道路工程被廣泛的應(yīng)用,而場(chǎng)區(qū)道路更適合采用采用水泥混凝土路面。1.1場(chǎng)區(qū)道路的交通特點(diǎn)高等級(jí)公路服務(wù)(停車(chē)區(qū)場(chǎng)區(qū)道路功能分為車(chē)行通道、停泊區(qū)和人行通道等功能區(qū)域。因此,場(chǎng)區(qū)道路交通組織形式有其自身特點(diǎn)。(1在場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi),道路荷載作用差異性較大;(2車(chē)行軌跡相對(duì)具有散亂性,車(chē)道不確定,路面的荷載作用橫向分布范圍大,較為發(fā)散;(3總體車(chē)速較慢,剎車(chē)、停車(chē)、起步等區(qū)域大;(4停車(chē)區(qū)泊車(chē)時(shí)間長(zhǎng),受力作用為靜荷載。1.2場(chǎng)區(qū)道路的路面特點(diǎn)服務(wù)區(qū)作為高等級(jí)公路的功能性設(shè)施,其提供臨時(shí)休息、購(gòu)物、餐飲、車(chē)檢等服務(wù),場(chǎng)區(qū)提供方便需要服務(wù)的車(chē)輛進(jìn)場(chǎng)停泊,由于服務(wù)區(qū)提供一些臨時(shí)服務(wù)、休息,服務(wù)區(qū)內(nèi)建有必要的設(shè)施及綠化景觀,因此,場(chǎng)區(qū)道路平面布置規(guī)劃有其自身的特點(diǎn)。(1場(chǎng)區(qū)多呈長(zhǎng)方形,面積大,混凝土路面長(zhǎng)短邊差異不明顯,而與道路條帶狀不同;(2場(chǎng)區(qū)道路有車(chē)行通道、泊車(chē)區(qū)、人行通道等,其受力狀態(tài)與一般道路不同;(3場(chǎng)區(qū)道路因受服務(wù)性設(shè)施、景觀綠化場(chǎng)地影響,異型板塊種類(lèi)多、比例大;(4場(chǎng)區(qū)內(nèi)有排水、供電、通訊等設(shè)施,在基層施工后反開(kāi)挖回填,基層材料和強(qiáng)度有差異性?；趫?chǎng)區(qū)道路交通和路面結(jié)構(gòu)特點(diǎn),外荷作用受力特點(diǎn)與公路不完全相同。2場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面受力分析水泥混凝土路面在行車(chē)荷載作用及外界自然環(huán)境的場(chǎng)區(qū)道路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)方法研究李漢光1,2(1.徐州市高速公路建設(shè)指揮部,江蘇徐州221006;2.東南大學(xué)交通學(xué)院,江蘇南京210096摘要:高等級(jí)公路服務(wù)(停車(chē)區(qū)場(chǎng)區(qū)道路與一般公路交通流組織不同,路面厚度確定可以采用現(xiàn)行規(guī)范理論計(jì)算,本文重點(diǎn)分析動(dòng)荷載影響因素,討論場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)厚度計(jì)算;由于場(chǎng)內(nèi)設(shè)施影響,在場(chǎng)區(qū)道路設(shè)計(jì)時(shí),要更加注重研究板塊劃分、縫的設(shè)置及角偶處理原則,減少內(nèi)應(yīng)力,避免局部應(yīng)力集中,產(chǎn)生板面翹曲、破壞,延長(zhǎng)場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面使用壽命。關(guān)鍵詞:場(chǎng)區(qū);水泥混凝土;路面;設(shè)計(jì);應(yīng)力中圖分類(lèi)號(hào):U414文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B1影響下,經(jīng)受各種復(fù)雜的應(yīng)力作用,其中主要包括車(chē)輪荷載引起的荷載應(yīng)力和溫度變形引起的溫度應(yīng)力等。我國(guó)現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》采用的是彈性地基上的小撓度薄板理論,以荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),即設(shè)計(jì)時(shí)控制板內(nèi)臨界荷位處的荷載疲勞應(yīng)力和溫度疲勞應(yīng)力之和不大于混凝土疲勞強(qiáng)度,即γγ(σρs+σtr≤fr其中,γγ為可靠度系數(shù);σρs為標(biāo)準(zhǔn)軸載ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力(MPa;σtr為臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa;fr為混凝土彎拉強(qiáng)度(MPa。2.1臨界荷位的確定混凝土路面設(shè)計(jì)是以荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力產(chǎn)生綜合疲勞損壞作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),因此,選取路面板產(chǎn)生最大綜合疲勞損壞的位置作為臨界荷位。根據(jù)彈性薄板理論有限元分析計(jì)算,對(duì)于考慮荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力綜合疲勞作用的情況,一般道路水泥混凝土路面臨界荷位出現(xiàn)在縱縫邊緣中部。2.2荷載應(yīng)力分析水泥混凝土路面的應(yīng)力分析計(jì)算一般以彈性地基上的薄板為基本的力學(xué)模型。我國(guó)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:水泥混凝土路面設(shè)計(jì)以軸重100kN的單軸荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載,其他各級(jí)軸載均應(yīng)換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載,進(jìn)行混凝土路面設(shè)計(jì)計(jì)算。軸載作用于縱縫邊緣中部時(shí),板內(nèi)生的最大應(yīng)力可應(yīng)用有限元法進(jìn)行計(jì)算。目前,規(guī)范采用理論分析,應(yīng)力大小與軸載大小、面板厚度、混凝土彈性模量和基層頂面回彈模量等因素有關(guān)?！豆匪嗷炷谅访嬖O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定:標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力σpγ=kγkfkcσρs式中,σpγ為標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應(yīng)力,(MPa;σρs為標(biāo)準(zhǔn)軸載Ps在四邊自由板的荷載應(yīng)力,(MPa;kγ為考慮接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù);kf為考慮設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù);kc為考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞的綜合影響系數(shù)。2.3溫度應(yīng)力計(jì)算混凝土面板內(nèi)的溫度沿其截面呈非線性分布,其結(jié)果產(chǎn)生翹曲應(yīng)力和平面變形引起的內(nèi)應(yīng)力。在規(guī)范中,對(duì)溫度應(yīng)力分析,臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力按式計(jì)算σtr=ktσtm式中,σtr為臨界荷位處的溫度疲勞應(yīng)力(MPa;σtm為最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力(MPa;kt為考慮溫度應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。對(duì)于某一地區(qū)在不考慮材料因素的前提下,溫度應(yīng)力大小取決于板厚和綜合溫度翹曲應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力作用的溫度應(yīng)力系數(shù),從溫度應(yīng)力系數(shù)圖可知,取決于板厚h和l/r大小(l—板長(zhǎng);r—混凝土板的相對(duì)剛度,與材料和板厚有關(guān)。在某一特定地區(qū),材料、板厚等一旦確定,溫度應(yīng)力大小取決于板塊的劃分,在此不再贅述。2.4場(chǎng)區(qū)道路荷載應(yīng)力分析水泥混凝土路面設(shè)計(jì)是以荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的,在某一特定地區(qū)在不考慮施工因素前提下,溫度應(yīng)力基本確定,但荷載應(yīng)力則成為研究的主體。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以100kN的單軸荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載,行進(jìn)在路面上的車(chē)輛受不平整路面等因素的侵?jǐn)_,使車(chē)輛產(chǎn)生振動(dòng),不僅影響車(chē)輛行駛平順和舒適性,同時(shí)對(duì)路面施加一附加的振動(dòng)沖擊荷載,即車(chē)輛動(dòng)荷載,而車(chē)輛剎車(chē)、起步及車(chē)輛自身顫動(dòng)或車(chē)輛慣性作用,也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和水平作用力。水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論討論的荷載為標(biāo)準(zhǔn)軸載,荷載應(yīng)力計(jì)算考慮偏載和動(dòng)載等因素而使用綜合系數(shù)修正,但是,對(duì)于場(chǎng)區(qū)道路,車(chē)輛行駛有其自身特點(diǎn)和規(guī)律,其出入服務(wù)區(qū)的車(chē)輛較道路交通量要少,橫向分布不規(guī)則,車(chē)速較低等,但是,場(chǎng)區(qū)道路行車(chē)有其特點(diǎn),在路面設(shè)計(jì)中要予以考慮,主要分析動(dòng)荷載等作用。車(chē)輪動(dòng)荷載影響因素較多,主要有路面不平度、軸重、車(chē)速、胎壓等,場(chǎng)區(qū)道路在行車(chē)速度和路面平整度方面與一般道路不同,在此對(duì)其影響作詳細(xì)分析。道路工程22010年11期(總第71期2010年11期(總第71期(1路面不平度對(duì)車(chē)輪動(dòng)荷載影響研究表明,在對(duì)車(chē)速60km/h,胎壓0.7MPa,額定軸重下車(chē)輛的動(dòng)力響應(yīng),分析研究路面不平度對(duì)各個(gè)車(chē)輪動(dòng)載系數(shù)和動(dòng)荷載的影響,動(dòng)載系數(shù)和動(dòng)荷載隨著路面不平度的增加而增加,則路況越差,車(chē)輛振動(dòng)越重,車(chē)輛對(duì)路面的動(dòng)荷載越大,路面越容易受到破壞。研究發(fā)現(xiàn),對(duì)路面(瀝青不平度系數(shù)達(dá)到4×10-6m2/m-1,即路面等級(jí)為“極好”,車(chē)輪對(duì)路面還施加較大的動(dòng)荷載。以常規(guī)四軸東風(fēng)半掛為例,牽引車(chē)前橋動(dòng)載系數(shù)為0.0477,附加動(dòng)荷2.8kN;牽引車(chē)后橋動(dòng)載系數(shù)為0.0414,附加荷載為3.9kN;掛車(chē)雙聯(lián)軸前軸動(dòng)載系數(shù)為0.0647,附加動(dòng)荷6.1kN;掛車(chē)雙聯(lián)軸后軸動(dòng)載系數(shù)為0.0726,附加動(dòng)荷6.5kN;即掛車(chē)并聯(lián)雙軸車(chē)輪對(duì)路面的作用的附加荷載為12.6kN,相當(dāng)于靜軸載7%。研究表明,按國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ISO/TC108/SC2N67,A級(jí)路面的路面不平度系數(shù)Sq(o幾何均值為16×10-6m2/m-1;B級(jí)路面的路面不平度系數(shù)Sq(o幾何均值為64×10-6m2/m-1。按上述試驗(yàn)方法,結(jié)果表明,B級(jí)路面動(dòng)載系數(shù)約是A級(jí)路面動(dòng)載系數(shù)的2倍。(2車(chē)速對(duì)車(chē)輪動(dòng)荷載的影響車(chē)輛速度對(duì)車(chē)輛動(dòng)載系數(shù)與動(dòng)荷載影響較大,隨著車(chē)速增加,車(chē)輛動(dòng)載系數(shù)和動(dòng)荷載增加。研究發(fā)現(xiàn),運(yùn)行速度50~80km/h車(chē)輪對(duì)路面施加較大的動(dòng)荷載。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)四軸半掛重型車(chē)輛,以標(biāo)準(zhǔn)軸載、胎壓下的輕載低壓(胎壓工況,雙聯(lián)軸施加19.8~36.5kN的動(dòng)荷載,相當(dāng)于靜軸載11%~20.3%。(3場(chǎng)區(qū)道路荷載應(yīng)力汽車(chē)在行進(jìn)中,在不考慮動(dòng)荷載作用下,其作用于路面上荷載要小于靜荷載,因此,對(duì)一般正常路段,設(shè)計(jì)采用靜荷載標(biāo)準(zhǔn)是偏安全的。但對(duì)場(chǎng)區(qū)道路而言,一般行車(chē)速度低,起步、停車(chē)加上道面不平度等因素。場(chǎng)區(qū)道路受力與一般道路有所不同,在考慮車(chē)輛荷載的同時(shí),要考慮動(dòng)荷載和水平推力的影響;在停車(chē)區(qū)域,車(chē)輛滯流時(shí)間長(zhǎng),板面受力除溫度應(yīng)力,在荷載長(zhǎng)時(shí)間采用下,板內(nèi)荷載應(yīng)力不具瞬時(shí)性,可能產(chǎn)生不可恢復(fù)的永久性變型和推移。3場(chǎng)區(qū)道路設(shè)計(jì)3.1厚度計(jì)算水泥混凝土路面設(shè)計(jì),荷載應(yīng)力計(jì)算的交通流量分析,計(jì)算使用年限內(nèi)荷載,疲勞應(yīng)力與強(qiáng)度應(yīng)力之和。場(chǎng)區(qū)道路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)從荷載方面考慮,荷載應(yīng)力在行車(chē)區(qū)符合《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)理論,但要加大對(duì)動(dòng)荷載影響的考慮,因在場(chǎng)區(qū)車(chē)速慢,最靜壓力等于靜荷載,因行車(chē)振動(dòng)、路面不平度等影響,汽車(chē)作用的動(dòng)荷載較大,對(duì)場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面產(chǎn)生沖擊力大;行車(chē)頻率低,橫向分布不均,總體交通量小于斷面交通量,荷載疲勞應(yīng)力很難計(jì)算清楚;同時(shí),行車(chē)區(qū)域、停車(chē)場(chǎng)都存在汽車(chē)剎車(chē),啟動(dòng),其造成水平推力較一般正常公路要大,因此,混凝土路面除荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力外,還要考慮水平作用力,混凝土板內(nèi)產(chǎn)生較大橫向剪應(yīng)力,對(duì)混凝土表面抗磨和板塊滑移必須予以考慮,否則,產(chǎn)生混凝土表面剝落和板塊移動(dòng)。綜上所述,場(chǎng)區(qū)道面設(shè)計(jì)其受力特性與一般公路有所區(qū)別,但其最不利區(qū)域,應(yīng)該為匝道出入口的位置,該處交通量最為集中,交通渠化,行車(chē)路線規(guī)則車(chē)行有一定的車(chē)速,也存在剎車(chē)(入口或加速爬坡?tīng)顟B(tài)(出口,交通量計(jì)算可以根據(jù)服務(wù)區(qū)功能規(guī)劃,計(jì)算設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的交通量和道路車(chē)輛分級(jí)。但重點(diǎn)要考慮動(dòng)荷載的作用和水平力推移作用,計(jì)算水泥混凝土路面厚度。3.2場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面構(gòu)造混凝土面層,因受氣溫的影響,在使用中會(huì)產(chǎn)生不同程度的膨脹和收縮。為了避免熱脹隆起,收縮斷裂,產(chǎn)生混凝土板破碎,失去傳荷能力,在設(shè)計(jì)中要設(shè)置縱、橫縫。場(chǎng)區(qū)道路面積大,長(zhǎng)寬相當(dāng),溫度應(yīng)力作用與道路有所不同,其縫的設(shè)置與普通道路應(yīng)有所區(qū)別;同時(shí),因?yàn)閳?chǎng)區(qū)內(nèi)受房屋、綠化、窨井等設(shè)施影響,異型板板多,對(duì)此要求特別處理,在此,主要介紹幾種特殊處理原則。(1因服務(wù)區(qū)有進(jìn)出口道路與場(chǎng)區(qū)連接,一般服務(wù)區(qū)總長(zhǎng)度不過(guò)100余米,沿路線方向可不專(zhuān)設(shè)脹縫,僅在匝道口或水泥混凝與瀝青柔性路面及結(jié)構(gòu)物相接處位置。對(duì)于場(chǎng)區(qū)道路,因內(nèi)部設(shè)施影響如中間綠化帶,排水溝(加蓋板,場(chǎng)區(qū)一般會(huì)被規(guī)劃為沿路線行駛方向呈帶狀布置,其寬度一般為3~5個(gè)車(chē)道(不大于20m,因此,縱向可利用這些設(shè)施作為自由邊,不再設(shè)脹逢,32010年11期(總第71期但對(duì)這些設(shè)施邊緣要按水泥混凝土路面設(shè)計(jì)、施工規(guī)范按邊板處理。對(duì)于因場(chǎng)區(qū)設(shè)置條帶狀綠化帶等,而局部(如場(chǎng)區(qū)兩端寬度較寬,可在沿路線方向最短處設(shè)置縱向脹縫,保持場(chǎng)區(qū)不產(chǎn)生溫度應(yīng)力集中或局部膨脹產(chǎn)生隆起。窨井,燈座等周?chē)鷳?yīng)設(shè)置脹縫。(2窨井、燈座等邊,盡量設(shè)置成圓型,在板劃分時(shí),考慮將其位置放在板中間或接縫處,避免出現(xiàn)銳角邊,在周邊設(shè)置脹縫,避免應(yīng)力集中,產(chǎn)生邊角破碎。(3縱縫按一般道路施工縫處理,并設(shè)置拉桿,縮縫按照規(guī)范設(shè)置,因場(chǎng)區(qū)道路行車(chē)不規(guī)則,縱、橫縫垂直設(shè)置,這樣避免銳角出現(xiàn);因行車(chē)不規(guī)則,車(chē)行方向與道面縫一般不垂直,兩輪一般不同時(shí)通過(guò)伸縮縫,能減少車(chē)輪對(duì)板面同時(shí)撞擊,減小動(dòng)荷載應(yīng)力。(4因行車(chē)的不規(guī)則,除匝道外,無(wú)絕對(duì)行車(chē)軌跡,車(chē)道不明顯,除匝道和貫穿車(chē)道外,板塊可適當(dāng)放寬,以減少縫的設(shè)置,板塊劃分盡量為等邊,不僅板的總體受力均勻,而且能提高平整度,減小動(dòng)荷載。具體寬度,根據(jù)地區(qū)氣候條件和施工季節(jié)而確定。4結(jié)語(yǔ)(1高等級(jí)公路服務(wù)(停車(chē)區(qū)場(chǎng)區(qū)水泥混凝土路面設(shè)計(jì)可采用現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論計(jì)算厚度,但對(duì)其交通量應(yīng)根據(jù)服務(wù)區(qū)規(guī)劃確定。(2場(chǎng)區(qū)道路設(shè)計(jì)要考慮動(dòng)荷