道路設(shè)計論文小區(qū)設(shè)計論文

2010年11期(總第71期作者簡介:李漢光(1966-,男,江蘇邳州人,在職博士,高級工程師,主要研究方向為路基路面工程。隨著經(jīng)濟發(fā)展和現(xiàn)代重型交通日趨增大,高等級公路在十余年間發(fā)展迅速,而完善的安全、服務(wù)設(shè)施也是高等級公路作為服務(wù)保障的重要組成部分,然而,服務(wù)(停車區(qū)場區(qū)水凝混凝土路面早期破壞現(xiàn)象較為突出,分析其原因,場區(qū)道路與公路的行車交通組織方式不同,從設(shè)計到施工,場區(qū)道路與公路存在差異性,設(shè)計針對性不強,細部處理不合理,加之受場地條件限制施工質(zhì)量均勻性不夠,從而造成場區(qū)水泥混凝土路面的早期破壞。本文主要從設(shè)計方面需要考慮的要素予以探討分析。1場區(qū)道路的路面特點服務(wù)(停車區(qū)等作為高等級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。其作為高等級公路的功能性設(shè)施,為駕乘人員提供臨時休息、餐飲、加油、車輛保養(yǎng)、購物等功能服務(wù),服務(wù)(停車區(qū)的場區(qū)道路功能按交通組織分區(qū)可分為車行通道、停車、人行等區(qū)域,而作為車行通道或停車功能區(qū)域的場區(qū)道路,因場區(qū)車輛速度慢,頻繁出現(xiàn)剎車、停車、起步等,對道路要求不僅有一定的強度而且要求有較強的坑剪和表面耐磨能力。而水泥混凝土路面其有強度高、板體性好,承載能力大,使用壽命長,抗磨耗能力強等優(yōu)點,不僅在道路建設(shè)及城市道路工程被廣泛的應用,而場區(qū)道路更適合采用采用水泥混凝土路面。1.1場區(qū)道路的交通特點高等級公路服務(wù)(停車區(qū)場區(qū)道路功能分為車行通道、停泊區(qū)和人行通道等功能區(qū)域。因此,場區(qū)道路交通組織形式有其自身特點。(1在場區(qū)范圍內(nèi),道路荷載作用差異性較大;(2車行軌跡相對具有散亂性,車道不確定,路面的荷載作用橫向分布范圍大,較為發(fā)散;(3總體車速較慢,剎車、停車、起步等區(qū)域大;(4停車區(qū)泊車時間長,受力作用為靜荷載。1.2場區(qū)道路的路面特點服務(wù)區(qū)作為高等級公路的功能性設(shè)施,其提供臨時休息、購物、餐飲、車檢等服務(wù),場區(qū)提供方便需要服務(wù)的車輛進場停泊,由于服務(wù)區(qū)提供一些臨時服務(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,場區(qū)道路平面布置規(guī)劃有其自身的特點。(1場區(qū)多呈長方形,面積大,混凝土路面長短邊差異不明顯,而與道路條帶狀不同;(2場區(qū)道路有車行通道、泊車區(qū)、人行通道等,其受力狀態(tài)與一般道路不同;(3場區(qū)道路因受服務(wù)性設(shè)施、景觀綠化場地影響,異型板塊種類多、比例大;(4場區(qū)內(nèi)有排水、供電、通訊等設(shè)施,在基層施工后反開挖回填,基層材料和強度有差異性?；趫鰠^(qū)道路交通和路面結(jié)構(gòu)特點,外荷作用受力特點與公路不完全相同。2場區(qū)水泥混凝土路面受力分析水泥混凝土路面在行車荷載作用及外界自然環(huán)境的場區(qū)道路水泥混凝土路面設(shè)計方法研究李漢光1,2(1.徐州市高速公路建設(shè)指揮部,江蘇徐州221006;2.東南大學交通學院,江蘇南京210096摘要:高等級公路服務(wù)(停車區(qū)場區(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)范理論計算,本文重點分析動荷載影響因素,討論場區(qū)水泥混凝土路面設(shè)計厚度計算;由于場內(nèi)設(shè)施影響,在場區(qū)道路設(shè)計時,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)應力,避免局部應力集中,產(chǎn)生板面翹曲、破壞,延長場區(qū)水泥混凝土路面使用壽命。關(guān)鍵詞:場區(qū);水泥混凝土;路面;設(shè)計;應力中圖分類號:U414文獻標識碼:B1影響下,經(jīng)受各種復雜的應力作用,其中主要包括車輪荷載引起的荷載應力和溫度變形引起的溫度應力等。我國現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》采用的是彈性地基上的小撓度薄板理論,以荷載應力和溫度應力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞作為設(shè)計標準,即設(shè)計時控制板內(nèi)臨界荷位處的荷載疲勞應力和溫度疲勞應力之和不大于混凝土疲勞強度,即γγ(σρs+σtr≤fr其中,γγ為可靠度系數(shù);σρs為標準軸載ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力(MPa;σtr為臨界荷位處的溫度疲勞應力(MPa;fr為混凝土彎拉強度(MPa。2.1臨界荷位的確定混凝土路面設(shè)計是以荷載應力和溫度應力產(chǎn)生綜合疲勞損壞作為設(shè)計標準,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算,對于考慮荷載應力和溫度應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荷載應力分析水泥混凝土路面的應力分析計算一般以彈性地基上的薄板為基本的力學模型。我國《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》規(guī)定:水泥混凝土路面設(shè)計以軸重100kN的單軸荷載作為標準軸載,其他各級軸載均應換算成標準軸載,進行混凝土路面設(shè)計計算。軸載作用于縱縫邊緣中部時,板內(nèi)生的最大應力可應用有限元法進行計算。目前,規(guī)范采用理論分析,應力大小與軸載大小、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)計規(guī)范》規(guī)定:標準軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力σpγ=kγkfkcσρs式中,σpγ為標準軸載Ps在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載疲勞應力,(MPa;σρs為標準軸載Ps在四邊自由板的荷載應力,(MPa;kγ為考慮接縫傳荷能力的應力折減系數(shù);kf為考慮設(shè)計基準期內(nèi)荷載應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù);kc為考慮偏載和動載等因素對路面疲勞損壞的綜合影響系數(shù)。2.3溫度應力計算混凝土面板內(nèi)的溫度沿其截面呈非線性分布,其結(jié)果產(chǎn)生翹曲應力和平面變形引起的內(nèi)應力。在規(guī)范中,對溫度應力分析,臨界荷位處的溫度疲勞應力按式計算σtr=ktσtm式中,σtr為臨界荷位處的溫度疲勞應力(MPa;σtm為最大溫度梯度時混凝土板的溫度翹曲應力(MPa;kt為考慮溫度應力累計疲勞作用的疲勞應力系數(shù)。對于某一地區(qū)在不考慮材料因素的前提下,溫度應力大小取決于板厚和綜合溫度翹曲應力和內(nèi)應力作用的溫度應力系數(shù),從溫度應力系數(shù)圖可知,取決于板厚h和l/r大小(l—板長;r—混凝土板的相對剛度,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,溫度應力大小取決于板塊的劃分,在此不再贅述。2.4場區(qū)道路荷載應力分析水泥混凝土路面設(shè)計是以荷載應力和溫度應力產(chǎn)生的綜合疲勞損壞作為設(shè)計標準的,在某一特定地區(qū)在不考慮施工因素前提下,溫度應力基本確定,但荷載應力則成為研究的主體。水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計以100kN的單軸荷載作為標準軸載,行進在路面上的車輛受不平整路面等因素的侵擾,使車輛產(chǎn)生振動,不僅影響車輛行駛平順和舒適性,同時對路面施加一附加的振動沖擊荷載,即車輛動荷載,而車輛剎車、起步及車輛自身顫動或車輛慣性作用,也會產(chǎn)生振動和水平作用力。水泥混凝土路面設(shè)計理論討論的荷載為標準軸載,荷載應力計算考慮偏載和動載等因素而使用綜合系數(shù)修正,但是,對于場區(qū)道路,車輛行駛有其自身特點和規(guī)律,其出入服務(wù)區(qū)的車輛較道路交通量要少,橫向分布不規(guī)則,車速較低等,但是,場區(qū)道路行車有其特點,在路面設(shè)計中要予以考慮,主要分析動荷載等作用。車輪動荷載影響因素較多,主要有路面不平度、軸重、車速、胎壓等,場區(qū)道路在行車速度和路面平整度方面與一般道路不同,在此對其影響作詳細分析。道路工程22010年11期(總第71期2010年11期(總第71期(1路面不平度對車輪動荷載影響研究表明,在對車速60km/h,胎壓0.7MPa,額定軸重下車輛的動力響應,分析研究路面不平度對各個車輪動載系數(shù)和動荷載的影響,動載系數(shù)和動荷載隨著路面不平度的增加而增加,則路況越差,車輛振動越重,車輛對路面的動荷載越大,路面越容易受到破壞。研究發(fā)現(xiàn),對路面(瀝青不平度系數(shù)達到4×10-6m2/m-1,即路面等級為“極好”,車輪對路面還施加較大的動荷載。以常規(guī)四軸東風半掛為例,牽引車前橋動載系數(shù)為0.0477,附加動荷2.8kN;牽引車后橋動載系數(shù)為0.0414,附加荷載為3.9kN;掛車雙聯(lián)軸前軸動載系數(shù)為0.0647,附加動荷6.1kN;掛車雙聯(lián)軸后軸動載系數(shù)為0.0726,附加動荷6.5kN;即掛車并聯(lián)雙軸車輪對路面的作用的附加荷載為12.6kN,相當于靜軸載7%。研究表明,按國標標準ISO/TC108/SC2N67,A級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。按上述試驗方法,結(jié)果表明,B級路面動載系數(shù)約是A級路面動載系數(shù)的2倍。(2車速對車輪動荷載的影響車輛速度對車輛動載系數(shù)與動荷載影響較大,隨著車速增加,車輛動載系數(shù)和動荷載增加。研究發(fā)現(xiàn),運行速度50~80km/h車輪對路面施加較大的動荷載。對標準四軸半掛重型車輛,以標準軸載、胎壓下的輕載低壓(胎壓工況,雙聯(lián)軸施加19.8~36.5kN的動荷載,相當于靜軸載11%~20.3%。(3場區(qū)道路荷載應力汽車在行進中,在不考慮動荷載作用下,其作用于路面上荷載要小于靜荷載,因此,對一般正常路段,設(shè)計采用靜荷載標準是偏安全的。但對場區(qū)道路而言,一般行車速度低,起步、停車加上道面不平度等因素。場區(qū)道路受力與一般道路有所不同,在考慮車輛荷載的同時,要考慮動荷載和水平推力的影響;在停車區(qū)域,車輛滯流時間長,板面受力除溫度應力,在荷載長時間采用下,板內(nèi)荷載應力不具瞬時性,可能產(chǎn)生不可恢復的永久性變型和推移。3場區(qū)道路設(shè)計3.1厚度計算水泥混凝土路面設(shè)計,荷載應力計算的交通流量分析,計算使用年限內(nèi)荷載,疲勞應力與強度應力之和。場區(qū)道路水泥混凝土路面設(shè)計從荷載方面考慮,荷載應力在行車區(qū)符合《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》設(shè)計理論,但要加大對動荷載影響的考慮,因在場區(qū)車速慢,最靜壓力等于靜荷載,因行車振動、路面不平度等影響,汽車作用的動荷載較大,對場區(qū)水泥混凝土路面產(chǎn)生沖擊力大;行車頻率低,橫向分布不均,總體交通量小于斷面交通量,荷載疲勞應力很難計算清楚;同時,行車區(qū)域、停車場都存在汽車剎車,啟動,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力和溫度應力外,還要考慮水平作用力,混凝土板內(nèi)產(chǎn)生較大橫向剪應力,對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。綜上所述,場區(qū)道面設(shè)計其受力特性與一般公路有所區(qū)別,但其最不利區(qū)域,應該為匝道出入口的位置,該處交通量最為集中,交通渠化,行車路線規(guī)則車行有一定的車速,也存在剎車(入口或加速爬坡狀態(tài)(出口,交通量計算可以根據(jù)服務(wù)區(qū)功能規(guī)劃,計算設(shè)計使用年限內(nèi)的交通量和道路車輛分級。但重點要考慮動荷載的作用和水平力推移作用,計算水泥混凝土路面厚度。3.2場區(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)計中要設(shè)置縱、橫縫。場區(qū)道路面積大,長寬相當,溫度應力作用與道路有所不同,其縫的設(shè)置與普通道路應有所區(qū)別;同時,因為場區(qū)內(nèi)受房屋、綠化、窨井等設(shè)施影響,異型板板多,對此要求特別處理,在此,主要介紹幾種特殊處理原則。(1因服務(wù)區(qū)有進出口道路與場區(qū)連接,一般服務(wù)區(qū)總長度不過100余米,沿路線方向可不專設(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。對于場區(qū)道路,因內(nèi)部設(shè)施影響如中間綠化帶,排水溝(加蓋板,場區(qū)一般會被規(guī)劃為沿路線行駛方向呈帶狀布置,其寬度一般為3~5個車道(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期但對這些設(shè)施邊緣要按水泥混凝土路面設(shè)計、施工規(guī)范按邊板處理。對于因場區(qū)設(shè)置條帶狀綠化帶等,而局部(如場區(qū)兩端寬度較寬,可在沿路線方向最短處設(shè)置縱向脹縫,保持場區(qū)不產(chǎn)生溫度應力集中或局部膨脹產(chǎn)生隆起。窨井,燈座等周圍應設(shè)置脹縫。(2窨井、燈座等邊,盡量設(shè)置成圓型,在板劃分時,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,因場區(qū)道路行車不規(guī)則,縱、橫縫垂直設(shè)置,這樣避免銳角出現(xiàn);因行車不規(guī)則,車行方向與道面縫一般不垂直,兩輪一般不同時通過伸縮縫,能減少車輪對板面同時撞擊,減小動荷載應力。(4因行車的不規(guī)則,除匝道外,無絕對行車軌跡,車道不明顯,除匝道和貫穿車道外,板塊可適當放寬,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(1高等級公路服務(wù)(停車區(qū)場區(qū)水泥混凝土路面設(shè)計可采用現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計理論計算厚度,但對其交通量應根據(jù)服務(wù)區(qū)規(guī)劃確定。(2場區(qū)道路設(shè)計要考慮動荷