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【关键词】路基设计;要点
现今,我国城市化进程逐渐加快,交通流量的剧增对道路的设计与施工提出了更高的要求。路基是路面的基础,只有路基长期稳定,才能保证其为路面工程提供长期有效的、坚实的支撑基础,并防止各类病害对路面的损害。现今,我国路基设计所遵循的相关规范与标准,是2004年所颁布实施的《公路路基设计规范》。一直以来,该规范对我国公路路基的设计起到了良好的规范作用,是规范路基设计、有效建设施工的保障。但是,《公路路基设计规范》中也存在着某些缺陷与不足,对路基设计工作有着一定的限制作用。因此,本文就当前我国公路路基设计的要点进行分析,探究规范中存在的缺陷与不足,并提出改进意见。
一、公路路基设计的要点分析
1、软土地基路段中的路基加固设计 稳定性的保证是公路路基设计的根本要求。公路的修建一般占地面积较大,所以,软土的地基基本会出现。而软土地基对公路稳定性的保证有着极为不利的负面影响,所以,我们在公路路基的设计与施工过程中,必须要对软土地基进行有效处理,消除其的不均匀沉降现象,这对我国公路的有效施工建设有着重要的现实意义。对于软土地基的加固工程,具体的设计方法有很多,通常,我们都会因地制宜,采用不同的设计方法来对软土地基进行加固。但在实际设计施工中,最常采用的是换填法及固化剂法。换填法即对一定厚度的不良土层如淤泥、腐殖土等采用全部或部分挖除换填事宜材料的方法,一般用于换填厚度不超过3米的路基处理。本方法施工简便,造价低廉适用范围相当广泛。固化剂法即对软土地基中的填料加入固化剂进行相应处理,来保证对软土地基中不均匀沉降现象的消除。
2、路基在高度上的设计 在某些情况下,公路在竣工投入使用之后,会出现部分的凸起或凹陷的现象,甚至还会出现较为严重的开裂情况。这些现象的产生,都与公路路基的高度设计不合理有关。比如说,公路路面的凹陷现象,其产生的主要原因就是路基严重的沉降现象。而沉降现象的出现,就是因为路基的高度在设计时过高,并且没有考虑到公路地下水与地质的负面影响,从而导致在路面承载力过高时,沉降现象的产生。
二、现行路基设计规范中的缺陷与不足
1、某些关键概念模糊不清
①路基工作区
路基工作区,是控制整个路基累积塑性变形的关键层位。路基工作区的规范定义是现代公路路基规范设计的基础。但是,在现行的2004版《公路路基设计规范》中却没有对这一关键层位做出明确的定义。
②路基最小填土高度
路基高度对路基的设计工作有着重要的现实意义,是路基设计中的重要因素,对整体路基的设计质量以及公路建设工程社会经济效益的保证都有着极为现实的意义。但是,现行的《公路路基设计规范》中,也没有对这一关键概念做出明确的阐述。
2、特殊路基设计指导不明确
以软土地基为例,对于这类的特殊地基设计,我们常采用的处理方式像是置换、水泥搅拌桩法、碎石桩等都会在一定程度上受到限制,从而降低了其对软土地基加固效果。所以,对于现代新型的软土地基处理方法,如预应力管桩、低强度素混凝土桩等刚性桩复合地基,对软土地基有着明显的加固效果,应得到广泛的应用。但是,在现行的《公路路基设计规范》中,其也没有对各种刚性桩的设计进行明确的指导,使得对于特殊路基的设计缺乏一定的设计灵活性。
三、对现行路基设计规范所提出的策略性改进意见
1、明确各类路基设计的关键概念
①路基工作区
仍以路基工作区为例,要明确路基工作区的规范定义,笔者认为,《公路路基设计规范》应在规范路基工作区定义的同时,深入进行某些方面的研究工作。比如说,对于车辆载荷在路基中的附加应力以及道路自重应力的比值,其表示的是恒载作用下的固结变形。但是,路基工作区的意义却是控制车辆载荷重复作用下所产生的累积塑性变形。这两者之间的理论模型各有侧重与不同,所以应在进一步明确路基工作区定义的同时,对其深入研究。
②路基最小填土高度
在实际工作中,对路基高度进行设计的同时,还需考虑公路设计中洪水频率、路基工作区等对路基高度设计的影响。所以,笔者认为在《公路路基设计规范》明确路基最小填土高度的定义与计算方法时,也应该对路基最小填土高度的影响因素进行细分,特别是设计洪水位这一影响因素。另一方面,《公路路基设计规范》也要对换填高强度材料后,且路基高度满足洪水位的前提下,路基工作区以及干湿临界状态填筑高度的限制放宽要求也应进行明确的规定。
2、一般路基设计指导的明确
《公路路基设计规范》中,有关交通循环荷载作用下路基设计强度、变形的研究成果的成熟度还不够,其对于路基填料的最小强度的要求,仍维持了原有的规定。但是,在实际工作中的路面结构设计中,路基填料的最小强度却是表明材料抵抗局部压入变形能力的指标,而不是路基结构的设计指标。所以,《公路路基设计规范》应对其进行进一步的修改与创新。国外对于路基设计,是用不同的交通载荷等级路基承载能力的路基填料最小强度指标与路基顶面压应变控制标准,来确保路基设计中路面的长期使用性能。笔者认为,这一路基设计方法值得我们借鉴。土体所受动载荷的类型与土体的破坏形式决定了土体的动强度,而同时,路基所承受的载荷为车辆载荷的重复作用。所以,路基破坏就是由累积应变而引发的。因此,路基填料的动强度可以用重复加载次数以及控制累积应变作为标准的控制指标。
3、特殊路基设计指导的明确
这里,仍以特殊条件下的软土地基设计为例。笔者认为,对于现行的《公路路基设计规范》,应该进一步明确软土地基中刚性桩的设计要求。同时,还应该加强对刚性桩施工技术要求的明确。因为,在当前的软土地基设计中,刚性桩的施工方式主要是排土法,而这一方法对刚性桩的周围环境土体有着很大的扰动影响,特别是那些高灵敏度的海相软土。所以,《公路路基设计规范》在对刚性桩的施工技术进行明确规范时,要加强对部分问题的重视程度。如施工过程对周围环境土体的扰动影响;地基承载力的时间效应问题等。
四、总结
公路路基的设计对公路工程的建设施工及后期的安全使用都很重要。现行的《公路路基设计规范》对路基的规范设计及有效施工建设具有指导作用,但其中存在的不足影响了路基设计的有效性与规范性。我们应在分析路基设计要点的基础上,探究《公路路基设计规范》中存在的不足,并对其提出具有针对性的意见,从而提高其规范性与引导作用,以切实保证公路路基设计的稳定性与安全性。
参考文献
关键词:道路改造; 方案设计; 质量控制
中图分类号: U41 文献标识码: A 文章编号:
1、重视旧路现状调查与勘测
由于是对原有道路改造,对旧路现状调查十分重要。在道路升级改造方案工作开展之前,设计人员需对道路现场进行详细的现状调查,并在方案中进行详细说明和改造思路。旧路现状调查与勘测内容主要包括:
1.1对平、纵线形、横断面现状调查及修测
一般情况下,现场踏勘调查道路沿线的道路沿线单位、楼宇的出入口、商业广场、公共广场、绿地分布情况,公交车站的分布和形式,道路缘石半径,道路纵坡等。在方案设计工作开展之前,需对现状地形图进行修测,作为道路升级改造设计依据,地形图测图比例尺应为1:500~1000,逐桩测量道路中心线现状标高和横断面的高程,地形图中应标示道路机动车道沿线的雨水、污水检查井位置及数量,道路人行道沿线的电力、电信、燃气检查井位置及数量等。
1.2对原有路面状况的调查与检测
旧路原有路面状况的调查与检测是旧路改造设计与施工的基础性工作,旧路路面状况的调查和评定项目主要包括:旧路的建设年代、旧路结构组成、路面破损状况、路面结构强度、路面平整度、路面抗滑能力、人行道铺地和侧平石破损状况等。由业主委托有资质的检测机构对现状路面病害进行检测,测定路面厚度与脱空情况,检测病害类型、轻重程度和范围,检测路面的弯沉值,评定路面的整体承载力和接缝传荷能力等,并提出病害处理建议。
1.3 对道路沿线的交通标线、标志和交通设施调查
调查道路沿线不合理或矛盾的交通标线、欠缺的交通标志、交通监控设施等。
1.4 对路面排水情况、地下水位状况、绿化、地上杆线、人行天桥和地道、道路照明等进行调查。
2、道路平面、纵断面、横断面设计
2.1 横断面设计
横断面形式的确定很重要,他决定道路的使用功能和工程的投资规模。道路横断面的改造设计应在道路红线范围内、原有道路横断面的基础上进行,横断面的形式、布置、各组成部分尺寸应按改造道路类别、等级、车流量、交通特性等因素统一安排,如非特殊要求或不符合规范技术标准,尽量不改变道路的横断面形式。应考虑设置供自行车行驶的非机动车道,形成连续、安全的非机动车道。道路路拱的设计应结合原路拱形式进行,不宜进行调整,若需要调整,需综合考虑对道路人行道标高、两侧地块标高的影响。
2.2 平面设计
在符合城市总体规划路网和国家技术标准的前提下,改建后的道路中心线沿现状道路中心线布设,尽量利用原有路基路面,不宜对道路平面线型做大的调整。在设计中,道路沿线的交叉口形式、交叉口渠化加宽段、港湾式公交车站均不宜调整,以保留现状,圆顺处理为主。规范道路沿线建筑、单位出入口、停车场出入口、分隔带断口、公交车站停靠站等。
对于局部现状平面线型标准较低,路况较差的路段,可以采用适当路段降低设计标准,设置相应交通标线、标志进行提示。如欲调整道路线型以满足道路改造设计标准,应多征求有关部门和沿线居民的意见,并将改造施工对城市交通的影响减少到最低。
2.3 纵断面设计
旧路改建纵断面设计既要考虑到现有道路的标高,还有综合考虑路网中的规划标高,道路沿线的地形、建筑物、地块标高、排水要求等因素。道路的纵坡既要满足道路自身排水的要求,又要满足周围地块排水的要求,当在旧有路面上加铺结构层时,不得影响沿路范围的排水。改建道路路线的纵断设计与路面结构的补强设计是相辅相成,路线纵断拉坡受路面结构影响很大,纵断面拉坡时, 应尽量拟合旧路,避免大填大挖,应以使纵坡调整值最大限度地接近旧路补强厚度值为原则。
3、路面加铺结构层设计
旧路改造中路面结构设计很重要,直接关系到改造后道路的使用性能和使用寿命,路面结构补强设计时, 应根据原旧路路面结构具体处理。
3.1 旧水泥混凝土路面
当旧路路面为水泥混凝土路面时,根据破损调查和承载力测试资料、弯沉测试结果综合等情况先对旧路面进行病害处理。原水泥混凝土路面处理方法大致可分更换破碎板、修补开裂板块、压缝填封、错台处治、脱空板灌浆等措施。在对旧路面处理后,一般要在上面加铺补强层。本地区一般采用旧水泥混凝土路面加铺沥青面层(即白加黑改造),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。白加黑改造的关键问题是如何控制路面的反射裂缝,荷载作用下接缝处的竖向位移是产生裂缝最重要的原因,防止反射裂缝采用的措施一般有以下几种方式:铺设应力吸收层、玻纤格栅、土工布、防裂贴等。玻纤格栅是一种较为成熟的防反措施,不仅具有防止反射裂缝的作用,同时玻纤格栅可增强沥青混合料的整体抗拉强度,有效地改善路面结构应力分布,抵抗和延缓由于路面的基层裂缝引起的沥青混凝土路面反射裂缝的发生,从而提高路面的使用寿命,玻纤格栅单价较便宜,应用较为广泛成熟。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。
3.2 旧沥青路面
旧沥青路面应根据病害类型情况区分处理。对裂缝类、坑槽类、表面水损类等不涉及到地基沉陷的结构性病害,可以通过刨除旧的沥青表面层,再加铺新的沥青层进行处理;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;由于土基、基层强度不足、水稳性不好等引起的严重龟裂,使基层松散而导致的拥包,路面较大的沉陷等,应将面层和基层完全挖除,对土基、基层进行补强处理,最后重做面层,提高路面结构强度,改善路面质量。一般路段利用旧路路表弯沉测定结果,计算出代表弯沉值,并反算成旧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。
4、人行道设计
在旧路改造设计中首先考虑满足使用功能和安全,以建立完善的步行系统。根据人行道破损状况和承载力测试资料对旧人行道进行病害处理,对于现状人行道基础较好,强度满足要求时,更换现状人行道铺装;对于现状人行道沉陷、破碎等病害较严重时,更换破损基层及现有人行道铺装。其次考虑人行道铺装的图案设计,人行道与商场、宾馆等建筑物门前广场交界的路段,应考虑标高、色彩等方面的合理接顺。
5、结语
综上所述,对现有旧路进行有效的改造设计,首先要做好与现状衔接,应尽可能地利用好现有的资源,对结构性良好的工程部位应尽可能地予以保留利用;其次是做好旧路现状路况、破损状况的调查,只有对路况损坏情况有了详细的勘查,才能在设计时做到有的放矢对症下药,才能对道路的潜在病害进行有效改造。尽可能在设计中对破损部位进行重点改造,进行合理设计,从而确保设计质量。
参考文献:
[1]《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)中国建筑工业出版社。
[2]《城镇道路路面设计规范》(CJJ169-2012)中国建筑工业出版社。
[3]《城镇道路工程施工与质量验收规范》(CJJ 1-2008)中国建筑工业出版社。
[4]《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)人民交通出版社。
关键词:RCC-SMA复合式路面;结构原理;结构设计;设计关键点
Abstract: This paper describes the structural principle, structural design and design key points based on the introduction of RCC-SMA (roller compacted concrete-Stone Mastic Asphalt) and combined the actual examples of Hangzhou Jinchang Road heavy axial load traffic pavement.
Keyword: RCC-SMA composite pavement, structural principle, structural design and, design key points
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
1引言
RCC(roller compacted concrete,简称碾压混泥土)是一种含水率低,通过振动碾压施工工艺达到高密度、高强度的水泥混凝土。其特干硬性的材料特点和碾压成型的施工工艺特点,使碾压混泥土具有节约水泥、收缩小、施工速度快、强度高、开放交通早等技术经济上的优势。
RCC平整度差,难以形成粗糙面,在平整度、抗滑性、耐磨性等方面不能满足高等级路面设计要求。
在RCC路面上加铺SMA沥青层,修筑复合式路面结构,能有效解决RCC抗滑性、平整度、耐磨性三大难题,在弥补柔性路面刚性不足的缺点外,同样使得刚性路面具有良好的形式舒适性及美观效果。这样刚柔相济,大大改善了路面使用性能。
基于此,该结构值得在重轴载交通道路路面中推荐采用。
杭州市金昌路长约4.2km,道路宽40m,设计车速60km/h,为城市Ⅰ级主干道,道路主要为沿途钢铁厂、钢材集散市场、运河码头等企业交通服务,通行车辆基本为大吨位重轴载货运类汽车,设计路面结构采用上述RCC-SMA复合式路面。
2力学模型
RCC-AC复合式路面设计时,其路床、基层、碾压混泥土板要求均应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002)。
RCC层设计原理与水泥混凝土相同,均以荷载疲劳应力和温度疲劳应力作为控制因素。按照弹性半无限地基上的弹性薄板理论,用有限元法进行计算。
图1 路面结构力学模型
3结构设计
3.1 RCC板厚确定
在日本《碾压混凝土路面技术指南(草案)》中规定:在C级(单车道1000~3000次/日)、D级(单车道3000次/日以上)交通量公路上,RCC厚度(抗弯拉强度4.5MPa)可以取为20~23cm。
国内高速公路建设中,厚度大致为20~24cm,其中312国道RCC板厚达到了29cm。
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中,碾压混泥土做基层时,适宜厚度约为20cm。未对其作为面层进行说明,按照设计原理,应按照3.0.4条要求,以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下,不产生极限断裂作为验算标准,来计算RCC板厚度。
根据金昌路重载交通的特点,初拟板厚为25cm,弯拉强度标准值为5.0MPa。
3.2 沥青面层厚度确定
沥青层主要功能是提高路面表面的平整度、耐磨及抗滑性能,同时沥青层能减少车轮对RCC板的冲击。减小RCC板的温度应力及便于养护和维修等。
美国在复合路面设计时,正对沥青层厚度,考虑了施工、压实时间、交通量、交通类型等因素。美国联邦公路局的调查论证结论表明,沥青层最小厚度为3.8~7.6cm。
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中,沥青面层的厚度一般为2.2~8.0cm。
由上可见,沥青面层的厚度确定范围区间跨度较大,主要由交通流量及交通类型差异而不同。
同济大学曾四平等人在《RCC-AC路面温度荷载型断裂的有限元分析》一文中,通过对复合式路面温度场模型的研究分析,得出以下结论:增加沥青层的厚度,有助于减小裂尖的应力强度因子,但厚度超过12~14cm后,其对应力强度因子的影响变小,这时单纯靠增加沥青层厚度来减小应力强度因子,既不经济,也起不到明显的效果。
鉴于此,本次初拟沥青面层厚度为10cm,即4cmSMA-13改性沥青+6cm中粒式沥青混凝土。
4 设计关键点
4.1 RCC面板的尺寸划分
日本《碾压混凝土路面技术指南(草案)》认为,当板厚大于25cm时,接缝间距为15~20m。
为了寻求复合式路面结构中RCC面板的平面尺寸,各国都进行了一系列的物理力学性质研究。总的说来,RCC的干缩率比普通水泥混凝土减少了20~30%,且后期强度增长较大,90d的弯拉强度为28天的1.22倍。抗压强度为1.30倍,有鉴于此,RCC板的平面尺寸可较普通水泥混凝土的为大。
通过对试验路接缝和裂缝状况观察统计可知:缝距即板长为10m和15m时,一般板未裂断。在未切缝路段,自由裂缝间距平均为16m左右。
因此,横缝间距取15米。其余切缝设计与施工与普通混泥土路面相同。
5.2层间粘结设计
沥青层与RCC层间需要具有较好的抗减强度,沥青层施工时应铣刨RCC面板,使之具有粗糙的接触面,再在两层之间设置1cm厚乳化沥青夹层(粘结层)。
5.3反射裂缝控制
温度下降时,RCC板产生水平收缩变形,引起沥青层开裂,或当车轮通过接缝时,相邻板产生挠度差,使沥青层产生剪切破坏。为防止或减轻反射裂缝,在RCC和沥青层之间满铺土工布,为聚酯长丝无纺针刺土工合成材料,采用单面烧毛工艺,其技术参数见表1要求。
表1聚酯长丝无纺针刺土工合成材料技术要求
上海市公路处、同济大学在亭大一级公路试验路上,对土工布的缝铺、满铺方案进行了实验对比发现,满铺土工布对减少反射裂缝效果明显。
同样,上海市浦东市政工程建设处在沪闵路高架地面道路建设中,得出了同样的经验,及满铺300g/m²土工布对防止反射裂缝具有良好的效果。
5推荐路面结构层设计
一般道路设计时,采用双轮组单轴载100kN为标准轴载,但在车辆轮载增加时,其轴重对路面材料的破坏趋势更为明显,随着累计轴次的增加,结构内部的应力分布呈非线性增大。金昌路路面结构设计时,根据通行车辆组成,采用轴重为130kN的基准期内的累计轴次作为计算参数。
具体设计如下。
4cmSMA改性沥青混凝土表面层
乳化沥青粘层0.6kg/㎡
6cm中粒式改性沥青混凝土中面层(AC-20C型)
1cm乳化沥青粘层+300g/m²无纺土工布
25cm厚RCC碾压混凝土(铣刨RCC板面层)
20cm厚5%水泥稳定碎石
15cm厚级配碎石
≥80cm厚塘渣路基(不足处应超挖换填)。
图2 金昌路路面结构设计图
6 结语
RCC-SMA复合式面层适用于重轴载交通道路,施工前应严格按照《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F30-2003)对RCC进行配合比试验。该复合式面层对施工工艺要求较高,应合理选择施工机械,规范施工。
在国外,澳大利亚Penith市将其应用于市区干道路面中;日本山阳高速公路河内至西条段修筑了9km复合式路面试验段,共11种结构类型。
国内,310国道(开封~郑州段)、西安~铜川公路、常州~溧水公路、312国道合肥~全椒段等高速公路及干线运输网中均应用碾压混凝土加铺沥青复合式路面。
实际运营显示,RCC-SMA复合式路面在重交通干线运输路线中取得了良好的使用效果。
参考文献
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[3]JTG D40-2011,公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 人民交通出版社,2011:5-43.
收稿日期:2013-06-18
作者简介:潘锐,男,工程师,主要从事市政道路桥梁设计工作。
关键词:路基:石灰稳定:碎砖土
中图分类号:TU74 文献标识码:A我国城市建设正在日新月异地向前迈进,在城市扩建和改建过程中,道路的建设是必不可少的一个重要环节,而具有一定强度和稳定度的路基又是路面结构整体强度和使用寿命的根木保证。而在城市道路的新建和改建中普遍遇到旧房拆迁地段,如何有效利用这些碎砖断瓦在原有地面上修建符合要求的路基,这是城市道路建设中急待解决的一个课题,有着重要的现实意义。
本论文就是针对上述情况通过系统的研究,提出用石灰稳定碎砖土修筑路基的方法和施工工艺,为石灰稳定碎砖土路基的施工提供科学依据,使其压实度、弯沉值等指标均能达到设计要求和有关规范的标准,不但加快工程进度,而且节约了投资,并为石灰稳定碎砖土在城市道路路基施工中的推广应用积累经验。
1 设计技术标准
1.1 压实度
根据城市的总体规划,以城市交通主干道为例。依照该地区地基的特点和国家标准《城市道路工程施工及验收规程(DBJ08- 225-97)》中对路基上的压实采用轻型击实标准控制,对于主干道,填上高度小于80cm及不填不挖路段,原地面以下0-30cm范围内,路基压实度不应小于95%,但考虑到该路段的重要性,设计中将30cm的范围内压实度标准确定为98%。
1.2 路基回弹模量
路基回弹模量Eo是反映路基整体强度的重要指标,其值的大小对路面耐久性有较大影响,《城市道路设计规范(CJJ37-90)》规定路槽底面土基设计回弹模量值宜大于或等于20MPa,在不能满足上述要求时,应采取措施提高土基强度;而《公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)》要求高速公路和一级公路的路基回弹模量应大于25MPa。故该路段路基回弹模量的设计要求定为不小于25MPa。
1.3 路基顶面弯沉值
路基回弹模量的现场测定需要用大型承载板法进行,方法比较复杂,而弯沉测定就比较简便、快捷。因此可以通过测定弯沉来评价路基强度,计算路基回弹模量。
《公路路基施工技术规范(JTJ033-95)》明确规定对土质路床顶面压实完成后应进行弯沉检验,路床顶面的检测弯沉值应不大于设计要求。该路段路床顶面的弯沉设计值为6.2mm。
1.4 填料最小强度(CBR)
CBR是衡量路基填料本身强度的一个重要指标,《公路路基设计规范(JTJ013-95)》和《公路路基施工技术规范(JTJ033-95)》首次明确提出了高速公路、一级公路路基填料最小强度和填料最大粒径的要求,见表1。
表1 路基填料最小强度和最大粒径要求
城市道路的交通主干道,路面为沥青混凝土,路面底面下30cm的设计最小CBR值为8%,30cm石灰稳定碎砖土按二层施工,每层压实厚度15cm,填料最大粒径取8cm。
2 室内试验研究
2.1 试验用原材料
试验用碎砖土取自施工现场,具代表性。去除钢筋及大于8cm碎砖等杂物后,经筛分小于5mm的土的质量分数为88%,0.5-8.0cm的碎砖等瓦砾所占质量分数为12%,其中主要为碎砖。经试验,土的液限为36%,塑限为23%,塑性指数Ip=13%。碎砖的视密度2.463g.cm-3,毛体积密度1.693g.cm-3,吸水率(质量分数)18.4%;试验用石灰采用袋装磨细生石灰,经检测其细度在0.5mm以下,有效钙镁所占质量分数为80.4%。
2.2 掺灰量的确定
为了确定磨细生石灰的掺加比例,采用,石灰:土分别为4:96、6:94和8:92的三组比例进行击实试验确定各组的最大干密度和最佳含水量,然后每组用最佳含水量各成型6只试件,测定其无侧限抗压强度,养生龄期7d,最后一天将试件浸在水中24h。实测数据汇总于表2。
从表中数据可知,石灰土7d龄期的无侧限抗压强度并非是石灰掺量越大越高,而存在着最佳剂量,根据以往的经验,这个最佳剂量(质量分数)约为6%-7%,本研究的试验也说明了这一点,因此决定采用6%的掺灰剂量。
表2 各种石灰的最大干密度和
无侧限抗压强度
2.3 不同碎砖含量的石灰稳定土的击实试验和CBR值
为了了解不同碎砖含量稳定土的性能,在研究中采用,碎砖:石灰土分别为10:90、15:85、20:80和30:70的四组级配,用轻型击实标准通过击实试验分别得到各组的最大干密度和最佳含水量。然后每组各按最佳含水量成型CBR试件3个,4组共12个,测定其CBR值,CBR试验按《柔性路而设计参数测定方法标准(CJJ/T59-94)》进行,试验结果见表3。
表3 各种石灰稳定碎砖土的最大干密度
和CBR值汇总
从表3中实测数据可分析得:
2.3.1 石灰稳定碎砖上随着碎砖含量的增加,其最大干密度的数值也随之增加,这是因为碎砖的毛体积密度(1.693g.cm-3)略大于6%石灰上的最大干密度(1.55g.cm-3),但增幅有限,从碎砖:石灰土为10:90的1.56g.cm-3增加到30:70时的1.59g.cm-3,增幅仅1.9%。
2.3.2 四组不同碎砖含量的石灰稳定碎砖上实测CBR值均大于规范对填上材料的最小CBR值8%的要求,而且随碎砖含量的增大而增大,以上说明石灰稳定碎砖土完全可以用于路基的填筑,且在10%-30%的碎砖质量分数范围内,碎砖质量分数高,其路用性能越好。
2.3.3 根据以上室内试验及分析可得出,在碎砖所占质量分数为10%-30%的范围内石灰稳定碎砖土的CBR都大于8%,完全可以用于路基的修筑,其中石灰与土的级配可用石灰:土为6:94的比例掺配。
结语
通过室内试验研究证明石灰稳定碎砖土是良好的城市道路路基建筑材料,其CBR值为35%左右,完全满足规范对路基填料大于8%的要求。石灰稳定碎砖上的级配组成中,石灰所掺质量分数可在土的4%-6%之间,本研究成果不仅适用于质量分数约为10%碎砖断瓦的碎砖土,而且也可用于10%-30%范围内不同质量分数的碎砖土,因而具有推广价值。
关键词:市政道路;沥青路面;柔性基层;路面结构;剪应力
Abstract: based on the existing municipal road summarize and analyze structure types, and draws up the three common flexible pavement structure of the form, the deflection, bottom stress analysis and determined the pavement structure scheme. Due to the municipal road of shear stress is an important index of the structure design, so the selected pavement structure scheme do the detailed analysis of the shear stress, and points out that the shear stress of the biggest position there.
Keywords: municipal road; The asphalt pavement; Flexible grassroots; Pavement structure; Shear stress
中图分类号:U416.217 文献标识码:A文章编号:
0引言
目前,半刚性基层沥青路面的结构形式广泛地应用于市政道路中,为解决该路面结构出现的早期破坏问题,本文对柔性基层沥青路面结构进行了研究。采用级配碎石、沥青碎石等柔性材料作基层的沥青路面结构,路面面层与基层之间应力、应变传递的协调过渡方面比较顺利,同时结构材料为颗粒状级配成型材料,排水畅通,致使路面结构不易受水损害[1]。柔性基层沥青路面的研究与应用,使我国市政道路路面结构型式更加多样性,适应我国地域辽阔、自然条件各异、各地经济水平和交通量差别大的特点。
1沥青路面结构类型简介
沥青路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成。在参考国外文献资料及相关规范的基础上,将沥青路面结构大致分为半刚性基层沥青路面结构、组合式Ⅰ结构、组合式Ⅱ结构、柔性基层沥青路面结构以及全厚式沥青路面结构5种类型,如表1所示[2]。
表1沥青路面结构类型
半刚性基层沥青路面是我国现阶段大规模采用的一种道路结构形式,市政道路也同样如此。半刚性基层具有板体效应,大大提高了路面结构的整体刚度,使得该种路面结构具有较高的强度和承载力、 良好的整体稳定性和耐久性。但是,由于半刚性基层本身的收缩裂缝难以避免,如果沥青面层没有足够的厚度(通常认为沥青面层厚度小于20cm,基层的横向收缩裂缝在使用初期即会反射至沥青面层,形成较多的横向开裂。我国近年来许多道路已经将沥青面层增至18cm以上,从实际使用情况看,仍然有明显的反射性裂缝,并没有防止得住。其主要原因有两个:
(1)我国的水泥稳定粒料的强度通常比较高,在施工期间就产生了开裂,而且裂缝宽度也较大,向面层传递的拉应力自然也比较大。
(2)更重要的问题是,沥青面层通常不是在一年内铺筑的,第一年经常只铺筑下面层然后经过一个冬天。也就是说,基层开裂的反射性裂缝是经过两次反应传递到沥青面层表面的,第一年先反射到下面层表面,以后再逐步传递到上面层。为防止半刚性基层沥青路面的反射性裂缝,将基层和沥青层在一年内完成铺筑是极为重要的。
需要指出的是,比起其他措施来说,增加沥青层厚度不仅会大幅度增加建设成本,而且效果不一定明显[3]。此外,由于全厚式沥青路面初期投资较大,该路面结构形式在我国大量使用需要进一步论证。
从我国的实际情况看,推广和运用组合式结构和柔性基层这两种路面结构应该是比较适宜的。对于中、轻交通量柔性基层沥青路面结构可以适当减薄沥青层厚度以降低路面造价。
2路面结构组合方案拟定
本文以沈阳市某主干道为例进行路路面结构力学分析,以级配碎石和沥青碎石两种柔性材料作为基层,拟定路面结构如下表2所示。
3 路面结构方案对比分析
沥青路面结构及材料设计参数如表3所示。路面设计累计轴载作用次数为500万,等级为中等交通等级。城市道路类型为大城市主干路,道路分类系数为1,面层类型系数为1,路面结构系数为1.6[4~5]。
对拟定的路面结构进行了力学分析计算路面结构适宜厚度和各层应力应变分析如下表4所示[6]。
表2路面结构组合方案拟定
表4路面结构厚度和各层应力应变计算
从表4中路面应力应变计算结果对比分析可以看出,路面结构厚度上,方案I最小,方案II最大;方案III的路表路面弯沉(一定程度上代表了路面结构抵抗竖向形变的能力)最小,方案II的弯沉最大;方案I各层层底拉应力均小于其他方案,需要特别指出的是,方案II由于采用的级配碎石基层,故该层产生的拉应力会在级配碎石层内自行消散,对面层几乎没有影响,方案II是解决半刚性基层反射裂缝最为彻底的方法。由于市政道路标高和道路用地限值是路面结构和线性选择的决定性因素,综合三种方案优缺点并考虑经济性,选择方案I作为市政道路最终方案。
4路面结构剪应力分析
由于市政道路车流量密集,车辆变速、制动频繁,路面会受到频繁的剪切作用,为了保证路面在使用时不会发生剪切破坏,有必要对剪应力做详细的分析[7]。
路面结构研究以现行《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)和《城市道路设计规范》(CJJ 37-90)为依据。路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算,路面荷载及计算点如图1所示。
图1弹性层状体系计算图式
计算坐标点为A(0,0.1598)、B(0,0.1065)、C(0,0.0533)、D(0,0.2663)、E(-0.0959,0.1598)、F(0.0959, 0.1598)、O(0,0)。
关键词:路基设计、特殊路基、软土路基、一级公路
Summary of the Subgrades Design of Junhe Road in Foshan Shunde
ZHENG bing-yan
(Sichuan Southwest Jiaoda Civil Engineering Design CO.LTD, Guangzhou Branch, Guangzhou 510095)
Abstract: There is lots of soft ground in Pearl river delta.In the design of highway subgrades, the processing of soft ground is very important. This paper analysis and summaries the experience in the subgrades design of Junhe road in Foshan Shunde. It can provide the guidance in the designing.
Key Words: subgrades design ; special subgrades ; soft subgrades ; the first classified highway
中图分类号:X734文献标识码:A 文章编号:
一、前言
佛山市顺德区均荷路位于顺德区均安镇内,是连接顺德与江门的一条重要通道,道路全长约3.7km,道路等级为一级公路,设计时速为100km/h。
现状均荷路存在宽约25米的旧路基。沿现状路基左侧,存在宽约8m的水泥路面。现状旧路基及水泥路面养护情况均较差。部分旧路基已经长有杂草,压实度已不能满足设计要求。现状水泥路面存在板角破碎、板底脱空等严重病害,已无法满足路面加罩的条件,需进行破除。
二、设计内容
1、路基横断面布置
本项目路基横断面布置如下:
(1)一般路段:路基宽度为35.0m,其中行车道为2×12.25m,中央分隔带为2m,土路肩为2×4.25m。
(2)、路基设计标高:距离道路中心线1.0m处的中央分隔带边缘的设计高程。
(3)、路拱坡度:一般行车道、路缘带采用2%,土路肩采用4%。
如下图所示:
图1 路基标准横断面图
2、一般路基设计
根据路基填料、边坡高度和基底工程地质条件,结合佛山地区公路建设的经验,同时考虑本工程的实际情况,一般路基填料采用砂性土,采用粘土包边。路基边坡坡率确定如下:
(1)本工程最大填方路堤高度少于4.0m,一般路堤边坡坡率采用1:1.5。
(2)本工程最大的挖方高度少于0.5m,挖方边坡坡率采用1:1.
(3)道路后段经过城市建成区,建成区路段的边坡可适当放缓,以便与建成区地坪接顺。
3、特殊路基设计
(1)地质概况
本工程地处珠三角冲积平原区,地势平坦,鱼塘密布。根据外业勘测资料,本工程特殊路基主要是软土地基【1】。全线大部分现状路基填筑在软弱的淤泥、淤泥质土上。
沿线软弱土层厚度变化较大,具双层结构,第一层埋深1.8~4.3米,软土厚0.9~10.70米,第二层埋深6.8~19.5米,层厚3.1~11.10米。
本工程现状存在宽约25米的旧路基,沿现状路基左侧,存在宽约8m的水泥砼路面。现状水泥砼路面下路基经过压实处理,同时经过长时间车辆的荷载作用,经检测发现,压实度较好,沉降已经基本稳定。其余旧路基,根据调查,填筑时没有经过分层碾压,密实度达不到一级公路路基压实度标准,但由于已经填筑将近10年时间,路基沉降也基本稳定。
(2)设计过程概述
A、初步设计阶段
初步设计阶段,设计单位的设计方案是根据软弱土层的深度,分别采用水泥搅拌桩和CFG桩进行特殊路基处理。
根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)主固结沉降Sc采用分层总合法计算,总沉降宜采用沉降系数ms与主固结沉降计算:
沉降系数ms为经验系数,与地基条件、荷载强度、加荷速率等因素有关,其范围值为1.1~1.7,应根据现场沉降观测资料确定,也可采用下面的经验公式估算:
式中:θ――地基处理类型系数,地基用塑料排水板处理时取0.95~1.1,用粉体搅拌桩处理时取0.85,一般预压时取0.90;
H――路基中心高度(m);
γ――填料重度(kN/m3);
V――填土速率修正系数,填土速率在0.02~0.07m/d之间时,取0.025;
Y――地质因数修正系数,满足软土层不排水抗剪强度小于25kPa、软土层的厚度大于5m、硬壳层厚度小于2.5m三个条件时,Y=0,其他情况下可取Y=-0.1。【2】
经计算,经过特殊路基处理后,桥台与路堤相邻处工后沉降为0.06m,涵洞、通道处为0.10m,一般路段为0.12m。公路全线的工后沉降满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)的要求。
但是在初步设计评审会上,工程建设方提出,由于政府投资计划有变,本工程初步设计工程造价过高,建议采用其他的特殊路基处理方法,以降低工程造价,加快工程建设进度的推进。与会的各位专家和设计方、建设方等各方代表就技术方案进行了充分的讨论。会议上提出,考虑到现状路基已经填筑了将近10年时间,路基沉降基本稳定,同时旧路基段基本为零填方设计,新建道路对现状路基增加荷载并不大,为节约工程投资,建议不需要对旧路基进行特殊路基处理。此建议得到与会专家和各部门的同意。
B、施工图设计阶段
初步设计评审会后,设计单位根据详勘资料,重新计算了旧路基段若不进行特殊路基处理的工后沉降值。桥台与路堤相邻处工后沉降为0.22m,涵洞、通道处为0.23m,一般路段为0.25m。对于一般路段,满足规范要求,但对于涵洞处、桥梁与路堤相邻处并不满足规范要求。因此设计方建议,为节约工程投资,对一般路段的旧路基不进行特殊路基处理,但对新建路基、涵洞处、桥梁与路堤相邻处需用水泥搅拌桩进行特殊路基处理。经计算,施工图设计方案桥台与路堤相邻处工后沉降为0.07m,涵洞、通道处为0.10m,一般路段为0.25m。公路全线的工后沉降满足《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)的要求。
此方法得到建设方和相关部门的认可,设计单位按此方法进行了施工图设计,并最终通过施工图设计专家评审和施工图审查,按此方法进行了工程施工建设。
(3)特殊路基处理方法
本次设计对新建路基、涵洞处、桥梁与路堤相邻处采用水泥搅拌桩处理。水泥搅拌桩以最大桩长13m控制,不要求打穿软土层,使新建路基表层形成10多米的硬壳层。由于应力扩散作用,可以减少地基的沉降[3],使新建路基的沉降与旧路基协调。
同时为了进一步的减少新旧路基之间的差异沉降,对于一般的填方路段的新旧路基衔接处,开挖台阶进行衔接,台阶宽1.0m,高0.5m。
(4)水泥搅拌桩设计要求
水泥搅拌桩桩径50cm,桩位基准线为:现状旧路基边线,水泥搅拌桩按正三角形布置,布桩范围由基准线往外至新建路基坡脚线。水泥搅拌桩中心间距为1.4m。
水泥搅拌桩的水泥建议含量为12%,每米水泥用量不少于60kg。水灰比初定1:0.5,具体水灰比应根据现场试桩结果进行。桩体28天无侧限抗压强度≥1.0MPa,90天复合地基承载力标准值≥120kPa。
(5)施工技术要求
A、砂垫层
水泥搅拌桩上需铺设砂垫层,砂垫层材料宜采用含泥量不大于3%的洁净中粗砂。砂垫层应在水泥搅拌桩处理后进行铺设。砂垫层填筑时应分层压实,每层压实厚度宜为10cm~20cm。
B、搅拌桩
①搅拌桩采用“4喷4搅”或“2喷4搅”的施工工艺。
②搅拌桩的垂直度不得超过1.5%,桩位偏差小于5cm,桩径不小于设计值,检测数量为2%。[4]
③搅拌桩应采用双搅拌轴中心管输浆方式。
④桩身取样强度检验:随机取2%根进行外观和裁取芯构制成试块,进行桩身抗压强度测定。28天标准无侧限抗压强度≥1.0Mpa。荷载试验:随机选择2~4处做单桩和复合地基载荷试验;单桩容许承载力满足≥120KN。
C、沉降及稳定观测
一般路段的监测断面按200m的间距设置。桥头引道路段至少设置3个观测断面, 间距不宜超过50m,且桥头处第一个监测断面应设置在桥头搭板末端。涵洞两侧分别设置1个观测断面,设置在涵洞搭板末端。进行路基的沉降、位移及孔隙水压力的观测。路基加载期间每天至少观测两次,其余时间可每天至少观测一次。
路基加载时,路堤中心沉降量每昼夜不得大于10~15mm,边桩位移量每昼夜不得大于5mm。同时填筑时间不小于地基抗剪强度增长需要的固结时间。[2]
4、路基填筑及检测
(1)鱼塘及局部低凹路段施工前需平整场地,填土至周围路段大致齐平。
(2)路堤填筑应在地基处理完毕并稳定后开始,以争取预压时间,尽量减少工后沉降。路基填筑采用薄层轮加法,每层松铺厚度不超过30cm.填筑时应由路中心向两侧分层填筑夯实,并应做出与路拱相同的横向坡度。路堤填筑到设计标高时,侧坡余宽和边坡率应留有余地,使其压实宽度大于路基设计宽度。在填筑中,应按有关规范控制好填土的压实度。
(3)路基压实标准与压实度及填料强度要求的说明
为保证路基的压实度,填方路堤两侧各超宽填筑50cm,路基施工完成后再对边坡进行整修,恢复正常路基宽。路基填料压实采用重型压实标准,分层压实。按照《公路路基设计规范》(JTG D30-2004)要求。
三、结束语
目前本工程路基工程部分已经施工完毕,路基各项指标也满足设计和规范的要求,取得较好的经济和社会效益。
通过本工程的设计,笔者认为,在进行特殊路基设计时,应该针对具体工程,论证不同的处理方法。比如本项目,为了节省工程投资,针对本项目现状路基已经填筑将近10年时间,路基沉降已经基本稳定的情况,放弃全线进行特殊路基处理的方案,仅对新建路基、涵洞处、桥梁与路堤相邻处用水泥搅拌桩进行特殊路基处理。各种处理方案的工后沉降值对比见下表:
表1 各方案工后沉降值表
位置 旧路基不处理 初步设计方案 施工图方案 规范要求值
桥台与路堤相邻处 0.22 0.06 0.07 ≤0.10
涵洞、通道处 0.23 0.10 0.10 ≤0.20
一般路段 0.22 0.12 0.22 ≤0.30
施工图方案在后期的施工中证实是行之有效的,这样不仅节约了工程投资,也带来了可观的经济和社会效益。
主要参考文献:
1、《公路工程地质勘察规范》(JTG C20-98),北京,人民交通出版社,2011年12月
2、《公路路基设计规范》(JTG D30-2004),北京,人民交通出版社,2004年12月
3、《土力学与基础工程》,高大钊主编,北京,中国建筑工业出版社,1998年9月
4、《公路路基施工技术规范》(JTG F10-2006),北京,人民交通出版社,2006年10月
5、《公路与城市道路设计手册》,黄兴安主编,北京,中国建筑工业出版社,2006年6月
关键词:土基回弹模量 研究现状 发展前景
土基回弹模量是公路路面结构设计的主要参数之一,因其受土质、含水量、压实度、测试方法等诸多因素的影响,使其数值的确定比较困难,也就给设计与施工带来很多的不确定因素和问题;许多路面设计指标和路面性能也都受土基状态的影响,如土基顶面弯沉、土基顶面压应变和内部应力状态等等,因此,现行的柔性路面的设计指标只考虑路面的受力变形状态是不够的,还应考虑是否可将土基的状态参数作为设计指标之一。
现行路面设计规范中规定确定土基回弹模量的方法有三种,即查表法、室内实验法和野外承载板法。实践证明,实行重型击实标准后,土基回弹模量的提高与土质、含水量等因素有关,建立土基模量与土基顶面弯沉之间的关系并将其运用到具体的设计施工中去,指导控制施工质量。随着目前有完善的路面结构设计理论,但实际施工中还有许多不可预见的影响因素的存在,如设计参数、材料参数的变异性对施工质量的影响。
国外公路路面设计方法有采用经验法的,有采用理论法的,也有采用半理论半经验法的,不同的路面设计方法表征路基强度的指标也不尽相同。如地基反应模量,即采用winkler地基模型,反映土基顶面压力与弯沉关系的比例系数等。相应于各种设计方法的路基强度设计参数,均进行了大量的试验研究,提出了各自的确定方法,并在实践中得到了验证和完善。世界上许多组织(如aashto方法、al方法、shell牌方法等)的柔性路面设计方法都采用了土基顶面压应变指标,通过对土基顶面压应变的控制来控制车辙和土基破坏的目的等。
50年代至70年代末,我国公路部门曾组织力量在全国范围内进行了大规模
的公路路基回弹模量实测及研究,并在1978年《公路柔性路面设计规范》(内部试行)稿中提出了公路路基碎(砾)石土、砂土及二级公路自然区划土组土基回弹模量建议值表,此表后被1986年《公路柔性路面设计规范》(jtj014—86)及1997年《公路沥青路面设计规范》(jtj014—97)沿用,一方面受到当时人力、物力及研究水平所限,加之当时施工采用的是轻型压实标准,不同于今天的重型压实标准,这些都使公路路基回弹模量的取值误差增大。80年代初,实行重型压实标准等。但是以上研究均属于对路基静态回弹模量的研究,关于路基动态回弹模量的研究,国内曾做过一些室内动三轴试验,也进行过利用落捶弯沉仪测定动荷载作用下的路表弯沉曲线反算路基回弹模量值的研究。实际上,三轴仪测定出的回弹模量是土材料的动回弹模量值,而用落捶弯沉仪测定的路表弯沉曲线反算的回弹模量则是土体结构的动回弹模量值,两者不可能在各种型式的路堤设计情况下都等效。另外,设计和测定中都未提及土的动阻尼特性,但要用动回弹模量进行分析必须涉及动阻尼问题。
进入90年代以来,此方面的问题显得日益突出,不少研究者先后进行此方面的研究。有湖南大学的赵华明等结合河南信阳地区进行了土基回弹模量值和野外关系的研究;刘麟德对成都—双流机场路土基回弹模量及弯沉进行了测试等。但是但总体上,国内目前尚缺乏直接针对高等级路面的或重型击实标准的路基回弹模量研究成果;对路基回弹模量的影响因素研究也不够全面;路基动回弹模量与静回弹模量的关系也有待研究;路基设计参数与施工质量的控制标准不完全一致的问题也应得到解决。而现今公路工程中理论与工程实际相结合是一个很大的难题,往往有很多的出入和矛盾存在,特别是一些理论值,它们的理论计算都建立在一些理论假设和经验数据基础上得到的,而这些基础存在一定的缺陷和不可靠性。理论分析忽略了许多次要因素,经验数据成果又不能符合所有的工程实际,更何况随着工程手段的革新与改进,所以我们应该对此变化提出相应的办法和措施来指导公路工程的设计与施工。
针对公路土基回弹模量的发展现状,笔者提出可以从以下几点进行解决:由于土基回弹模量受土材料的分散性、多样性、环境的变化等因素的影响较大,难以全部实测和较可靠地类比获取。目前尚未找到一种可靠实用的路基回弹模量的获取方法;《规范》提供的各自然区划不同土类的土基回弹模量参考值是以轻型击实标准为依据的产物,缺乏直接针对高等级公路或重型击实标准的路基回弹模量研究成果;用承载板和回弹仪测定土基的静回弹模量时还涉及附加应力影响深度的影响,根据土工原理,相同荷载强度下附加应力的影响范围与承压板的尺寸有关,影响范围不同,实测弯沉值就不同,则整理出的模量值就不同;通过设计参数对路面性能和土基顶面压应变的影响分析,提出参数的合理范围,以达到优化设计理论,使设计指标更趋向合理性;对土基施工的压实机理和压实效果加以分析,对施工中应注意的问题和一些认识上的“误区”加以理论分析,使得施工更加经济合理。
虽然我国在公路土基回弹模量的理论与实践中存在着不少问题,但是当前我国正处于大规模的建设时期和正值实施西部大开发战略,作为西部开发的基础设施的公路建设正如火如茶,公路路基回弹模量是公路设计和使用的基本指标之一,也是科学进行西部公路设计必须解决的核心问题之一。此问题的解决,对我国西部公路建设乃至全国公路建设行业标准规范的完善,节约工程费用具有重要的意义。
参考文献:
【1】凌天清.粒料基(垫)层材料回弹模量的足尺试验研究.重庆交通学院学报.1996.12.
[关键词] 雨水口 城市道路 标准断面 三幅路 布置方式 其他管线 中图分类号:TU99 文献标识码:A
1、引言
雨水口是用于收集路面雨水的构筑物,是城市道路排水系统中的重要组成部分。路面雨水经过道路汇集后,经雨水口和收水管道进入雨水主管道,然后外排,完成道路内雨水的收集排放,保证道路的安全畅通,减少雨水对路面的破坏。一条道路内雨水口的布置,直接影响该道路在降雨过程中的雨水收集效果和积水程度,最终影响了该区域道路的交通安全及路面结构的稳定。
在城市道路中,路幅型式常见有一幅路、两幅路、三幅路等,其中一幅路常用于城市次干路,两幅路和三幅路常用于城市快速路或者主干路,本文就三幅路型式下雨水口的型式及布置方式进行讨论,就其优缺点进行分析,寻找最合理的雨水口型式及布置方式。
2、常规雨水口布置的特点与弊病
常见三幅路道路标准断面快车道和慢车道横坡均坡向道路外侧,雨水口的布置也根据横坡选择在低点布设,一侧布设置快车道外侧,一侧布设在慢车道外侧,见图1。
此种道路断面符合大众化审美特点,为常规做法,此种布置,收水支管会横穿慢车道,有以下几方面弊端:
雨水收水支管一般覆土50~70cm,埋深较浅,横穿道路时与慢车道内其他覆土较浅管线(弱电,自来水,热力等)交叉,在竖向高程上有冲突,造成后施工的管线需要避让收水支管,增加了工程造价和施工难度,特别是靠重力自流的管线,严重影响管线设计效果。
雨水收水支管覆土较浅,有时候为避让其他管线,覆土可能到30cm,结果收水支管需布置在道路路面结构中,破坏了道路路面结构的整体性,留下不稳定因素,导致路面经常从该处出现破坏,影响了路面使用年限。
雨水收水支管穿越慢车道,增加了支管长度,一方面增加了工程造价,另一方面增加了雨水径流时间,影响雨水收集效果。
此种道路断面布置导致路面雨水集中向慢车道汇集,雨量较大时,甚至于淹没慢车道,导致慢车道积水较深,影响交通。
3、解决方式探讨
鉴于以上弊端,推出以下几种解决方式:
优化道路标准横断面布置
常规道路横断面中慢车道坡向与快车道坡向相同,慢车道雨水口需布设在慢车道外侧,收水管横穿慢车道,造成诸多不利影响,如果慢车道横坡坡向快车道(见图2),则慢车道侧收水口将布设在中间分隔带上,这种道路横断面可以避免慢车道侧布设收水管,避过同其他管道交叉,减少对路面结构的扰动,减少了收水支管长度,提高了排水效果,解决了收水管横穿慢车道引起的诸多弊端。
另外还可提高慢车道高度,使慢车道与分隔带或者人行道等高 (见图3),如此布置可去掉慢车道侧雨水口布置。
串联雨水口
《室外排水设计规范》第4.7.2条中提到雨水口可串联多个,但不宜超过3个。通过串联多个雨水口后通过一条雨水收水管横穿慢车道汇集到雨水检查井来减少横穿道路雨水管(见图4),这个措施,一方面可以减少与其他管道的交叉次数,减少对道路结构的干扰,另外可以增大检查井间距,减少雨水检查井的个数,减少工程造价,特别是雨水管道布置在行车道内时,减少路面检查井个数,更利于路面结构稳定和行车安全,结合图2和图3横断布置,效果更佳。
改变快车道侧雨水口型式
常规设计,快车道侧收水井和慢车道侧收水井型式一样,但是快车道宽度一般为慢车道宽的2-4倍,结果导致快车道侧雨水不能及时收集而向慢车道侧汇集,雨量较大时,淹没慢车道。快车道侧雨水口泄洪能力应为慢车道侧雨水口泄洪能力的2倍左右,改变快车道侧雨水口型式,改单箅收水口为双箅雨水口、多箅雨水口(见图5)或者联合式收水口,这样可更加合理分配雨水,减少雨水径流时间,缩短雨水积水时间,另外也可适当增大收水口间距,减少过路管道和检查井数量,减少管道交叉次数和工程投资。
合理设计道路纵坡
平原地区由于地面高程较低,地下水位较高,道路纵坡一般设计较缓,有的地方甚至设计为平坡,路面雨水基本都靠道路横坡收集,导致雨水收集时间增加,积水时间延长,另外因为施工时路面平顺度不好掌握,难免出现局部坑洼现象,降雨过后,路边坑洼部分形成积水,既不利于车辆和行人行走,长时间积水还对路面结构构成破坏,甚至积水与路面垃圾、尘土等混合,形成污染,不利于路面卫生清扫,严重影响了城市美化。因此在道路设计中要求合理设计道路纵坡,利用道路纵横坡同时收集雨水,加速雨水收集速度,减少局部积水。
雨水资源化利用
为缓解集中降水时,雨水管道不能及时排放,造成路面积水情况,可考虑利用快慢车道间分隔带绿地来蓄充部分雨水,这样可部分利用雨水资源,还可以减少路面径流。
常规设计中,路缘石高于路面15~20cm,分隔带内绿地低于路缘石5~10cm,绿地较路面高5~15cm,绿地此时只能截流部分降于其上的雨水。此时,可设计绿地低于路面10~15cm,在路缘石侧适当设置透水箅子,下雨时,路面内雨水可部分流入绿地,对雨水进行部分截流利用。随着绿地面积增加,绿地下透水地面的设计,对雨水截流效果将变大,这样不但合理利用了部分雨水,还增加了路面径流系数,减少雨水径流量。
加强管理维护
加强路面卫生清理,并定期的对破损、堵塞、丢失的收水井进行维护修理,对雨水管道进行清淤疏通,有条件的地区还可以在降雨过程中增加人员巡查,及时清理雨水口堵塞垃圾。
4、结论及建议
城市道路雨水工程是一个复杂的工程,雨水口是雨水工程的重要组成部分。这需要我们平时在设计工作中不断的完善,结合道路设计、施工和运行管理的经验,寻找到合理的布置方式,设计出更加符合道路所在区域的产品。
参考文献:
[1] 《室外排水设计规范》 GB50014-2006(2011年版)
[2] 《城市道路工程设计规范》 CJJ37-2012
[关键词]堤防工程;堤身填筑;施工质量
中图分类号:TV871.1 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)08-0192-01
1 前言
作为堤防工程堤身填筑施工中的一项重要方面,对其施工质量的控制占据着极为关键的地位。该项课题的研究,将会更好地提升对堤防工程堤身填筑施工问题的分析与掌控力度,从而通过合理化的措施与途径,进一步优化该项施工工作的最终整体效果。
2 概述
堤防道路是指利用堤顶或堤身平台作为交通道路.使之与所属的工程区段、管理处所、附属建筑物和附属设施等管理点相连的交通系统堤防道路不仅作为巡河、防汛道路,方便河道管理.还能起到方便地方群众出行的作用随着水利风景区的开发.一些堤防道路还将纳入地方道路体系.对完善地方道路.拉动该区域综合开发,加快地方经济的发展.具有重要意义。但堤防道路尤其是堤身填筑建设不仅涉及到水利行业堤防填筑的有关要求.还涉及到公路行业路基填筑的有关要求.如何控制好作为路基的堤身填筑质量.使堤身填筑质量既要满足堤防工程要求.又要满足路基工程要求。尤显重要作为工程技术人员.接触过堤防道路工程堤身填筑的质量控制,现仅从堤身(路基)填筑的控制干密度方面谈谈自己的认识。
3 路基填筑标准有关规定
根据《公路路基设计规范》(JTGD30―2004)有关规定.在公路工程中,路基分为路床和路堤。路床是指路面底面以下0.8I'll范围内的路基部分在结构上分为上路床(0~0.3)in及下路床(0.3~0.8)Ill两层。路堤是指高于原地面的填方路基。路堤在结构上分为上路堤和下路堤.上路堤是指路面底面以下(0.8~1.5)范围内的填方部分:下路堤是指上路堤以下的填方部分。路基填料应分层铺筑,均匀压实。《公路路基设计规范》(JTGD30―2004)规定路基压实度系按《公路土丁试验规程》(JTJ051)中重型击实试验法求得的最大干密度的压实度经查阅《公路路基施工技术规范》(JTGF10―2006).有关路基压实度的规定与《公路路基设计规范》(JTGD30―2004)是一致的,也是采用重型击实试验法
4 堤身填筑与路基填筑控制标准区别
4.1 控制指标的区别
堤的填筑标准按相对密度控制.不同级别的堤防有不同的相对密度要求,具体要求可参见《堤防工程设计规范》(GB50286―98)。路基填筑压实标准采用重型击实试验法得出的最大干密度的压实度指标控制
4.2 击实方法的区别
《土工试验方法标准》(GB/T50123)提到:击实试验分为轻型击实试验和重型击实试验.轻型击实试验方法相当于国际上的普氏标准击实试验。轻型击实试验适用于粒径小于5mm的黏性土.其单位体积击实功为592.2kJ/m3,重型击实试验适用于粒径小于20mm的土,其单位体积击实功为2684.9kJ/m3。经查阅有关资料,我国以往采用轻型击实试验较多,水库、堤防、铁路路基填土一般采用轻型击实试验,高等级公路填土和机场跑道等采用重型击实较多。根据公路工程有关标准规范,路基填筑采用《公路土工试验规程》(JTJ051)中重型击实试验法。
4.3 控制区域不同
在堤身填筑中.只要土质没有变化.控制标准是相同的,即沿高度方向没有变化。而路基填筑沿高度方向分为路床填筑和路堤填筑。路床范围内的土层承受着强烈的行车荷载反复作用.路基下层即路堤.主要承受本身重量。因此.路床范围的压实度要求较高。并且不同等级的公路.路堤填筑和路床填筑有不同的压实度要求.控制标准是不同的.且上路堤和下路堤压实度也不相同。
5 确定堤防道路工程堤身填筑控制干密度
根据以上分析.可以发现堤防工程的堤身填筑和公路工程的路基填筑控制标准是有不同要求的。实际施工时应按设计要求干密度进行控制当设计无明确要求时.应同时满足堤身填筑和路基填筑的控制标准要求施工前.应对堤身填筑和路基填筑控制于密度进行核算.同一部位取其中的大值。有关步骤如下
5.1 核查料场土料特性
核查料场是否满足堤身填筑和路基填筑材料要求.确定土质类型,是土料、砾质土,还是砂料和砂砾料。或是其他土料
5.2 委托相应资质检测单位进行试验
采集代表性土样.委托具有水利资质的试验室进行土工试验并出具报告。当土质是土料、砾质土时.做轻型击实试验。黏性土土堤的填筑标准按压实度控制.不同级别的堤防有不同的压实度要求。无黏性土土密度试验。委托具有公路资质的试验室进行重型击实试验并出具报告。击实试验确定最优含水率和最大干密度.相对密度试验确定相对密度值和相应的干密度和含砾率关系曲线
5.3 _定控制干密度
根据堤防等级所要求的压实度.对照水利试验报告给出的最大干密度.计算堤身填筑控制干密度:当采用相对密度控制时.根据相对密度值和含砾率,查找“干密度和含砾率关系曲线”.确定堤身填筑控制干密度。对照公路试验报告给出的最大干密度.计算路床控制干密度.以及上路堤控制于密度和下路堤控制干密度。将路床控制干密度、上路堤控制干密度以及下路堤控制干密度分别与堤身填筑控制干密度相比较.取其大者作为相应部位的实际控制干密度一般来说.下路堤控制干密度小于堤身填筑控制干密度,因此下路堤可采用堤身填筑的控制干密度。路床控制干密度大于堤身填筑控制干密度.因此路床部位的堤身填筑可采用路床控制干密度上路堤控制干密度则可能大于或小于堤身填筑控制干密度.取其大者作为实际控制干密度实际施工时.以实际核算数值为准。
6 结束语
堤防道路工程堤身填筑和道路工程路基填筑干密度控制标准是有不同要求的堤防道路工程堤身填筑不仅要满足到水利堤防填筑的有关要求还要满足道路路基填筑的有关要求在确定干密度控制标准时.要根据土质情况.分别按水利堤防填筑和道路路基填筑有关要求,确定各自的控制标准.同一区域两者比较后.取其大者作为相应区域的实际控制干密度