时间:2023-03-28 15:07:30
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根据面积大小和成因,沉陷分为均匀沉陷、不均匀沉陷、局部沉陷。均匀沉陷是由于路基、路面在自然因素和车辆荷载作用下,进一步密实和稳定,一般不会造成路面破坏,但是会造成行车不适。在设计中,应严格按规范要求压实度标准和填料选取,在基层、底基层厚度选取时,应避免结构层厚度过薄,以免车辆荷载作用将结构层破坏,失去刚度,而产生路面沉陷。
不均匀沉陷主要由于路基局部不密实,在水的侵蚀作用下,经车辆荷载引起的局部沉降变形。在设计中,应加强路基内部排水,“宜疏不宜堵”,同时做好路面排水设计,避免路面汇水渗入路基。局部沉陷主要指路基基底坑洞、桥头路基等部位的沉降,此类病害主要是加强路基基底处理和桥头台背回填料和压实度的控制来解决。
松散、坑槽
松散是指由于结合料粘性降低或消失,在车辆荷载作用下集料从表面脱落的现象。坑槽是指在车辆荷载作用下,路面骨料局部脱落而产生的坑洼,是松散、龟裂等病害未得到及时处理而形成。两者产生的原因基本相同,主要有水害,结构层厚度偏薄,配合比不合理,油石比偏低,集料粘附性差等。
雨水通过沥青面层的空隙渗入层内,由于路肩硬化,无排水通道,结构层间汇水无法及时排除,长期滞留路面结构层内,破坏沥青与集料的粘结,形成松散、坑槽。现行规范要求的沥青路面结构层均为密级配,只能通过加强路面排水来消除水害:一是采用分散排水方式将路面水及时排除,二是设置碎石(砂砾)垫层、无砂混凝土、盲沟,或者降低土路肩标高,使层间汇水直接从垫层、盲沟或土路肩顶面排除。
为节省造价,部分项目缩减路面厚度,致使沥青层厚度过薄,与集料公称最大粒径不匹配,产生沥青混合料的离析,不易碾压密实,而且在碾压过程中,极易将粗集料碾碎,人为降低沥青与集料的粘结,极易产生松散、坑槽。在设计时,热拌热铺密级配沥青混合料面层的单层压实厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5~3倍,SMA和OGFC等嵌挤型混合料不宜小于公称最大粒径的2~2.5倍。
由于未考虑集料生产、取样的差异性,压缩沥青混合料配合比设计的四个阶段,或者用目标配合比设计、油石比试验替代施工阶段的生产配合比和油石比试验,造成配合比不合理、油石比偏低,也易产生松散、坑槽等病害。设计时,应说明设计阶段的配合比的目标和作用,并要求施工时严格执行混合料配合比设计的四个阶段。在条件允许的情况下,尽量选择碱性集料,若只有酸性石料时,应根据粘附性试验,添加抗剥落剂。
影响沥青路面设计的其他因素
1.轴载换算及设计弯沉值
在以往的路面设计中,基本按标准载重进行换算,实际上,载重车辆严重超载,即使设置了治超站的路段,还是允许车辆有30%的超载,设计与实际严重不符。因此,进行轴载换算时,在兼顾投资控制和提高路面安全储备的情况下,可按运行货车超载30%来确定车辆轴重,然后进行轴载换算,确定设计弯沉值。
2.垫层的设置
2)分层次选择不同交叉形式。四条环线道路所组成道路作为一个整体,在四条道路相交的节点,交通采用互通立交进行转换,对相交主干路采用主线上跨或者被交道路下穿的分离式立交形式,对于城市路网比较密集,相交道路相邻较近的路段采用主线连续上跨,根据路网及两侧用地情况设置上下行匝道,以增强跨线桥与地面路网之间的联系。
3)行车速度。城市环线主要把城市中大量的长距离、由快速需求的车辆作为服务对象,设计车速60km/h,既满足了主干路的通行需求,又为道路设计中各项指标提供了更宽泛的选择空间(同时也满足快速路的最低要求),决定了工程的建设标准,对建设的规模与投资起着至关重要的作用。保证了资金能合理确切的发挥作用与效益。同时可以减少与高架部分辅道、相交道路之间车速转换的加减速段长度,为车辆在环线与相交道路转换中提供了便利。
4)设计年限。设计年限包括计算交通量增长年限以及确定路面结构而采用的计算标准当量轴次的基准年限[2],《城市道路工程设计规范》中规定了城市主干路设计年限为20年。而在确定道路横断面车行道宽度时,远期交通量的年限是道路设计年限的指标。根据对太原市环线建设交通模型分析,近期中环道路建设后,胜利桥、长风桥及兴华街、胜利街、旧晋祠路、滨河东路、和平路、建设路交通流量明显降低。东西向的南中环与北中环,高峰小时最大单向断面流量分别达2435pcu/h;南北向的西中环与东中环,高峰小时最大单向断面流量分别达1475pcu/h,对南北、东西方向干道分流作用明显。环线远期交通量预测在预测末年高峰小时最大单向断面流量分别达9804pcu/h,根据交通量预测结果,设计年限20年的标准是比较适宜的。避免过长预测期中交通量增长率不确定带来的预测增长量过大或者过小的可能,同时也避免了预测期过短带来建设规模过小,节点方案选择不当的弊端。当然,随着太原市环线道路的建成并投入使用,设计年限的选择标准将得到进一步检验。
5)道路横断面形式。为了保证太原市城市环线道路交通功能的道路服务水平,保证较高的平均车速以获取道路断面最大的通行能力,道路断面的设计不仅需要考虑主线直行的连续快速,同时要尽量减少两侧的进出口设置带来的汇流车辆对直行车辆的干扰,解决好快速直行车辆与驶出、汇入慢行车辆以共存所需求空间,在道路断面中增加了集散作用的辅助道路。辅助道路一般是专供机动车出入环线以及为其他交通服务的道路[3],快速路的辅路需要与快速路主线分割,而太原市环线道路采用主干路标准设计,通过增加机动车道数目,在直线主线两侧增加相应的车道来汇集沿线单位车辆,在指定的出入口与主线直行车道分流、合流,同时也为公交提供交通服务,一般设计车速为40km/h,环线直行车道作为城市主路。在同一板块通过不同的交通工程措施如限速标志、标线等实现主辅道路的差异化使用及管理。太原市环线主、辅路的布置形式主要采用两种形式,第一种为平面展开即地面共板设计。具体布置为:10m人非共板(3m人行道+1.5m树池+3.5m非机动车道+2m机非分隔带)+17.5m机动车道(0.5+3.5+3.25×4+0.5)+4m中央分隔带+17.5m机动车道(0.5+3.5+3.25×4+0.5)+10m人非共板(2m机非分隔带+3.5m非机动车道+1.5m树池+3m人行道)=59m(见图1)。第二种为一层主线高架(或下穿),另一层为地面辅道分层布设。
10m人非共板(3m人行道+1.5m树池+3.5m非机动车道+2m机非分隔带)+11m机动车道(0.5+3.5+3.25×2+0.5)+8m中央分隔带+11m机动车道(0.5+3.5+3.25×2+0.5)+10m人非共板(2m机非分隔带+3.5m非机动车道+1.5m树池+3m人行道)=50m(见图2)。实际太原市环线道路是在两种大的形式下的混合型,设计是根据环线道路给定的红线宽度以及道路两侧拆迁等因素,充分论证后选定的。尤其采取主线上跨、地面辅道分层布设的形式是在现有用地、拆迁条件受限以及相交道路等级、密度等建设条件共同考虑下而选用,虽然高架投资大、对环境有影响,但是通过高架桥下的辅道可以充分的沟通两侧地块,方便周围单位及居民出行。道路中间带与两侧带:太原市环线道路地面共板段中间带均按4m,高架段根据桥梁下部需求设置为8m,两侧带在功能上不仅是道路机动车道系统与非机动车道系统的分界线和隔离带,同时还有控制道路两侧沿线单位、区域与主线连接出入口的作用,避免行人和非机动车进入,两侧带的宽度结合道路绿化要求以及城市设施如照明、公交站台、公共自行车等需求,在用地充足的情况下可以适当的加大宽度,但考虑城市土地的节约使用,两侧带的宽度应当控制在合理宽度。同时太原市环线道路两侧分隔宽度设置为2m~2.5m。
主路车道数及宽度:主要取决于交通量预测的流量,由于环线道路高架路建设工程量大,大部分为桥梁结构,加宽车道不仅结构难以处理,还需要现在预留用地及管线位置。因此太原市环线道路设计主线高架采用双向六车道是必要的,近期服务水平可以相对高些,随着时间的推移,城市车辆的增加,道路交通量及密度的增加,道路服务水平等级会相应变化,逐渐降低,为达到平均车速、服务水平与密度的最佳比例关系,在交通量预测末期,其最大服务水平应当控制在三级即稳定流状态,密度不大于32pcu/(km•ln),根据交通量预测太原市环路需要八车道~十车道,主线宽度14.25m~17.5m。
2人行道中的人性化设计
通常情况下,道路设计人员都希望人行道路铺装图案的设计可以更加美观,但是这些对于行人来说却不是很感兴趣[4]。作为城市道路的设计人员与建造者,首要考虑的因素就是人行道的平整度与人行道的密实度,而且对路面进行铺装时,要尽可能使用防滑的砌砖。这些才是行人最为感兴趣与关心的问题。有些情况下,人行道与车行道之间存在着比较大的高差。在高差大于0.5米时,设计人员不仅要对车辆的出入予以充分的考虑,还要对人行的树木与电杆进行考虑。因此,对人行道进行人性化设计时,设计人员可以在车行道与人行道之间通过挡墙将其分隔开来,在挡墙的外侧还可以将一定的装饰悬挂上去[5]。这样,不仅对人行道多功能方面的需求予以了满足,而且也节省了大量的土方量,能够有效地保护好树木。此外,高低起伏的人行道绿化与装饰等,在城市中也能展现出一种别样的景致。
3生活性街道中的人性化设计
在设计城市道路交通的过程中,在交通中,生活性的街道是一个比较复杂的路段,在这样的街道上,因为存在人车混杂的情况,非常容易出现各种交通事故。因此,生活性街道设计应该是城市道路交通设计部门密切关注的一大问题。在标线标志方面,设计人员应该对停车位进行合理的布置,保障交通不受任何的阻碍。此外,在生活性街道中流窜的车流与车速,在进行疏导时可以使用引导性与限制性的交通设施,使得车辆能够实现顺利同行。这样,行人的活动空间也就更多了。除此之外,还可以在道路的边缘地带或者中间设置一些树木。这些树木不但有助于梳理交通秩序,而且还可以从一定程度上对道路的整体美观度进行提升。
4交通性道路中的人性化设计
对交通性的道路进行设计,主要是对城市道路中的人行天桥、路灯以及候车廊进行设计与建设。在设计交通功能性的设施时,应该对偏向于车行的交通服务予以充分的满足。在设计路灯、人行天桥以及护栏等时,应该对间接明快予以足够的注意,使其功能能够凸显出来。同时,在设置交通标志灯与标线时,要尽可能地拥有一定的提前量,这样,驾驶人员便可以早一步对路面的实际情况进行了解。
1.2地基构成当软土层浅薄时,沉降量比较小,滑动破坏危害性小,可以进行简单的表层处理;当软土层比较厚时,要根据处理目的和土质结构,采用合理的方法进行处理;当软土层含有排水层时,且软土层的厚度在3m-4m时,可以缩短固结排水距离,这样可以加速沉降,充分获得固结产生的附加强度,这时就不需要采用砂子加实桩,仅仅进行表层处理或者填土预压处理。
2道路软基处理方法
2.1PTC桩复合地基预制混凝土桩基具有装材质量好、施工简单、施工现场环境好、工程地质适应性强等特点,目前,我国生产的预应力管桩根据混凝土强度等级可以分为预应力混凝土薄壁管桩(PTC)、预应力高强混凝土管桩(PHC)、预应力混凝土管桩(PC)等几种情况。预应力管桩的造价比水泥土桩造价要高,承载力强,因此,在道路设计过程中,可以考虑桩同工作和疏化桩距的方法来进行复合地基的设计。
2.2道路软基浅层处理方法在道路设计中,当遇到土质比较好,但土层含水量比较大的软土地基时,可以采用表层排水法,表层排水法是指在填土前,在地面开挖沟槽,将地表水排除,从而降低地基表层的含水量;当地表土层为砂土或者亚粘土时,可以采用表层压实的方法进行处理,如果地表土层的含水率比较大,可以采用晒晾、搅拌石灰等方法进行预压处理和分层压实处理;当软土距离地面不深并且厚度比较薄的时候,可以采用砂垫层法进行处理,在软土地基上垫一层0.5m-1.2m厚的砂垫层,从而加强排水,加固地基,垫层的材料要根据实际情况确定;当表层为粘性土时,可以采用添加剂法进行处理,在粘性土中加入适量的添加剂,能有效地改善地基的压缩性能,提高地基的强度,常使用的添加剂有水泥、生石灰、熟石灰等。
2.3道路软基深层处理方法常用的道路软基深层处理方法有抛石挤淤法、排水固结法、水泥粉煤灰碎石桩等,抛石挤淤法适用于常年积水的洼地,地基排水施工不方便,表土呈流动,厚度小的石块能沉到底部,一般情况下,采用该方法进行地基处理时,需要花比较长的时间对沉降稳定进行观察。排水固结法能加速软土的固化,减小地基孔隙的排水距离、改变地基原有排水边界条件,排水固结法的排水系统是由竖向排水体结构和水平砂垫层组成。水泥粉煤灰碎石桩是采用水泥、粉煤灰、碎石等材料混合制成的,特别适合处理粉土、粘性土、砂土及自重固结填土地基的处理。
2.4双向水泥搅拌桩处理路基双向水泥搅拌桩是利用水泥、石灰等材料当做固化剂,利用特质的双向搅拌机在地基深处,对软土和固化剂进行搅拌,固化剂和软土之间会发生一系列物理反应和化学反应生成水稳定性强、整体性比较强,和其他软基处理方法相比较,水泥搅拌桩不仅能降低地基沉降,提高软土地基的承载能力,还能提高施工效率,缩短施工工期,加上双向水泥搅拌桩的造价比较低,因此,在道路软土地基处理中有十分广泛的应用。
2、市政道路横断面设计
市政道路横断面设计,要确保行人和车辆的交通通畅和安全,充分发挥道路绿化带的重要作用,和市政道路的特点和性质结合起来,和道路两侧的建筑物和自然环境相协调,同时要充分考虑到市政道路排水系统,确保雨水的及时排出,满足地下和地上管线的埋设。综合考虑市政道路造价、减少噪音、绿化遮荫、行车速度、行车宽度、交通安全、道路等级等多方面因素,在一些大城市适宜采用三、四幅路,在中、小城市,更适合设计使用价值较高的单幅路。市政道路和公路最大的区别在于行人比较多,因此人行道是市政道路不可缺少的一部分。基于人性化的市政道路设计要重点考虑无障碍设计,做好无障碍出入口、缘石坡道和盲道设置,充分体现出对残疾人的关爱。同时,在确保人行道的密实度和平整度基础上,采用防滑的铺装材料或者地砖,将市政道路人行道铺装成具有城市特色的图案,提高人行道的美感。另外,近年来,渗水人行道被广泛的应用在市政道路设计中,渗水人行道使雨水逐渐下渗到路基底部的土壤中,在很大程度上补充了地下水,有效改善人行道两侧植物生产的土壤,并且还有一部分留在人行道中,利用太阳的蒸发改善人行道的气候魂晶,减少道路扬尘污染,具有良好的吸尘作用。市政道路的非机动车道路设计,要根据市政道路的实际特点,有针对性的解决当前道路存在的问题。当前,在我国很多城市都存在着不同动力性能的车辆混行的问题,严重影响了城市道路的正常交通,特别是非机动车在行驶过程中经常受到机动车和行人的干扰,出行速度和安全都受到影响。根据不同城市对非机动车道路宽度的使用和设计经验,其宽度比较适合8.0m,6.5m,5.0m。市政道路的机动车道路设计,按照我国现行的市政道路设计规范,可以按照波良可夫模型来计算车道宽度,综合道路交通情况、交通组成、车辆性能等因素确定参数。同时,随着各个城市私家小型轿车的数量越来越多,同一时刻路段的横断面和交通组成的车种构成比例不断的发生着变化,市政道路的横向安全距离要适当进行调整。
3、市政道路照明设计
道路照明系统是市政道路的重要组成部分,首先,道路是各种车辆和行人流动的基本载体,车辆和行人的交通行为都依赖于人们视觉对道路周围环境的正确认知,从而采取适当行为。当市政道路亮度过低时,人们的视觉会受到影响,辨识能力明显下降,从而容易引发各种交通问题。因此市政道路照明设计要满足我国城市的电力规划规范,采用节省能源、科学合理、技术先进的道路照明系统,为行人和驾驶员提供节能、经济、舒适、安全的道路环境。在市政道路照明设计过程中,要注意以下两个问题:其一,合理选择灯具、光源和灯杆。市政道路照明系统除了要满足道路基本的照明需求,要尽量满足景观要求,选用比较美观的灯型。市政道路照明设备可以采用拔梢钢杆,钢杆表面喷塑,内外热镀锌,灯杆壁厚要大于5mm,确保灯杆的抗弯能力。光源,要尽量采用透雾性好、使用寿命长、发光效率高的高压钠灯;灯具,采用能效利用率高、防眩光、半截光或者截光的优质产品,将电容器和整流器等出发元件都装在灯杆中。其二,合理布设路灯,合理设置灯具亮度、路灯高度和路灯间距,综合考虑市政道路的路面、路况反射特性,根据城市道路绿化隔离带和道路的宽度,可以采用中心对称、双侧非对称、双侧对称等布置方式。
道路全长369.078m,平面线形为直线。全线设变坡点1个,纵坡分别为2.486%、2.71%,竖曲线半径为2500m(凸型)。道路竖向设计标高基本都与规划标高一致,满足片区详细规划要求,同时主要技术指标均满足规范要求,高程系采用85国家高程基准。
1.2道路横断面设计
横断面设计以道路中线标高作为为设计标高,路幅布置为:7.0m(双向车道)+2.5×2m(人行道);其中,为保证正常排水,机动车道向外倾斜坡度为1.5%,人行道向内倾斜坡度为2.0%。
1.3路基设计
在软土地基上修筑路基若不加处理或处理不当,往往会发生路基失稳或过量沉陷导致公路破坏或不能正常使用,减少公路的使用寿命[2],因而路基的设计是十分关键的。对本道路而言,路基挖方边坡按1∶1放坡,填方按1∶1.5放坡,但在特殊路段,比如:①鱼塘路段:必须先将池塘水抽干,清除底层软土层,然后回填50cm中粗砂,最后按路基填筑要求进行回填土的分层回填和碾压;②松填土路段:根据地勘报告,道路沿线场平松填土方压实度不能满足路基压实度要求,故需对场平松填土进行翻挖再分层碾压(翻挖处理路段若有夹层种植土、垃圾土需完全清除再进行换填),翻挖后按路基填筑要求进行回填土的分层回填和碾压,以满足路基压实度等相关技术要求。
1.4路面设计
(1)路面结构设计。该工程所在区域道路自然区划为Ⅳ4区,属于闽浙沿海山地中湿区。根据要求,路面设计使用年限为10年,中等交通等级,地基回弹模量取30MPa。众所周知,行车载荷和自然因素对路面的影响是随深度的增加而逐渐减弱的;因而对路面材料的强度、刚度和稳定性的要求也随着深度的增加而逐渐降低。为适应这一特点,城市道路路面的结构应该是多层次的。此外,道路两侧采用花岗岩路缘石密缝砌筑,直线路段路缘石长度为99cm,曲线路段采用异性条石,长度为30~50cm。(2)道路无障碍设计。为了方便残疾人通行和使用该城市道路,体现以人为本的原则,根据规范要求,本项目需在道路路段人行道、道路交叉口、人行过街设施、公交车站等设施处进行无障碍设计以满足视力与肢体残疾者以及体弱老人、儿童等出行的需要。
1.5雨水排水设计
排水设计是市政道路设计的重要组成部分。本路段雨水排水设计综合考虑了该地区地形地貌条件以及降雨强度等因素,设计将雨水自西向东排放,分别排入纵二路、总部七路、纵三路管道系统,随后沿横一路北侧明渠排入现状翔安大道西侧明渠,最终向北排入下潭尾湾。其中,排水管道按满流设计,管径DN500,最小流速0.75m/s。
1.6交通工程设计
交通工程的设计内容主要包括路段范围内交通标志及交通标线的设计。其总体原则为:以保障交通安全畅通、行车有序、低公害的基本设施为要求,本着“以人为本”的设计理念,按照道路交通工程的设计原则,为道路交通参与者提供正确、可靠、适时的交通信息为目的。本工程中,交通标志以及交通标线的设计均秉承着上述设计理念,在遵循国家及业内相关强制性标准的前提下,结合拟建道路的具体工程条件,尽可能地满足人们对出行的要求,以配合达到快速、安全的疏导车辆和行人的目的。
2路基稳定性分析
2.1有限元模型的建立
在软土地区修建城市道路,路基的边坡的稳定性问题是值得深入探讨的。本文基于有限元强度折减法,考虑复杂的地层条件,对填方路基的稳定性进行分析。鉴于所讨论的问题是对称的,此处可以只取路基某横断面的一半进行分析,坡顶地面超载取20kPa,建立有限元计算模型如图1所示。计算时采用15节点三角形单元模拟土体;网格划分采用细的粗糙程度,并在坡脚处做绕点加密处理,共划分了546个单元,形成4513个节点。
2.2计算结果分析
图3表示坡肩处水平位移随强度参数折减倍数(即计算安全系数)的发展曲线。从图中可以看出当折减倍数为1.940时,曲线接近水平,表明土的强度参数降低到该值,土体已经破坏,因而可取此时的强度折减参数为路基最终的安全系数,即1.940。同时,从图中也可以看到,最终的安全系数1.940要远大于软土边坡规范规定的1.2的安全系数,表明对拟建道路路基的设计处理可以保证路基边坡的稳定,从而确保该道路的安全稳定。图4所示为边坡破坏时的位移增量云图,从图中可以比较明显地判断出边坡最先发生失稳破坏的位置。与大多数素土边坡发生失稳破坏的模式相近,本路基边坡的潜在滑裂面为贯通坡顶至坡脚的圆弧形滑裂面,坡脚处会出现应力集中,施工时需要加强保护。
2.3填方高度对路基稳定性的影响
为了研究填方高度对路基稳定性的影响,现设五种不同的计算方案,各方案中路基的填方高度各不相同,而有限元模型的建立方法及参数取值均与3.1节所述一致,通过有限元强度折减法得到各方案下路基的安全稳定性系数如表5所示。图6表示路基安全系数随填方高度的变化曲线,从图中可以看出,随着填方高度的增加,安全系数逐渐减小,并且,其减小的幅度是越来越小的。这表明为了增强路基的稳定性,应该适当减小填方的高度,但是当填方高度本身较大时,减小其高度,安全系数变化不明显。
1.1设计标准不高
我国道路桥梁设计对规范标准的要求并不高,进行施工就会对道路交通产生诸多不便或产生安全隐患,还会对桥型的美观程度造成一定的负面效应。所以设计时应充分的考虑这个方面,结合现场环境,很多时候都需要在桥梁的主梁或梁侧部分预留一定空间,为日后的施工打下良好的基础。
1.2管道预留空间不足
专用桥梁管道是每一座桥梁设计中必须要考虑到的方面,但在具体的设计和施工中往往是忽略这一点的。产生的原因主要是城市化所带来的人口压力过大或城市改造工程。城市改造工程很有可能产生管道预留空间不足的情况,而在很多时候我们只能采用少量的扩容处理,将桥梁管道在桥体之外,这样做的直接后果就是会对交通线产生不利影响,还可能影响到桥体的美观。遇到桥梁管道预留空间不足的情况时,再次开挖是比较适宜的方法,但一大弊端就是会加大工程的资金投入力度,同时也不利于交通情况。
1.3绿化带专项防水设计缺陷
桥梁工程必须具有一定的使用功能,除此之外还要有一定的美观性。所以桥梁绿化带专项防水设计应运而生。在设计桥梁结构的过程中,绿化美观需要在设计的考虑范畴内。通盘考量了所有的影响因素后,必须要保证桥梁结构使用性和美观性。
1.4结构设计选型问题
桥梁工程结构选型问题在设计中是比较重要的一个方面,满足视距和净空的要求的同时,还要具有美观的外形和科学合理的结构,这也视为桥梁结构设计的基本标准和原则,尽可能的打造出功能和美观于一体的桥梁工程,为城市平添一抹亮色。但在具体的设计时,关注实用功能的比较多,而忽视结构选型,结构选型不合理也就不足为怪了。
1.5装饰结构设计问题
我国的桥梁工程结构设计中安全材料不合标准的情况是比较常见的。一项工程要想成为精品,所使用的材料可以说是最为关键的,其是保障桥梁结构的安全运行根本。所以必须要保证装饰材料的可靠性,可以采用材料取样试验的方式来严把材料的质量关,为桥梁工程的安全运行保驾护航。
2道路桥梁结构设计要点
2.1主梁设计
不同于整体式简支梁结构,装配式简支梁结构最为重要的特点是可将预制独立构件进行运输与吊装,并且通过现场安装、拼接制梁。对于自动化、机械化施工技术的应用在设计中就可以完成,这样就大幅度的节省了施工成本,劳动生产力也有显著的提高,季节变化也无法对施工造成实质上的威胁。桥梁上部结构的主要承重构件就是主梁,一般的设计型式有T型和箱型,箱型结构主梁大多在预应力混凝土结构梁中应用。设计采用箱型结构主梁需要对主梁结构的间距与片数作要求,主梁间距与片数两者相互制约,即间距小则片数多、间距大则片数少。而主梁的高度及细部尺寸是以荷载的计算方法加以确定的,若主梁对称布置,梁身的荷载也是呈对称分布,此时要用杠杆法来计算,如若不然就要以偏心受压来计算。上述两种情况的相同之处是控制设计的标准是内力的最大值,要注意的是此标准不可作为主梁结构各个截面的最不利状况的受力计算,主要是因为很多不安全的因素夹杂在计算结构中。
2.2型式的选择应为桥台设计桥台结构设计的重点
在桥台结构的选择上,装配式简支桥梁主要有轻型桥台、钢筋混凝土薄壁桥台、埋置式桥台三种。轻型桥台结构型式体积较小,比较适合挡土的翼墙结构设计。钢筋混凝土薄壁桥台可设计将台身埋置于桥梁护坡中,这样不仅能够降低桥台结构受上部荷载的作用力,还能够使桥台留有足够的空间。但护坡容易受到洪水的侵袭使台身,所以设计时不可缺少的是对强度和稳定性的计算。
2.3桥墩型式选择
双柱式墩、十字墩或矩形薄壁墩是装配式简支桥梁结构设计的主要型式,单幅双柱式是最为常见的。鉴于以往的经验教训,设计时应谨慎选择桥墩结构型式,在岩溶性地质、桩基础施工难度比较大的地方应以实际情况为前提,减少桩基的设计,单柱单桩的设计是比较适合的。而在施工在河谷或容易受滚石威胁的地方时,设计的重点应该放在如何加强桥墩结构的整体抗撞击能力上,也比较适合单柱单桩设计。对于高位墩柱长桥,设计时应重点考量桥梁上部结构荷载累积变位的问题,这是双幅两柱整体下部构造设计是比较理想的。
2.4定线原则
(1)在1:10000比例尺的地形图上在起、终控制点间研究路线的总体布局,找出中间控制点。根据相邻控制点间的地形、地貌分布情况,尽量选择地势平缓地带,确定各种路线方案。
(2)山岭重丘地形,定线时应以纵坡度为主;而平原微丘地区地面自然坡度较小,纵坡度不受控制的地带,选线以路线平面线形为主,最终合理确定出公路中线的位置。
2路桥隧道工程防水设计中存在的问题
当前,我国在路桥隧道工程设计过程中应用最多的方法是新奥法设计施工。这种施工方法是在初期支护与二次初砌层之间铺设防水板,同时在防水板与初护面之间铺设缓冲层无纺土工布。其中,这种无纺土工布在出厂的时候就与防水板胶合成了双层结构。在二次初砌层中浇筑混凝土的时候,应该添加适量的防水剂,并要保证防水混凝土的抗渗透性能应该达到S6。此外,再利用纵向与横向的弹簧软管或是塑料管将二衬背后的积水引流至排水沟内。一般情况下,这种设计方式能够满足路桥隧道工程的排水要求,但是隧道衬砌的渗水问题,特别是两板混凝土搭接缝处、隧道接口处以及排水管管节连接处等位置容易发生渗水问题,且尤为严重。而要避免路桥隧道渗水现象的发生,就必须加强设计与施工中的技术研究,但目前来说仍是一个难题。路桥隧道工程防水设计中主要存在以下几个问题:第一,路桥隧道工程设计中“以排为主”的设计理念破坏了隧道结构与围岩之间密实的共同作用。首先,从路桥隧道的结构上来说,隧道的衬砌主要由内、外两个层次复合而成。就隧道衬砌的内层来说,一般为二次衬砌,它主要是由现浇的素混凝土或是钢筋混凝土构成;就隧道衬砌的外层来说,一般为初期柔性支护,它主要是由锚杆、钢筋网以及喷混凝土构成。在内、外层之间铺设防水层时,由于外层表面会有凹凸不平的现象出现,防水层的背面可能会出现空洞,这就导致内、外层之间局部会产生空隙,造成内、外层不能够整体承受压力。通常情况下,往往是外层先受力,然后外层会由于荷载而产生变形,接下来才是内层开始受力。因此,这种不均匀的受力导致外层容易先遭到破坏,从而降低了复合初砌结构总体承受能力,让隧道结构受围岩的约束不一致而形成裂痕,加剧路桥隧道的渗漏水情况。其次,从路桥隧道的围岩上来说,在对路桥隧道的Ⅰ,Ⅱ类围岩进行初期支护的时候,往往安装的是工字型钢拱架或者是钢格栅拱架。由于围岩对隧道的稳定性具有一定的影响,因此,在防水设计的时候必须依据围岩分类设计合理的隧道工程。第二,路桥隧道工程的技术比较落后。由于路桥隧道的防水设计在施工技术上比较滞后,因此设计出的路桥隧道的质量往往不高。这是由于施工单位对路桥隧道的施工材料要求比较简单、对施工要求不具体以及防水材料容易老化等因素导致的。就目前而言,我国在隧道防水设计中用到的防水材料主要是塑料、橡胶等制品,而这些材料在阳光的照射以及化学腐蚀的情况下容易发生老化现象,进而影响到隧道的防水效果。
3路桥隧道工程防水设计的优化措施
3.1树立安全型的防水设计理念
第一,施工人员应该掌握路桥隧道施工的新技术与新方法,主要包括了盾构隧道的受力特征及隧道设计的分析方法、盾构隧道结构形式及最新发展趋势等方面,特别要注意对特殊环境下的隧道工程应进行综合分析与设计。第二,施工人员应该对隧道岩体各方面性能的参数进行认真计算。对于隧道施工过程中,围岩稳定能力比较差的地段,应该采用超前支护或者是超前加固前方围岩的方法,同时应该秉持先对隧道进行护顶再开挖的施工原则,遇到渗水流的时候应该设置橡胶带盲沟引排。第三,对隧道防水层的材料选择上,应该选用强度高并耐腐蚀性的板材。在施工过程中,主要将这些板材铺在初期支护和二次衬砌中,并通过拼接这些板块使隧道的防水系统达到密闭或是半密闭的状态。第四,在进行隧道工程施工时,应该制定合理的施工方案,并严格按照施工方案执行,从而保障隧道工程防水系统的规范性。
3.2注意防水板的设置
第一,在放置排水板之前,应对防水板进行及时处理。首先应该对防水板的表面进行处理,然后对防水板突出的钢筋进行处理,在这两项处理结束之后,再对隧道表面进行喷射。如果不进行处理,将无法发挥出防水板的防水功能。第二,在大面积张挂防水板的时候,应该注意拼接无缝隙。首先,在张挂的时候要特别注意防止防水板出现褶皱现象,对于出现缝隙的地方应该全部接上去。其次,在购买防水板的时候,应该多买一些,这是为了防止对隧道进行初砌浇筑时,防水板发生膨胀现象,从而导致防水板的长度不够,给隧道工程的施工带来不必要的麻烦。
3.3选择合适的防水板材料
第一,在防水板的内侧或是隧道的边墙,应该适当增加机械保护装置的设置。首先,应该保证防水板材料的耐高温以及耐穿透的能力,这样才能有效确保隧道工程在钢筋操作过程中,防水板不会受到损坏,同时还能够减轻工作人员对防水板检修的负担,有效避免防水板发生漏水现象。第二,在隧道施工过程中,应该对防水板进行适当调整。施工人员可以在二衬的内壁铺设防水板,并尽可能的选用新型的防水板材料,这样不仅能够方便对防水层的修理与维护,同时还能够使防水材料与衬砌混凝土的老化时间尽量保持一致,从而延长防水板材料的老化时间,增加防水板的使用寿命。
道路修建是城市现代化发展中的核心工程,与车辆通行、运输的安全存在直接的联系。城市道路在路面结构设计方面,考虑到交通、行人等因素,提出了安全要求,在保障城市道路路面结构稳定的基础上,维护路面的安全与强度,消除路面结构设计中潜在的风险因素。设计人员遵循道路修建的根本要求,完善路面结构的具体设计。
1城市道路工程的路面结构设计
城市道路工程在进行路面结构设计之前,需要重点研究城市道路,深入分析城市道路的实况,进而才能真实的设计出路面结构的方案。设计人员要选择有代表性的城市道路进行研究,路线、路段需属于典型城市道路,由此才能提升路面结构的设计水平[1]。路面结构设计时,按照《城市道路路面基层施工技术规范》中的要求,提前选择一定年龄的路面,约3年或以上年龄,调查路面的性能状况,尽量包含不同类型的路基结构,所以针对城市道路路面结构设计的调查工作,提出三点要求。第一,路面结构设计和调查的过程中,需要反馈不同调查路段的具体情况,特别是城市道路的修建水平,以便优化方案的设计,进而为路面结构设计提供详细的依据。第二,掌握道路路面结构设计部分的土基实况,尤其是强度等级、回弹模量范围等项目内容,各项参数之间的关系如表1所示,促使设计人员掌握路面设计中的各项要点内容,有效控制路面结构设计中的影响因素,一方面控制结构设计时的沉降,另一方面优化路面的设计过程。第三,根据路面结构设计的要求,确定结构的设计类型,维护路面设计组合的优质性,以免路面结构工程中出现误差,体现设计的科学性。
2城市道路工程中路面结构的方案设计
2.1设计原则
设计原则是城市道路路面工程中的主要部分,专门用于约束路面设计,确保路面设计的规范性[2]。例举路面结构设计的原则,如:(1)站在经济、技术角度上分析城市道路路面的整体设计,改进方案中的不足点,选择最优的结构设计方案;(2)路面结构材料的选择,必须考虑到城市道路所处的环境,包括交通环境、气候环境等,有针对性的选择路面材料,维护路面结构的稳定性;(3)设计人员着重分析沥青的面层结构,在质量、力学等方面评价路面结构设计,为路面结构提供优质的级配方案,强化路面的结构;(4)路面结构设计中,设计人员要遵循环保、节能的原则,既要保障城市道路的质量和性能,又要落实相关热的原则。
2.2结构材料
结构材料是路面结构的一大设计因素,需依照城市道路工程路面的设计实况,挑选恰当的结构材料。以某城市路面结构设计为例,该工程是城市路网的重要组成部分,总长0.72公里,宽30m,分析其在主要材料上的选择方式。如:(1)面层材料,分为上、中、下三部分,均以沥青材料为主,该路面结构设计,按照常用沥青的级配,合理分配其在不同面层部分的应用;(2)下封层材料,用于加强面层、基层的连接,防止相连层面发生侧滑,该工程将改性沥青做为吸收膜,降低侧滑的发生机率;(3)基层材料选择,该工程通过试验分析的方式,选择基层强度的指标,以指标为基础选择可用的材料,以水泥稳定砂砾此项材料为根本,逐步提升基层结构的密实性强度和刚度,保障路面设计材料的科学使用。
2.3设计方案
2.3.1新建路面结构的方案设计。城市新建的公路工程内,路面设计新可分为4个部分,分析如:(1)主线行车道设计方案,其为新建道路路面结构设计中的主要部分,按照城市道路的要求,主线行车道的不同层面,使用了不同的混合材料,以混凝土为主进行分析,新建路面的上面层部分,使用改性沥青混凝土,厚度为5cm,同时使用75cm的应力吸收膜,中间结构选择中粒式沥青混凝土,保持4~6cm的厚度,下方厚度要大,基本可以设计为8cm,材料为粗粒式混凝土,用于稳定路面的结构基础,其中基层要求达到30cm,垫层也要达到30cm厚度,具体厚度依照实际情况分配;(2)地面铺道行车设计中,仅仅分为上下两部分,取消了中间部分的设计,上方设计5cm的细粒式沥青结构,下方可以根据实际情况设计,一般为5cm的粗粒式,基层与垫层的厚度保持30cm;(3)非机动车道设计方案内,分为20cm的垫层,采用天然的砂砾材料,基层厚度控制在20cm,选择含有5%水泥成分的砂砾,而且砂砾材料要具备足够的稳定性,防止影响基层的结构性能,面层厚度为4.5cm,路面结构的全部非机动车道的结构厚度,不能超出44cm;(4)人行道的结构设计方案,与非机动车不同,面层同样需要分为上面层和下面层,使用材料为:预制混凝土透水砖、水泥砂浆,厚度是7cm、4cm,基层、垫层及非机动车道结构设计中,材料一致,厚度范围是15~20cm。
2.3.2改建道路路面结构设计方案。城市道路工程中,存在部分需要改进的道路,同样需要设计路面结构。一般情况下,城市道路改建道路路面结构设计时,涉及到结构翻挖、结构挖除的情况,需要先处理旧路面的结构,再实行新路面结构设计[3]。分析需要修改建设的道路,其在路面结构上的设计方式,如:(1)吸收膜结构,根据修改要求,分为基层、底基层两个部分,基层厚度30cm,底层按照实际情况设定;(2)车行道结构,下方部分的设计厚度是7cm,材料粗粒式沥青混凝土,上方结构4cm,材料细粒式混凝土,上、下面层的相互稳定,划分为两层施工,材料为砂砾,底基层厚度30cm,选择天然砂砾,用于确保底基层的稳定性。
3城市道路工程中路面结构设计的注意事项
城市道路在路面的结构设计项目上,还要考虑到工程指标的差异,特别是城市自身规定与国家规定的差别,其中各项设计指标均有细小的差别,应该遵循路面结构设计的实际情况,由此才能保障结构设计的真实度。不同规定中的设计指标,对路面结构设计有一定的限制,所以设计人员综合分析设计指标,按照城市道路路面结构的设计需求,选择可遵循的指标项目[4]。除此以外,路面结构设计中,还要注意试验路的铺筑和养护,以试验路为标准,落实路面结构的设计方案,严格遵循结构设计的方案要求,落实设计要求,最主要的是依照试验路的设计方法,完善路面结构的具体设计,尽量避免出现不良的影响因素,强化城市道路的路面结构,进而提升城市交通的安全水平,保障路面通行的良好性能。
4结束语
道路路面修建工程中,提高了对结构设计的重视度,根据道路路面的基础特性,如:强度、抗滑、耐久性等,都需合理的设计路面结构,改善城市道路的特性,最主要的是保障城市道路的稳定与安全,全面体现路面结构设计的优点,防止干扰城市的车辆通行。路面设计过程内,必须依照城市道路的实际情况,安排规划设计的工作,提升城市道路的设计能力。
作者:崔君 单位:苏州市晓阳市政建设设计有限公司
参考文献:
[1]崔永日.浅析半刚性城市道路路面结构设计[J].才智,2011,36:225.
中图分类号: S611 文献标识码: A
城市道路设计是一项好系统性、很复杂的工作,这是需要相关的设计人员必须要具有眼界开阔、眼光具有前瞻性的,还要不断的分析和钻研专业的技术知识,在后再根据现场的实际情况制定出科学合理的设计方案,因此,怎样做好城市道路设计工作,是所有专业的城市道路设计人员值得研究的课题。
一、当前城市道路设计中存在的问题
1、 道路设计缺乏长远规划,网络结构不合理
在道路设计过程中,很多城市缺乏长远规划,只把目光放在当前,只是一味地担心道路是否足够宽,而忽略了不同级别的道路施工的宽度和密度之间的特性; 忽略了道路的车辆承载能力,只做面子工程,导致城市道路今天改、明天补,一旦车辆稍多些就会导致交通拥堵不堪。
同时,由于道路设计者仅局限于根据当前的形式进行设计,忽略了城市的整体道路网络结构,就会使设计出的道路难与整个城市道路网进行匹配,造成交通紊乱,加重交通负担,影响车辆和行人的安全。
2、 道路设计多忽视环境的保护
随着人们生活水平的提高,私家车越来越多,城市道路也面临超负荷和饱和。很多城市为了解决交通拥挤的问题,一味追求道路的直与宽,不惜牺牲周边的生态环境和绿化,从而不但对周边环境进行破坏,更是无法真正降低噪音对居民的污染。
3、 道路设计不能体现所在城市的特色
随着经济全球化步伐的加快,城市特色危机已经出现,大多数城市都逐渐失去了自己的特色而趋向一致。生活水平不断提高使人们开始追求更高、更多元化的精神生活和精神追求,而城市形象的个性化需求也包括其中。而很多城市道路的设计缺乏对原有城市道路本该具有的风格和特色的考虑和表达,在道路改造中对原有道路和建筑物间的和谐造成了破坏,使得改造后的道路和原有历史、人文气息不协调,甚至格格不入,尤其是在历史文化底蕴较深的城市中表现最为突出。所以道路设计师在道路工程的设计时要尊重城市的历史、人文精神、文化和自然形成的地形条件,着眼于城市整体的特性,这样不仅突出了地方的特点,同时也在一定程度上降低了项目的成本。
4、 道路横、纵断面设计不完善
城市道路横、纵断面设计的好坏对城市交通安全、道路的美观和排水等都具有直接的影响。当前,很多城市对于城市道路的横断面,尤其是机动车道设计的宽度过宽,而对非机动车和行人道路设计则过于狭窄甚至不留,导致了非机动车和行人的安全存在巨大隐患。绿化带更是少得可怜。此外,在实际的工作中,很多城市道路设计的纵断面不能很好地满足城市排水的需求,仅仅将纵坡面设计成起伏状,不能很好地保证排水顺利,同时也违反了《城市道路设计规范》的要求。
二、城市道路设计问题的改进措施
1、确保城市道路施工的高效性
城市道路施工是将设计内容变为现实的过程,也是关系整个工程成败的关键一步。如果一个城市道路工程建设质量不过关,就无法达到人性化设计的最终目标。例如:对于人行道,人们首先关心的是它是否平整密实,能否做到雨天不溅水、晴天不绊人,而不是人行道铺装的景观效果有多好。这并不是人们不喜欢美丽的色彩和图案,而是由于以往人行道的建设缺陷给人们留下了担心和恐惧,连基本的使用功能和安全都不能满足,人性化目标更是无法实现。这就要求施工单位严格执行道路相关的施工及验收规范和设计要求,把工程质量放在第一位。施工期间,监管部门需要加大管理力度,严把质量关,做到不论工程规模大小,均以建设精品工程为目标。
2、 强化道路设计的系统性理念
为了使道路设计成品同城市全局性道路布局进行良好的匹配,应对道路工程所在地区的整体环境情况加以关注,由系统论的观点得出:系统的整体通常大于系统内部各分项系统功能的单纯累加。因而,道路设计工作人员应将系统论的观点在道路设计工作中加以充分应用。应研究目标设计道路在城市全局性建设中发挥何种功能,坚决抵制原有设计方案当中――有空地就做绿地、将关注的重点单纯的禁锢于本工程项目当中的方式。应将目标道路设计同所在地区的整体性布局加以关联,采取系统性设计方法。
3、 城市道路交通分析
交通分析作为城市道路设计中的一个关键环节,需要详细考虑车辆组成、车速、周边路网、流量等问题,所以在设计前期,要认真开展调研及交通分析等工作,进而获得较为准确的分析结果。城市道路规模及等级都应结合交通分析予以确定,许多城市道路设计单位在实际中的交通分析不够详细,设计依据不足,因而应不断提高对交通分析工作的重视,道路建设部门应提供必要支持,深入开展可行性分析、设计方案等前期技术设计工作,才能不断提高设计质量。
4、 城市道路平面设计
平面设计也是城市道路设计中的一个比较重要的环节,更是易于被设计人员实际工作中所忽视,诸如设计的城市道路为弯曲形状等常见情况时,道路转弯半径的确定,一般是在设计时根据道路红线或道路原来线路形状进行确定。转弯半径由此确定具有相对流畅的线性,但认真对比设计规范,可发现设计规范中针对道路平曲线都具有十分详细的要求。所以,城市道路在平面设计时,应严格遵照设计规范与标准进行,并结合城市道路形状及周边实际进行综合考虑。
5、 加强对城市道路的绿化
城市道路绿化是城市道路的重要组成部分,在城市绿化覆盖率中占较大比例。随着城市机动车辆的增加,交通污染日趋严重,利用道路绿化改善道路环境,已成当务之急。城市道路绿化也是城市景观风貌的重要体现。目前,我国城市道路建设发展迅速,为使道路绿化更好发挥绿化功能,协调道路绿化与相关城市设施的关系,利于行车安全,有必要统一技术规定,以适应城市现代化建设需要。
6、 完善道路横、纵断面设计
城市道路设计要注意道路横、纵断面的设计,严格根据《城市道路设计规范》进行设计、施工。综合考虑车辆行驶的舒适度、安全性。保持横、纵断面各项技术指标、垂直对齐方式的平衡性,如果不均衡,给会给人不愉快的感觉,在视觉上失去平衡。为保证汽车以一定的车速安全顺利地通过,纵坡应具有一定的平顺性,纵坡设计应与平面设计密切配合协调; 对沿线的自然条件,应作通盘研究,依据不同的具体情况分别处理,使公路畅通和稳定; 应与相交的道路、广场等出入口有平顺的衔接; 对非机动车行驶较多的道路,应充分考虑非机动车的爬坡能力和下坡时的安全性; 同时注意旧路改建宜尽量利用原有路面,若加铺结构层时,不得影响沿路范围的排水等等。
总之,城市道路构成比较复杂,在功能上也具有多样化特点,尤其是在等级、结构及类型上都存在明显差别的各类公路。所以城市道路设计工作虽然比较复杂,但具有系统性,设计人员应结合道路周围实际情况综合进行考虑,才能设计完成更为科学合理的城市道路,进而确保城市道路的建设施工质量。
参考文献:
[1] 许玉静,曹雷. 城市道路规划设计探讨[J]. 东方企业文化. 2013(18)
[2] 刘剑峰. 城市道路设计探讨[J]. 中国城市经济. 2011(30)