重载交通下京包高速公路沥青路面设计

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道路与交通工程器 Road救Traffic Engineering 重载交通下京包高速公路沥青路面设计 路宁 (北京国道通公路设计研究院,北京100053) 摘要:结合京包高速公路沥青路面实际设计情况,重点分析了在重载交通下,沥青路面设计中车辆轴载的实际布置情 况.并合理运用调整弯沉等效的轴载换算了公式换算标准轴载的当量轴次;结合实际计算半刚性基层沥青路面设计弯沉 值.更为合理地确定了路面结构。 关键词:高速公路;路面设计;设计弯沉;超载;轴载换算 中图分类号:U 412.366 文献标志码:B 文章编号:1009—7767(2012)02—0041—04 Design of Asphalt Pavement under Heavy Traffic for Jingbao Freeway LuNing 近年来随着经济的快速发展,公路交通运输日益 频繁,车辆超载情况较为严重,导致道路路面还未达 到15年的设计年限就破损得很严重。京包高速公路 五环路一德胜口段位于北京市海淀和昌平两区,设计 速度80~100 km/h,全长约37.9 km。它是河北、山西和 内蒙古三省煤炭外运的主要通道,重、超载现象严重。 通过实地的车辆观测和调查分析发现,超载车辆的轴 重远大于130 kN,这些车辆的行驶对路面的破坏是主 导性的,但由于超出了JTG D50—2006(沥青路面设计 规范》(以下简称“规范”)中的轴载换算公式的适用范 围,所以笔者重点论述“当以设计弯沉值为指标及沥 青层层底拉应力验算时”.如何应用调整后的轴载换算 公式换算成标准轴载P当量作用次数Ⅳ,从而进一步得 出更为符合实际的累积轴载次数 和路面设计弯沉 值 ,为正在修建京包高速公路五环路一六环路设计 出更加符合实际、更加经济耐用的沥青路面结构。 1道路行驶车辆检测内容及结果分析 1.1交通量监测 2010年11月对京包高速六环路一德胜口段北六 环入口处进行了72 h连续交通量及交通轴载的测量 监测,其结果为断面总交通量为18 520辆。其中6轴 车所占比例最多达到了69.5%,小汽车、2轴车次之。 1.2整车超载情况 1.2.1轴载超限峰值 根据72 h连续交通量及交通轴载的测量获得轴 载超载峰值,见表1。 表1 京包高速进京入口断面轴载超限峰值 单舶 t 6轴车 5轴车 4轴车 3轴车 2轴车 29.8 27.7 24.5 27.8 24.4 198 177 145 178 144 1.2.2轴载超载率及超载谱(见表2,图1、2)。 表2轴载超载率 

2轴载换算方法的基本理论 因为对路面实际作用的车辆种类繁多,所以必须 将不同的车辆按照一定的原则进行换算。路面设计在 2012年第2棚(3一)第3o卷 辛荭投术41

 器道路与交通工程 Road黥TFaffic Engineering 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 O.0 80.00 70.00 60.00 50.00 40.00 30.00 20.00 10.00 0.oo <100 ≥10o 轴载,l【N 图I 京包高速公路轴载超载率 I / 一 / _ / _ / 麟 / / 瓣 13.06 11n / 匿 1o0~150 150-200 200~250 250 ̄300>300 轴载/kN 图2京包高速公路轴载超载谱 进行轴载换算时,应遵循的原则是:不同类型轴载在 同一路面结构上重复作用不同次数后,使道路表面弯 沉值或底层拉应力达到同一极限状态:对某一种交通 组成.不论以何种轴载标准进行换算,由换算所得轴 载作用次数计算的路面厚度是相同的。 根据京包高速公路行驶车辆的实际情况,将各种 车型按照非超载和超载两种情况,使用不同的方法进 行换算。 1)对于非超载的车型,依照文献f11中的轴载换算 方法进行换算。 数据来源为连续72 h的测量。各轴型实际作用次 数与当量轴次数之间的关系见表3~5。 京包高速公路断面日交通量为6 173辆/d,而换算 成当量标准轴载次数为28 597次/d。 2)对于超载车辆,超载相当于额定轴载累计数的 增加。通过实测结果和理论计算发现,对于高等级半刚 性基层沥青路面,按文献f2]的轴载换算方法换算后, 轴载累计数大于按规范中公式计算的轴载累计数,而 更符合于(Pl/P) X(1+m)。根据超载车辆的检测结果 京包高速的超载率m=0.12。 调整后的轴载换算公式为: :∑C C2nl( ) (1+m)s。 i=1 P 式中:Ⅳ为标准轴载的当量次数,次/d;n.为被换算车 42,;}荭技术2012 No.2(Mar.)Vo1.30 表3 单轴实际作用次数与当置轴次数对比 

表4二联轴实际作用次数与当量轴次数对比 

表5 三联轴实际作用次数与当量轴次数对比 术、瓣铺辋铺辑 牧 暴 型的各种轴载作用次数,次/d;P为标准轴载; 为被换 算车型的各种轴载,kN;C 为轴数系数;C:为轮组系 数:m为超载率。 通过上述调整后的公式,对未超载以及超载的各 种车型进行不同的轴载换算,最后得到未超载车辆 与超载车辆1 d中(24 h)累计标准轴载的当量轴次Ⅳ= 50 398次。 3路面设计 3.1累计当量轴次计算 3.1.1考虑超载车辆对路面的影响 根据推算出的累计标准轴载的当量轴次,考虑高等 级路面设计的使用年限为l5年,结合京包高速公路的 交通量发展,交通平均增长率定为4%,依照文献[1]中 的方法计算累计当量轴次,最后得到 =128918755次。 3.1.2未考虑超载车辆对路面的影响 未考虑超载车辆影响, 按规范的常规计算方法最 后得到 =73 151 506次。 3.2路面弯沉值的计算 依照文献『11中的设计弯沉公式计算。 经计算,求得在考虑超载车辆作用下路面设计弯 沉值为14.3(0.01 mm),未考率超载车辆作用下常规计 算的路面设计弯沉值为16.04(0.01 mm)。 3.3道路结构设计 参考分析京包高速公路(六环路一德胜口段)实际 观测的交通量和车辆轴载数据,为正在修建京包高速公 路(五环路一六环路段)的路面结构提供计算依据,其 中设计标准轴载为BZZ一100,设计年限为15年。按新建 路面设计。土基回弹模量为40 MPa。具体计算结果如下。 3.3.1不考虑超载车辆对路面影响 1)新建路面结构厚度计算参数(见表6) 公路等级为高速公路;新建路面的层数为6:标准 轴载为BZZ一100;路面设计弯沉值为l6.04(0.O1 mm); 路面设计层层位为4;设计层最小厚度为18 cm。 表6路面结构厚度计算参数 道路与交通工程器 Road氇Traffic Engineering 2)按设计弯沉值计算设计层厚度 LD=16.04(0.01 mm);日(4)=18 cm;Ls=16(0.01 mm)。 由于设计层厚度H㈩=日 时L。≤ 。,故弯沉计算 满足要求。 3)路面设计层厚度 因为日㈤=18 cm(仅考虑弯沉),所以在不考虑超 载车辆对路面影响的情况下,路面各层位结构厚度见 表6。 3.3.2考虑超载车辆对路面影响 1)新建路面结构厚度计算(六环一德胜口段出京 方向)参数(见表7) 公路等级为高速公路;新建路面的层数为6;标准 轴载为BZZ一100:路面设计弯沉值为14.03(0.0l mn1); 路面设计层层位为4;设计层最小厚度为20 cm。 表7路面结构厚度计算参数 2)按设计弯沉值计算设计层厚度 LD=14.03(0.01 mm);日(4)=20 cm; s=14(0.01 mm)。 由于设计层厚度H㈩= 时L ≤ 。,故弯沉计算 满足要求。 3)路面设计层厚度 因为H _)=20 cm(仅考虑弯沉),所以在考虑超 载车辆对路面影响的情况下,路面各层位结构厚度见 表7。 4 结语 综上所述,可以看出京包高速公路的车辆运输以 重载交通为主.车辆的轴载水平远超过了现在设计规 范的规定范围。如按传统的路面计算方法,不考虑车辆 超载后所增加的累计轴载数,道路建成后会在较短的 时间内(未达到使用年限或0.3~0.6倍的使用年限) 就因超载导致路面结构的破坏,造成公路建设资金的 浪费。 所以在道路建设中。道路设计一开始就必须考虑 (下转第47页) 2012- ̄2棚(3一)第30卷,;}荭投木

43 浇筑混凝土时第1次浇筑的混凝土不承受拉应力,确 保了结构和施工安全。 混凝土浇筑时,悬臂两侧对称均衡加载,河跨侧 和岸跨侧最大相差不超过10 m 混凝土。 3.6预应力张拉 预应力束的张拉属于桥梁施工的重要控制环节。 按设计要求,待混凝土的强度达到标准强度的90%且 龄期不少于5 d,方可进行张拉。纵向预应力束先用小 千斤顶对钢束逐根进行调束,然后用500 t千斤顶整体 张拉:横向及竖向预应力束采用30~120t千斤顶张拉。 张拉时的分级数据必须准确测量和记录。采用应 力控制方法张拉时,以伸长值进行校核,实际伸长值 和理论伸长值的差值必须符合设计要求,设计无规定 时应控制在6%以内,否则应暂停张拉,查明原因并采 取相应措施进行调整。 3.7管道压浆 预应力束张拉后孑L道应尽早压浆。压浆材料采用 水泥浆,现场搅浆必须严格按照水泥砂浆的配合比下 料.并随时用稠度仪检查水泥砂浆的稠度。压浆的步骤 如下:首先湿润压浆的管道,再用压浆机把浆送入管 道.待出浆为浓浆的时候。关闭出浆阀,压浆机继续增 加压力.待压力达到规定要求时稳压,稳压完成后拆 掉压浆管进行下一束压浆工作。 4施工控制 由于箱梁在悬臂浇筑施工时受混凝土自重、日 照、温度变化、墩柱压缩等因素影响而产生竖向挠度, 混凝土自身还存在收缩、徐变等因素,也会使悬臂段 发生变化,为使合龙后的桥梁成型及应力状态符合设 计要求,达到合龙高程误差控制在20mm以内的要求, 最大限度地使实际的状态与设计相接近,必须对各悬 臂施工节段的挠度与应力进行观测控制,以便施工人 员及时调整有关的标高参数,为下节段的模板安装标 高提供依据。主要观测内容如下: 桥梁工程器 Bridge Engineering 1)挂篮模板安装就位后的挠度观测; 2)浇筑前预拱度调整测量; 3)混凝土浇筑后的挠度观测; 4)张拉前的挠度观测: 5)张拉后的挠度观测; 6)温度观测。 挠度观测的关键是每日定时观测,时问宜选在每 日上午8:00~9:O0以前;合龙段应在施T前进行连续 72 h观测 5结语 随着我国大型桥梁的建设数量越来越多,挂篮悬 浇施工技术南于自身灵活性好,适应性强,对周围环境 影响小,在城市建设中不影响周边交通,在山区不受 峡谷河流影响等一系列优点。被广泛采用。笔者针对超 重(混凝土质量400 t)和超宽(桥宽28 m,翼板宽8 m) 箱梁挂篮悬浇施工中存在的问题提出了一些新方案、 新工艺,其中挂篮交错布置施工能大幅缩短挂篮形成 时间,挂篮横向斜拉系统能有效提高挂篮的使用范围 及使用安全性,挂篮行走系统的改造大大提高了整个 挂篮行走时的效率及可靠性,减轻了施T人员的作业 强度,对同类型箱梁悬臂施T有一定参考价值。≤ 参考文献: …中交第一公路工程局有限公司.JTG,r F50—201l公路桥涵 施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2011. 【2]张天许,杨寿忠,朱光华,等.重庆石板坡长江大桥拓宽工程 正桥主梁挂篮设计及施T-[CI// ̄围土木工程学会桥梁及结 构工程学会.第十七届全国桥梁学术会议论文集:上册.北京: 人民交通出版社,2006:405—410. 【3]刘吉士,张俊义,陈亚军.桥梁施工百问[M】.北京:人民交通 出版社.2003:502—504. 收稿日期:2011-12—19 作者简介:宋孝森,男,工程师,学士,主要从事工程项目施工管理工作。 (上接第43页) 到超载车辆累计轴载数量的增加,从而影响到路面结 构厚度的增加。虽然结构厚度增加了,但能更好地避免 在重载车辆的行驶下,短时间内造成的路面破坏,这样 的路面设计更为合理,更加符合实际的累计轴载数量, 使计算得到的半刚性基层沥青路面设计弯沉值更加准 确,道路更加适应重载交通运输,可以大大地提高道路 的经济性和耐久性。鼍 参考文献: [1]中交公路规划设计院.JTG D50—2006公路沥青路面设计规 范[S].北京:人民交通出版社,2006. [2]林绣贤.沥青路面设计中轴载换算方法的研究[c]//高等级公 路与科技进步学术会议论文集.北京:中国公路学会出版, 1996:36-39. 收稿日期:2012一O1一l0 作者简介:路宁,男,工程师,学士,主要从事道路设计工作。 2o12年第2期(3一)第30拳 荭投术