中俄沥青路面设计理论和方法的异同点浅析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:along_1979
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:我国的沥青路面设计体系是在前苏联的理论基础上发展起来的,所以我国的沥青路面设计方法和俄罗斯的设计方法具有很强的可比性。本文从路面结构、路面模型、道路气候区划、计算荷载、设计标准等方面论述了中俄两国在沥青路面设计理论和方法的异同点,希望有助于公路行业人士能更好的引进借鉴俄罗斯在道路方面的新理論方法,服务我国公路建设事业。
  关键词:路面结构;路面模型;道路气候区划;计算荷载;设计标准
  中图分类号: S611 文献标识码: A
  
  
  苏联对柔性路而设计法的研究有相当长的历史。大约在1920年前后,很多研究人员就从事这方面的工作,发表了多篇论文。苏联解体后,他的沥青路面设计理论和方法在苏联的理论和方法基础上又有了进一步的发展。我国对沥青路面设计研究的历史并不长。解放前,采用过CBR法,解放后我国的沥青路面一直沿用前苏联的公式和参数,后来经过我国科研工作者的研究,我国的沥青路面设计方法逐步完善起来,所以我国和俄罗斯的沥青路面设计理论和方法有很强的可比性。
  1.路面结构
  在多层体系中俄罗斯的柔性路面结构可分为以下几个主要层次:面层、基层和垫层。面层承受行车荷载作用和气候因素变化的侵蚀损害,具有一定强度,且平整、耐磨、抗滑,高温时能抵抗塑性变形,低温时能抵抗低温开裂,并保障必要的运营质量。基层主要起承重作用,同面层结构一起起到分担和减弱传递到垫层或土层的压力。垫层与面层和基层一起保障道路结构的强度、抗冻性、和排水的要求。另外,俄罗斯路面面层的材料和我国也是相似的,均由各种沥青混合料组成。
  但俄罗斯的沥青路面的基层由沥青、水泥、石灰、综合稳定或其他粘结料稳定土和道路建筑材料及由集料(碎石、工业废渣、卵石等)组成,主要结构类型为柔性结构,而我国的沥青路面基层除了有沥青混合料和级配碎石等组成柔性结构外,还有由水泥、石灰、综合稳定或其他粘结料稳定土组成的半刚性结构。另外,俄罗斯地处北方地区,气候比较寒冷,国土大多处在多年冻土地区和其他气候条件恶劣的地区,所以他们的垫层多选用高效保温材料铺设隔温层。
  2.路面模型
  我国和俄罗斯路面结构的模型仍采用国际上通用的线弹性层状半空间体。把路面结构当作一种多层的线弹性体系,其中各层材料以回弹模量和泊松比表征。材料假设为均质的、各向同性的。各层在水平方向尺寸是无限的,垂直方向则具有一定的厚度。各层之间的接触情况可根据材料的性质、施工情况和环境,选用完全连续(具有足够的摩阻力)或完全滑动(层间的摩阻力为零)或部分滑动(具有部分摩阻力)土基为均质的半无限体。
  3.道路气候区划
  3.1 俄罗斯道路气候分区
  俄罗斯国土辽阔,为了使沥青路面经久耐用,将全国分为5个自然气候区,如表1所示。
  
  
  表1 俄罗斯道路气候分区
  气候区域 分类 备注
  Ⅰ 冻土地带 永久性冻土地带
  Ⅱ 森林地带 中等气候区,过湿地区
  Ⅲ 森林—无树的大草原地带 个别年度里相当潮湿的地区
  Ⅳ 无树的大草原地带 一般潮湿的地区
  Ⅴ 半沙漠—干燥无树的大草原地带 干燥地区
  
  
  3.2 我国道路气候分区
  我国地域辽阔,又是一个多山国家。我国“公路自然区划”分三级进行区划,首先将全国划分为多年冻土、季节冻土和全年不冻土三大地带,然后根据水热平衡和地理位置,划分为冻土、温润、干湿过渡、湿热、潮暖和高寒7个大区,如下表2所示。
  表2 中国道路气候分区
  气候区域 分类
  Ⅰ 北部多年冻土区
  Ⅱ 东部温润季冻区
  Ⅲ 黄土高原干湿过渡区
  Ⅳ 东南湿热区
  Ⅴ 西南潮暖区
  VI 西北干旱区
  VII 青藏高寒区
  
  二级区划是在每个一级区内,再以潮湿系数为依据,分为6个等级。除了这6个潮湿等级外,还结合各个大区的地理、气候特征(加雨季、冰冻深度)、地貌类型、自然病害等因素,将全国分为33个二级区和18个二级副区。三级区划是二级区划的具体化.划分的方法有两种,一种以水热、地理和地貌为依据,另一种是以地表的地貌、水文和土质为依据,由各省、自治区自行划定。
  4.计算荷载
  4.1等效荷载
  我国在理论研究中采用的计算荷载为与双轮组荷裁相当的直径为2d、圆心距为3d的两个圆形均布荷载(d为接触面当量圆半径:0.213m)也采用单圆荷载当量直径为D(0.302m);俄罗斯采用的计算荷载为计算直径为DH的单圆均布荷载。
  4.2标准轴载
  路上行驶的车辆类型多种多样,轴载大小不同,在计算累计交通量改累计轴数时,首先必须选择一种标准车型或标准轴载,其它车型或轴载的累计数则按等效原则换算为标准车型或标准轴载的累计数。随着我国公路运输事业和汽车工业不断发展,汽车型号将是繁杂而多变的,无法使“标准车型”固定下来,所以在柔性路面设计中采用标准轴载;一般情况下采用Bzz—10(10吨轴载,双轮组单轴轴载100KN)作为标准轴,对于三、四级路也可采用Bzz—6(6吨轴裁)。对于厂矿道路和专用线则以该路线通行的主要车型作为标准车。
  
  
  表3 俄罗斯标准轴载
  车型类别 轴载上最大荷载(kN) 面层平均计算压力(MPa) 轮迹计算直径(m)
  A组 载货汽车 100 0.6 0.33
   公共汽车 110 0.6 0.35
  B组 载货汽车 60 0.5 0.28
   公共汽车 70 0.5 0.30
  
  
  俄罗斯在计算道路结构物的强度时,对标准轴载和车型有比我国更为详细地规定。道路结构强度按在最不利季节行车道上行驶标准轴载的作用次数进行,双轴汽车荷载的标准轴载100KN,三轴汽车荷载的标准轴载为110KN,公共汽车标准轴载位110KN。作为计算荷载对路面作用的特征参数对路面的特征参数按表3中的A组车型取值。对Ⅳ和Ⅴ级道路、城市道路、地方级道路、工矿用道及乡村道路,在计算道路结构强度时,在行车道上行驶的汽车主要为:双轴汽车,标准静轴载为60kN,三轴汽车标准轴载为70kN。作为计算荷载对路面作用的特征参数按表3中的B组车型取值计算。
  另外,俄罗斯在道路上的超载问题也有明确的规定。俄罗斯在设计服务于国民经济建设的道路,在计算时,取道路工作的最不利季节,按汽车的最大载重计算。此时,作用在A组或B组或运输工具上的轴载不超过标准轴载的20%,而超载的汽车和运输工具有不超过货车和汽车(电车)总交通量的5%,在计算时按标准轴载进行。我国的规范中,计算时只按标准轴载进行,并未对超载问题有明确的规定。
  5.设计标准
  5.1我国的设计标准
  我国的沥青路面设计采用以下三个强度标准:
  (一)为控制路基路面结构的总变形,防止沉陷、车辙、“弹簧”、网裂等整体强度不足的损环,采用弯沉设计指标——路基路面结构表面允许回弹弯沉值,此值应大于该表面在垂直荷裁作用下实际可能发生的回弹弯沉值,即,其中按经验公式计算,则由弹性层状体系理论计算求得。
  (二)为防止沥青面层和其他整体性结构层疲劳开裂而采用的指标——沥青面层和整体性结构层底面的容许弯拉应力。此值应大于该结构层在垂直荷载作用下实际可能产生的最大弯拉应力,即,式中根据室内试验和现场调查结果所得欧经验公式计算求得,则由弹性层状体系理论计算。
  (三)为防止沥青面层在高温情况下出现拥包、推挤及剪裂而采用的指标——面层容许剪应,此值应大于汽车垂直荷载和水平荷载综合作用下面层破裂面上可能发生的剪应力,即,其中根据室内试验和现场凋查结果所得的经验公式计算,则由弹性层状体系理论计算求得。
  5.2俄罗斯的设计标准
  俄罗斯的强度计算遵从三个标准:土的剪应力标准和软弱材料组成的结构层的剪应力标准、板体结构的弯拉应力标准和整个道路结构层的弯沉标准。
  俄罗斯的设计方法在进行强度计算时引入了可靠度的概念,即道路结构在大修期内不间断工作的概率,其中间断工作的概念是道路结构的工作状态及相应于这种状态在早于规范所要求的使用期限内进行大修的强度系数。一般情况下容许可靠度水平根据道路等级、结构的面层类型(查表4)确定,且容许可靠度水平决定道路结构在大修期末的强度系数最低值。在可靠度水平不同于表4中所确定的数值时,强度系数Knp最小值由图1中的曲线确定。
  
  表4 可靠度水平KH与强度系数Knp
  道路结构和路面类型 道路等级 KH Knp
  铺设等级路面的高等级道路结构 Ⅰ、Ⅱ、Ⅲn、Ⅰc 0.95 1.0
   Ⅲ、Ⅳn、Ⅱc 0.90 0.94
  铺设等级路面的简易道路 Ⅲ、Ⅳ、Ⅳn、Ⅱc 0.85 0.90
  过渡性道路结构 Ⅳ、Ⅴ、Ⅱc、Ⅲc 0.60 0.63
  
  
  
  如果土中某点没达到剪切极限平衡状态,则在土中和软弱材料组成的结构层就不会产塑性变形。如果重复荷载弯拉应力没有超过考虑疲劳现象所确定的板体结构层材料的允许应力,则该板体结构的连续性不会受到破坏。如果弯沉(概括性的近似特征量)不超过规范规定值,则道路结构在外力和自然因素的共同作用下能可靠的工作。弯沉的规范规定值,是根据实验结果和研究道路结构在各种条件下的使用经验后确定的。当道路服务于轴载等于或超过100KN的特种运输工具时,允许不按弯沉计算道路结构。
  
  图1 可靠度水平KH和强度系数Knp之间的关系
  按各种强度标准计算的顺序可以是任意的。但当远景荷载作用密度较大且土的湿度较小(土中含水量,为土的液限),从弯沉计算开始较为合理,而当远景荷载作用密度较小且土中湿度较大,则按土中剪应力计算开始较为合理。
  如果按每一强度标准的强度系数大于或等于Knp,则认为道路结构是坚实的。Knp按所设计的道路结构所要求的可靠度水平图1确定,结构的选择应建立在满足强度条件要求的几个结构经济对比结果的基础上的。在方案比选时可能出现按某一强度标准的强度系数大大超过Knp;在经济指标相等时,应选取所有强度系数平均值较大的结构方案。
  按允许弯沉值计算道路结构:
  如果,则认为道路结构满足可靠度的要求和按弯沉标准的强度。
  其中:
  ——道路结构的强度系数,根据容许可靠度水平按图1或表4确定;
  ——道路结构的总弹性模量;
  ——由道路结构的重要性、路面类型、还在作用密度确定道路结构所应具有的弹性模量。
  按路基土中的剪切计算道路结构:
  如果,则在路及土中不会产生剪切移动。
  其中:
  ——强度系数的最小值,在考虑可靠度水平的情况下按图1确定;
  ——由土中粘结力所决定容许剪切应力;
  T——在瞬间和长时间的荷载作用下在土中产生的剪应力,该剪应力理解为剪切应力和由土的内摩擦角所提供的阻力之差。
  板体结构的弯拉应力标准:
  板体形式的道路结构层由石油沥青混凝土、煤沥青混凝土、综合稳定土或无机结合料稳定土等组成,在重复瞬时荷载作用下产生弯拉时不应导致材料结构的破坏和产生裂缝,即应满足条件:
  其中:
  ——有可靠度水平决定的强度系数(参看图1和表4);
  ——考虑疲劳现象的某层材料允许极限拉应力;
  ——须要计算的某层的最大拉应力
  6. 结论
  通过对比中俄两国设计理论,其异同点主要有以下几点:
  1.中俄路面结构组成相似,都由面层、基层和垫层组成,在结构类型上俄罗斯以柔性为主,我国以半刚性为主;
  2.中俄路面结构模型都采用线弹性层状半空间体;
  3.在气候分区上,我国较为细致一些;
  4.在等效荷载上我国为单圆荷载和双圆荷载都使用,俄罗斯为单圆荷载;标准轴载上俄罗斯规定细致一些;
  5.设计标准上中俄大同小异,都以弯拉应力、弯沉和剪应力为控制标准。
  我国高速公路的建设起步晚,本文希望通過中俄道路设计理论的对比,分析异同点,以便指导对俄罗斯修路技术的引进吸收,服务我国的公路建设事业。
  7.参考文献
  [1] 沈金安.国外沥青路面设计方法总汇[M].人民交通出版社,2004.
  [2] 朱照宏,许志鸿.柔性路面设计理论和方法[M].同济大学出版社,1987.
  [3] 邓学钧,张登良.路基路面工程[M].人民交通出版社.2002.
其他文献
摘要:随着我国经济和社会的发展以及市场化的不断深化,导致测绘行业内部竞争越来越激烈,对于测绘企业来说,只有切实做好测绘质量管理,提高自身的服务质量,才能在众多同行之中脱颖而出,以促进企业的持续发展。  关键词:测绘工程;质量管理;必要性;措施  中图分类号: P2 文献标识码: A  前言  随着我国社会和经济的快速发展,使得房屋、路桥等各种基础设施的建造项目数量日益增加,而测绘技术作为一项基础性
期刊
摘要:建筑节能电气自动化技术能够满足現代建筑的管理要求,提高建筑内部电气设备运行、管理的效率,从而最大限度地发挥建筑功能,满足用户的使用需求。本文分析了电气自动化技术的优势,提高电气自动化节能技术在建筑工程中的应用,促进建筑工程的快速发展。  关键词:建筑电气自动化节能技术  中图分类号:S210文献标识码: A  随着人们对建筑物功能要求的提高,消防、安保、空调以及照明等系统的自动控制水平已经成
期刊
摘要:当前我国面临老年人口基数大、增长速度快且高龄化明显的人口老龄化问题,由此相关的养老问题顺势而生,需要得到改善,否则将严重制约社会劳动力,有碍于国民经济的可持续发展。本文主要描述我国养老地产的发展及其在此过程中存在的问题,并给与相关的发展建议作为参考。  关键词:产业链;养老;地产  中图分类号:F840文献标识码: A   中国自古属于人口大国,人口繁盛的同时有很多人口压力相应而来,为了控制
期刊
摘要:变压器,是配电网中最常见的电力设备之一,是电力系统的重要组成元件之一,它的安全运行是电力系统工作可靠性的必要条件。  关键词:变压器;检修;问题;措施  中图分类号:TM4文献标识码: A  引言  为了促使变电器健康、安全的运行,保证用电系统避免安全事故的发生,就需要拥有先进的检测和维修技术。因为变电器的故障问题比其它的用电器材少,所以平时只需要对其多加保护与检测就可以避免相应的安全隐患。
期刊
摘要: 随着国民经济的迅速发展,电力行业的突飞猛进,变压器抗短路强度日渐成为研制高稳定大容量变压器课题中的重点之一,从常年实际运行情况和多年试验数据证明,通过了短路能力耐受试验的产品,在运行中就有足够的短路耐受能力,抗短路能力大大增加。由于突发短路试验是考核和验证变压器抗短路能力水平最有效的手段和方法,而此项试验具有很大的破坏性和特殊性,这就对检测机构的试验工程师提出了更高的要求,应能面对检测过程
期刊
摘要:本文针对测绘工程的质量管理与控制的相关问题进行了研究。文章通过建立质量保证体系、分析质量管理系统要素、设置质量管理点、工程质量检查等方面对测绘工程中质量管理的系统控制进行论述,为相关的工程实践提供指导和帮助。  关键词:测绘工程 质量管理 措施 系统控制  中图分类号: TB2 文献标识码: A      前言  社会的发展推动了经济的进步,各种测绘工程项目随之增多,工程的规模也越来越大,技
期刊
摘要:伴随着国民经济的快速发展,我國变电站建设无论是从速度上还是从规模上都取得了重大进步。土建工程设计作为变电站建设的关键,直接关系到变电站建设的整体质量。新时期新背景下,加强对于变电站土建设计常见问题与控制措施的研究有着重要的现实意义。本文主要研究变电站土建设计常见问题,针对出现的问题提出相应的解决策略,为我国在变电站土建设计控制方面的进一步开展提供可行性思路。   关键词:变电站;土建设计;问
期刊
摘要:清水混凝土施工工艺的推广应用是现代建筑工程施工技术发展的标志之一,通过框架结构建筑工程中清水混凝土施工技术的应用,人们对建筑工程质量意识不断提高。采用清水混凝土施工技术增加了主体结构的成本,但由于取消了抹灰工序,综合经济技术分析,降低了总的工程造价,缩短了工期,综合经济效益显著,具有积极的推广价值。  前言  清水混凝土是一次浇注成型,不做任何外装饰,直接采用现浇混凝土的自然表面效果作为饰面
期刊
摘要:不锈钢线材市场前景好,国内市场对不锈钢线材下游深加工产品——五金线和紧固件线材的需求逐年增大,国内生产高品质的不锈钢线材企业很少,产品几乎依赖进口,市场需求潜力较大。浙江某集团公司抢占先机,经过15个月设计、施工,于2013年顺利竣工投产一条不锈钢高速线材及大盘卷工程。该生产线年设计能力30万吨,可生产Φ5—Φ38mm不锈钢盘条,主要钢种为不锈钢、优质碳素结构钢、硬线钢、低合金钢、焊条钢、冷
期刊
摘要:结合京沪高铁跨济兖公路特大桥项目工程实践,分析钻孔灌注桩施工时常见的质量缺陷形成原因,并提出防治措施,以指导施工人员正确进行钻孔灌注桩施工,保证施工质量。  关键词:钻孔灌注桩;质量缺陷;防治措施  中图分类号:U443文献标识码: A  钻孔灌注桩是公路桥梁广泛应用的一种基础形式, 由于地质条件的适应性强、施工操作简单、设备投入不大等优点,所以目前得到了广泛的应用。该种施工方法可以变水下作
期刊