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【关键词】一级公路;城市主干路;设计要点;探究
一、前言
随着社会经济的发展需要,各地的道路网也在不断地建设发展。昔日的山林村庄,都变成今日的新城中心。在城市发展中,由于周边的地块未得到相应的开发,周边环境仍处于欠发达地区,居民出行量少,过境车辆多,同时可能受到政府部门对市政道路投资的限制,就会出现以公路为设计标准同时兼城市道路的功能的道路。
一级公路兼城市主干路的设计,主要是依据一级公路的设计标准,但又考虑到未来发展的需要,结合当地的土地利用规划及城市的发展需要,提高道路绿化面积,设置人行道及非机动车道方便周边居民出行,横断面结合公路与市政道路特点,路基排水糅合公路与市政道路排水综合考虑。
二、一级公路兼城市主干路功能的特点
一级公路兼城市主干路,要求道路既满足一级公路的设计标准,同时符合城市主干路的使用需要。设计规范应为公路设计规范,但在设计过程中,还应充分考虑城市道路设计规范的个别要求,综合进行设计。
1. 设计车速
这种特殊的一级公路,需要兼顾城市主干路的功能,其设计速度只有一种。因为根据公路路线规范,一级公路的设计速度为100km/h、80km/h、60km/h三种;而根据城市道路规范,城市主干路的设计速度为60km/h、50km/h、40km/h三种。因此一般情况下,一级公路兼城市道路功能,设计速度一般采用60 km/h。
2. 选线
这种特殊的公路,所在的位置一般位于城中心之外,可能在山村山林,又或者周围区域并没有相应开发。因此很可能面临是没有公路规划,或者公路规划不完善,需要进一步考虑选线的问题。
3. 横断面设计
一级公路横断面一般分为中央分隔带,行车道,路肩;但城市道路由于功能作用较多,一般分为中央分隔带,行车道,侧绿化带,人行道及非机动车道等。因此在一级公路兼城市主干路功能的设计中,一般以城市主干路的横断面划分进行设计,这样可以在后续城市建设中节省道路改造的成本,当然也可能人行道与非机动车道分期实施。
4. 平面设计
平面设计需要结合规划及选线情况综合考虑。同时需要注意的是,建议在道路弯道不设超高,因此曲线半径选择需大于不设超高的曲线半径1500m。
5. 纵断面设计
纵断面设计的标高,一般需要结合区域的竖向规划进行考虑。正确处理好规划路口与现状路口是设置。新建道路一般采用纵坡坡度大于0.3%。只有在改建道路条件限制时,无法满足最小纵坡坡度,则需要设置锯齿形边沟或其他排水设施。
6. 路基设计
项目的区域所以一般仍未开发,多为郊区,因此受土地使用限制较少。部分通过山区的路段,路基可采用一般放坡即可。遇到居民密集区域,或者部分特殊建筑(如庙宇)时,则无法正常放坡。此时建议使用挡墙设计或者选线时尽量绕开此类区域,避免对路基设计增加难度。
7. 交叉口设计
在公路路线设计规范中,对公路的平面交叉口设计范围采取了限制条件。以集散功能的一级公路为例,设置的最小间距为500m。但是一般此类项目中,可以结合城市公路路网规划,对应的道路进行交叉口设置即可。部分路口为规划路,可以仅预留管道,方便以后规划路建设时设立信号灯即可。同时如果在路网规划中没有的现状路口,也需要进行接顺。
8. 路基排水设计
本公路仍按照一级公路路基路面排水设计,通过路面结构下暗渠同向公路边坡,从而利用排水沟进行排水。但由于横断面形式采用城市主干路的形式,行车道外侧为人行道及非机动车道时,路面水无法直接排向边坡,人行道水向内排向行车道。因此需要设置雨水口收集雨水,再通过暗渠,最后排向道路边坡外的排水沟。
三、设计中需要注意的地方
1. 需要同时参考城市道路规范
项目是一级公路需兼城市主干路功能,因此明确以公路规范要求进行设计。如相应的公路等级,设计速度,通行能力等。
兼顾城市道路的功能则更多的体现在道路功能划分上,为兼顾远期的居民出行,降低城市道路改造成本,美化城市道路环境的角度考虑,增加人行道,非机动车道以及绿化带等断面形式。那么在横断面设计中,就既参考公路规范又要考虑道路规范了。
2. 在不同设计规范中找共通点
虽然在设计的开始阶段,先确定了规范是公路规范。但是由于这种道路的有城市道路的服务功能,仍然也考虑道路规范中的要求。如果两种规范中存在差异,则需要寻找出两者的共通点。
为了保证将来道路市政管道建设全线更加统一,如全线双侧布管,那么更好的方式是弯道处不设置超高。如果在弯道设置了超高,双侧布管变成了单侧布管,管径还需要增大,这样不利于施工。而且一般的项目实施位置为郊区,土地使用限制较少,可以选取更大的曲线半径。因此一般采用不设超高的曲线半径。
3.对排水的设计要求
公路与城市道路的最大区别,就在于公路只有路基、路面排水,而城市道路由于所处位置区域繁多,一般会有市政管网工程作为配套工程,道路排水将接入市政管网。
由于道路横断面设计需要兼顾一级公路以及城市主干路功能,因此在设计横断面时,采用了中央绿化带+行车道+侧绿化带+非机动车道+人行道的设计,两侧对称布置。这样设计,可以满足公路行车需要,也能满足居民出行的需要。但是道路外侧设置了人行道,抬高的人行道,将会妨碍路面雨水排向边坡外排水沟。同时为了满足以后路侧地块的建设,人行道的坡度也需要反坡指向行车道。而工程采用公路设计,又暂不实施市政管网。因此随之而来的将是既不能采用一般的公路排水方式,也不能采用一般的道路排水方式。排水系统仍统一为路堤排水沟以及路堑边沟。因此需要想办法将路面的雨水排向排水沟及边沟。综合考虑了以后市政管网建设的需要,以及现有排水的需要。考虑采取以下排水设计:
1、单侧行车道路面采取坡度为2%的路拱设计,方向向外,排向路缘带每隔30m一个的雨水口。
2、雨水口底设置横向PVC,埋置于人行道之下,坡度为2%,通向路堑边沟,或者通向路堤边坡处的急流槽,急流槽排向排水沟。
3、人行道及非机动车道设置单向排水路拱,坡度为2%,方向向内,这是为了方便以后接入市政管道,以及顾及城市道路外侧地块的排水需要。
4、中央分隔带及侧绿化带下方,埋设纵向软式透水管,横向用PVC管连通向边沟或边坡急流槽。可采用与雨水口横向管相同间距,横向共管可节省造价。
采用的PVC管材单价较为便宜,公路采用了城市道路横断面,在不设计市政管网工程的情况下仍能满足路面的排水要求。
四、结论
在建设项目周边地区未充分发展,道路长度较长的情况下,不建设市政管网工程,采取一级公路的设计标准兼城市主干路功能,既能满足现状交通需要,又能大大地降低造价。在同时考虑公路规范以及道路规范的情况下,如何更优地进行设计,兼顾公路与市政道路的设计标准,需要更多的设计人员进行探讨。关键在于找准公路与市政道路在设计中的共通点,充分考虑它们的差异处,通过计算验证,找出一条能够实现功能转换的设计道路。
参考文献:
[1]JTG D20-2006 公路路线设计规范.
[2]JTGD30-2004 公路路基设计规范.
[3]JTG D50-2006 公路沥青路面设计规范.
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:城市道路;横断面;机动车道;交叉口;人行道
中图分类号:U412文献标识码:A
一、城市道路横断面形式影响因素及设计中存在的问题
(一)横断面形式的影响因素
1、道路功能定位
我国城市道路按道路在路网中地位、交通功能以及对沿线服务功能等,分为快速路、主干路、次干路和支路四个等级。快速路主要承担快速、远距离区间交通,以交通功能为主;主干路连接城市各主要分区,以交通功能为主;次干路以集散交通功能为主,兼有服务功能;支路主要解决局部地区交通,以服务功能为主。
道路横断面可分为单幅路、两幅路、三幅路、四幅路及特殊形式断面,《城市道路工程设计规范》规定设计时应根据道路在路网中功能定位,选取适宜横断面型式。
2、交通安全
从城市道路横断面设计角度,为了保证道路安全,减少交通事故发生,在道路横断面形式选择过程中,需要考虑机动车、非机动车、行人等交通参与者的路权问题、通行空间安全宽度、行人过街、绿化遮挡等影响因素。
3、道路景观
城市道路绿化主要包括分车绿带,行道树绿带和路侧绿带,其绿化形式主要取决于道路横断面形式,同时针对不同道路功能,道路横断面形式的选择考虑绿化布置。
4、路面排水
路面排水对道路横断面形式影响,在既定道路宽度下,良好道路横断面形式不仅能够保证路面迅速排水,同时解决路拱横坡过大而造成行车安全问题,在选择道路横断面形式需要考虑路面排水影响。
5、市政管线
城市道路不同于公路,路下通常敷设各种市政管线,一般道路等级越高,所需敷设管线种类越多,对路侧带、非机动车道、人行道等各部宽度要求就越大,故道路横断面设计时需要考虑市政管线的影响因素。
(二)横断面设计中存在的问题
1、城市规划层面考虑不足
在城市总体规划中或片区控制性详细规划中,关于道路红线宽度,道路规划部门除在立交区或相交路口处将路口范围(70~100m)红线拓宽外,一般情况道路红线宽度全线一致,一般都会有几种固定数值,并给定几个对应标准横断面。而且规划部门制定路口红线拓宽原则较落后,并未及时根据《城市道路交叉口规划规范》和《城市道路交叉口设计规程》更新,给后期道路设计造成一定困难。
同时该阶段无交通量预测、综合交通规划等资料对确定的横断面进行数据支撑,车道数分析不充分。这样对后期设计人员指导意义不大,难以发挥控制和约束作用,从而导致规划与设计脱节。
2、缺乏道路功能及交通流构成分析
在道路横断面设计中,仅局限于道路工程设计,缺乏交通工程设计理念,对道路功能以及所服务交通流构成缺乏分析,有时只简单根据城市道路等级,套用机动车道数,机械地布置道路横断面型式,不对设计道路在规划路网中功能作用、交通组织、机动车交通特性、周边用地性质、各种交通出行方式、服务对象及环境等因素进行细致分析,以致出现道路等级相同,横断面相同,道路横断面“千路一面”的现象。
3、确定横断面各部宽度时缺乏细致分析
横断面主要由机动车道、非机动车道、人行道、分车带、设施带、绿化带等组成。大部分设计人员在确定横断面各部宽度时仅仅根据道路设计规范规定,考虑满足规范规定各部最小宽度即可,简单相加得出道路横断面总宽度,缺乏细致分析。
4、“以人为本”体现不充分
随着社会和时展,城市机动车保有量逐年增加,为适应机动车数量迅猛增长需要,道路建设数量逐年增加,道路宽度越建越宽,主干路双向6~8条车道已是标配。因道路较宽,年轻人过街所需时间较长,老人和小孩则更长。但有的道路并未设置中央安全岛,若信号周期内,绿灯时长较短,行人过街需要小跑过街,给行人造成很大心理压力;若信号周期内,等待红灯时间较长,超过行人过街等待时间忍耐度,部分行人会闯红灯过街,存在严重安全隐患。
二、城市道路横断面设计要点
道路横断面设计时,应根据人流及交通流特征,确定道路横断面中实际交通功能部分宽度,结合绿化景观、停车设施、地面市政设施布设及交通心理等非交通需求,并适当折减。针对在上位规划中安排立体交通道路还应对有效通行断面进行叠加。
(一)机动车道设计
1、单车道宽度
(1)路段单车道宽度
根据《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012),城市道路设计速度大于60公里/小时时,小客车专用车道宽度选用3.5m;大型车道或混合行驶车道选用3.75m;设计速度小于等于60公里/小时时,小客车专用车道宽度选用3.25m;大型车道或混合行驶车道选用3.5m。
(2)进口道单车道宽度
根据《城市道路交叉口设计规程》(CJJ152-2010),平面交叉口一条进口车道宽度宜为3.25m,困难情况下最小宽度可取3m。当改建交叉口用地受到限制时,一条进口车道最小宽度可取2.8m。
(3)出口道单车道宽度
根据《城市道路交叉口设计规程》(CJJ152-2010),出口道每条车道宽度不应小于路段车道宽度,宜为3.5m,条件受限制的改建交叉口不宜小于3.25m。
2、机动车车行道宽度确定
机动车车行道宽度是各机动车道宽度总和。通常根据交通量预测结果进行车道数分析,根据计算所得车道数乘以―条车道的宽度,即得到机动车车行道宽度。
3、设计中应注意问题
(1)车道宽度相互调剂与相互搭配:对于双车道多用7.5~8.0m;4车道用13~15m;6车道用19~22m。
(2)道路两个方向车道数一般不宜超过4~6条,过多会引起行车紊乱,行人过路不便和驾驶人员操作。
(3)路段圆曲线处、转角导流交通岛右侧右转专用车道应按设计速度及转弯半径大小设置车道加宽。
(二)非机动车道路面宽度确定
非机动车道路面宽度由几条自行车车道宽度和两侧0.25m宽路缘带宽度组成。自行车车行道宽度应根据该道路自行车设计交通量与每条自行车道设计通行能力计算自行车车道条数。
《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)中规定单条自行车车道宽度为1 m,每增加一条车道宽度增加1 m,那么能允许同时通过4 辆自行车非机动车道路面宽度为4.5m。
确定非机动车道路面宽度时还应考虑到少量机动车偶尔驶入及公交车驶入停靠站在非机动车道上行驶,适当加宽非机动车道路面宽度。
(三)人行道宽度确定
《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012)中规定,各级道路人行道最小宽度一般值为3.0m,最小值为2.0m。根据其所处位置,例如在商业或公共场所集中路段、火车站、码头附近路段、长途汽车站等位置,可设置为3.0~5.0m。
人行道靠行车道边种植带宽度一般不小于行道树树穴宽度1.5m,再加上侧石宽度及路灯管线敷设所需预留宽度,该宽度一般不小于2.0 m。由此,人行道宽度最小也在3.5~4.0m之间为宜,再根据此宽度考虑管线布设情况来确定人行道合理宽度。
(四)规划设计层面合理考虑
在交叉路口,根据路通流特性,交通流合理通行空间、通行权、通行规则等做出详细规划;在路段上,考虑公交停靠车站、交通过街设施设置等所需空间做出详细规划。以交叉口为例,鉴于交叉口可通车时间相当于路段可通车时间的一半左右,导致交叉口进口道单车道通行能力与路段相比大为折减。为保障交叉口进口道与路段通行能力相匹配,规划时应增加交叉口范围内红线宽度,为增加进出口车道提供基础。建议城市规划阶段横断面参数只给范围,给后期横断面设计预留一定灵活性。
在进行城市总体规划编制工作时,建议同步开展综合交通规划编制工作,在城市规划确定道路红线时,可以用综合交通规划中分析数据作为支撑,使规划红线宽度等要求更为合理。另建议道路横断面要从专业角度分析研究,充分体现专业性,减少或避免非专业的行政干预。
(五)注重道路安全性,体现“以人为本”理念
道路交通参与者中,行人属于弱者,要时刻考虑行人交通安全性,主要体现在行人过街安全新问题。
在有中央分隔带的道路,利用分隔带做安全待行区,并保留端部1~2m分隔带,对驻足行人起保护作用。在无中央分隔带道路,应压缩进、出口道宽度,设待行区(即安全岛),并以彩色涂料醒目标出,在安全区端部设置用于保护安全区防护栏或防护墩,以确保行人在绿灯尾期无法一次过街时在路中安全驻足。
(六)注意与市政管线布设的结合
《城市工程管线综合规划规范》(GB50289-98)中规定:工程管线在道路下面的规划位置,应布置在人行道或非机动车道下面。电信电缆、给水输水、燃气输气、污雨水排水等工程管线可布置在非机动车道或机动车道下面。且各类管线之间有最小水平净距的要求。
城市道路横断面确定时,要考虑各类市政管线布设位置,确定断面是否能满足管线按其规划规范的布设。
管线设计综合编制单位在布设管线在横断面相对位置时,也需注意管线布设后,是否会对沿线绿化等设施造成影响。尤其是机动车道下面需要敷设管线时,不可避免的会在路上设置检查井,检查井位置与机动车道位置关系,是否会影响行车安全及路容、美观等问题。
结语
城市道路横断面设计是城市道路设计基础内容,也是一项复杂工程,应综合考虑各种因素,本文分析了城市道路横断面形式的影响因素及设计中存在的问题,并详细阐述了城市道路横断面设计要点。以期对其它正在进行道路交通建设的城市具有参考作用。
参考文献
[1]张玉轻.北京城市道路横断面设计有关问题的探讨[J].市政技术,2004.22.
摘要:随着经济的发展,市政道路是城市的血管,其通畅是城市正常运转的基础。本文结合自己多年的设计经历,对市政道路设计的几个问题进行探讨。
关键词:市政道路 设计
随着发展,市政道路工程设计的综合性很强,是一项系统而又复杂的工作,它需要设计者眼界开阔、经验丰富,同时要有前瞻性,并进行不断学习,结合具体工程实践努力提高专业水平与审美水平,逐步掌握市政道路设计的精髓,创造出更多的精品工程。
1、使用年限的设计
1.1设计参数的取值
目前,按照市政道路设计规范要求,沥青混凝土路面的使用寿命为15年,水泥混凝土路面的使用寿命为20~30年,但是目前很多道路路面使用不到10年就出现了结构破坏。造成损坏的因素有很多,例如,汽车超载、人为原因、施工质量等等。然而,由于目前的设计规范参数过分强调经济性,技术参数取值偏低,这是造成路面提前破损的主要原因之一。规范中所提的要求是保证安全的最低要求,但实际上已成了评判设计合理性的准则,这是不妥当的。现在很多市政道路都在扩建改造,但是很多市政道路甚至连扩展用地都没有预留,因此造成改造扩建的费用巨大,这说明设计时对道路交通量的预估不正确,缺乏科学性与合理性。
1.2近远期规划
现在有些市政道路横断面设计缺乏近远期考虑,如,有些市政支路设计时采用机非混行车道,道路设计断面总宽度为12m。当需要改造为双向4车道时,车道拓宽宽度偏窄,不利于两侧拓宽的设计。
1.3参数设计改进建议
设计参数取值时应该根据目前道路的具体情况具体分析,重型车辆较多时要充分考虑重型车辆对道路的影响,按照重载交通设计时的公式进行交通量转换。近期设计道路的总宽度时应该兼顾远期的规划断面,各地都应结合各自城市的实际情况,制订适合本城市交通发展的战略目标,科学地预测相应道路的机动车发展水平、以及非机动车的出行比例,在此基础上研究适合近远期过度的道路横断面方案。
2、路线设计
2.1平曲线半径的取用
平曲线半径的取用,最重要的是考虑曲线附近的运行速度及其前后衔接的线性指标的均衡性及连续性,并非越大越好。
2.2同向圆曲线间直线段长度的问题
在老路改造工程中,过分强调6v的最小直线长度将浪费大段老路,造成新的拆迁量,使工程量和工程造价大幅提高。
2.3市政道路的纵断面设计不能仅考虑造价
暴雨考验着城市的排水系统,近期全国出现的强降雨使很多城的道路积水严重,有些城市的排水系统不能起到应有的作用,而且有些城市的道路在水位较高的季节会出现雨水倒灌现象,其中主要原因之一是道路纵断面设计偏低造成的。
2.4超高问题
混合交通路段设置较大超高,易造成低速行驶车辆的倾倒事故。
(1)其中,y为超高模坡,v为行车速度,R为平曲线半径,μ为横向力系数。
①μ
②μ
③μ
④μ
⑤μ
由式(1)可知,横向力系数μ值的选用是关键,从行车安全角度考虑,横向力系数μ不超过0.15即可。该方法在江西省很多干线公路中已经使用,实践证明是安全可靠的。
2.5老路改造中的平纵组合
条件受限时,尤其是在老路改造中对工程造价影响很大时,不应片面强调“平包纵”。
2.6路线设计改进建议
平曲线半径超过8km,则与长直线类似,容易使驾驶员产生单调感和疲劳感,一般平曲线长度宜控制在1~3km。同向圆曲线间直线段长度取值建议:①可以将大于不设超高的缓和曲线长度归入直线段考虑。②降低6v要求,最小可至3v。市政道路由于其特殊性应更多地考虑当地的实际情况,特别是防洪、排水问题,不应过于考虑减少造价而降低纵断面设计的标准。车辆在城市中行驶时,往往达不到道路的设计速度。因此,当道路条件受到限制必须设置超高时,横向力系数μ的取值不超过0.15即可。老路改造应尽量以拟合老路为原则,条件受限时可以不“平包纵”。
3、路基路面的设计
3.1路基拼接
目前为保证新老路面拼接质量的技术措施主要有挖台阶、提高新填土压实度标准、铺设土工格栅等。但是在河塘路段,特别是在软土地基路段不均匀沉降设计处理不到位的地方,经常出现纵向裂缝。
3.2水泥稳定碎石层设计
水泥稳定碎石作为路面基层,较容易出现的问题就是水泥稳定碎石基层的开裂。水泥稳定碎石基层的开裂经常会反射到沥青路面面层,若这些裂缝不能及时处理就很容易导致路面破坏。
3.3桥头跳车
桥头跳车是普遍存在的问题,其形成原因很复杂,影响因素也很多,但桥头跳车的直接原因是桥台与路堤的沉降差异。处理桥头跳车常用的方法主要有:加强地基处理、提高压实度、设置大尺寸搭板、设置过渡路面结构等,本文同时建议设计时可以加强搭板处路面结构和路基顶层的处理。
4、其他方面的设计
4.1车道宽度的设计
伴随着我国经济的快速发展,汽车保有量已迅速提高。市政道路的交通组成已经发生了巨大的变化,由过去大车、客车为主,逐步转变为以小车、私车为主。由于目前使用的市政道路设计规范是20世纪80年代末制定的,当时市政道路上行驶的主要是大车,行车道宽度和转弯半径等指标的数值都偏大,这对中心城区,特别是繁华地段的土地利用很不合理。
4.2人非共板的设计
关键词:城市道路、公路、设计方法
中图分类号:U412.37 文献标识码:A文章编号:
A Discussion on Some Problems in Urban Road Design Method
Wang Zhijiang 1 , Cheng Jianchuan2 ,Wang Jichun3
(1. Zhejiang Prov. Institute of Architecture Design and Research, Hangzhou 310006, China)
(2. School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, China)
(3.The Construction Headquarters of Hangzhou Hi-Tech Industry Development Zone(Binjiang),Hangzhou 310051,China)
Abstract. Current design methods of urban road mainly inherit from those of highway. But the working state and the operating characteristic of urban road are very different from those of highway. Under the construction conditions and the management requirements of new age, the methods have revealed quite a few faultiness. In connection with the problems of common urban road design, such as design speed and speed limit, minimum longitudinal gradient, traffic organization at road intersection, bituminous concrete pavement etc, this paper makes some simple analysis and offers improvement opinions.
Keywords: urban road, highway, design method
城市道路系指在城市范围内,供车辆及行人通行的,具有一定技术条件和设施的道路。作为城市中覆盖面最广阔的土木工程,城市道路不仅承担绝大部分城市交通,更是路灯、给排水管道、电力、通讯、燃气、供热等市政设施的基本载体。城市道路不但是城市运行的“血管”,同时也是城市扩张的“先锋”。
我国现行城市道路设计的指导思想、基础理论、技术要求等大多参照公路相关内容,经过数十年的实践,虽已形成较为完善的体系,为国民经济的发展、社会的进步作出了巨大的贡献,但现行的设计方法中仍然或多或少的存在一些缺陷,并且在新时代的建设条件和管理要求下,某些问题还相当突出。笔者根据自身工作经验,对其中几个问题进行探讨。
1、设计车速与管理限速
设计速度(Design Speed)是道路几何设计所采用的基本要素,系指在气候条件良好,车辆只受道路本身条件影响时,具有中等驾驶技术水平的人员能够安全、舒适驾驶车辆的速度。设计速度的定义中至少隐含了两个基本前提:一、速度值确定,设计车辆运行状态为理想的连续行车状态;二、运行环境单纯,没有或忽略侧向、对向及同向干扰,呈自由流状态。在交通条件适当的情况下,机动车在公路上的运行速度与设计车速也较为接近。(新建)公路交通工程设计中直接引用设计速度作为道路管理限速(Speed Limit)指标一般也能满通安全(行车安全)的要求。
通常城市道路设计流程中一般根据道路等级及规范要求大致圈定设计速度的范围,再根据规划条件确定具体数值,并进行后续道路几何设计。市政工程师使用的路线设计方法与公路大同小异,同样是以设计速度为核心的均衡设计法(Design Consistency)。此外,市政工程师在进行交通设施设计时,往往也直接引用设计速度作为道路限速指标。然而,城市道路(快速路除外)的特点是路网密度大、交叉口多、路段里程短、交通组成复杂。由于存在诸多约束,即使是在交通量很小的条件下,机动车也很难做到连续行驶,更谈不上自由流状态,城市道路的实际运行速度往往大幅度低于设计车速或管理限速(简称“速低限高”,下同)。
以杭州市滨江区江南大道为例,该道路红线宽50m,双向六车道城市主干路,设计速度与道路限速均为80km/h。道路位于新城区,两侧地块尚未开发,交通量不大,道路线形简单,纵坡平缓,路面状况良好,全线灯控交叉口均采用绿波信号机控制。
笔者利用雷达测速仪连续进行了五天的测速实验,观测时段为下午14:30~15:30,实验期间天气晴好。观测获得的3690个实测数据中仅36个达到或超过80km/h,占样本总数的0.98%;217个数据接近道路限速(70~79km/h),占样本总数的5.88%。观测实验所在的江南大道交通环境十分理想,远超过杭州市区其它同等规模的城市主干路,由于采用绿波信号机,其运行状态一定程度上甚至接近城市快速路。如此优越的条件下,机动车实际运行速度与管理限速或设计车速仍然相差甚远,所有被观测车辆的平均速度仅为55.8km/h。
由上述案例不难推断,“速低限高”的情况在城市道路(网)中普遍存在,而设计标准较高的主干路则更加突出。(大量)信号控制交叉口的存在是造成城市道路“速低限高”的主要原因。换言之,城市道路对机动车运行速度构成的实质性约束通常不是平曲线要素而是交叉口距离。从行车安全角度考虑,基于连续行车、自由流状态的设计速度可以认为是一种极端的运行速度,以其作为路线设计核心指标是偏安全的,也是合适的。从行人安全角度考虑,“速低限高”实质上无异于鼓励超速,交叉口附近隐患极大,直接引用设计速度作为道路限速的方法则比较草率,存在危险。通过交叉口距离计算可能的运行速度,从而确定道路限速,更为严谨、恰当,具体方法另文讨论,本文不多敷述。
二、道路纵断面设计
根据《城市道路工程设计规范》(CJJ37-2012,简称《规范》,下同)要求,道路最小纵坡是能保证排水和防止管道淤塞所需的最小纵坡,不应小于0.3%;最小坡长的限制从汽车行驶平顺度、乘客的舒适性、视距以及相邻两竖曲线的布设等方面综合考虑,按10s的汽车行车距离取值;竖曲线的设置主要考虑顺适行车,最小长度极限值采用3s的行程距离,一般值规定为极限值的2.5倍。
城市道路设计标高一般会略低于路侧建筑室外地坪标高。为保证与周边地块衔接,城市道路纵断面通常呈现坡长短、坡度(差)小的特征。相对旧规范(CJJ37-90,下同),《规范》对坡长的限制有所降低,对地形的适应性稍有利。同时,新规范对竖曲线长度的要求有较大提高,使得同等坡长条件下的路面实际坡度大幅度下降。例如:设计车速60km/h的道路,坡长、竖曲线长度分别按《规范》要求(一般)最小值150m、120m进行布置,连续三段纵坡坡度分别为-0.3%、0.3%、-0.3%的条件下,相邻两竖曲线顶点与底点之间高差为0.27m,相邻变坡点150m的距离中有80%的路面坡段小于0.3%,路面平均纵坡(率)更只有0.18%。城市道路中大量存在坡长、坡度最小值并用的情况,按照新规范要求,路面虽然更趋平坦,但实际上对纵向排水不利。
图1最小纵坡各参数示意
《规范》中对于最小坡度的规定是不考虑筑路材料特征的无差别规定。近年,SMA、Superpave、OGFC等新材料大量应用,新材料的共同特征是具有粗糙的微观表面、更大的构造深度和摩阻系数。新材料铺筑的路面,0.3%的坡度未必能满足纵向排水要求。极端情况下,比如透水路面,0.3%的最小坡度就毫无意义。
笔者认为,城市道路最小坡度不应简单理解为以百分率表示的路线纵断面上同一坡段两点间最小高差与其水平距离的比值,而至少应该按实际路面平均纵坡(率)进行验算,当其能够满足最小排水坡度要求时,才是合理的最小纵坡。此外,不同筑路材料对应的最小纵坡指标也是一个必须注意的问题。
三、交叉通组织
随着国民经济的发展,家用轿车迅速普及,城市交通日甚恶化,大城市中心城区早晚高峰时间交叉口更成为堵中之堵。缩短交叉口延误时间是交叉通组织设计的核心;在一个周期的绿灯时间内疏散进口道范围的车辆,并不遗留至下一信号周期是交通组织设计的理想结果。市政工程师常用的技术手段不外乎设置待驶区、增加进口道、延长续车段、调整信号配时等,但以上技术手段若应用不当,反而会加剧拥堵。
道路交叉口的通行效率取决于进口车道数,疏散能力取决于出口车道数。以直行车道为例,若进口道直行车道数少于出口车道数,在同等交通量的条件下会延长排队长度,降低通行效率。交叉口停止线前等待通行机动车密度远超一般路段,车辆间距往往只有1~2m,车流运动至出口道时,各车之间并不一定能拉开足够的距离。多设进口车道看似能够提高疏散能力,但超过出口车道数,车辆在到达出口道之前很难完成合流交织,反而会在出口处引起混乱和事故,制造新的拥堵。笔者认为,设计良好的交叉口,至少应遵循“直行对应、转向平衡”的渠化原则,即进口道机动车直行车道数与出口车道数相当;本方向左转机动车道与对向进口道右转机动车道数之和不超过相交道路出口车道数。一般情况下,进口道数量不宜超过路段单向机动车道的两倍。例如:两条双向六车道(单向三车道)的主干路平交,交叉口进口道数量不宜超过六条,转向车道配置可视情况设为两个左转、三个直行及一个右转车道或一个左转、三个直行及两个右转车道。在用地条件许可的情况下,城市道路特别是主干道交叉口进口道宜可能布置为专用转向车道,避免设置诸如直左合一、直右合一之类的兼容型转向车道。由于非机动车道与人行道一般位于机动车道右侧,右转机动车不可避免的会与非机动车和行人产生冲突,因此就“十”字交叉而言,三相位是更为合适的信号控制方式。
图2交叉口进口道转向配置示意
四、沥青路面设计
城市道路沥青路面设计方法全面承袭公路,都是以弯沉和弯拉应力为设计指标;多层弹性层状体系为力学模型,以累计当量轴次作用下产生疲劳破坏的结构层厚度计算方法。通常认为道路等级越高,交通量越大,累计当量轴次也就越高,路面结构层(基层)越厚。城市道路,尤其是中心城区道路的机动车主要由小轿车与公交车组成,前者占大部分。受政策约束,一般情况下货车禁止入城。城市道路特别是中心城区道路,交通量与其累计当量轴次之间并不构成正向关联。按饱和状态进行计算,设计速度60km/h对应的一条车道的基本通行能力1800pcu/h,若交通量中95%为小轿车,5%为公共汽车;小轿车轴重按10KN,公共汽车前轴按40KN,后轴按80KN计,每小时当量轴次44次。若每天24小时均按此标准计算,则15年内一条车道的累计当量轴次不过为573万次。实际情况下交通量不可能达到通行能力标准,更不可能24小时处于饱和状态,累计当量轴次将远低于573万次,甚至连100万次都难以达到,处于轻交通状态。理论计算,主要持力层(半刚性)基层的厚度只要20厘米即可满足要求,显然与实际设计使用的指标严重不符。
城市新区道路的运行状态又与中心城区大相径庭。道路建设初期首先作为道路两侧地块开发的施工通道使用。工程车普遍超载甚至超限,路面早期荷载强度大大超过正常状态,工作环境非常恶劣,往往在短时间内就能产生严重的结构性破坏。这种情况在新兴城区,特别是城郊开发区道路建设中十分普遍。设计人员除增加基层厚度别无它法。由于这种破坏状态与交通量或累计当量轴次基本无关,解决方案缺少设计依据,甚至没有理论支持。
以上两种类型的道路都可证明,以累计当量轴次为基础参数的设计方法在城市道路路面设计中的存在较大局限,很难正确、有效的指导设计,只能作为参考。
五、结论与建议
随着城市化进程的深入,城市道路建设也越来越精细。传统的理论体系和设计方法日益显现出缺陷和不足,具体设计时至少应注意以下问题:
(1)根据道路(网)的构成特征,城市道路对机动车运行速度构成的实质性约束通常不是平曲线要素而是交叉口距离。通过交叉口距离计算可能的运行速度,从而确定道路限速,更为严谨、恰当的方法。
(2)道路纵断面设计中最小坡度宜根据筑路材料的物理特性确定,控制值以相邻竖曲线顶点与底点之间坡段的平均值为宜。
(3)交叉通组织设计至少应遵循“直行对应、转向平衡”的渠化原则,在饱和或超饱和以及混合交通条件下,相对通行效率,交通秩序是更重要的考虑因素。
(4)鉴于车辆组成与运行方式的特征,不同区域的城市道路路面工作环境存在很大区别,以累计当量轴次为基础指标的设计方法存在较大局限,很难正确、有效的指导设计,只能作为参考。
参考文献
[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市道路工程设计规范(CJJ37-2012). 北京:中国建筑工业出版社. 2012
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城市道路交叉口设计规程(CJJ152-2010). 北京:中国建筑工业出版社. 2010
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 城镇道路路面设计规范(CJJ169-2012). 北京:中国建筑工业出版社. 2012
[4] 中华人民共和国交通部. 公路工程技术标准(JTG B01-2003). 北京:人民交通出版社. 2004
[5] 中华人民共和国交通部. 公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006). 北京:人民交通出版社. 2006
中心词汇:路基、石灰动摇、碎砖土
我国城市树立正在一日千里地向前迈进,在城市扩建和改建进程中,路途的树立是必不可少的环节,而具有一定强度和动摇性的路基又是路面结构全体强度和运用寿命的基本保证。在城市路途的新建和改建中普遍碰到旧房拆迁地段,如何有效应用这些碎砖断瓦在原有空中上修建契合要求的路基,是城市路途树立中急待处置的一个课题,有着重要的理想意义。
1设计技术规范
1.1压实度依据城市的总体规划,以城市交通主干道为例。依照该地域地基的特点和国度规范《城市路途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规范控制,关于主干道,填上高度小于80cm及不填不挖路段,原空中以下0-30cm范围内,路基压实度不应小于95%,思考到该路段的重要性,设计中将30cm的范围内压实度规范确定为98%[1]。
1.2路基回弹模量路基回弹模量Eo是反映路基全体强度的重要目的,其值的大小对路面耐久性有较大影响,《城市路途设计规范(CJJ37-90)》规则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求用大型承载板法停止,方法比拟复杂,而弯沉测定就比拟简便、快捷。因此可以经过测定弯沉来评价路基强度,计算路基回弹模量[2]。
《公路路基施工技术规范(JTJ033-95)》明白规则对土质路床顶面压实完成后应停止弯沉检验,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是权衡路基填料自身强度的一个重要目的,《公路路基设计规范(JTJ013-95)》和《公路路基施工技术规范(JTJ033-95)》初次明白提出了高速公路、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。
路基填料最小强度和最大粒径要求表1
城市路途的交通主干道,路面为沥青混凝土,路面底面下30cm的设计最小CBR值为8%,30cm石灰动摇碎砖土按二层施工,每层压实厚度15cm,填料最大粒径取8cm。
2室内实验研讨
2.1实验用原资料实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。经实验,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%;实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掺灰量确实定为了确定磨细生石灰的掺加比例,采用,石灰:土区分为4:96、6:94和8:92的三组比例停止击实实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。
个最佳剂量(质量分数)约为6%-7%,本研讨的实验也说明了这一点,因此决议采用6%的掺灰剂量[3]。
2.3不同碎砖含量的石灰动摇土的击实实验和CBR值为了了解不同碎砖含量动摇土的功用,在研讨中采用,碎砖:石灰土区分为10:90、15:85、20:80和30:70的四组级配,用轻型击实规范经过击实实验区分失掉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实验按《柔性路而设计参数测定方法规范(CJJ/T59-94)》停止,实验结果见表3。
各种石灰动摇碎砖土的最大干密度和CBR值汇总表3
从表3中实测数据可分析得:
①石灰动摇碎砖上随着碎砖含量的添加,其最大干密度的数值也随之添加,这是由于碎砖的毛体积密度(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添加到30:70时的1.59g.cm-3,增幅仅1.9%[4]。
②四组不同碎砖含量的石灰动摇碎砖上实测CBR值均大于规范对填上资料的最小CBR值8%的要求,而且随碎砖含量的增大而增大,以上说明石灰动摇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,其路用功用越好。
③依据以上室内实验及分析可得出,在碎砖所占质量分数为10%-30%的范围内石灰动摇碎砖土的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。
3结语
3.1经过室内实验研讨证实石灰动摇碎砖土是良好的城市路途路基修建资料,其CBR值为35%左右,完全满足规范对路基填料大于8%的要求。
3.2石灰动摇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,本研讨效果不只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,因此具有推行价值。
【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
Abstract: Based on engineering design and practice, measures for prevention of joint crack in new and old roadbed combination, old pavement treatment, prevention and control of reflective cracking of asphalt pavement overlay and road drainage treatment in the reconstruction of highway concrete road into urban asphalt road are put forward.
关键词: 改造;城镇道路;旧路面板的处理;路面反射裂缝;路面排水
Key words: reconstruction;urban roads;old road pavement treatment;pavement reflection cracking;pavement drainage
中图分类号:U412.37 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)06-0097-02
0 引言
随着城镇化的不断提高,城市规模不断扩大,原有的城市郊区的公路已经不能满足城镇化发展的需要,必须改建成城镇道路。本文就是结合了自身在改造工程设计中的一些实践经验,提出了在这个过程中的几个要点。
1 工程概况
28号路是东莞市常平镇的一条主干路,该路现状为路堤式公路形式,纵坡很小甚至为零,道路两侧局部路段房屋林立,采用明沟排水,路肩边缘布置了通讯管线、给水管和路灯,此外无其它市政配套管线。现状横断面为:中间15.5m宽车行道,两边部分路段土路肩宽1~4m,部分路段人行道宽5~6m,车行道路面为混凝土路面,由于建成时间不足15年,混凝土路面大部分完好,个别出现板块错台、开裂、缺角、脱空等现象。28号路定位是东莞市连接镇区的主干路,设计车速60kn/h,现状道路等级较低必需要进行改造。经过多方案比选,最终确定改造后的横断面为:中间车行道宽24.0m,两边绿化带各3.0m,非机动车、行人混行道宽5.0m;同时增设雨水、污水、电缆沟、给水等各种市政管线;将水泥混凝土路面改造为沥青混凝土路面。
2 改造难点及解决问题的对策
2.1 新旧路基、路面结合部裂缝的防止
2.1.1 新旧路基的处理。改造后的中间车行道需要在原有的车行道两边各拓宽一个车道。需要注意的是旧的路基经过多年的运营已经沉降,呈基本稳定的状态,而新拓宽部分的新填筑土作为附加荷载,会打破这个状态,很容易造成路面开裂。
①老路土路肩的处理。原有的28号路土路肩路基,其实它的稳定性是很强的,但是当改造完后,如果直接被用作主车道,还是难以达到规范要求,最好进行适当的挖除重新填筑。具体是把老路堤边坡开挖成台阶状,台阶高度控制在100cm左右,宽度在200cm左右,每层台阶横向铺6米宽,纵向通长的土工格栅,以减小沉降差。
②拓宽部分路基的填筑。在路基填筑前处理好拓宽部分的软基,可以有效的减少拓宽部分的沉降。在这个工程中,拓宽部分的软基主要采取了换填级块石、水泥土搅拌桩处理措施,各项技术指标经检测合格后,才进行路基的填筑。路基填筑材料的来源,通过合理论证,道路拓宽路基填料选择了工程性好土。
2.1.2 新老路面结构的结合。在公路改建城镇道路的设计过程中,必须考虑到新老路面结构的结合问题,因为在客观上无论采取哪种措施都很难避免拓宽部分的路基和老路的路基之间的沉降差,而这种沉降差会在路面产生一定的附加应力,即拉应力,一旦超过路面材料允许的拉应力时,路面就会开裂。在这个问题上,28号路采用的是充分利用旧混凝土板块,首先在新板块侧面居中处植?准16钢筋作为拉杆,间距50cm,长度50cm,伸入原混凝土板块25cm;然后新浇筑一块同强度、同厚度的混凝土板块;最后新老混凝土板块上同时进行沥青混凝土罩面。
2.2 旧混凝土路面的处理
在设计的过程中需要对原有路面进行病害调查,以下是几种常见病害的处理方法:
①接缝的处理。首先需要把旧填缝料全部清理干净,保证缝内没有杂物。然后纵缝、横向缩缝及施工缝接缝采用热熔改性沥青油灌缝。胀缝清缝后,缝下部填塞聚氨脂硬泡沫板厚2厘米,高18厘米。上部用热熔改性沥青油灌缝。
②交叉裂缝或破碎板块。如果旧路面是交叉裂缝或破碎板块的,应该采取凿除破碎板的方法,然后浇筑新砼板,但在凿除的过程中需要注意,采取的机械凿除工具可能会影响周围的板块基础,因此最好是采用人工配合机械的方式,并且在这个过程中不能截断钢筋。如果基层强度不足,应该先进行基层处治,然后用C20素混凝土浇筑,厚度为15~20厘米。在处治好基层后,重新浇筑C40水泥砼路面板24厘米,面层和原混凝土路面板平齐,同时设置传力杆和拉杆。
③横向、纵向开裂的局部修改。如果遇到横向、纵向开裂的情况,应该在裂缝外的20厘米左右画一个与板边垂直的边线,然后沿着边线切开,把破损的部分凿除,如果是基础有问题,就先处理好基层,再浇筑一个厚15~20厘米的C20素砼基层。
为埋设传力杆,在两侧边缝板厚中央钻洞,深度10cn,直径4厘cm,洞的水平间距为50cm,将洞内粉碎物清除,并加以湿润。填实1:2水泥砂浆后,每个洞插入一根直径?准16,长度为20cm螺纹钢筋。
④角隅部分开裂的局部修补。如果是这个情况,应该按照破裂面的大小,确定切割范围。板面和边缝之间的距离最少应该是1.3米。用圆弧来连接二边缝交角处,并且要求半径要超过30厘米。
然后把边缝切开,凿除破损的部分,形成规则的垂直面。注意在这个过程中不要把钢筋截断,如果发现拉杆传力杆及滑动传力杆也存在问题,应该进行修复或另设新杆。
角隅局部修补需配直径?准8双层钢筋网,钢筋网间距10厘米双层钢筋网离板顶板底5厘米。设在架立钩筋直径?准16,间距30厘米。
⑤脱空板的处理。弯沉检测:测量工具,后轴重10吨载重车,5.4米贝克曼梁,百分表。
测点布置,如果是刚性路面,应该根据有关要求进行逐板编号、登记,然后检测弯沉。
采用单点实测弯沉来控制旧水泥砼板块的竖向位移,首先需要对板块进行地毯式测量调查,然后进行修补控制。水泥灌浆加固工艺是在原有的水泥砼板上凿孔,然后把孔中所有的杂物清除,保证孔的清洁和干燥,之后插入灌浆钢管。灌浆管用1:2水泥砂浆锚固在砼路面板中。路面板下空洞用0.5-1厘米碎石填塞。
灌浆浆液应该具备初凝时间长、施工和易性好、早期强度高、不易发生收缩等特点。灌浆材料配比42.5号普通硅酸盐水泥:粉煤灰:水:U型高效膨胀剂:早强剂:1:0:5:7:0.05:0.05。
错台板的灌浆:首先是从沉陷量大的灌浆孔开始,按照由近到远,由大到小的顺序,直到下陷路面板升到相邻路面板高度。唧泥缝板的灌浆加回:一条缝唧泥,应灌浆加固缝两侧的两块板。在每块板靠板缝的三个孔中灌浆。
脱空板的灌浆加固:如果其单点实测弯沉值在0.1~0.4毫米之间,应该采取钻孔压浆处理,如果是大于0.4毫米,应该凿除原有的旧破碎板,新浇砼路面板块。
布孔呈现梅花型,一块砼路面板五个孔。灌浆过程中,应注意控制砼路面板的顶升量,可采用路面加车载方式,压住路面板。
2.3 路面排水的处理
①平原地区修筑的公路常以路堤式,小纵坡甚至无纵坡居多。在改建的过程中这样的情况非常不利于城市道路排水建设的需要,如果硬是改建原有的纵坡和横坡,会大大的增加工程的成本和延长工程的工期,因此在此次工程的改造设计中,保留了原有的纵坡和横坡。
②为充分利用旧混凝土路面,顺原有纵坡进行沥青混凝土罩面,而原有纵坡很小,满足不了城市道路排水的要求。这时就需要采取锯齿形边沟,但是在实际的调查中发现,采取此方法困难重重,为了真正的解决这个问题,在路面边上设置了平石,采用平石调整坡度与雨水口位置相配合,同时加密雨水口的间距,使雨水能及时排出。
2.4 反射裂缝的防治
在对旧水泥混凝土路面进行改造的过程中沥青混凝土罩面是最常见的,因为它既经济又快捷。28号路现状路面情况基本良好,所以有关专家是同意采取此方法的,但是如果是直接把沥青混凝土面层铺在水泥混凝土路面上,是很容易造成裂缝的,会很大程度的影响路面的使用寿命。
很多的研究都表明,反射裂缝是不可能被彻底的消除的,只能采取一定的措施来控制开裂。在这个工程中,结合自身工程的一些实际情况,采用的罩面结构为:原混凝土病害处理及清洗灌缝后,喷洒粘层油,满铺土工格栅,然后铺约平均5cmAC-20C中粒式沥青混凝土调平找坡层,最后采用6cmAC-20C中粒式改性沥青混凝土+4cmSMA-13改性沥青玛蹄脂碎石面层。罩面总厚度15cm左右,新老混凝土罩面结构一致。实践证明,该罩面结构,在原混凝土路面破损较少的旧路改造中,对防治反射裂缝效果很好。
2.5 施工期间的交通疏解
本工程改建实施时,总体上来说对交通影响较大。影响区域可在下述原则的指导下进行交通的疏解。
分流疏导:采取自然分流与管制分流相结合,通过媒体引导市民选择其它路线出行,在相交道路的相邻路口设置告示牌,提示行车避开施工路段,利用周边路网分流交通。
分幅施工,通过新建临时疏解便道及左右幅路分开施工,保证被相交道路的车道数满足现状交通需求,保证现状路的公共交通、片区出入交通、组团之间联系交通与现状基本一致。
分时段施工,白天施工对交通影响小的工作面,在夜间交通低谷时施工对交通影响大的工作面,同时注意控制噪声污染。
对施工组织进行动态管理,派专人巡逻,发现施工地段交通拥堵后,立即撤离工地,疏导交通,重新研究施工组织方案。
加强交通管理力度,加大交通安全和交通组织方案的宣传,改善交通秩序;协调交警部门增强路段的通行能力,一旦发生交通事故立即采用应急处理,减少其它方面因素对该路段交通的影响。如有需要,在有合适条件的地方设置新建临时便道。
3 结束语
在公路改建城镇道路的工程中还面临着很多的实际问题。本文结合28号路改造工程设计中浅谈了几个具体问题的觖决措施。总之,公路改造为城市道路涉及范围广、专业多,只有进行合理设计与精心组织,才能确保工程的质量。
参考文献:
[1]CJJ 37-2012,城市道路工程设计规范[S].
[2]JTG D30-2004,公路路基设计规范[S].
关键词:沥青砼 配合比设计 拌合温度 施工质量控制
沥青作为一种路用结合料,是以沥青为结合料,将矿物质粘结成为整体的一种高级的柔性路面。由于其具有表面平整、无接缝、行车舒适、密实度大、整体性好、强度高、工期短、养护维修简便、适于分期修建等优点,在世界各国得到了广泛的应用,从乡村道路到城市道路,从三级路到高速公路,从路面底基层到路面面层,均普遍采用。成为公路建设长久使用不衰的一种材料。但由于沥青材质本身的差异,以及受设计和施工水平的影响,沥青路面常常出现裂缝、车辙、拥包、泛油、松散、脱皮、啃边、下沉等常见病害,这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全,加大了汽车磨损,缩短了沥青路面使用寿命,影响了道路投资效益。
1.目前道路现状
近年来,辽沈地区部分道路,发现沥青路面常见病害十分突出,许多问题在高等级路面也经常出现,如路面开裂、泛油严重、特别在弯道处推拥成包、路面标线扭曲变形等病害时常可见。
2.病害出现原因分析
沥青路面病害出现的原因,我个人认为无外乎下列几个方面。
2.1.沥青质量问题
由于近几年交通作为国家基础设施重点投资,全国各地二级路、一级路、高速公路、城市道路,开工项目很多而建设资金又有限,因此,在道路结构层的厚度设计、材料的采用本着经济适应的原则,而对交通量的变化,使用年限并没有重点研究,象高等级沥青路面,许多省市采用的是上面层使用进口沥青,而中面层、底面层则采用国产沥青,就国产沥青而言能达到规范要求的厂家并不多,而且数量十分有限,不可能满足国内建设规模的需要。作为建设单位,设计单位十分清楚这一情况,但从节省资金的角度来看只能勉强采取这一方法。
2.2.设计规范存在一定的问题
目前,柔性路面国家设计规范仍然采用弯沉值控制,并以黄河JN-150为标准荷载,作为设计参数,使用年限采用累计折合成标准荷载次数作为控制指标,而对重型车,特别是超重型车辆对路面结构强度的影响却没有过多过细的理论保证,规范中的折算系数并没有考虑路面承载极限能力,虽然现在国内许多路面方面的专家也在探讨这一问题,并有专家写文章进行论述。而目前高等级路面上,超重型车辆,特重型车辆随处可见。因此对国家设计规范进行修改很有必要。
2.3.透层油、粘层油对路面的影响
为了使沥青路面与路面基层以及沥青砼本身层与层之间具有良好的结合性,洒一定数量的透层油和粘层油是十分必要的,然而,在施工当中透层油一般按1.2kg/m2,由于目前高等级道路大部分采用二灰碎石或水泥稳定级配碎石,渗透性能均比较差,加上局部挤压平整度稍差,经常有透层油窝积现象。此外,粘层油设计一般要求0.8kg/m2,而施工单位也好、监理工程师也好,并没有考虑粘层油对沥青砼油石比的影响,现在我们不妨简单的计算一下:
粘层油按乳化沥青考虑,沥青与乳化剂及水的比例取50:50,按0.8kg/m2用量。
沥青含量则为0.4kg/m2。
沥青面层按4cm,容重按2.42kg/m3则每平方米沥青的重量为4×10000×2.42kg/m3=96800g。油石比增加量则为:400÷96800=0.4%
沥青面层油石比按5.1%考虑,则沥青用量增加了0.4/5.1=7.8%。
以上两个方面说明了有些高速公路局部路段油石比显然较大,导致路面发软,出现扭曲、推拥的原因之一。
2.4.气候的影响
近年来,由于温室效应影响全球,在我国也不例外气温普遍提高气候反常,北方气候发生显著变化,冬季气候变暖夏天持续高温时间增长,特别是今年夏天在华北地区气温在32℃以上持续了40多天是多年来十分罕见的,这种气候条件是否持续下去有待时间的检验,由于气温的提高,而导致辽沈地区沥青软化点的不适宜是否应降低标号,值得考虑。
2.5.沥青砼配合比设计存在的问题
沥青砼配合比设计按规范要求应经过四个阶段,即目标配合比设计阶段,生产配合比设计阶段,生产配合比验证阶段和试拌试铺阶段,各阶段要达到的目的都有明确的要求。
2.6.沥青砼拌合温度的控制
沥青砼拌合温度的控制,从规范角度控制比较严格对石油沥青拌合出厂温度要求在120~165℃,而实际上有些施工单位和个别商品沥青砼厂家,在拌合温度控制方面不是那么严格,这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的一个原因。
2.7.沥青砼的摊铺
沥青砼的摊铺目前国内问题比较大,总的来说走两个极端,一方面高速公路摊铺要求全断面摊铺设备如ABG或费格勒2000型,另一方面个别地市交通部门用的还是过去60-70年代的摊铺设备,面过窄,没有自动找平系统,完全凭经验凭操作人员的感觉进行施工,事实上高速公路有些监理工程师对双向四车道的高速公路要求全断面摊铺,只考虑到了横坡容易掌握和消除了纵向接缝,所带来的弊端却是显而易见的。
2.8.施工过程中的路面污染
当前许多公路投标项目划分太细,路基桥涵、路面、交通工程都分别招标,在同一路段上施工单位较多,加上工期较紧,平行作业,相互影响,如在沥青砼摊铺底面层中面层时,路基施工单位要刷边坡,挖边沟,其他路段的车辆也通行,导致路面污染严重,从而使路面上层铺设,层与层之间的粘结受到影响,特别是当沥青面层较薄时,在车辆高速行驶荷载作用下,沥青路面产生脱落,推拥、扭曲裂缝,我们经常见的桥面铺装被拉开、拉裂就是这方面原因所致。
3.路面病害的防治
沥青路面常见病害的防治应从设计、施工和路面维护三个方面着手,只解决一个方面的问题是不够的。
3.1.设计规范的修改
从目前的设计规范来看,在车辆荷载等级换算方面可能有较大的偏差,特别是应考虑特大车辆荷载对路基路面所产生的影响,其换算关系不是简单的倍数关系,在这方面要应引进部分省市科研机构的科研成果或引进国外科研机构 提供的一些参数进行修定。
3.2.政府行为的不科学性
由于目前我国正处于社会主义初级阶段,由计划经济过渡到市场经济,因此,本来属于企业行为的东西政府也进行干涉,高速公路的修建、规模大、投资多、影响也大。因此,部分省市领导将这些工程建设看成本届政府的业绩或者是为民办几件实事之一,施工工期一再缩短,到了严重违备科学规律办事的程度。
3.3.施工质量控制
优秀的设计,合理的工期是修筑高质量的基础,而科学施工则是高质量的保证。
材料的选配,特别是集料场应固定,选择1-2家能保证施工进度的厂家供料,使材料级配始终处于受控状态,不能偏离级配中线太远。
沥青的选用十分关键,要挑选符合规范各项要求的沥青,特别是沥青针入度,延度指标必须严格把关,在北方施工由于近些年的气候偏暖,因此,沥青标号宜选择在规定范围内低标号沥青,此外,透层油,粘层油沥青应采用与沥青砼用同一种沥青,特别是油石比的选择应考虑粘层油透层油返油时对其影响。
沥青混合料拌合时间、出厂温度、摊铺温度、碾压成型等温度控制必须严格按规范要求进行,合理安排工期,避开不利天气施工。
从施工机具来讲,拌合能力,摊铺机与碾压机具必须配套,摊铺机应选择两台前后错开同时施工,而少采用全断面摊铺机,注意路面纵向接缝的成型及碾压工艺。