变电工程站内道路设计

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  摘要:本文根据变电工程实际情况,对站内道路的类型及特点进行简述,并结合实际情况,分析站内道路在使用中常常出现的一些问题。其次从路面结构设计、路面接缝设计、与其他构筑物衔接、穿电缆沟道路等方面,对变电工程站内道路设计进行简述。最后以500kV变电站扩建工程中的道路设计为实例,对工程中相关内容进行说明。
  关键词:站内道路 路面结构 接缝设计 端部处理
  中图分类号:S611文献标识码: A
  1变电站站内道路概述
  1.1变电站站内道路分类
  变电站站内道路包括围墙内所有运输、消防、检修、人行通道和建筑物引道,站内道路由于其具体使用需求,在设计中与普通的城市道路或者公路有所不同。同时由于变电工程的特殊性,其道路设计也需要特殊考虑。变电站站内道路根据功能分区及不同的使用功能,主要分为以下几类:
  (1)运输干道,主要包括主变运输通道及高压电抗器运输通道,主要行驶运输主变及高抗的大型平板车,需要承受较重的压力和荷载。
  (2)消防通道,全站及重点消防设备周围,在有条件的情况下均应布置环形的消防通道,要求满足消防车的行驶需求。
  (3)检修道路,主要用于建设期设备的安装及运行期的检修工作,同时包括运营期巡视及维护设备的的作用;包括变电装置区域内的相间道路。
  (4)建筑引道,建筑物出入口与站内其他道路连接的通道,用于搬运物品及行人。
  1.2变电站站内道路特点
  根据变电站站内道路功能的不同,同时根据变电站全生命周期内道路使用情况,站内道路具有其区别于其他工厂道路的特点:(1)站内道路车辆行驶速度较慢,交通量较小;(2)变电站建设期变压器等大型设备运输通道,局部短时间的有重型车辆通过,其承受的荷载较大。(3)运营期内,站内各道路仅作为日常检修维护使用,其荷载与建设期相比明显很小。(4)变电站站内道路通常采用公路型断面型式,一般采用水泥混凝土面层。
  1.3站内道路使用中常见问题
  本文根据变电站站内道路通常采用水泥混泥土路面的特点,概述站内水泥混凝土道路常产生的问题。水泥混泥土路面具有刚度大,强度高,稳定性、耐久性好,便于施工,利于扩建,造价较低等优点,但是与沥青路面相比,具有路面易出现裂缝、跑砂、起皮等缺点,这些问题的产生与很多因素有关,大多数都是施工质量的问题,同时也有设计的问题,设计时应根据变电站所处的区域,结合土基特性,选择合适的基层材料、厚度,以及混凝土面板的厚度,尽量避免各种问题的出现。
  2水泥混凝土路面设计概述
  水泥混凝土路面设计包括很多方面,本文主要结合变电工程的特点,简述站内道路路面结构设计(包括面层、基层及垫层设计),接缝设计,面层配筋设计等方面。
  2.1路面结构设计
  (1)面层:一般采用普通混凝土面层,特殊情况下设钢筋混凝土面层。
  (2)基层:一般采用级配碎石作为道路基层。
  (3)垫层:视场地具体地质条件确定是否需要设置,例如膨胀土地区、盐渍土地区等可设灰土垫层,以减弱膨胀土及盐渍土对道路的破坏。
  
  2.2面板厚度的确定
  2.2.1计算方法
  在水泥混凝土路面板厚度确定时,通常是根据实际情况,对照《公路水泥混凝土路面设计规范》,初拟路面结构型式及各层厚度,然后进行面板厚度的验算,最终确定合适的面板厚度。
  2.2.2判定方法
  水泥混凝土路路面结构设计以行车荷载和温度梯度荷载综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态,其表达式:
  
  式中:——水泥混凝土弯拉强度标准值(Mpa)
  ——可靠度系数
  ——行车荷载疲劳应力(Mpa)
  ——温度梯度疲劳应力(Mpa)
  2.2.3計算步骤
  (1)交通分析。统计道路标准轴载日作用次数,确定设计基准期内的标准轴载累计作用次数,以此确定设计道路交通等级。
  (2)初拟路面结构。根据设计道路交通等级确定道路安全等级及变异水平等级,根据《规范》初拟路面结构及厚度,并确定混凝土面板尺寸,以及确定接缝设置及类型。
  (3)确定路面材料参数。根据采用的路面结构及交通等级,通过查表或计算确定相关参数,包括:面层弯拉强度标准值,弯拉弹性模量标准值,路基回弹模量,基层回弹模量,基层顶面当量回弹模量,面层相对刚度半径等。
  (4)计算荷载疲劳应力。根据设计基准期内的标准轴载累计作用次数、路面结构以及接缝设计等参数,通过计算确定荷载疲劳应力,以此来量化反映行车荷载对路面的影响。
  (5)计算温度疲劳应力。根据工程所处的自然地理位置,确定道路区划等级,结合交通等级、路面结构等参数,通过计算确定温度疲劳应力,以此来量化反映行车温度条件对路面的影响。
  (6)判定路面厚度。根据3.2.2中的判定公式,判断路面厚度选取的是否合适,当满足公式判定条件,这说明初选的面层厚度可以承受设计基准期内荷载应力及温度应力对路面的总和疲劳作用,故可以作为混凝土板的计算厚度;否则应重新计算。
  2.2.4变电站站内道路计算时应注意的问题
  在变电站站内道路设计中,结合变电工程站内道路建设期和运行期交通量相差较大的特点,且实际交通数据收集较难收集,所以在变电站站内道路设计时,按照《厂矿道路设计规范》中规定,按四级公路进行设计。
  2.3接缝设计
  2.3.1面层设置接缝的意义及问题
  由于大气温度周期性的变化,致使水泥混凝土路面产生各种形式的温度变形。混凝土板在路面温度升高或降低时,面板纵向受到约束,不能自由伸缩而产生附加应力及面板翘曲所产生的翘曲应力。为防止或减弱温度变化引起的混凝土板的胀缩应力、翘曲应力以及便于施工的要求,在混凝土面层施工时,会设置不同类型的接缝。
  纵向与横向接缝将路面板分割为规则的形状,对于消除温度内应力保持路面整齐的外观是有效的措施,但是接缝附近的路面板却因此成了最薄弱的部位。这种薄弱性主要体现在车轮对面板边、角部位的碾压会造成对面板的削弱,容易断裂;同时,雨水也容易穿过接缝渗入路基和基层,有时还会引起唧泥,使细颗粒土壤流失,造成路面板边、角脱空,以致面板工作条件进一步恶化。
  因此,接缝设计也是混凝土路面设计中重要的一个方面,设计时应兼顾两方面,合理设置接缝。
  2.3.2接缝类型
  混凝土面板上的接缝,按照接缝方向可以分为横缝和纵缝;按照功能分,有胀缝、缩缝和施工缝。
  (1)缩缝:保证面板在温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱面断裂,从而避免产生不规则的裂缝。
  (2)胀缝:保证面板在温度升高时能部分伸张,从而避免产生路面板在热天的拱胀和折断的作用,同时也能起到缩缝的作用。
  (3)施工缝。在每天施工结束或混凝土浇注中断时,必须设置施工缝。其位置尽量设在胀缝或缩缝处,设在胀缝处的施工缝其构造与胀缝相同;设在缩缝处的施工缝采用平缝加传力杆型。
  2.3.3接缝设计
  (1)纵向接缝
  纵向接缝的布设应根据路面宽度和施工铺筑宽度确定,有纵向施工缝和纵向缩缝两种做法,当一次铺筑宽度小于路面宽度时,应设置纵向施工缝;当一次铺筑宽度大于4.5m时,应设置纵向缩缝。
  纵向施工缝采用平缝形式,上部锯切槽口, 槽口深度为30~40mm,宽度为3~8mm。槽内灌塞填缝料,以免渗水和落入硬屑,同时在接缝处板厚中央设置拉杆,以避免板块横向位移,并保证接缝传递荷载的能力。如图2所示。
  纵向缩缝采用假缝形式,即铺筑时仅在板的上部设缝槽,而板的收缩和翘曲会使缝槽下的混凝土自行断裂。锯切的槽口深度应大于施工缝的槽口深度。采用粒料基层时,槽口厚度为板厚的1/3;采用半刚性基层时槽口深度为板厚的2/5。同时在接缝处板厚中央设置拉杆,拉杆采用螺纹钢筋,拉杆中部100mm范围内应进行防锈处理。如图2所示。
  
  (2)横向接缝
  横向接缝有缩缝、施工缝以及胀缝,其中施工缝应尽量设置在缩缝或胀缝处,采用平缝加传力杆形式,此处不再详述,构造图见图3。
  
  横向缩缝采用不设传力杆假缝形式,自由端部的3条缩缝设传力杆。横向缩缝顶部应锯切口,深度为板厚度的1/4~1/5,宽度为3~8mm,槽内填塞填缝料,变电站站内采用塑料油膏作为填缝料。如图4所示。
  
  横向胀缝设置的目的是为了消除因温度变化产生的温度应力,此外每条缩缝都有分担膨胀变形的作用,路面实际使用过程中绝大多数路面不是因为胀缝数量少而出现拱胀破坏,而是胀缝设置质量较差引起接缝碎裂,原则上应少设或不设。通过对《规范》的分析,结合变电工程的实际情况,认为应在如下情况设置胀缝:a.道路交叉口处各向切点处;b.与固定构筑物相接处;c.与柔性路面相接处;d.站内直线段道路根据站址具体的地理位置,结合施工季节合理布置,一般情况下每隔100m左右设置一条胀缝。胀缝宽度20mm,缝内设置涂沥青木屑板及塑料油膏填缝板,并设置可滑动的传力杆,如图5所示。
  
  (3)交叉口处接缝
  平面交叉口处接缝的设置相对直线路段较复杂,如果板块划分不当,易出现板块过大或过小、错缝及板角出现锐角等情况,影响交叉口的排水、美观以及混凝土面板的强度。相交路段内各条道路的横缝位置应按相对道路的纵缝间距做相应变动,保证两条道路的纵横缝垂直相交,互不错位;相交道路弯道加宽部分的接缝布置,应不出现或少出现错缝和锐角板。
  2.4端部处理
  2.4.1混凝土路面与构造物衔接
  水泥混凝土路面与其他构造物(包括已建道路)衔接时,应根据施工温度设置胀缝。若構造物与道路同时施工,则应设置滑动传力杆;若紧邻构造物的胀缝无法设置滑动传力杆,可采用两种胀缝形式:a.边缘钢筋型胀缝,即在毗邻构造物的混凝土板端部内配置双层钢筋网;b.厚边型胀缝,在板端长度为板厚6~10倍的范围内逐渐将板厚增加20%,如图6所示。
  
  变电工程站内道路与构造物衔接的情况,主要是与广场衔接、扩建工程中与原有道路的衔接,在设计中,通常采用厚边型胀缝进行衔接。
  2.4.2混凝土路面与沥青路面相接
  水泥混凝土路面与沥青路面相接时,其间应设置至少3m长的过渡段,过渡段的路面采用两种路面呈阶梯状叠合布置,其下面铺设后的变厚渡混凝土过渡板的厚度不得小于200mm;过渡板与混凝土面层相接处是的接缝内设置拉杆,混凝土面层毗邻该接缝的1~2条横向接缝应设置胀缝,如图7所示。
  
  2.5道路跨电缆沟
  在地质条件较好的情况下,站内道路通常是做普通混凝土路面,在道路下有构造物时需要配筋。变电工程中,下穿道路的构筑物主要是电缆沟,在设计中,通常在道路与电缆沟相交处,将道路整体浇筑跨过电缆沟,保持路面的连续性和整体性,并在混凝土板内布设双层钢筋网。
  3 500kV变电站扩建工程中的道路设计
  3.1工程简介
  500kV变电站扩建工程是在已建原变电站内围墙内进行扩建,本期扩建500kV配电装置区最东侧的两个备用出线间隔,需新建两条3.0m宽的相间道路,每条道路长约155m。
  扩建区域位于围墙内,前期已经经过平整,地层从上至下分别为粘土、含碎石粉质粘土、粘土、灰岩,粘土具有一定的弱胀缩性。
  3.2相间道路设计
  3.2.1路面结构确定
  扩建工程道路设计通常要考虑前期采用的路面形式及断面结构,前期工程采用水泥混凝土路面,为保证一致,本期也采用水泥砼路面。由于新建的两条道路均为3.0m宽,故确定路面板厚度为180mm厚,采用碎石垫层200mm厚,并在碎石层与混凝土板之间设50mm厚粗砂垫层;此外,由于场地具有若膨胀性,为了减弱土壤膨胀性对道路结构层的破坏,在碎石垫层底设3:7灰土垫层300mm厚,断面型式见图8。
  
  3.2.2接缝设计
  本次扩建2条3.0m宽的道路,不设纵向接缝,设置横向缩缝、胀缝,在必要时结合缩缝设置施工缝。每隔4.0m设置一道缩缝,在与其他道路相交时,根据实际情况可调整间距;缩缝采用不设传力杆假缝形式,缝顶部切口深度为60mm,宽度为6mm,槽内采用塑料油膏填缝。每隔96.0m设置一道胀缝,胀缝宽度20mm,缝内设置涂沥青木屑板及塑料油膏填缝板,并设置可滑动的传力杆,见图9。
  
  此外,新建道路与原有道路相交时,其胀缝不设传力杆,采用厚边型胀缝形式,即在靠近原有道路的板端1500mm的范围内逐渐增加板厚,最厚处增加36mm,见图10。
  
  4 总结
  本文根据变电工程实际情况,总结站内道路路面设计中的一些特点,并结合500kV变电站扩建工程中的道路设计,对路面结构设计、路面接缝设计、与其他构筑物衔接、穿电缆沟道路等方面进行简单概述。
  参考文献
  [1]JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S],2002
  [2]JTG F30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[S],2003
  [3]王海波. 浅谈水泥混凝土路面胀缝[J]. 山西建筑,2009
  [4]GBJ 22-87,厂矿道路设计规范[S],1987
  
  作者简介:贾怡良(1986-),女,陕西西安,硕士,工程师,主要从事变电行业总图设计
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