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一、地铁项目设计标的标段类型
与一般建设项目不同,地铁项目投资规模大、建设时间长、涉及专业广,因此,此类项目设计招标的标段也有很多类型。根据以往上海、杭州、宁波等地的招标情况,大体可归纳为总体设计、工点设计、系统设计和装修设计共四类。
1.总体设计同一期地铁项目的总体设计一般只设一个标段,目的在于方便全线设计的统筹和协调,避免建筑风格不一、设备接口不一、型号不一、规格不一等技术问题。但无论是早期《市政公用工程设计文件编制深度规定》(建质〔2004〕16号),还是目前单独成册的《城市轨道交通工程设计文件编制深度》(建质〔2013〕160号)都没有“总体设计”这个阶段。因此,总体设计文件的深度以及中标人的职责均需通过招标文件加以约定。根据以往项目的情况,总体设计文件的编制深度介于工程可行性研究和初步设计之间,大体相当于建筑工程的方案设计。总体设计单位的职责包括:制定设计原则、技术标准、功能要求和接口;组织协调分项设计单位有序开展工作;落实组织限额设计;对设计成果的总体性、完整性、统一性、适时性、经济合理性和技术进步全面负责。
2.工点设计工点设计是指对包括车站和区间在内的某个点位的初步设计和(或)施工图设计。一般情况下按2站或3站以及相应的区间组合为一个工点,如2站2区间、3站2区间、3站3区间等。按照现行《地铁设计规范》(GB50157-2013)第6章的规定,车站间距在城市中心区或居民稠密地区一般为1km,在城市区一般为2km。由此可以估算长度约35km的地铁大概有18~35座车站。如浙江省宁波市轨道交通2号线一期工程全长28.350km,共设22座车站;陕西省西安市地铁3号线鱼化寨至保税区段线路全长39.15km,设站26座;上海轨道交通12号线全长40.417km,设站31座。以30座车站的地铁项目为例,如统一按3站3区间为一个工点,则工点设计标段将会有10个。
3.系统设计地铁项目的系统设计是指根据社会化分工,以专业为基础的某单项设计(初步设计和(或)施工图设计),一般包括十大系统,即通风、空调与供暖系统;供电系统;通信系统;信号系统;安检与自动售检票系统;火灾自动报警系统;综合监控系统;环境与设备监控系统;乘客信息系统和门禁系统。此外,轨道工程、导向标识由于不属于工点设计的范畴,因此,一般也会归入系统设计。因为上述部分系统有时可合并为一个标段发包,如通信与信号系统一般都是合并招标的,故系统设计标段一般有4~10个。
4.装修设计装修设计只针对车站,区间一般不涉及此项招标。线路较长的地铁项目有时会招标产生一家负责装修总体设计的单位,然后再招若干家负责车站装修初步设计和(或)施工图设计的单位。一般项目则不再引入装修的总体设计单位,如上海轨道交通11号线南段共13座车站,装修设计分4个标段,每个标段包括3~4个车站,标的规模(按装修费中标价)分别为8253.6206万元、9109.6668万元、5879.7961万元、7476.0721万元。
二、地铁项目设计标的资质要求
1.资质类别设计资质的现行标准是原建设部于2007年的《工程设计资质标准》(建市〔2007〕86号),有4个序列共185种(综合资质1种;行业资质21种;专业资质155种;专项资质8种)。但一般与地铁项目设计招标相关的资质只有以下六种:(1)工程设计综合资质;(2)市政公用行业资质(;3)市政公用行业(轨道交通工程)专业资质;(4)建筑行业资质;(5)建筑行业(建筑工程)专业资质;(6)建筑装饰工程设计专项资质。
2.资质等级目前,地铁项目设计招标普遍存在资质要求“宁高勿低”的现象,这样既不利于充分竞争,也不符合法律所倡导的公平原则。需要什么样的资质等级应根据标段的发包内容、相关资质的业务承担范围,并结合市场形势综合确定。总体设计的投标人一般应具有“工程设计综合甲级”,或同时具有市政公用行业甲级和建筑行业甲级两种资质。最低可放宽至同时具有市政公用行业(轨道交通工程)专业甲级和建筑行业(建筑工程)专业甲级两种资质。工点设计标视标段内容而定。地铁区间的资质应不低于“市政公用行业(轨道交通工程)专业甲级”,因为根据《工程设计资质标准》(建市〔2007〕86号)的有关规定,“轨道交通工程”不论规模大小一律归类为“大型项目”,因此,乙级及以下资质的设计单位不能承担。地铁车站按专业归类属“建筑行业”这个系列,但资质等级要求则应根据车站形式确定。地上车站应按“一般公共建筑”基于“单体建筑面积”这一指标确定其属于哪种规模的项目,如“5000~20000㎡”这一档归类为“中型项目”,此种情况的最低资质要求可放宽至“建筑行业(建筑工程)专业乙级”。另根据表1关于国内10个地铁项目145座车站建筑面积的数据统计结果,车站单体建筑面积最小的也在5000㎡以上,即一般不考虑“小型项目”这一档的对应资质。如果是地下车站(目前国内通车或在建地铁项目的车站形式主要是地下车站。如表1的145个车站中有120个属于地下车站,约占样本总量的83%),则应按“地下工程”分类基于“总建筑面积”这一指标确定项目的规模类型。“大于10000㎡”时应按“大型项目”选择具有“建筑行业(建筑工程)专业甲级”及以上资质的单位承担。至于车站涉及的人防工程因属于附建性质,故涉及此项设计内容的标段除按以上原则确定资质要求外,无需要求投标人同时具有建筑行业(人防工程)设计资质。
系统设计标的资质要求应视标的类型和规模情况而定。一般情况下要求投标人具有工程设计综合甲级、市政公用行业甲级、市政公用行业(轨道交通工程)专业甲级资质中的任何一项即可。但“供电”、“通信信号”、“轨道”这三类标,分别具有铁道行业(电气化)专业甲级、铁道行业(通信信号)专业甲级、铁道行业(轨道)专业甲级的单位也有能力承担,但是否将资质要求由市政行业拓宽至铁道行业则应根据招标阶段的市场情况综合考虑。需放宽至铁道行业资质时不应要求投标人同时具有市政行业的有关资质,因为此举有可能触及法律上的“以不合理的条件限制、排斥潜在投标人”。地铁项目的系统名称有些虽与其他类型建设项目无异,但其有自身的特点。以“供电”为例,地铁项目供电系统除满足照明及一般的动力供电外,最主要的功能是通过架空接触网或轨道供电方式为地铁车辆提供动力,因此一般不选用电力行业的有关资质,如电力行业资质、电力行业(送电工程)专业资质、电力行业(变电工程)专业资质。车站装修设计的资质要求一般定位在“建筑装饰工程设计专项”这个系列,资质等级根据单项合同额的规模而定。按照该系列各等级的业务承担范围,甲级“可承担建筑工程项目的装饰装修设计,其规模不受限制”;乙级“可以承担单项合同额1200万元以下的建筑工程项目的装饰装修设计”;丙级“可以承担单项合同额300万元以下的建筑工程项目的装饰装修设计”。
三、地铁项目设计标的技术要求
目前,地铁项目设计招标文件中“技术要求”一章的内容大多比较简单。除设计深度、出图进度等要求外,其余内容多是现行设计规范名称的罗列。即使有业主的一些个性化要求,也多采用过于原则的表达方式。总之,给人的整体感觉就是中标人只要遵守国家的现行规范、标准即可。实际上除一些强制性要求外,相关技术规范、技术标准中的一部分规定是有自由度的。以站台门为例,现行《地铁设计规范》第26章对此项的措辞风格是“允许稍有选择”,即:“新建线路的车站宜设站台门,并应具有安装站台门系统的接口条件”。也即《地铁设计规范》对站台门并没有强制设或不设,但鉴于近年来多次发生此类安全事故,故建议新建线路设计站台门,因为以后再加装不仅费时费事而且成本比较高,这也是国内以往地铁设计的一个教训。如上海地铁2号线开通后不得不又在各站台加装一道矮墙式的站台门。类似教训还有很多,本文将其归纳为以下三类。
1.功能缺失(1)防踏空设计:乘客匆匆忙忙赶乘地铁,跨进车厢时却一脚踩空致绊倒受伤,为什么呢?因为站台边缘与停靠车辆车体间的空隙太宽。这是上海地铁8号线通车后遇到的最突出的、也是备受社会指责的问题。故新建线路应注意防踏空的设计。现行《地铁设计规范》对站台边缘与静止车辆车门处的安全间隙的规定是“直线段宜为70mm(内藏门或外挂门)或100mm(塞拉门)”。(2)地铁车站的厕所:以往地铁车站大多没有公共厕所,这一点不违背当时的规范要求。但按照现行《地铁设计规范》第9.2.6款和第9.8.7款的规定,“车站应设置公共厕所”且“车站内应设置无障碍厕所”,这两处“应”字表示正常情况下必须这样做。《地铁设计规范》有要求也好,没要求也罢,面对巨大的客流量,车站没有厕所终归是明显的“不足”。于是一些线路在开通运营后不得不通过对车站的局部改造加装厕所,但如此加装的厕所往往不能完全正常工作,被乘客戏称为“上1天,休2天”。(3)出入口的雨棚:设与不设都不违反规范,但不设暴露的问题很多,如“导致电扶梯等设备设施暴露于外(特别是高架车站),受日晒雨淋的影响,电扶梯故障频率高,使用寿命相对缩短;此外,由于雨天湿滑,无雨棚遮挡的电扶梯成为客伤的高发地点,影响乘客出行安全。”[1](4)无障碍通道:重庆地铁1号线开通后,有网友提问:请问设计方,乘坐轮椅的肢残朋友如何下到地铁通道去?街上路面、上下电梯扶梯均无无障碍通道,光在售票厅设置盲道有何用?尽管重庆轨道交通部门对此给出了“正在安装调试”的答复,但如果设计阶段考虑周全,理应同时投入使用。当然上述重庆项目是多年前设计的,那时的《地铁设计规范》还是2003版本,如果按照现行《地铁设计规范》(GB50157-2013)的要求,“车站设置的无障碍通道应与城市无障碍通道衔接”。
2.能力不足(1)站台长度不足:目前普遍存在的问题是对客流量的预计不够充分导致站台长度不足。如上海轨道交通6号线在客流量猛增的情况下试图通过加挂车厢增加运能的措施来解决,但这首先受到了站台长度的制约。(2)制动距离不足:2009年12月22日5时50分,上海地铁一号线陕西南路至人民广场区间突发供电触网跳闸故障,造成该区间列车停驶。事故调查组认定:“在2001年一号线上海火车站改造项目的配线图修改时,因设计技术人员工作疏漏,N11-1438区段编码电路配线出错,使信号系统在N11-1438轨道区段向发生事故的150号列车错误地发送65km/h的速度码,造成制动距离不足,从而发生两列列车侧面冲撞事故。”[2](3)楼梯过窄:上海地铁2号线张江高科站的楼梯设计只有1.2m宽,去掉扶手后,实际站立面宽度不足1.1米,被乘客们讽刺为“一线天”。如果我们查阅一下现行《地铁设计规范》,其中的规定是:“楼梯宽度应符合人流股数和建筑模数”,且“单向楼梯的最小宽度为1.8m,双向楼梯的最小宽度为2.4m”。即使限于某种条件或以往规范中没有这方面的规定,像“张江高科站”这样一个有大客流集散的节点车站,供旅客上下的楼梯宽度几乎与一般的居民楼相当不能说不是“缺陷”。(4)电梯缺陷:2011年北京地铁4号线动物园站上行扶梯突发故障造成1死30伤的事故。之后北京市质量技术监督局给出的事故原因是“电梯存在设计缺陷,同时维护保养不到位。”
3.其他缺陷2012年3月31日,从上午7点到11点,北京地铁国贸站十号线换乘一号线通道全面堵死,两三百米的路,乘客走了半个多小时。拥堵的原因除了因为国贸换乘站的滚梯临时故障之外,最主要的还是由于换乘线路设计缺陷。所以有乘客抱怨:“几乎每天都这么堵,就差安红绿灯了。”
四、结束语
关键词:隧道;照明设计;重要性;可行性
中图分类号:U453 文献标识码:A
在隧道内,过高的照明亮度,不仅会造成隧道建设时造价的提高,同时也会造成运营和维护时成本的提高,而且会造成电的浪费等情况;而过低的照明亮度,又会造成车辆行驶时的安全隐患,因此,合理确定隧道的设计速度,在二级公路隧道照明设计中是相当重要的。二级公路的设计速度主要有80km/h、60km/h、40km/h。笔者依托怒江州六丙公路某隧道工程,通过对隧道照明在60km/h、40km/h设计速度下,灯具、过渡段长度等的不同配置进行分析比较,得出二级公路隧道照明设计采用40km/h设计速度的重要性及可行性。
1 工程概况
某隧道起止点桩号为K180+342~K180+940,隧道全长598m;隧道进口端K180+342位于直线段上,隧道出口端K180+940位直线段上;隧道所在路段纵坡为-0.3%;隧道最大埋深约为158m。此隧道为双向交通,设计交通量为7723 pcu/d,设计小时交通量为522 veh/h。
2 计算分析
2.1 计算公式及计算参数的选取
本文对路面照度的计算采用《公路隧道通风照明设计规范》JTJ026.1-1999中的利用系数曲线图计算方法。使用公式(1)进行路面照度计算,使用公式(2)进行入口段长度计算,计算参数见表1。
(1)式中:Eav为路面平均水平照度;N为灯具布置系数;η为利用系数;W为隧道路面宽度;S为灯具间距;M为灯具的养护系数;Ф为灯具额定光通量。
(2)式中:Dth为入口段长度;Ds为照明停车视距;h为洞口内净空高度。
2.2 计算结果分析
通过以上计算,得出隧道照明灯具的数量及入口段与过渡段长度,详见表2、表3。
从表2、表3可知,在采用60km/h设计速度时,全隧道照明灯具数量为235套,灯具总功率为23.89kW;入口段及过渡段长度为165m,布灯方式上需采用双侧对称布置。在采用40km/h设计速度时,全隧道照明灯具数量为75套,仅为60km/h设计时速下灯具数量的31.9%;灯具总功率为5.81kW,仅为60km/h设计时速下灯具功率的24.3%;入口段及过渡段长度为80m,布灯方式上采用中线布置就能满足要求。由于布灯方式的不同,还可以节约大量的电缆、电缆桥架等工程量。所以,在二级公路隧道段采用40km/h设计速度,不仅能节约建设费用,还能节约运营时的能耗及费用,是建筑节能设计很重要的一个环节。
3 二级公路隧道采用40km/h设计速度可行性分析
3.1 从设计规范上来讲,二级公路隧道采用40km/h设计速度可行
根据《公路工程技术标准》JTG B01-2003,《公路路线设计规范》JTG D20-2006等规范于二级公路设计速度的规定。
二级公路作为干线公路时设计速度宜采用 80km/h。二级公路作为集散公路时混合交通量较大平面交叉间距较小的路段设计速度宜采用60km/h。二级公路位于地形、地质等自然条件复杂的山区经论证该路段的设计速度可采用40km/h。
隧址区一般都处于地形、地质等自然条件复杂的地区,所以在二级公路中选取隧道设计速度为40km/h是可行的。
3.2 从目前隧道运营情况来讲,二级公路隧道采用40km/h设计速度可行
在二级公路实际运行过程中,为了保证行驶车辆的安全,在进入隧道时,一般均要减速行驶。且隧道限速均为40km/h。所以在二级公路隧道段,选取40km/h设计速度是可行的。
3.3 从改造技术上讲,二级公路隧道采用40km/h设计速度可行
在隧道运营过程中,在需要满足公路提速的要求时,隧道的照明技术改造极为简单,主要是增设部分灯具及改变布灯方式,同时还会增加部分相应工程量,但总体来讲,不会涉及到隧道结构的改造,所以改造技术简单。
4 结论及建议
(1)二级公路隧道采用40km/h设计速度是可行性的。
(2)当设计速度为60km/h时,在入口段及过渡段需采用双侧布灯的方式,而设计速度为40km/h时,仅采用中线布灯的方式,可以节约大量的电缆、电缆桥架等工程量;
(3)二级公路隧道段采用40km/h设计速度,不仅能节约建设费用,还能节约运营时的能耗及费用,是建筑节能设计很重要的一个环节。
参考文献
[1]JTG D60-2004,公路隧道设计规范[S].重庆交通科研设计院.
[2]JTG B01-2003,公路工程技术标准[S]. 交通部公路司.
[3]JTG D20-2006,公路路线设计规范[S].中交第一公路勘察设计研究院.
关键词:地铁车站,结构设计
Abstract: this paper, based on the current structure design of the subway underground stations around the synthesized and summarized the current situation, and put forward the subway underground station structure existing in design of traffic organization does not pay attention to the pedestrian facilities layout, structure durability can't cause enough attention, existing seismic code can't meet the design requirements, the confined water tu chung stability judgment formula and current situation is not new, "mix rules" mandatory use high strength reinforced cause some problems such as the waste of resources, to draw attention to the industry and the improvement of the industry standard.
Key words: the subway station, the structure design
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1前言
为解决城市交通问题,修建具有超强运力的地铁与轻轨已逐渐成为大城市的首选手段。目前国内已经部分建成或正在修建地铁(或轻轨)的城市有:北京、上海、天津、广州、深圳、大连、武汉、重庆、青岛等城市,正处在设计阶段的城市有长春、沈阳、成都、杭州等城市。地铁在城市中的经济效益与社会效益也是有目共睹的。但是对于以地下工程为主的地铁结构,在结构设计中由于岩土性质的复杂性、施工技术的多变性、设计理论的局限性、相关规范的不完善性,使地铁结构设计尚存在一些问题或不完善的地方,需要我们不断的探索、求解。
2结构设计存在的问题
2.1交通疏解问题
随着我国经济快速发展,城市规模不断扩大,汽车保有量不断增加、城市交通拥堵显现日趋严重,由此带来居民出行难。地铁一般经过城市建成区,站点设在人流主要集散点,而地铁施工一般选择经济效益较好的明挖法施工,需要占用较大的场地,对现有的交通秩序造成较大的影响。为了减少地铁施工期间对道路交通的影响,地铁围挡施工前进行交通疏解设计是非常必要的。
2.1.1交通疏解设计应做到以人为本
利用有限的道路空间,在区域网络交通分流的前提下,应选择合理的施工工法,尽量减少地铁施工期间对城市交通和沿线居民、单位生产和生活及对外出行需求的影响。在交通疏解过程中、宜优先布设人行道及人行过街设施,公交设施,以方便周边居民及单位的出行。
2.1.2交通疏解设计应按不同的设计阶段有序推进。
1)项目建议书和工程可行性研究阶段,对地铁施工影响区域道路交通、公交、居民出行、交通管理设施等现状进行初步调查、分析、评价,对站位选择、施工工法给出明确建议。
2)方案设计阶段对施工点道路、交叉口、交通组织、行人、公交、交通管理及占道管线等进行详细调查与分析并进一步调整和完善设计。
3)初步设计阶段进一步落实各工点施工工法、及围挡要求和市政管线施工占道情况,详细调查各工点交通疏解范围内用地红线情况以及地形、地貌、建构筑物、市政管线、绿化等。根据相关部门、专家审查意见按初步设计深度要求完善、细化交通疏解方案。
4)施工图设计阶段根据站点交通疏解范围内周边环境的变化,结合市政管线迁改施工围挡要求和初步设计中相关部门、专家审查意见完善交通交通疏解方案,并按施工图深度要求进行详细设计。
2.2 地铁耐久性问题
根据现行地铁设计规范,地铁主体工程设计使用年限为100年[1]。地铁结构一旦整体出现结构问题,靠维修很难解决问题。一栋地面建筑出现安全问题可以炸掉重做,其损失是局部的,而一条位于地下的地铁线,重新维修可能比新建还难。因为其上部载有各种市政管线,通道、天桥及繁忙的道路桥梁。两侧可能还有林立的高层建筑,地铁与这些建筑物已经形成既独立又相互关联的联合体。目前,对于地铁结构的耐久性问题,规范中的规定尚不健全或不完全能满足设计人员的使用要求。当然、地铁结构的耐久性问题已经不是一个简单的结构问题,而是涉及到材料问题、岩土问题、力学问题等的诸多大课题,需要大量的总结与研究。
2.3地铁抗震问题
随着各地地铁工程如火如荼的兴建,我国目前还没有独立的地下工程抗震设计规范,地铁工程在抗震设计方面没有现成的法规可循。现有的地铁抗震设计主要是依据《公路工程抗震设计规范》(JTJ00489)、《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)及《地铁设计规范》(GB 50157-2003)来进行,地铁工程的抗震设防水准如何选取已成为地铁抗震设计中亟待解决的问题。
2.4承压水问题
随着城市地铁建设的不断深入、深基坑工程日益增多,深基坑开挖施工的地质条件和环境也日益复杂。对于承压水突涌稳定性判断分析方法,现行基坑规范教科书里均采用压力平衡理论,其计算公式为:
Hcr=K*rw*h/r。 (1)
式中Hcr为坑底弱透水层临界厚度,K为安全系数,rw为水重度,h为承压水头高于含水层顶板的高度,r为弱透水层土重度。
当实际弱透水层厚度H≥Hcr时,基坑不发生突涌;当H
据此为判定依据设计的深基坑工程,许多在坑底弱透水层厚度不满足的情况下被迫采取诸如隔离地下水法、降低承压水位法或坑底地基加固法等技术措施以防止基坑突涌失稳,在后期基坑监测过程中发现完全没有起到其应有的作用。
实际上,从坑底土突涌塑性破坏的力学机理分析,抑制坑底土突涌塑性破坏的因素还有坑底土粘聚力和摩擦力对承压水产生的抵制作用,而且这种抗力在弱透水层的硬土层中还比较大。
2.5钢筋混凝土结构材料问题
GB 50010-2010混凝土结构设计规范对混凝土结构的钢筋做了以下规定:“梁、柱纵向受力普通钢筋应采用HRB400、HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋”。对于处于岩土环境的地下箱型混凝土结构地铁车站,其主体结构配筋往往是以裂缝验算控制,强制使用高强度钢筋不仅会造成施工困难[2],而且有悖于国家的技术经济政策,造成能源浪费。
3.结语
修建地铁已成为大城市解决交通问题的必经之路,而目前的《地下铁道设计规范》在结构设计理论方面显得较为笼统,又没有相应的构造规定。尤其在某些特殊岩土地区、地震烈度值较大地区和现状交通复杂地区,设计人员针对具体工程难以操作。由于笔者水平有限,本文主要针对目前在地铁设计过程中遇到的一些问题做了深入思考,以期起到抛砖引玉的作用。
参考文献:
[1]、GB50157-2003.地铁设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2003.
关键词:T型钢构悬臂梁 检测 结构验算
Abstract: The combination of the horseback mouth Bridge detection example, describes the detection of T-Steel cantilever structure checking method, summed up the experience of checking the structure of the T-Steel cantilever detection, in order for the renovation and expansion project to provide theoretical and practical guidance.
Keywords: T-Steel cantilever, detection, structure checking.
中图分类号:K826.16文献标识码:A 文章编号:
1概述
桥梁检测是改扩建工程建设的一个永久性的技术课题,如何进行桥梁的结构验算是试验检测的关键环节,可以更好的为改扩建工程设计提供技术依据。马背嘴大桥所在路段为余干县城通往鹰潭的必经之地,随着当地经济的日益发展,通过于该路段的交通量与载重量近年来快速增长,为此该二级公路需要进行通行等级升级,由原来的二级公路改扩建成一级公路。
2 大桥概况
马背嘴大桥位于黄金埠至余干县城公路K23+383.05~K23+776.95范围内,跨越信江下游支流东大河,桥梁全长393.9米。上部结构采用3×20米钢筋混凝土简支T型梁+35米预应力混凝土简支T型梁+2×70米预应力混凝土T型刚构+35米预应力混凝土简支T型梁+6×20钢筋混凝土简支T型梁。简支T型梁跨段下部构造采用肋式桥台及双柱式桥墩配钻孔灌注桩基础;T型刚构下部构造采用闭口薄壁墩配群桩基础。大桥从T型刚构桥墩按±3%顺桥向放坡,竖曲线范围210米。设计荷载标准及主要技术指标:车辆荷载等级为:“汽车-20级,挂车100,人群荷载—3.5KN/m2”;桥面净宽为:净—9+2×1.5m人行道;通航标准:三级;最高通航水位:十年一遇;设计洪水位:百年一遇。
3大桥结构检算
3.1检算原则及特点
(1)对70米预应力混凝土T型刚构悬臂梁的主要承重结构进行强度、刚度及抗裂性检算。
(2)计算时分别取用原设计荷载等级“汽车-20级,挂车-100”,及扩建工程设计荷载等级“公路—Ⅰ级”分别对上部结构主梁进行检算。
(3)计算时若实测混凝土强度高于原设计值,则取用混凝土原设计参数;若实测混凝土强度低于原设计值,则偏安全地取用实测混凝土参数;钢材取用原设计参数。
(4)偏安全地不考虑桥面铺装参与主梁受力,作为二期恒载计入,人行道板、护栏也作为二期恒载计入。
(5)梯度温度:竖向日照正温差的温度基数按混凝土铺装层计入;竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
(6)结合行车道宽度和设计规范,汽车荷载按两车道并考虑横向分布系数进行检算。
(7)依据《公路桥梁承载能力检测评定规程》(JTG/T J21-2011)的相关规定,对配筋混凝土桥梁承载能力极限状态根据下式进行计算评定:
γ0S≤R(fd,ξcadc,ξsads)Z1(1-ξe)
式中:γ0——结构的重要性系数;
S——荷载效应函数;
R(.)——抗力效应函数;
fd——材料强度设计值;
adc——构件混凝土几何参数值;
ads——构件混钢筋几何参数值;
Z1 ——承载能力验算系数;
ξe——承载能力恶化系数;
ξc——配筋混凝土结构的截面折减系数;
ξs——钢筋的截面折减系数。
3.2检算修正系数的确定
3.2.1承载能力检算系数Z1
根据桥梁现场检查情况确定各检算构件评定标度Dj,,并依据各检测指标权重计算承载能力检算系数评定标度D,最终确定承载能力检算系数Z1。计算过程详见表1。
表1 承载能力检算系数Z1计算表
注:未对桥梁自振特性进行测量。
3.2.2承载能力恶化系数
依据检测结果确定各检测指标评定标度Ej,并依据各检测指标权重计算承载能力恶化状况评定标度E,最终确定承载能力恶化系数 。计算过程详见表2。
表2 承载能力恶化系数 计算表
3.2.3截面折减系数
依据检测结果确定各检测指标评定标度Rj,并依据各检测指标权重计算截面损伤综合评定标度R,最终确定截面折减系数 。计算过程详见表3。
表3 截面折减系数 计算表
3.2.4钢筋截面折减系数
依据各部件检测得到的锈蚀情况,确定钢筋截面折减系数 ,详见表4。
表4 钢筋截面折减系数 计算表
评定部件 性状描述
70米T型刚构悬臂梁 没有出现沿钢筋的裂缝 1
3.2.5活载影响修正系数
该桥交通量较原设计大,且通行车辆中超重货车占到一定比例。经现场派专人实际调查典型代表交通量、大吨位车辆混入率和轴荷分布情况,确定活载影响修正系数 。
综上所述,大桥各检算部件承载能力检算安全系数 、承载能力恶化系数 、配筋混凝土结构的截面折减系数 、钢筋的截面折减系数 及活载影响修正系数 的取值见表5所示。
表5各检算部件 、 、 、 及 取值一览表
注:依据现场检测结果算得70米预应力T型刚构悬臂梁承载能力检算系数为1.029。
3.370米预应力T型刚构悬臂梁承载能力检算及结果
3.3.1结构计算方法及计算模型
(1)本次计算将70米预应力T型刚构离散为41个节点,40个单元,采用桥梁结构计算软件MIDAS-CIVIL建立有限单元模型。分析模型见图4-1所示:
图4-170m预应力T型刚构结构离散图
(2)计算中根据该桥的实际施工顺序考虑施工阶段。
(3)鉴于桥墩基础采用嵌岩桩,且未产生因基础沉降或变位导致的结构性病害,本次计算考虑基础固结。
3.3.2检算结果
(1)承载能力极限状态计算结果
选取支点最大负弯矩截面、跨中附近最大正弯矩截面,分别进行正截面抗弯及斜截面抗剪计算。表6为70米预应力T型刚构悬臂梁在最不利荷载组合下的内力最大值及相应结构抗力。
表670米预应力T型刚构悬臂梁承载能力极限状态检算结果一览表
(2)正常使用极限状态计算结果
在85规范要求下,对70米预应力T型刚构悬臂梁进行检算结果详见下表所示:
表7 70米预应力T型刚构悬臂梁85规范正常使用极限状态计算结果一览表(支点截面)
注:表中正值表示压应力,负值表示拉应力。
在04规范要求下,对70米预应力T型刚构悬臂梁进行正截面抗裂、斜截面抗裂及变形验算结果详见下表所示:
表870米预应力T型刚构悬臂梁04规范正常使用极限状态计算结果一览表(支点截面)
注:表中正值表示压应力,负值表示拉应力。
4基于结构检算的承载能力评定结论
大桥出现结构性病害各主要承重构件基于结构检算的承载能力评定结论如下:70米预应力混凝土T型刚构悬臂梁在原设计荷载等级“汽车—20级,挂车—100,人群—3.5KN/m3”的作用下,能够满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ 023-85)》(以下简称“85规范”)的承载能力极限状态及正常使用极限状态的要求;在扩建设计荷载等级“公路—Ⅰ级”的作用下不能够满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)》(以下简称“04规范”)的承载能力极限状态及正常使用极限状态要求;
5. 结束语
通过对该梁原设计荷载等级和在扩建设计荷载等级的结构验算,从而全面介绍了结构验算方法,也为预应力混凝土T型刚构悬臂梁检测时的结构验算提供一种新的思路。
参考文献:
1. JTJ 025-86, 公路桥涵钢结构及木结构设计规范
2. GB50204-2002, 混凝土结构工程施工质量验收规范
3. JTG /T J21-2011,公路桥梁承载能力检测评定规程
4. JTGT F50-2011,公路桥涵施工技术规范
5. JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
6. JTG023—85,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范
7. 人民交通出版社,2004.12,桥涵工程试验检测技术
8. JTG /T H21-2011,公路桥梁技术状况评定标准
9. JTG/T J22-2008,公路桥梁加固设计规范
我国城市基本分散布置于沿海、沿湖、沿江及山区河谷盆地,洪涝水害较为严重。为治理城市洪涝灾害,保障人民生命财产安全和社会经济的可持续发展,应大力兴建城市防洪工程。
城市防洪堤是城市防洪工程的重要组成部分。为保证堤防安全,堤防必须高出设计洪水位一定的超高值,但由于堤防主要分布于城区,过高的防洪堤不仅影响工程投资,而且对城市的环境、交通和景观等影响很大。因此,对关系城市防洪堤高度的重要因子之一,堤顶超高问题进行研究很有必要。
二、规程规范关于堤顶超高的有关规定
近年来,国家和有关部门制定和颁布了各项规程规范,对堤防的工程等别、堤顶超高、安全加高等有关技术参数作了规定,主要的规程规范有:
1、《防洪标准》(GB50201--94)
该规范由国家技术监督局和建设部于1994年6月2日。《防洪标准》第2.0.1条对城市的等级和防洪标准作了明确规定,根据城市的重要性或非农业人口的数量将城市分为四个等级。具体规定见表1。
表1城市的等级和防洪标准
等级
重要性
非农业人口(万人)
防洪标准(重现期·年)
Ⅰ
特别重要的城市
≥150
≥200
Ⅱ
重要的城市
150~50
200~100
Ⅲ
中等城市
50~20
100~50
Ⅳ
一般城镇
≤20
50~20
2、《堤防工程技术规范》(SL51--93)
该规范由水利部于1993年4月10日。《堤防工程技术规范》(SL51--93)对城市的堤防级别、防洪标准及安全加高的规定见表2。
表2城市堤防工程级别及安全加高
项目
堤防级别
1
2
3
4
城镇重要程度
特别重要城市
重要城市
中等城市
一般城镇
城市非农业人口(万人)
≥150
150~50
50~20
≤20
防洪标准(重现期·年)
≥100
100~50
50~30
30~20
安全加高(m)
1.0
0.8
0.7
0.6
该规范的5.2.1和5.2.2条对堤顶高程作了如下规定:
“5.2.1堤顶高程应按设计洪水位加堤顶超高确定:
堤顶超高按(5.2.1)确定
Y=R+e+A5.2.1
式中Y——堤顶超高(m)
R——设计波浪爬高(m)
e——设计风壅水面高(m)
A——安全加高(m)”
“5.2.2当土堤临水面设有稳定、坚固的防浪墙顶,高程可视为设计堤顶高程。但堤身顶高程应高出设计水位0.5m以上。”
3、《堤防工程设计规范》(GB50286--98)
该规范由国家技术监督局和建设部于1998年10月8日联合。《堤防工程设计规范》对堤防工程的安全加高值的规定见表3。
表3堤防工程的级别及安全加高值
防洪标准
(重现期·年)
≥100
<100且≥50
<50且≥30
<30且≥20
<20且≥10
堤防工程的级别
1
2
3
4
5
安全
加高值
(m)
不允许越浪的堤防工程
1.0
0.8
0.7
0.6
0.5
允许越浪的堤防工程
0.5
0.4
0.4
0.3
0.3
规范第6.3.1、6.3.3条对堤顶高程作了说明:
“6.3.1堤顶高程应按设计洪水位或设计位加堤顶超高确定。堤顶超高应按下式计算确定。1、2级堤防的堤顶超高值不应小于2.0m。
Y=R+e+A
式中Y——堤顶超高(m)
R——设计波浪爬高(m)
e——设计风壅水面高(m)
A——安全加高(m)”
“6.3.3当土堤临水侧堤肩设有稳定、坚固的防浪墙时,防浪墙顶高程计算应与第6.3.1条堤顶高程计算相同,但土堤顶面高程应高出设计静水位0.5m以上。”
3、《城市防洪工程设计规范》(CJJ50--92)
该规范由建设部和水利部于1993年2月8日联合。《城市防洪工程设计规范》对城市等别、防洪标准、堤防工程级别及安全超高的规定见表4。
表4城市等别、防洪标准、堤防工程级别
城市等别
重要程度
人口
(万人)
防洪标准(重现期·年)
堤防
级别
安全超高
(m)
江洪、海潮
山洪
泥石流
一
特别重要城市
≥150
≥200
100~50
>100
1
1.0
二
主要城市
150~50
200~100
50~20
100~50
2
0.8
三
中等城市
50~20
100~50
20~10
50~20
3
0.6
四
小城市
≤20
50~20
10~5
20
4
0.5
该规范的5.1.4、5.1.5条对堤顶和防浪墙顶高高程作出了如下规定:
“5.1.4堤顶和防浪墙顶标高按下式确定
Z=ZP+he+Δ=ZP+ΔH
式中Z——堤顶或防浪墙顶标高(m);
ZP——设计洪(潮)水位(m);
he——波浪爬高(m);
Δ——安全超高(m);
ΔH——设计洪(潮)水位以上超高(m)。”
“5.1.5当堤顶设置防浪墙时,堤顶标高应不低于设计洪(潮)水位加0.5m。”
经比较上述各项规范,可以看出:《堤防工程设计规范》、《堤防工程技术规范》和《城市防洪工程设计规范》主要区别在于:
(1)《堤防工程设计规范》分别规定了不允许越浪和允许越浪堤防的安全加高值。允许越浪堤防的安全加高值可适当降低;
(2)《堤防工程设计规范》特别规定了1、2级堤防堤顶超高不应小于2.0m。
以上规程规范中,由于《防洪标准》和《堤防工程设计规范》属国家标准,时间又相对较晚。因此,城市防洪堤工程的规划设计建议按这两个规范的规定执行。各项规范分别有安全超高或安全加高的不同说法,建议统一采用“安全加高”。
三、**省部分城市堤防工程情况调查
**省各地的城市防洪工程建设已全面展开,防洪规划已基本完成,部分城市已做好防洪工程的设计工作。经对部分城市防洪工程规划和设计的调查,列出调查情况见表5。
表5城市防洪堤工程规划、设计调查表
城市
名称
防洪标准
(重限期年)
堤防
级别
洪水位高出地面高度(m)
堤顶
宽度
(m)
堤防高度
(含防浪
墙)(m)
防浪墙
高度
(m)
波浪
爬高
(m)
安全
加高
(m)
堤防
超高
(m)
备注
**
50
2
6
6
8
0.7
2.0
规划
**
50
3
3-4
6
4-5
0.9
0.7
0.7
1.4
可研
**
50
4
3.5
5
6
0.9
1.4
初设
**
50
2
4-5
>5
5-6
0.9
0.2
0.8
1.0
规划
**
50
3
3
8
4
0.8
0.8
初设
**
50
2.5-5.5
3-6
0.7
规划
**
50
3
0.5
4
1.0
0.5-1.0
可研
**
50
3
3
7
4
0.9
0.43
0.7
1.13
初设
**
50
4-5
7
5-6
1.1
规划
**
100
3
0.3
0.5
0.2
可研
**
50
3
1
1
0.3
0.7
1
设计
从调查资料看,所调查的城市基本为中等城市,防洪标准除**市为100年一遇外,其它均为50年一遇。但堤防工程级别差别很大,如:**和**为2级堤防,**为4级堤防,其它城市为3级堤防;堤防超高的差别也较大,最高的达2.0m(**),最低的仅为0.2m(**)。存在同一种标准,不同级别;同一级别,不同安全加高,甚至高一级别堤防安全加高低于低一级别堤防安全加高的现象,没有统一的说法和合理的确定方法。这对规划、设计和审查带来了不必要的麻烦。表中出现的情况,据分析,其主要原因:一是各设计单位所选用的规范不一致;二是对规范中规定的上下限取法不一;三是对城市所处的地理位置因素考虑不一。因此,如何按照所确定的防洪标准,来确定城市防洪堤的级别和安全加高,以规范项目规划设计已显得十分必要。
从表5中可以看出:(1)堤防超高值与堤防高度及挡水的水头有一定的关系。堤防高度及洪水位高出堤后地面高度越大,堤防超高也越大,反之较小。如****市****江设计洪水位高出城市地面6m,堤防高度达8m,堤顶超高取2m;****市河道洪水位高出地面高程3~4m,堤高4~5m,堤防超高1.4m。而****市属平原河河网地区,河网设计洪水位仅高出城市地面高程0.3m,堤防高度仅0.5m,堤防超高0.2m;****市设计洪水位高出地面高程0~0.5m,堤防高度1.0m,堤防超高0.5~1.0m。
(2)堤防超高与堤防断面尺寸大小有关。堤防断面尺寸大的堤防安全超高相对较小,如****堤防高度达5~6m,洪水位高出地面高程4~5m,但其堤防采用路堤结合的断面型式,一般堤顶宽度都在7m以上,因此堤防超高为1.1m,比****等城市低。
(3)堤防超高与洪水位变幅有关。如****市因处平原河网地区,河网最高洪水位100年一遇为5.29m,50年一遇为5.16m,两者相差仅0.13m,变幅较小,因此其堤防超高较小。
(4)堤防超高与近远期工程结合程度有关。如****市城市防洪规划近期堤防工程达20年一遇防洪标准,远期通过上游兴建流域性防洪控制工程(水库),下游河道疏浚等工程措施达到50年一遇防洪标准,其堤顶高程依据下列三种情况的大者选定:
1、规划近期20年一遇洪水位+1m超高;
2、规划远期50年一遇洪水位+0.7m安全超高;
3、规划百年一遇洪水位。
这样选取,既保障了该城市一定标准的防洪安全,又考虑了城市所处的特殊位置适当降低了堤防高度。
三、关于城市堤防堤顶超高的建议
(一)堤防工程级别
按国家有关规定、省政府意见并参考水利部规划总院、中国国际咨询公司在评估和审查****江干堤加固工程项目时的意见,建议省内的县级城市防洪标准一般采用50年一遇,地市级城市防洪标准一般采用100年一遇。建议****省的一般县城以上城市(除****、****外)防洪堤工程定为3级建筑物。
(二)堤顶超高
堤顶超高由风浪爬高、风壅水面高度及安全加高值三者组成(见图)。
城市堤防堤顶超高Y的计算应按《堤防工程设计规范》第6.3.1条执行,即堤顶超高应按下式计算
Y=R+e+A
式中Y——堤顶超高(m)
R——设计波浪爬高(m)
e——设计风壅水面高(m)
A——安全加高(m)
(三)安全加高
《堤防工程设计规范》条文说明第2.2.1条对安全加高值有如下说明:
“2.2.1在堤防工程设计中,由于水文观测资料系列的局限性、河流冲淤变化、主流位置改变、堤顶磨损和风雨侵蚀等,设计堤顶高程需有一定的安全加高值。……考虑到堤防高度较土坝低,加上堤防加高一般比水利枢纽或土坝容易,本规范采用比土坝低一级的数值(安全加高)……”
《城市防洪工程设计规范》条文说明的第2.3.1条对堤防安全超高说明如下:
“2.3.1防洪建筑物的安全超高是指防洪建筑物挡水部分的顶标高高出设计水位加上风浪爬高后的富余高度,安全超高是考虑由于洪水位计算中可能存在的误差;泥沙淤积造成水位的暂时抬高;以及其它因素可能出现的水位抬高。总之是为了避免各种不利因素对防洪安全的影响,而采取的一种措施……”
“防洪建筑物的安全超高应较不允许过水的土坝、堆石坝为小,因其事故后的危害也较水库大坝事故造成的危害小……”
从这两个规范的条文说明可知,堤防安全加高主要是由于一些不能考虑的因素引起水位抬高或计算误差引起水位的抬高所留的安全余度,总之是由水位不能精确计算所致。而且安全加高的规定参考了土坝设计规范的土坝安全超高值,认为堤防高度比土坝低,失事后造成的危害比土坝小,因此取比土坝低的安全加高值。
根据以上分析及***省部分城市防洪堤设计的堤防超高调查分析可得出如下结论:
1、堤防安全加高值与堤防失事后的危害程度有关。堤防越高,失事后的危害越大,堤防的安全加高宜取大值;堤防越低、失事后的危害较小,堤防的安全加高可适当降低。如平原河网堤防,设计洪水位高出地面有限,堤防安全加高可取小一些。
2、堤防安全加高与堤防断面结构的安全度有关。若堤防高度较高,而堤身较单薄的土堤,洪水位一旦超过堤顶高程,堤防即会因漫顶溃决,则堤防的安全加高值应取大值;若堤防堤顶宽度较大(如堤路结合堤防),或堤后地面(路面)高程较高或堤防背水坡较缓,即使洪水位超过堤顶也不会造成堤防溃决,则堤防安全加高值可适当减小。
3、堤防的安全加高值与设计洪水位的精度有关,一般相邻两个级别防洪标准所计算的洪水位差值大,洪水位的绝对计算误差一般较大,堤防的安全加高应取大值;而一些平原城市堤防的设计洪水位与高一级标准洪水位相差不多,则洪水位的计算绝对误差一般不会很大,因此安全加高值可适当降低。
根据以上分析结论,结合有关的堤防设计规范,建议我省城市堤防安全加高值2级堤防按表6选用,三级堤防按表7选用。
Z0.5%-Z1%
表6城市堤防安全加高建议值单位:m
Δh
≥0.8
<0.8且≥0.3
<0.3
≥3
0.8
0.7
0.5
<3且≥1.5
0.6
0.4
0.3
<1.5且≥0.5
0.4
0.3
0.2
<0.5
0.3
0.2
0.2
Z1%-Z2%
表7城市堤防安全加高建议值单位:m
Δh
≥0.8
<0.8且≥0.3
<0.3
≥3
0.7
0.6
0.5
<3且≥1.5
0.5
0.4
0.3
<1.5且≥0.5
0.4
0.3
0.2
<0.5
0.3
0.2
0.2
注:(1)表中Z0.5%、Z1%、Z2%分别为200年、100年、50年一遇标准洪水位。
(2)Δh为设计洪水位与堤后地面高程的差值。若堤后紧贴有宽度不小于10m的填高道路,计算Δh值时堤后地面高程可取道路路面高程。
表6建议的城市堤防安全加高值从表中看与两个因素有关。一是堤防挡水的高度,随着堤防挡水的高度降低,失事后的危害程度减小,堤防安全加高值也逐步减小,这与有关的规范条文说明符合;再是与比堤防设计洪水位高一级标准的设计洪水位与该堤防的设计洪水位差值有关,ΔZ越小,一般计算的设计洪水位绝对误差越小,其安全加高值也可取小,这也符合有关规范的条文说明。
(四)堤防安全加高值选用的几点说明
1、对于一些特别宽的堤防、堤路结合防洪堤,其路面宽不小于10m的,或堤防背水坡缓于1:5的防洪堤,由于堤防断面较大,不易溃决失事,其堤防安全加高值可取低一些,建议取用低一档Δh的安全加高值。如堤后有宽度大于10m,高出地面的道路,在计算Δh时,堤后地面工程可取道路路面高程。
2、表6、表7适用于堤防设计水位由洪水控制的城市堤防,对于设计水位由潮位控制的海塘,建议按《海塘技术规范》取用。
3、对于平原圩区地区,建议城市防洪堤的安全加高值比农村圩堤高0.3m以上。
4、表6、表7的安全加高值A为不允许越浪的堤防工程的安全加高值。《堤防工程设计规范》规定允许越浪的三级堤防工程安全加高值比不允许越浪堤防安全加高值低0.3m。由于****省的一般城市防洪堤波浪爬高值较小,若按规范执行,安全加高值偏小。因此,建议对于允许越浪的城市防洪堤安全加高A仍按表6、表7选用,而堤顶超高Y允按下式计算:
Y允=R′+e+A
式中当R≤0.3m时,R′=0
当R>0.3m时,R′=R-0.3
即当波浪爬高R≤0.3m时,允许越浪堤防堤顶超高不计波浪爬高;当波浪爬高R>0.3m时,计算允许越浪堤防的堤顶超高时,波浪爬高R′按计算的波浪爬高R减0.3m考虑。
(五)关于对波浪爬高和风壅水面高计算建议意见
波浪爬高和风壅高度值的大小也直接关系到堤防超高值的大小。因此,在城市防洪堤设计中对这两项值的选取也应引起重视。由于城市所处的特殊位置,波浪爬高和风壅高度值的计算有一定的不准确性。为此,提出建议意见如下:
1、计算一般采用《堤防工程设计规范》的附录C“波浪计算”规定的堤防波浪计算的方法和公式。
2、在设计洪水位时,对于河道流速较大的河段,同样的风力使水面产生横向波浪爬高比静止水面要小,实际计算中无法考虑此因素,计算值会偏大,建议对于流速大于2.0m3/s的河段,取用时适当减小。
关键词:交通工程设计;道路设计
Abstract: along with the rapid economic development of our country, the urbanization construction rapid development, people municipal traffic engineering design requirements more and more high, municipal traffic engineering design are strong, tough, systematic characteristics such as the complex technology, and the engineering cost has a direct impact, so is the key link in urban road construction of one. This paper municipal traffic engineering design of the actual conditions, points out the shortcomings in them, and put forward the corresponding countermeasures.
Keywords: traffic engineering design; Road design
中图分类号:TB21文献标识码: A 文章编号:
市政交通对于一个城市来说非常重要,他直观反映了一个城市的现代化程度。市政道路作为城市的输血管,工程师对于交通工程设计的好与坏,直接关系到城市交通运输是否健康顺利的运转。当今,随着我国改革开放的不断深入,城市化水平不断提高,道路工程的建设也在有条不稳的进行当中。作为一项系统性较强的工作,交通工程的设计涉及到运输、公共设备敷设、绿化和城市景观建设等多方面内容,因此在开始设计前,设计人员除了要对施工地点进行勘探外,还要注意与城市的实际情况相结合,以求选择最为合理的设计方案。
一、市政交通工程的设计要点
1.道路的功能
城市的现代化建设市政交通工程设计时,对于道路的功能的考虑,道路的交通性不仅仅是设计者唯一考虑的事情,除了交通性外,设计者还要考虑到道路的生活性和游览性,设计人员在进行设计时需要把设计中的道路功能特色考虑全面,以便使道路工程在投入使用后,能够发挥出更多更全面的作用。
2.符合城市的特色
随着经济全球化速度的加快,世界各国都出现了城市特色危机,大部分城市正逐渐丧失自己的特色而趋于一致,这也带来了全球性的文化问题。生活水平不的断提高使人民群众对于精神生活的需求逐渐向多元化方向发展,这其中也包括了对于城市形象的个性化需求。因此设计人员在道路工程的设计中要尊重城市的历史、文化和自然形成的地形条件,注重城市整体形象的塑造,这样不仅可以突出地方特色,又能在一定程度上降低工程成本。
二、我国道路工程设计中存在的问题及对策
1.设计思路不合理
在我国,很多城市对于路网的合理规划并没有给予足够的重视,一味追求道路的建设要满足城市未来发展的需要而不是从城市路网均衡的角度去考虑不同道路的等级、密度和宽度标准,在道路横断面形式的选择上也主要是三块板和四块板,以至于很多城市出现了10车道、150m宽的道路。这样的设计从表面上看,行人、机动车、非机动车各行其道,既确保了交通的顺畅也提高了安全性,但这也意味着行人、机动车、非机动车都不再具备优先级,我国许多大城市的中心区和商业区经常发生的拥堵现象就是这种设计带来的恶果。
一直以来,我国大部分城市在进行道路建设时都将资金集中在主干道和立交桥上,而贯通性支路却往往因资金短缺等原因无法形成完善的网络体系,这样一来,主干道所承受的压力就成倍的增长,不仅加重了交叉路口车辆间的相互干扰,也不利于确保交通安全。针对这种情况,设计人员在进行设计时一定要从宏观的角度出发,注重路网的合理规划,以行车的安全性和城市的实际需求作为设计的首要条件,不可过于追求满足于城市的未来发展,使道路有主有次,最终形成科学、完善的道路交通体系。
2.不重视交通分析
交通分析主要包括对流量、流向、车速、车辆组成、路网等方面的系统性规划,是道路工程设计中不可或缺的重要组成部分。但是在实际工作中,有不少设计都缺乏科学性和规范性,设计人员因为各种原因并没有按照业主单位的要求认真、详细的进行交通分析,或是在工程设计结束后才参照以往工程的调查数据编写调查报告,这种现象既发生在低等级道路的建设中,也存在于城市主干道的设计中。
3.横断面设计不完善
首先就是对于机动车道宽度的选择过宽。机动车车道占据着道路横断面的绝大部分,其宽度的选择是横断面设计的主要内容。但是我国大部分城市的道路工程设计规范中对于道路宽度的限定却远远高于应有的水平,有些地区甚至已经超过了高速公路的设计要求。其次是行人和非机动车的共板问题。行人和非机动车的共板意味着人行道和非机动车道将处于同一平面,由于这一设计体现了生态设计的理念,因此被广泛的用于城市道路工程设计当中。这样既能降低工程成本,又能实现对城市空间的合理利用,也有利于交通安全。
4.纵断面设计不完善
道路工程纵断面设计的好坏直接影响着道路的美观、行车舒适性和排水效果,但在实际工作中,由于许多城市地势平坦无法满足道路的排水要求,因此不少设计人员将纵坡设计成起伏状以确保道路能够顺利排水,这固然会起到一定的效果,但却严重违反了《城市道路设计规范》中的有关规定。所以设计人员在进行这部分设计时,可通过设置锯齿形街沟、加密雨水口和加大路拱横坡度的措施来解决道路的排水问题,进而在不违反国家有关规定的同时确保道路与周围建筑物的协调性。
5.没有顾及到景观设计
在大多数城市道路的设计工作中,设计人员所关注的往往只是道路的安全性、耐久性以及如何满足未来城市交通发展的要求,却忽略了对于道路的景观性设计。随着人民群众生活水平的不断提升,人们对于居住地环境的要求也在不断提高,道路工程是城市的重要组成部分。在进行道路工程的景观设计时,首先就是要尊重城市的历史。其次就是要注意可持续发展。最后就是要注重景观设计的整体性。
6.没有做好管线的综合规划工作
随着经济水平的不断提高,政府部门对于城市基础设施的投入逐渐增加,城市道路路面下的各类管线日益增多,但由于各种因素的影响,城市道路的设计往往不能与市政管线的设计同步,进而导致了广泛的城市道路二次开挖现象,不但浪费了国家资源,也给人民群众的日常生活带来很大的不便。因此,切实加强城市道路与管线的综合规划就成了有关部门日常工作中的主要内容。首先,就是要加强城市道路设计单位与市政基础设施建设单位的沟通和联系,无论哪一方有了新的建设或设计任务,都要及时与对方联系,以便在日后的设计工作中能够尽量予以避免。其次是通过业务培训等方式转变城市道路设计人员的思想观念,让他们真正建立综合规划的理念,避免过去那种只知道埋头设计的做法。最后就是要通过新方法、新方式来完成市政管线的布置,最大程度的减少新铺设管线可能对道路造成的破坏。
关键词:桥梁;抗震;设计我国管理部门已经认织到上述问题。建设部已委托同济大学士木工程防灾国家重点实验室范立础主编新编的《城市桥梁抗展设计规范》,由北京、天津、上海等四家市政工程设计研究院参编;上海市建委抗震办公室也委托同济大学土木工程防展国家重点实验室主编《上海城市桥梁抗震设计规范》。同时,交通部也着手修订《公路工程抗震设计规范》。本文的任务是对目前各国的桥梁抗震设计规范的使用和研究现状进行介绍和比较,探讨我国桥梁抗震设计规范的修订中的一些主要问题。1.桥梁抗震设计的基本思想结构抗震设计的基本思想和设计准则是制定规范的最重要之处,它决定了抗震设计要达到的目标、采用的设计地震动水平和地震反应的计算方法。因此这里首先介绍世界几本主要的桥梁抗震设计规范的基本设计思想. 当前主要地震国家桥梁抗震设计规范的基本思想和设计准则是:设计地震作用基本分为两个等级,都可归纳为功能设计地震和安全设计地震。虽然各规范使用的名词不同,但其思想是基本一致的:功能设计地震具有较大的发生概率、安全设计地震具有很小的发生概率。在功能设计地震作用下,桥梁结构只允许发生十分轻微的破坏,不影响正常的交通,不经修复也可以继续使用;在安全设计地震的作用下,允许桥梁结构发生较大的破坏,但不允许发生整体破坏。比较起来,我国公路工程抗震设计规范仍在使用烈度概念,关于抗震设计的指导思想对于桥梁来说过于笼统。
2.桥梁震后的损伤
桥梁下部结构的严重损伤是引起桥梁倒塌,且在震后难以修复使用的主要原因.
2.1桥梁墩柱的损伤 桥梁结构中普遍采用的是钢筋混凝土墩柱,损伤的形式分为:弯曲损伤和剪切损伤.弯曲损伤是延性的,产生很大的塑性变形.剪切损伤是脆性破坏.然而桥梁墩柱的基脚损伤也是一种破坏的形式.2.1.1墩柱的弯曲损伤:桥梁墩柱的弯曲损伤非常常见,在历次的大型地震中都不少,究其原因主要是约束箍筋配置不足,纵向钢筋的搭接或焊接不牢等引起的墩柱的延性能力的不足.2.1.2墩柱的剪切损伤:桥梁墩柱的剪切损伤较常见,由于剪切损伤是脆性的,会造成墩柱以及上部结构的倒塌,其损伤较为严重.2.1.3墩柱基脚的损伤:桥梁墩柱基脚的损伤较为少见,但是一旦出现,则可能导致墩梁倒塌的严重后果.213国道白花镇百花大桥墩柱基脚的损伤,显然,墩底主筋的构造处理不当,箍筋的数量不足,导致基脚损害.可见,保证墩柱和下部基础的整体作用是相当的关键。2.2框架墩的损伤。框架墩的损伤主要出现在城市高架桥中,其损伤主要表现为:盖梁的损伤,墩柱的损伤和节点的损梁的损伤形式主要有:剪切损伤、弯曲损伤以及盖梁钢筋的锚固长度不够而引起的损伤.节点的损伤主要是剪切损伤。2.3桥台的损伤。桥台处发生失效的类型,不同桥梁各有不同.基本类型变化很大(扩大基础、桩基、竖井),而且土的性质也很重要的.尤其在地震期间如果沙土被液化,则更为重要.由于后墙、翼墙、基础和桩与周围土的相互作用,使所在位置更加复杂.大多数支座式桥台中,纵向位移不受限制,因为上部结构和桥台背墙的接触面处,有接缝.这种构造是有吸引力的.
3. 急需改进的桥梁设计规范管理
这里,通过两个工程中遇到的实际问题来解释一下这个命题的重要性和紧迫性。
广州九江桥梁倒塌之时,针对这个事故,看到了一些内容,美国桥梁界说:“美国规范是完全不一样的,只要船能撞到的地方,桥梁设计时都要考虑,都要有相应的防撞保护措施。晚上过桥的行船是很容易撞上桥墩的。”这显然是引起九江桥被撞倒塌的主要外因。当然,仅从九江桥倒塌的实际相片,也不难分析出我们的设计和规范其它方面可能的不足。
我国桥梁界发展最快的桥梁结构形式是斜拉桥,在我国,斜拉桥上拉索的应用上有这样一个不成文的行规和事实:斜拉索过几年就需考虑换索,少则3~4年,多则十几年;减少拉索振动的阻尼器,在采购时也仅考虑3~4年的寿命,许多人形成了思维定势――“换索时和索一起换置”“没必要做这么好”。美国生产和安装斜拉索的DSI公司,美国的拉索设计和制造安装要求和桥梁同寿命,至少要考虑75年的安全使用。在DSI公司为美国桥梁工程提供斜拉索的28年中,仅最初使用斜拉索的极个别桥梁,因当时的拉索保护技术还不成熟,考虑了更换问题,而其它均无换索必要。最近也了解了一下国内的情况,相关一些部门有意对国内的拉索的使用寿命提出30年的要求。
北京地铁一期工程始建于20世纪60年代,由北京站经宣武门站和复兴门站至苹果园站,共计17座地下车站,一座古城车辆段,线路长度为23.6km.北京地铁二期工程始建于20世纪70年代,线路呈马蹄形,由复兴门站经西直门站和东直门站至建国门站,共计12座地下车站,一座太平湖车辆段,线路长度为17.2km.北京地铁1、2号线改造工程主要包含
一、二期工程,投资总额为37.5亿元。北京地铁
一、二期工程建设初期的指导思想是,以战备疏散为主,兼顾城市交通。基于国内没有地铁设计规范和相关标准,工程建设参照了国外地铁的设计资料和规范,尤其是前苏联的设计规范。局限于当时的建设条件和国内的技术水平、生产工艺水平,采用了大量的非标产品和特殊设备。经过二三十年的运营,北京地铁1、2号线车辆、设备老化,大都进入设备报废期,系统技术性能下降,存在很大的地铁运营安全隐患。
本次改造涉及线路、车辆、供电、通信、信号、通风空调、给排水及消防、动力照明、火灾报警、环境与设备监控、车辆段等多专业的全面改造、更新和升级,根据工程筹划的要求,涉及行车安全、运营安全和消防安全等方面的改造内容必须在2008年前完成。在相对集中的时间段内完成多专业、多系统的改造,面临技术风险、管理风险和资金风险等困难,技术风险又是工程风险控制中首先要解决的问题。本文就改造中的技术风险进行分析。
2、技术风险的诱发因素
北京地铁1、2号线改造工程是一个复杂的技术改造工程,涉及全部设备专业、线路专业及土建专业,从某种意义上讲,相当于新建线路的设备安装阶段,但又不能等同于新建线路。本次改造工程是在不停运的前提下进行的,又受土建结构、人防设施不改变的制约,所以,诱发技术风险的因素很多,主要包括以下几类。
2.1改造方案与规范的差距《地铁设计规范》(GB50157—2003)主要用于新建线路的指导,未涉及改造工程内容及要求。在车站安全出入口设置、消火栓设置、车站外部消防水源引入、区间火灾报警、区间风速等方面,改造方案与规范有一定的差距。
2.2土建结构与人防设施不改变本次改造是在不停运的前提下进行的,不具备土建结构发生变化的条件,且运营线路又兼顾战备人防的需要,要求人防等级不降低。在变电所有限的空间内,标准化产品与设备安全操作距离出现不匹配的现象;车站及区间主风机难于达到区间风速要求,需要重新制定新的通风排烟系统运行模式。
2.3过渡方案新旧系统倒接,必然涉及过渡设备和改造期间的车站运营模式和设备系统运行模式。过渡方案的制定与现状设备安全性、可靠性以及系统有密切的联系。
过渡方案的合理、可靠、安全与否将直接影响到改造工程的成败。
2.4概算因素根据北京市有关规定,初步设计概算额不能超过可行性研究报告投资估算值的3%,否则重新立项。此项规定在新建项目执行中难度较小,但对于城市轨道交通系统改造而言,属于崭新领域,执行过程复杂。由于国内没有改造经验,可能会出现漏项问题,可行性研究报告投资估算值与初步设计概算额有较大出入。
正在运营的线路已经暴露出严重危及运营安全的隐患,改造工程刻不容缓。如果概算额超标(大于3%),进行重新立项的话,时间耽误不起。因此,按照现有规定不重新立项,需要根据不超标的初步设计概算额反过来调整设计方案。
2.5现状变化与原始设计的出入北京地铁1、2号线已经运营30多年,路基、土建与建设初期比可能发生了变化,如路基沉降;建筑平面功能调整;设备及车辆处于老化期,大部分设备已到报废期,系统性能下降;由于基础资料的不齐整,使各类管线的现状敷设情况不很明朗等。
上述因素,将直接导致技术风险。当然,设计边界条件也是影响设计质量的因素之一。
3、技术风险的分类
3.1技术标准与设计标准目前,国内没有相关的城市轨道交通系统改造设计规范和标准。
《地铁设计规范》第1.0.2条规定:“改建、扩建和最高运行速度超过100km/h的地铁工程、以及其他类型的城市轨道交通相似的工程设计,可参照执行。”
衡量改造工程是否达到要求、是否贴近国家相关规范及标准,针对目前可参考的设计规范及标准,制定改造工程的技术标准和设计标准是必要的。对于不同的现状和条件,技术标准及设计标准也不同。制定标准的宗旨是尽量靠近现行的设计规范和标准,满足改造目标。
3.2现状设备系统对现状系统及其设备的安全评价是改造工程的重要环节,是制定改造范围、内容及用户需求的依据,将直接影响到改造技术方案的合理性和可操作性。
在行车安全、消防安全及运营安全等方面,应分析哪些系统及设备存在安全隐患、哪些系统及设备制约着运输能力的提供和服务水平的提升、哪些因素制约着改造的技术标准和设计标准,从而为编制改造范围、内容、原则及用户需求提供依据。否则,可能会出现危及安全的遗漏项目或出现不应有的项目占用有限资金的现象。
3.3改造技术方案改造技术方案是改造工程的核心内容,建立在现状系统及设备、技术标准及设计标准的基础上。高质量的改造技术方案应最大限度地消除安全隐患、提高运输能力和服务水平、在改造期间对运营的影响程度降到最低,而且通过工程筹划、设备招投标及施工管理,节约投资。
在不突破投资概算、不改变土建结构、改造期间降低对运营的影响等一系列的制约条件下,照搬新建线路的技术方案往往行不通,需要有新的思维方式,因地制宜,因事制宜。改造技术方案应有针对性,充分利用现有条件和资源。还要突破条条框框的束缚,有大胆的设想。
3.4技术协调改造工程的技术协调工作与新建线路基本相同,这里不再赘述。
关键词 地铁;安全线;计算方法
1 安全线的功能
安全线是列车运行隔开设备之一。安全线设置的主要目的是为了防止在车辆段出入线、折返线和支线(岔线)上运行的列车未经允许进入正线与正线列车发生冲突;或者由于进路没有开通时列车冒进导致列车挤占道岔而发生列车出轨事故。在折返线上设置安全线(本文将折返线上设置的超过列车长度的部分也归于安全线的范畴),除了防止与正线列车冲突外,还可以保证列车具有较高速度,以提高线路通过能力。
安全线长度的准确设置不但可以保证日常运营安全,也可以使工程控制在合理的规模,以节约工程投资。
2 安全线设置
安全线通常在以下情况下设置:
1) 当车辆段(场)出入线上的列车在进入正线前需要一度停车,且停车信号机至警冲标的间距小于制动距离时,宜设置安全线(见图1)。该规定适用于出入段线从区间接正线的情况。
2) 当折返线末端与正线接通时,宜设置道岔隔开设备。在通常情况下,道岔隔开设备主要指安全线(见图2)。
3)岔线(支线)在站内接轨,当与正线间为岛式站台,且站台端至警冲标的距离大于或者等于60m时,可不设列车运行隔开设备(见图3);若为侧式站台,宜设置道岔隔开设备(见图4)。
此外,线路末端也需要根据实际列车运营需要设置足够的安全线长度。站前折返以北京地铁亦庄线宋家庄为例,见图5;站后折返以成都地铁1号线广都站为例,见图6。
3 列车运行模式
地铁列车在日常运营中涉及以下四种运行模式:
1)ATO(列车自动运行)模式:ATO系统根据ATP(列车自动保护)提供的地面速度限制信息,自动驾驶列车运行,由司机进行监督。
2)ATP模式:由司机人工驾驶列车,按ATP的速度信息运行,一旦超速将实行紧急制动,以保证运营安全。
3)非限制模式:列车由人工驾驶,依靠地面显示信号,按照线路允许速度运行,由司机保证运行安全。ATP系统大面积故障时用此模式。
4)限速人工驾驶模式:该模式用于无ATP地面速度信息的地点或者正线地面设备故障时的超速防护,列车由人工驾驶,按限速25km/h运行。一旦超速,车载ATP即实行紧急制动。
非限制模式完全由人工来保证安全,需要司机具有很高的职业素质。这种运行模式下,司机工作强度比较大,发车密度低,一般采用站间闭塞方式行车;在实践中这种运行模式也不作为常用模式,无法给出明确的安全线理论计算长度。
限速人工驾驶模式下,车辆运营安全也有赖于司机操作,且由于速度比较低,行车安全能够得到保证。这种模式同样不作为正线常用模式,其安全保证需要司机的谨慎驾驶。
ATO模式、ATP模式是日常运营的列车运行模式,列车在安全系统保护下自动运行或者人工驾驶。安全线的设置应为其日常运营提供安全保障,并使整个系统保持比较高的运行效率,以发挥最大的通过能力。
4 设计规范对安全线长度的规定
《地铁设计规范》(以下简为《规范》)对安全线长度的规定如下:“安全线的长度一般不小于40m。在困难条件下,可设置脱轨道岔”。对折返线的有效长度,规定为:“远期列车长度加40m(不含车档长度)”。
在《规范》的条文说明中,没有对安全线的长度作出明确的解释,但是对折返线的有效长度作出如下说明。
”折返线的有效长度主要从以下因素考虑:
1)停车线端距道岔基本轨端留有必要的距离,该距离太短,将影响列车加速,从而影响列车折返能力;
2)列车进入折返线通过最后一组道岔时,不希望降低速度以便尽快给其他线开通进路,为此折返线的长度不能太短。
根据以上情况分析,折返线留有足够的长度对保证列车折返安全和折返能力是必要的。原规范根据北京地铁一、二期工程设置折返线的经验,其长度定位列车长加24m。……集多年建设和运营经验,为保证线路折返能力和行车安全,本规范规定折返线有效长度由原远期列车长度加24m,改为加安全距离40m……”
《规范》规定安全线的长度为40m,虽然能够保证安全线正常发挥作用,但是在某些情况下,会造成工程规模的浪费。
《规范》中关于折返线有效长度的规定主要是针对进行站后折返的情况,对于站前折返(例如图5中宋家庄站)及《规范》未明确规定的情况并不适用。此时通过牵引计算,考虑信号系统工作特性来确定安全线长度,应该是更为可行的方法。
5 安全线长度分析
5.1 车场线接正线
在这种情况下设置安全线(见图1)主要是防止出入段线列车在未经允许情况下冲入正线,与正线列车发生冲突。出段列车在车辆段转换轨处已经完成控制信号的转换,此时的列车采用ATO模式或者ATP防护下的人工驾驶模式。列车每次投入运营时都需要在停车信号机前进行一度停车。安全线需要长度的计算与图5中站前折返的情形应该是一样的。在满足道岔结构长度后,也需要满足紧急制动要求,避免车辆撞击车档(只有在困难条件下,才允许车辆以不大于15km/h的速度撞击车档)。
5.2 折返线末端接正线
如图2所示,安全线长度取40m,这不但考虑运营安全,也考虑列车保持足够的速度,从而保证折返能力。从轨道结构看,折返线末端通过道岔与正线连接,道岔全长大约30m,这也限制了安全线的最小长度。如果列车采用ATP防护下的人工驾驶模式,根据实际运营经验,为了给司机预留足够的距离,避免车速过低影响折返能力,40m的长度是合适的。如果列车采用ATO驾驶模式,列车自动折返,则此距离偏长;实际使用中可以根据车辆制动性能、信号设置及结构计算等综合给以确定。
5.3 岔线在站内接轨
《规范》规定:当与正线间为岛式站台,且站台端至警冲标的距离大于或者等于60m时,可不设列车运行隔开设备(见图3)。但是,如果线路采用地下方式敷设,列车望条件比较差,列车在非限制驾驶模式或者限速人工驾驶模式时,岛式站台岔线接轨形式反而不易保证绝对安全,工程条件允许时仍然应该设置安全线。若为侧式站台,该距离一般小于40m(见图4)。
5.4 线路末端站前折返
如图5所示,列车进站需要在站内定位停车。无论采用ATO驾驶模式还是ATP保护下的人工驾驶模式,站后安全线的作用都是在进站无法停车时为紧急制动提供制动距离。即使采用ATP保护下的人工驾驶模式,安全距离也不用考虑司机心理因素的影响。
现以图5的亦庄线宋家庄站为例,计算站后安全线的长度。计算中重点考虑ATO和ATP两种驾驶模式。计算的主要思路是:根据列车牵引曲线,在列车速度超过某一地点正常速度5km/h时ATP启动紧急制动,制动平均加速度为-1.2m/s2。ATP反应时间按照2s考虑。列车侧向过岔速度按照曲线尖轨限速35km/h计。
计算方法:首先对正常进站列车进行牵引计算,得到牵引计算曲线;当ATP启动紧急制动时,列车速度超过正常速度5km/h,由此得到紧急制动启动的速度曲线(见图7);根据该曲中某一里程及其对应的速度,利用速度、加速度与距离关系公式,可以得到在该里程紧急制动时需要的制动距离;该距离减去正常制动距离即是该点需要的安全距离。实际计算中,可以利用牵引计算的过程数据,对各里程分别计算需要的安全距离(见表1),并取其最大值作为最终安全线长度。
这种计算方式对ATO和ATP模式都是适用的,能够使安全线长度足以保证列车的运营安全。
由表1可知,考虑ATO和ATP两种行车模式下的站后安全线距离至少需要17.6m(不计车档距离)。《规范》虽规定车档可以允许列车以15km/h速度撞击,但实际上由于宋家庄站为站前折返,列车内一般都载有乘客,为保证乘客安全,不考虑列车冲撞车档。
宋家庄站为地下车站,线路条件受气候影响相对较小。如果线路在地面或者高架桥上,因受雨雪天气影响,列车黏着系数会有所降低,此时安全线的长度确定需要考虑这一因素而适当加长。
上述计算结果适合亦庄线宋家庄站情况。在具体的工程案例中,要根据采用的车辆性能、线路平纵断面等情况计算确定安全线长度。
5.5 线路末端站后折返
如图6所示的线路末端站后折返与折返线末端接正线情况(见图2)类似,但是由于折返线末端没有与正线联通,安全线设置完全是为了提高折返能力。在人工驾驶时,考虑为司机提供更好的工作条件,规范中根据实际运营经验规定安全线长度为40m是合适的;如果列车采用自动驾驶,可以参考前述计算方法来确定安全线长度。
6 结语
安全线在高密度行车的地铁中对行车安全具有重要意义。地铁在城市中修建,工程投资巨大,场地条件受到周边建筑、管线等限制。合理的安全线长度有助于保证安全,控制投资规模。根据不同的运营需要决定安全线长度,在工程实践中十分必要。鉴于目前对于安全线长度的计算没有统一的方法和参数取值,建议在今后修订规范时对安全线的设置作出更为详细准确的规定,并制定可行的计算方法。
参考文献
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