道路纵坡（通用6篇）
道路纵坡 篇1
摘要：本文通过对比分析我国现行的主要道路规程关于道路纵断面设计指标的规定, 阐述了如何合理选取变电站进站道路纵坡坡度和坡长设计指标, 完善了《变电站总布置设计技术规程 (DL/T 5056-2007) 》关于道路纵断面设计的规定, 为指导电网行业设计人员提供了参考。
关键词：变电站,进站道路,纵坡坡度,坡长
变电站进站道路肩负着运行、检修和大件设备运输的重任, 是变电站消防对外联系通道。近年来, 随着城镇化的发展, 变电站落点越来越多地往山区和条件复杂的丘陵地带转移, 长距离、高边坡的进站道路修建工程不断涌现, 其技术经济甚至影响站址落点。选择合理的纵坡坡度和坡长设计在确保运输安全和经济节约上至关重要。
1 研究现状
文献[1]8.2.3条文要求“进站道路宜按GBJ22《厂矿道路设计规范》规定的四级厂矿道路设计, 最大限制纵坡应能满足大件设备运输车辆的爬坡要求, 一般为6%”, 8.3.5条文要求“站内道路的纵坡不宜大于6%, 山区变电站或受条件限制的地段可加大至8%, 但应考虑相应的防滑措施”;文献[2]6.5.4条文要求“所内道路纵坡不宜大于6%”;文献[3]6.3.2条文要求“发电厂厂外道路, 宜按《厂矿道路设计规范》中的三级或四级厂矿道路标准采用, 其中三级道路平原微丘地形最大纵坡为6%, 山岭重丘为8%, 四级道路平原微丘地形最大纵坡为6%, 山岭重丘为9%”。上述几本电力系统主要规程关于进站道路纵坡坡度的规范条文内容简洁, 且对道路纵坡坡长设置原则未予以明确, 这给日常设计带来不便。
2 纵坡坡度设计
变电进站道路的特点是仅施工阶段车辆通行较多, 建成后通行极少, 其次是通行速度慢, 局部短时间有重型车辆通过。纵坡坡度设计主要包含最大纵坡和平均纵坡两个主要指标。
2.1 最大纵坡
文献[1]要求进站道路设计参照文献[4]执行, 其2.2.3条关于厂矿道路主要技术指标见表1, 其中四级道路, 平原微丘最大纵坡为6%, 山岭重丘区为9%;文献[5]4.0.20条关于各级道路的最大纵坡设计值与文献[4]相同;文献[6]5.2.2条关于城市机动车车行道最大纵坡的推荐值与限制值见表2, 当车速在20km/h~30km/h时, 最大纵坡推荐采用7%~8%, 极限可取9%。
注: (1) 在工程艰巨的山岭、重丘区、四级厂外道路的最大纵坡可增加1%; (2) 辅助道路的最大纵坡可增加2%, 但在海拔2000m以上地区, 不得增加; (3) 在寒冷冰冻、积雪地区, 不应大于8%。
综上可知, 文献[6]对最大纵坡限制值系根据设计车速来控制, 且最大纵坡不超过9%;而文献[4, 5]最大纵坡与所处地形和设计车速两者相关, 对非寒冷冰冻、积雪的山岭、重丘区, 一般可取9%, 极限可取10%;而文献[1]则简单规定最大纵坡坡度一般为6%, 受条件限制可加大至8%, 对限制条件的具体内容表述不明;同为电力行业规程的文献[3]则规定四级道路极限纵坡取9%。在综合考虑变电站进站道路自身特点和大件设备构造后, 建议变电站最大纵坡设计值可考虑如下:修建条件较好时, 可按6%考虑;当为艰巨的山岭、重丘区时按8%考虑;若为非寒冷冰冻、积雪地区的山岭、重丘区, 极限值可按9%考虑。此较文献[1]的最大纵坡极限值提高1%。
2.2 平均纵坡
当进站道路较长, 需要设置多个纵坡坡度值时, 尚应考虑平均纵坡指标, 它是衡量纵断面线形设计质量的一个重要限制性指标, 以百分率 (%) 表示。文献[5]规定, 为了合理运用最大纵坡、坡长和缓和坡段, 以利汽车安全顺利行驶, 二、三、四级公路越岭线的平均纵坡, 一般以接近5.5% (相对高差为200m~500m) 和5% (相对高差大于500m) 为宜, 并注意任何相连3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%。
3 坡长限制
文献[1]缺失对纵坡坡长限制规定, 文献[5]要求, 二、三、四级公路当连续纵坡大于5%时, 应对纵坡长度加以限制, 以提高车速和行驶安全, 其最大坡长和最小坡长详见4.0.21和4.0.22条文规定。公路连续上坡或下坡时, 应在不大于最大纵坡长度之间设置缓和坡段, 缓和坡段的纵坡应不大于3%, 其长度应符合最小坡长的规定。
文献[7]要求当厂外道路纵坡大于5%时, 应按表3规定限制坡长, 四级道路, 平原微丘最小坡长为120m, 山岭重丘区为80m。对连续大于5%的纵坡, 应在不大于表3所规定的长度处设置缓和坡段, 缓和坡段的坡度不应大于3%, 长度不宜小于50m。
综上可知, 对最大坡长设置, 文献[5]较文献[7]分类更细, 同时兼顾了设计车速指标。对最小坡长设置, 文献[5]仅以设计车速进行控制, 而文献[7]以道路等级和地形状况两者进行控制。关于缓和坡段的纵坡坡度值, 两者相同, 坡段长度上, 文献[5]根据设计车速的不同其坡段长度亦不同, 而文献[7]仅明确了最小设置长度要求。由于大件设备运输对长距离爬坡或下坡要求较高, 因此建议变电站进站道路的最长坡长和最小坡长参照文献[7]执行。对缓和坡段设置, 当地形条件较好时, 其长度与最小坡长相同, 当条件较差时长度按不宜小于50m设置。
在实际纵坡设计中, 当大于5%的坡长还未达到其规定的限制坡长时, 可变化坡度 (应为连续上坡或连续下坡) , 但其长度应按坡长限制的规定进行折算。例如:某三级山岭区公路的第一坡段纵坡为8.0%, 长度为120m, 即占坡长限制值的2/5, 若相邻坡段的纵坡为7.0%, 则其坡长不应超过500×3/5=300m。也就是说8.0%的纵坡设计了长度120m后, 还可接着设计坡度为7.0%的300m坡长, 此时坡长限制值已用完。
结语
通过对以上几本主要道路设计规程比较分析, 同时结合变电站进站道路自身特点, 可得出以下结论:
(1) 文献[1]关于进站道路纵坡设置条文过于简洁, 在综合考虑变电站进站道路自身特点和大件设备构造后, 建议变电站最大纵坡设计值, 可按如下设置:修建条件较好时, 按6%考虑;当为艰巨的山岭、重丘区时按8%考虑;若为非寒冷冰冻、积雪地区的山岭、重丘区, 极限值可按9%考虑。
(2) 变电站进站道路的最大坡长和最小坡长可参照文献[7]要求执行, 对缓和坡段的设置, 当地形条件较好时, 其长度与最小坡长相同, 当条件较差, 长度按不宜小于50m设置。
(3) 在实际纵坡设计中, 当大于5%的坡长还未达到其规定的限制坡长时, 可变化坡度, 但其长度应按坡长限制的规定进行折算。
参考文献
[1]DL/T5056-2007, 变电站总布置设计技术规程[S].
[2]DL/T5218-2005, 220k V~500k V变电所设计技术规程[S].
[3]DL/T5032-2005, 火力发电厂总图运输设计技术规程[S].
[4]GBJ22-87, 厂矿道路设计规范[S].
[5]JTGB01-2014, 公路工程技术标准[S].
[6]CJJ37-2012, 城市道路工程设计规范[S].
[7]董淑敏.厂矿道路与汽车运输[M].北京:冶金工业出版社, 1994.
长大纵坡的沥青路面受力研究 篇2
根据以往广东省内各条高速公路营运后的长陡坡路段车辙和坑槽情况的调查,发现很多高速公路的早期车辙破坏和水损坏(坑槽)情况普遍存在。长大纵坡路段的路面病害不仅妨碍了正常交通,影响了通行能力,降低了道路服务水平,在降雨、大雾等复杂环境状况下,更易导致交通事故,造成巨大经济财产损失。因此,深入开展对长大纵坡沥青路面结构的研究就显得意义重大,经过优化设计的路面结构,不仅可以降低路面病害的发生、改善长大纵坡沥青路面的使用性能、延长使用寿命,还可以大大降低营运过程中的维修费用,带来巨大的经济效益[1]。为研究我国华南长陡坡路面高温下的力学特性,现采用40℃下芯样的间接拉伸模量,采用有限元的方法对广乐高速长大纵坡的沥青路面结构应力应变进行理论分析,并针对长大纵坡下坡段的水损害现象提出改善措施。广乐高速公路主要经过部分地段为丘陵地区,有较多长大纵坡地段。同时该路段预测交通量大,重载车辆多,因此广乐高速长陡坡路段路面设计需要单独进行分析和计算。
1 有限元计算
1.1 基本假设
应用弹性理论求解弹性层状体系内各特征点的应力、应变和位移时,采用下列基本假设[2]:
(1) 各层均由均质、各向同性、无重量的线性弹性材料组成,其弹性参数以弹性模量Ei和泊松比μi表征;
(2) 最下层(土基)为水平方向无限延伸的半无限体,其上各层在水平方向上无限延伸,但竖向具有一定厚度hi;
(3) 各层分界面的接触条件采用假设:应力和位移完全连续(称作连续体系);
(4) 最下层无限深度处的应力和位移均为零。
根据以上假设来建立有限元模型。
1.2 有限元建模
路面结构实际上是三维的工程结构物,承受的是任意形式的荷载,因而描述路面体系工作特性最好的模型是三维模型。三维有限元模型实现了在三维空间的范围内对路面结构进行离散化,也可以考虑任意分布的荷载形式。利用ANSYS有限元计算程序,建立路基路面三维模型进行路面结构的力学响应计算。
采用有限元分析时,无法将模型的尺寸取为无穷大,只能在建立模型时尽量将模型尺寸取得大一些。但尺寸过大,则会大大增加计算工作量。因此,应合理确定其计算模型的尺寸,使其在保证计算精度的同时,又不增加过多的计算工作量,取路面平面方向的尺寸为6 m ×6 m,深度方向土基取为3 m,其中x轴为横坐标(路面横向,行车方向),y轴为竖向坐标(深度方向),z轴为纵坐标(路面纵向)。在计算过程中,模型的边界条件为:路面底部全约束,表面为自由面,不进行任何约束[3,4,5]。
在进行ANSYS分析时,假设沥青路面为多层弹性连续体系,荷载为正方形均布荷载[3],采用有限元方法计算,选取Solid 95单元类型[4,5]。计算时,考虑长陡坡路段及高温等特点,路表面施加0.7 MPa的轮胎压力和沿X方向大小为0.1 MPa的水平力。单元网格划分不同对计算结果有很大的影响。从有限元的基本理论可知,计算结果的精度一般随网格的不断细划而提高。但网格划得过细将提高对计算机性能的要求,同时单元增多将增加计算的舍入误差。因此单元的网格划分,
在行车荷载作用处单元划分加密,而远离行车荷载作用处单元划分逐步加大[5],可起到事半功倍的效果。网格划分见图1。
计算分析采用广乐高速设计的三种工可路面结构形式。考虑到高温对沥青混合料劲度模量的影响,各路面结构沥青层的模量根据40℃条件下路面芯样的间接拉伸模量试验结果取值,沥青混合料的泊松比设为0.4,基层等材料参数按照规范取值,各层材料特性及厚度见下表。
1.3 沥青层最大剪应力分析
沥青路面各沥青层最大剪应力分布图见图2。沥青面层内的最大剪应力位置出现在荷载边缘的垂线上。由图分析可得,主要的抗剪层位于上面层与中面层的交接处与中面层的上部,因此加强上、中面层之间的连接和加强中面层可改善抗剪能力。3层高模量沥青面层与普通沥青、柔性基层在上面层和中面层的最大剪应力基本没有差别,下面层差别逐渐增大。对于超载的情况,剪应力有些许增加,但幅度很小。柔性基层,在上、中面层的抗剪能力与其它路面结构类型差别很小,但在下面层剪应力明显加大,约为3层高模量沥青面层2.5倍左右,因此需要加强下面层的抗剪能力。根据以上分析可得出结论:3层高模量沥青路面结构抗剪能力较好。
1.4 沥青层压应变分析
单轮中心位置沥青路面结构沥青层竖向压应变分布图见图3。由图分析可得,压应变在上面层内沿深度呈增大趋势,而中、下面层则随着深度的增大而逐渐减小。普通沥青混凝土路面的压应变约为3层高模量组合式基层沥青砼路面的1.3—1.4倍。普通沥青路面与3层高模量沥青面层随着路面深度增加压应变差距逐渐缩小。柔性基层路面压应变介于3层高模量组合式基层结构与普通沥青路面与之间。根据以上分析可得出结论:各沥青层的模量主要影响路面抗压能力,高模量改性沥青层压应变较小,不容易出现车辙破坏。主要的抗压层位于上面层和中面层,下面层与基层对抗压的贡献较少,因此加强抗车辙能力必须加强上面层与中面层的弹性模量,采用高模量改性沥青或添加纤维改性。
2 重载下坡路段分析
水损坏是长陡坡路段一种常见的典型病害。研究表明,当车辆通过长陡坡下坡路段时,由于制动时间较长,重载车辆通常采用带水刹车的方式降低轮毂温度以保持汽车的制动性能,致使路面长期处于潮湿状态,路面水又会通过空隙和裂缝深入到路面结构层内部。因此建议在长陡坡下坡路段,面层采用OGFC混合料。鉴于OGFC路面可靠度的性能,我国目前也开始了这一路面结构的研究,如西安机场高速曾铺筑OGFC磨耗层,效果良好。在欧洲和澳洲,OGFC的厚度常是3.5 cm~4 cm,在美国佐治亚州常用的厚度为19 mm[6]。
OGFC具有良好的排水能力,利于路面水的快速排除,同时,有良好的抗滑和降噪作用,可防水漂,提高行车安全性。但其空隙率高,耐久性较差,为了克服上述缺点,可以采用高黏度(60 ℃黏度按20 000 Pa·s控制)的聚合物改性沥青,避免因沥青在使用中的过度老化而降低其使用性能,另一方面,也可以在选材、设计、养护等方面采取专门措施,确保其耐久性[7]。广乐高速重载下坡路段就采用了4 cm厚的OGFC磨耗层代替原来上面层部分,从而降低水损害的产生。
3 结论
(1) 高模量路面结构面层内的压应变与最大剪切应变显著减小,同时路面结构承受的最大剪应力略小于普通路面结构,有利于路面抗车辙能力的提高。
(2) 中面层是车辙和剪切的主要受力面,中面层的强度较大程度地影响了整个路面结构的强度,因此建议加强中面层(采用高模量改性沥青或采用纤维改性沥青)。
(3) 对重载下坡路段,建议采用OGFC磨耗层,减少坑槽等水损害的破坏。
参考文献
[1]夏勇.长大纵坡沥青路面结构研究.广州:硕士学位论文2008;1—2
[2]姚祖康.铺面工程.上海:同济大学出版社,2001
[3]吴少鹏,王家主,陈太泉.长大纵坡沥青路面应力分析.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2006:30:969—972
[4] Ling H I.Finite element studies of asphalt concrete pavement rein-forced with geogrid.Journal of Engineering Mechanics,2003;129:801—811
[5] Collop A C,Scarpas A,Kasbergen C.Development and finite elementimplementation of stress-dependent elastoviscoplastic constitutivemodel with damage for asphalt.Transportation Research Record,2003;(1832):96—104
[6]李立寒,张南鹭.道路建筑材料.北京:人民交通出版社,2004
浅析公路长陡纵坡线形组合设计 篇3
近年来, 随着公路建设的不断深入, 建设条件越来越复杂, 受到地形条件的限制, 长陡纵坡的使用普遍存在。对于长陡纵坡的纵面线形设计, 一般从两个方面考虑:一方面要控制平均纵坡, 这与项目自身建设条件、路线方案的布设情况有关;另一方面是纵面线形组合设计, 如何组合陡缓坡段。《公路工程技术标准》 (JTG B01-2003) 规定:长陡纵坡应在不大于规范规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段, 缓和坡段的纵坡应小于3%, 其长度应符合纵坡长度的规定。这使得设计者在长陡纵坡设计时, 会刻意在两陡坡间插入缓和坡段。而新颁布的《公路工程技术标准》 (JTG B01-2014) , 取消了关于长陡纵坡中间设置缓和坡段的规定, 从而长陡纵坡的设计更具灵活性。针对新旧标准的变化, 本文基于运行速度检验方法, 对公路长陡纵坡线形设计进行研究, 为设计人员提供有利的参考。
2 长陡纵坡线形组合方案设计
根据新旧《标准》的变化, 将公路长陡纵坡纵面线形设计理念分为两种:一是以《标准》03版为依据, 长陡纵坡中间设置缓和坡段, 形成陡缓相间的线形组合;二是以《标准》14版为依据, 长陡纵坡中间不需刻意设置缓和坡段, 形成陡缓坡不规律分布的线形组合。
根据以上两种设计理念, 分别设计了两种长陡纵坡线形组合方案, 分别为:方案一、方案二。假定设计速度为80km/h, 两种方案平面线形均为直线, 设计里程均为3km, 平均纵坡相同, 不同之处仅为纵面线形。
图1为两方案的纵坡图, 方案一由L1、L2、L3、L4、L5、L6六个单坡组成, 由表1可以看出, 六个坡陡缓相间, 陡坡坡度大于3.5%, 缓坡坡度小于2.5%, 这是《标准》14版颁布之前, 普遍被采用的设计方法。
方案二由L1、L2、L3、L4、L7五个单坡组成, 其中, L1~L4均为坡度大于3%的陡坡, 之间不设缓坡, L7的坡度为1.28%。在《标准》14版颁布之前, 对于设计速度为80km/h的公路, 由几个坡度大于3%的单坡组成连续上坡, 且长度大于1100m, 这种线形组合是不符合规范的, 但在《标准》14版颁布之后, 这种设计是可以被采纳的。
3 运行速度计算
3.1 运行速度
运行速度是指在特定路段上, 在干净、潮湿条件下, 85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度, 简称V85。运行速度是通对典型公路上行驶车辆的实际行驶速度进行观测, 再经统计、分析、总结其数据分布, 最终回归出第85位的速度并得到运行速度的测算模型。以车辆的运行速度作为线形设计基础检测指标, 这是从汽车行驶对道路的动力学要求出发, 兼顾驾驶员的驾驶行为和生理心理特征, 在满足舒适、安全、快捷的交通服务需求的同时, 更加注重驾驶员的心理—生理反应, 综合路、人、车的综合要求的设计检验方法。这种基于运行速度的设计检验方法, 有效地保证了路线线形的连续均衡, 不会出现速度突变点, 行驶速度与所有相关设计要素合理搭配, 从而避免安全隐患。
3.2 车型选择
运行速度计算的车型分为小客车和大货车两种。理论上应由公路的线形条件与交通量组成, 来确定运行速度计算的代表车型。由于本文着重研究公路长陡纵坡, 故应以大货车的运行速度变化为分析依据。
3.3 计算模型
长陡纵坡可采用理论公式法和拟合修正法两种计算模型。其中理论公式法是基于汽车动力性能分析, 通过标定车辆的功率重量比P值, 得到其与坡顶、坡底速度值、坡长和坡度的关系模型, 进而描述运行速度随坡度坡长的变化特性和规律。而拟合修正法是从数据、图形统计规律入手, 参考国外运行速度分析方法来描述运行速度与坡度坡长底变化规律, 利用表2、图2对小客车和大型货车驶入纵坡段时的运行速度V85进行增加或折减的方法。理论公式法精度较高, 但可能无解, 而拟合修正法虽属粗略计算, 但简单易行, 为纵坡段速度推荐的测算方法, 综合两种方法的优缺点, 本文考虑采用拟合修正法。
3.4 计算条件约定及路段划分
本次运行速度计算, 不考虑路基宽度、交通量、路况及车辆自身条件对车辆行驶速度的影响, 计算车型为大货车, 初始速速设为55km/h, 平直路段上驾驶员的期望运行速度设为75km/h, 期望加速度设为0.2m/s2。
本次运行速度计算路段划分不考虑平面线形影响, 纵坡以坡度2%为临界点, 将计算路段分为直线段和纵坡段, 方案一、二运行速度计算段落划分如表3、表4所示, 在计算条件约定和路段划分完成后, 就可进行运行速度计算。
3.5 计算结果及分析
本文应用纬地公路路线安全性分析系统, 对方案一、二进行大货车正向运行速度计算, 计算结果分别如表3、表4所示。
如表3所示, 方案一中大货车由坡底至坡顶, 运行速度随行驶距离的增加而减小, 速度由55km/h逐渐降至24.62km/h。在缓和坡段上, 虽然运行速度降低幅度变小, 但从整个爬坡过程看, 长陡纵坡间设置缓和坡段对大货车的爬坡能力提升作用有限。表4反映了方案二中大货车由坡底至坡顶, 运行速度的变化情况。在L1~L4段, 运行速度随行驶距离增加而减小;在L7段, 运行速度随行驶距离增加而升高。与方案一对照, 方案二在长陡坡中间取消设置缓和坡段, 纵坡在L1~L4段, 车速由55km/h降至23.31km/h, 降低幅度较方案一略大。到L7段, 速度开始升高, 由23.31km/h升至72.89km/h, 大货车在长陡纵坡后段爬坡能力明显提升。
对于长陡纵坡线形组合设计, 两种方案均无对错之分, 它们只是代表两种不同的设计理念。通过运行速度的计算表明:方案一对大货车爬坡能力的提升作用较为有限, 而方案二在长陡纵坡前段, 大货车爬坡能力虽略有降低, 但后段爬坡能力却有显著提升。在整个爬坡过程中, 方案二对大货车爬坡能力的提升作用更加显著。从这个角度讲, 《标准》14版取消关于长陡纵坡中间设置缓和坡段的规定是合理的, 这更加符合实际, 同时赋予了设计者更大的设计空间。
4 结论
本文将长陡纵坡线形组合设计理念分为两种, 一是长陡纵坡中间设置缓和坡段, 形成陡缓相间的线形组合;二是长陡纵坡中间不需刻意设置缓和坡段, 形成陡缓坡不规律分布的线形组合。通过对两种设计理念下的长陡纵坡线形组合方案进行大货车运行速度计算, 笔者认为长陡纵坡中间设置缓和坡段, 对大货车爬坡能力的提升作用较为有限。若在长陡纵坡中间取消缓和坡段, 虽然在局部段落会降低大货车的爬坡能力, 但在整个长陡纵坡上, 会显著改善大货车的爬坡能力。
参考文献
[1]中华人民共和国交通部.JTG B01-2006公路工程技术标准[S].北京:人民交通出版社, 2006.
互通立交匝道鼻端纵坡计算新方法 篇4
在互通立交设计过程中,需要进行大量的匝道鼻端高程、纵坡计算,尤其是枢纽互通立交计算量非常大,其中包括主线与匝道连接的鼻端计算,以及匝道与匝道连接的鼻端计算。匝道鼻端高程和鼻端纵坡的计算对互通立交设计起到很重要的作用,因为,在互通立交匝道纵断面设计过程中,首先,就需要对该匝道的起、终点鼻端的高程和纵坡进行计算。而一般来说,匝道鼻端高程的计算较为简单,而匝道鼻端纵坡的计算则较为复杂。为方便叙述,本文仅对主线与匝道连接的鼻端进行论述,而匝道与匝道连接的鼻端计算方法与其完全相同。
由于在匝道鼻端位置,其线位与相连的主线线位一般存在夹角,故在该位置的匝道纵坡受到其相连的主线纵坡、横坡、夹角影响,见图1,故匝道鼻端纵坡需进行计算,而不是简单的与相连的主线纵坡相等。
目前,设计人员主要采用的是传统的匝道鼻端纵坡计算方法(以下称作“5 m纵坡推算法”),其计算较为繁琐,且在互通立交需进行修改时其重复计算工作量也非常大。为使鼻端纵坡的计算过程更简易,在对应互通立交修改时也更便捷,通过对互通立交匝道鼻端位置的三维模型进行分析,提出匝道鼻端纵坡计算新方法(以下称作“瞬时纵坡计算法”),并应用多个项目的实际设计中。
2 匝道鼻端纵坡传统计算方法(“5 m纵坡推算法”)
“5 m纵坡推算法”顾名思义就是用5 m的距离来推算匝道鼻端纵坡,由于主线横坡有两种类型,故以下也分两种类型进行介绍:
1)鼻端处主线与匝道为同一横坡的情况(一般指匝道接在主线的曲线内侧或接在主线的直线段)。
图2中h1和h2分别是鼻端位置的主线线位高程和匝道线位高程,h3和h4分别是主线向鼻端反方向桩号后退5 m位置的主线线位高程和匝道线位高程,ih是主线横坡,L为以上说的两个位置对应的匝道线位间距。这里值得注意的是由于主线与匝道一般存在夹角,故L并不等于5 m,而是比5 m略大。
计算步骤如下:①在互通立交平面图中查出h1位置对应的主线桩号和主线高程;②在互通立交平面图中查出h3位置对应的主线桩号和主线高程;③分别对应h1位置和h3位置做主线线位的法线,则分别与匝道线位交于h2和h4位置;④量出h1位置与h2位置的距离L1,根据主线横坡计算出h2=h1+L1×ih;⑤量出h3位置与h4位置的距离L2,根据主线横坡计算出h4=h3+L2×ih; ⑥量出h2与h4之间的距离L,最后,计算出匝道纵坡i=(h2-h4)/L。
2)鼻端处主线与匝道为不同横坡的情况(一般指匝道接在主线的曲线外侧,即存在路拱线)。
图3中h1和h2分别是鼻端位置的主线线位高程和匝道线位高程,h3和h4分别是主线向鼻端反方向桩号后退5 m位置的主线线位高程和匝道线位高程,ih1是路拱线一侧的主线横坡,ih2是路拱线另一侧的匝道横坡,L是以上说的两个位置对应的匝道线位间距。
计算步骤如下:①在互通立交平面图中查出h1位置对应的主线桩号和主线高程;②在互通立交平面图中查出h3位置对应的主线桩号和主线高程;③分别对应h1位置和h3位置做主线线位的法线,则分别与匝道线位交于h2和h4位置;④分别量出h1位置、h2位置与路拱线的距离L1和L2,根据主线横坡计算出h2=h1+L1×ih1+L2×ih2;⑤分别量出h3位置、h4位置与路拱线的距离L3和L4,根据主线横坡计算出h4=h3+L3×ih1+L4×ih2;⑥量出h2与h4之间的距离L,最后计算出匝道纵坡i=(h2-h4)/L。
由此可见,该计算方法虽然逻辑上较简单,但计算过程较为繁琐,需查询大量的高程、距离、横坡并进行组合计算,且一旦主线纵坡进行修改时,匝道鼻端纵坡则需进行重复繁琐计算。
3 匝道鼻端纵坡计算新方法(“瞬时纵坡计算法”)
“瞬时纵坡计算法”是根据主线纵坡、主线横坡、主线线位与匝道线位夹角、匝道横坡这4个要素进行计算匝道鼻端纵坡,而并不需要进行高程和距离的查询计算,大大简化了计算工作量,其计算原理分析如下,同样分两种类型进行分析:
3.1鼻端处主线与匝道为同一横坡的情况
1)对于分流情况。 见图4,A点为匝道分流鼻处的纵坡计算点,AB为主线线位方向,AC为匝道线位方向,AD为主线横坡方向,即AD垂直于AB。a为在分流鼻处匝道线位与主线线位的夹角(一般用鼻端的两条法线可量得)。i1为主线此点纵坡,i2为主线此点横坡,都为代数值(即本身带有正负号)。
令A点高程为H,AB=L,并假定主线和匝道的桩号方向相同,注:由于计算瞬时纵坡,故L为趋向于无穷小的数。则BC=L×tg a,AC=L/cos a;B点高程为H+L×i1,C点高程=H+L×i1+ BC×i2= H+L×i1+ L×tg a×i2.
则匝道纵坡i=(C点高程-A点高程)/AC= (H+L×i1+ L×tg a×i2-H)/( L/cos a).
化简得i=cos a×i1+sin a×i2.
2)对于合流情况,见图5。 计算方法与分流情况类似,得出
综和分流和合流情况,并考虑主线和匝道的桩号方向,可得出以下通用公式
式中:i为所求匝道鼻端纵坡,i1为对应主线纵坡,i2为对应主线横坡,a为鼻端处的主线法线和匝道法线的交角,当匝道前进方向与主线前进方向相同时,k1=1,反之k1=-1;分流时,k2=1,合流时,k2=-1。
3.2鼻端处主线与匝道为不同横坡的情况
主线与匝道不同横坡时,其计算过程也跟上述类似,只是需增加考虑匝道横坡的因素,见图6示意,计算结果为
式中:i为所求匝道鼻端纵坡,i1为对应主线纵坡,i2为对应主线横坡,i3为对应匝道横坡,a为鼻端处的主线法线和匝道法线的交角,当匝道前进方向与主线前进方向相同时,k1=1,反之k1=-1;分流时,k2=1,合流时,k2=-1。
4 计算实例
通过一个计算实例来对匝道鼻端纵坡计算新、旧方法进行对比验证。
图7为负责设计的一个枢纽立交平面图,现对其E匝道终点鼻端纵坡进行计算,即E匝道与与主线的合流位置,图8为细部示意图。
1)采用“5 m纵坡推算法”。
该位置属于主线与匝道横坡相同情况,按图2的示意进行计算如下:
h1对应的主线桩号为K1+562.503,主线高程为19.419 m,横坡为-2%; h3对应的主线桩号为K1+557.503,主线高程为19.541 m,横坡为-2%; L1为17.288 m,h2=19.419-17.288×0.02=19.073 m; L2为18.262 m,h4=19.541-18.262×0.02=19.176 m; L=5.094 m; 得出结果i=(19.073-19.176)/5.094=-2.02%。
2)采用“瞬时纵坡计算法”。
直接查出主线纵坡i1=-2.408%,主线横坡i2=-2%;法线交角为0.182 2弧度;由于主线前进方向与匝道前进方向一致,故K1=1;由于是合流,故K2=-1。
计算结果为
可见,新方法计算既简便又精确(由于是瞬时纵坡,故比5 m推算法计算的结果更为精确)。
5 结束语
在互通立交设计过程中,需要进行大量的匝道鼻端纵坡计算,而传统计算方法较为繁琐,本文提出的“瞬时纵坡计算法”的计算过程非常简单,计算结果也更为精确,且经过大量实际应用验证,适合推广使用。在实际应用过程中,建议用Excel表进行列表计算,既能快速计算,又便于复核及修改。
参考文献
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[7]徐家钰、程家驹.道路工程(第二版)[M].上海:同济大学出版社,2006.
道路纵坡 篇5
本工程实际实施桩号为:
沪杭向:K65+000-K88+750、K90+410-K99+307、K133+130-K143+280、K153+195-K160+700;
杭沪向:K65+000-K143+480、K153+195-K160+700。
本工程罩面结构设计如下:
单层罩面:4cmSMA-13改性沥青砼;
双层补强:4cmSMA-13改性沥青砼+6cmSUPER-20改性沥青砼。
1 技术质监科工作范围介绍
试验检测中心技术质监科根据公司要求, 在工程开始后就介入工程质量的监督工作, 本着“事前监督、事中控制、事后跟踪”的指导思想, 贯穿于整个工程, 在监督工作中抓住重点, 不放过细节和难点。所谓事前监督, 就是在工程开始时就对原材料、设备、技术人员等方面进行检查, 是否按照合同要求执行;事中控制, 就是在工程施工过程中, 抓好对沥青混合料的生产、运输、摊铺、压实和现场文明施工等按照施工技术要求进行动态有效地控制;事后跟踪, 就是对整个工程的质量进行跟踪观测, 特别是对采用新材料、新工艺、新技术的路段进行重点跟踪, 对运用效果较好的向公司建议予以推广。
2 工程重点及难点
技术质监科在沪杭路面纵坡调整工程中根据试图设计图的要求, 主要抓住路面纵横坡的高程控制、三车道拼接缝的处理、桥面处理和罩面补强措施等技术重点进行监督控制, 具体情况如下:
2.1 纵横坡的高程控制
沪杭路面纵坡调整工程的重点就是改善路面的纵向和横向坡度, 提高整体线形的美观度和舒适性, 因此, 对纵坡和横坡的控制也致关重要。在工程监督中, 我们加强对施工单位和监理单位测量技术人员的检查, 要求以过硬的测量技术和认真的工作态度对待之, 在平时的工作例会中就不断强调, 尽可能克服因原地面不平的因素而导致最后罩面效果较差的影响。
2.2 三车道拼接缝处理
拓宽新老路拼接, 拼接部两侧不可避免地存在密实性差异, 加上沉降因素, 拼接处纵向裂缝逐年发展。根据调查取芯等分析, 沪杭高速拼接部病害主要表现为拼宽侧轮迹带附近沉陷或产生连续的纵向裂缝, 分析原因为:拼接部新老基层拼接不好或拼宽施工压实不足造成拼接部强度不足, 重车轮载作用下发生结构变形并开裂。为减少和缓解裂缝发生, 本工程采用铣刨回填改性沥青砼, 结合抗裂贴等技术处理。在拼接缝的病害处理中, 我们根据路面现实的具体情况要求进行彻底的处理, 尽可能不留隐患,
2.3 桥面处理
为彻底修复桥面铺装的裂缝、龟裂、坑槽、坑洞等病害, 本工程对大部分桥梁两端的路面进行了重新施工, 从施工的连续性以及施工后桥面和路面的颜色一致性车发出发, 本工程中所有桥梁的既有沥青混凝土铺装均全部铣刨干净, 并重新进行了施工, 同时增设防水粘结层, 从而提高桥面铺装施工寿命。
施工时, 先将既有的沥青混凝土铣刨干净, 然后对既有的混凝土铺装层表面进行严格的凿毛处理, 施工防水粘结层, 最后重新铺设沥青混凝土桥面铺装。根据平时的施工监督发现的问题, 在大桥桥面防水层施工中, 热沥青和热石料洒铺的均匀性是较难控制的, 除机械化洒铺外, 对局部较难控制区域必须辅以人工加强处理, 才能确保整体效果, 根据我们的经验, 若桥面防水层施工控制较好, 对桥面的防水效果是很好的, 最后的质量好坏有待进一步观察。
2.4 罩面补强措施
由于交通量在车道上分配不均, 二、三车道重载车、超载车比例明显高于高于一、四车道, 实际轴次远高于设计。按设计弯沉作为设计指标时, 由于各车道轴次分布的不均, 在理论上各车道所需的理论加铺厚度是不同的。沪杭高速, 由于车道较多, 部分车道轴载特别大, 按传统方法控制往往造成加铺厚度特别大, 照价高昂。
3 沥青路面施工注意事项
在日常现场施工中, 我们注重施工工艺的控制, 特别注重对沥青混合料的温度控制和压实度控制。
3.1 沥青砼中、下面层 (调平层) 的施工
沥青砼面层各层间的粘层采用智能型沥青洒布车喷洒, 喷洒的粘层油必须成均匀雾状, 洒布速度和喷油量保持稳定, 在路面全宽度范围内均匀成一薄层。粘层沥青在当天洒布, 待乳化沥青破乳、水分蒸发完成, 紧跟着铺筑沥青层, 确保粘层不受污染。
(1) 施工准备
a.沥青路面施工前, 对基层进行检查, 当质量符合要求时, 方可开始施工。
b.铺筑前, 对基面进行彻底清理, 清除纹槽内泥土杂物, 风干后均匀喷洒粘层沥青, 粘层沥青喷洒后进行交通管制, 禁止任何车辆通行和人员踩踏, 不粘车轮时才可摊铺。
(2) 沥青混合料的拌制
严格掌握沥青和集料的加热温度以及沥青混合料的出厂温度。集料温度应比沥青温度高10℃-15℃, 热混合料成品在贮料仓存储后, 其温度下降不应超过10℃。拌合厂拌制的混合料应均匀一致, 无花白料、无结团块或严重的粗细料分离现象, 不符合要求不得使用。
(3) 沥青混合料的运输
沥青混合料运输车的运量较拌合能力和摊铺速度有所富余, 运料车有良好的篷布覆盖措施, 卸料过程中继续覆盖篷布直至卸料结束后取走篷布, 以此保温或避免污染环境。
(4) 沥青混合料的摊铺和碾压成型
连续稳定的摊铺是提高路面平整度的最主要措施, 摊铺机的速度根据拌和机的产量、施工机械配套情况及摊铺厚度、宽度等予以调整并满足规范要求, 做到缓慢、均匀、不间断地摊铺。用机械摊铺的混合料未压实前, 施工人员不得踩踏。为保证平整度和压实度, 初压在混合料不产生推移、开裂等情况下尽量在较高温度下进行。初压严禁使用轮胎压路机, 以确保面层横向平整度。在石料易于压碎的情况下, 原则上钢轮压路机不开振, 以轮胎压路机碾压为主。在当天碾压的尚未冷却的沥青混凝土层面上, 不得停放压路机或其他车辆, 以防止矿料、油料和杂物散落在理清层面上。压实完成路面温度小于规定后方能允许施工车辆通行。
本工程纵向施工缝采用斜接缝, 上下层纵缝应错开15cm以上, 横向施工缝全部采用平接缝。
3.2 沥青砼上面层的施工
改性沥青上面层采用SMA-13施工, 压实是一道关键工序, 要在试铺段试铺过程中, 通过试压获得所要求压实度而制定适宜压实工艺与压实程序:明确具体的碾压时间, 压实顺序, 碾压温度, 碾压速度, 静压与振压最佳遍数, 压路机类型组合, 压路机型号与吨位, 压路机振幅、频率与行走速度的组合等。
严格掌握改性沥青和集料的加热温度以及改性沥青SMA-13的出厂温度, 确保运输、摊铺及压实的有序衔接。
3.3 聚酯玻纤布施工
将铺设范围及两侧1.5米范围内清扫干净, 无尘土、砂浆、油污、泥土块等杂物, 洒改性乳化沥青, 采用沥青洒布车均匀洒布。然后进行玻纤布铺设, 搭接宽度为15cm, 搭接方向应与行车方向一致。铺设保证玻纤布没有皱褶, 在皱褶簇用刀划开, 铺平即可。铺设好后采用钢轮压路机压一遍即可。自卸汽车严禁在玻纤布上停车。在振动压路机碾压玻纤布上的沥青砼时, 如果在玻纤布一侧沥青混合料产生拥抱, 用振动压路机横向振压, 及时消除拥包。
摘要：沪杭甬高速公路是全国公路网12条国道主干线中上海至瑞丽公路中的起始路段, 也是浙江省干线公路网“两纵两横十连一绕二通道”规划中的重要组成部分。沪杭高速公路枫泾至大井段路面调整工程位于沪杭甬高速公路嘉兴市及杭州余杭区境内, 起点位于浙沪交界处枫泾镇南侧, 终点位于杭州绕城高速与沪杭高速交叉处的大井枢纽。本项目的实施是拓宽工程的延续和补充, 进一步改善沪杭高速的纵面线形, 提高路用性能, 延长道路使用寿命, 改善行车条件, 进一步提高服务水平, 促进地区经济发展的需要。
关键词：沥青,施工
参考文献
道路纵坡 篇6
关键词：高速公路,长大纵坡,运行速度,制动器温度阀值
由于山区地形条件复杂, 在路线设计过程中不可避免需采用长大纵坡, 而此路段往往是交通事故的高发点, 如何才能预防并降低交通事故发生率, 最大限度地保障驾驶员的行车安全, 综合考虑人、车、路之间的相互关系, 营造一个良好的山区高速公路运行服务环境[1]。在长大纵坡路段如果纵坡过长, 则容易出现上坡追尾, 降低道路通行能力的问题;若纵坡坡度过大, 则会导致车辆上坡时水箱开锅、发动机熄火, 下坡时出现制动失灵等行车安全问题。因此长大纵坡安全的设计及评价是当今公路安全研究的重点问题[2]。
本文结合实体工程, 进行山区高速公路长大纵坡路段线形设计, 并采用运行速度与制动器温度阀值进行安全评价, 为以后的工程设计提供参考。
1 长大纵坡的界定
长大纵坡的界定包括最大坡长和最大纵坡两个方面。目前国内外主要存在基于车辆爬坡性能、车辆行驶特性、刹车升温模型、驾驶感知心理分析几个方面进行长大纵坡的界定, 从而实现山区高速公路安全、舒适、经济与环保的路线设计理念。
本文参考《公路工程技术标准》JTG B01-2003[3]及《公路路线设计规范》JTG D20-2006[4]中的相关规定:对于连续上坡或下坡路段的越岭公路, 当相对高差在200~500m之间时, 平均纵坡不得超过5.5%;若相对高差超过500m, 那么平均纵坡不得超过5.0%;同时任意连续3km路段的平均纵坡不得超过5.5%。同时综合考虑车辆的动力特性及制动安全特性、公路通行能力、交通事故率以及油耗等多方面的影响因素, 提出山区高速公路长大纵坡的界定标准见表1。
对于山区高速公路长大纵坡路段, 任意连续3km的平均纵坡不能超过4.0%;当相对高差超过300m时, 平均纵坡宜控制在2.5%之内。
2 长大纵坡路段设计要点
在进行公路路线设计时, 需综合考虑路线的平纵横组合设计, 尽量避免采用长大纵坡路段;特殊情况下无法避免时, 需进行特殊设计, 尽量减小长大纵坡对行车安全的影响。
(1) 对于越岭高速公路宜采用隧道穿越、架桥跨过的设计方案, 尽可能降低两个控制点的高差;条件允许情况下可进行展线, 增加路线长度, 降低纵坡坡度。
(2) 充分考虑我国靠右行驶的行车特点, 进行下山路线布设时, 应尽可能使路线右侧靠山, 以便避险车道的设置。
(3) 当采用分离式路基布设越岭路线时, 对于上坡路线应尽可能采用较高的平纵组合设计指标, 避免造成驾驶员由于线形因素而减速;对于下坡路段, 在满足规范要求的条件下宜采用较低的平面设计指标, 从而迫使驾驶员主动减速, 降低交通事故率。
(4) 长大纵坡的起点附近宜采用低水平的平面线形指标;终点则应尽可能采用高水平的平纵组合设计指标。
(5) 在保证平均纵坡的条件下, 纵坡起点路段宜采用较小的纵坡, 从而延长车辆达到临界速度的时间与距离, 防止刹车过长、制动器温度过高而导致制动失灵的安全事故。
(6) 充分考虑车辆的行驶特性, 下坡路段宜布设坡度较大的纵坡, 提高驾驶员刹车、制动的警惕性;上坡路段则应布设坡度较小的缓坡甚至反坡, 缓解重车上坡的动力性能, 避免出现水箱开锅、发动机熄火的安全事故。
(7) 除了设计合理的平纵组合线形之外, 还应根据路线沿线的地形地貌, 采用合适的安全防护措施:增设线形诱导标志, 改善视距;增设限速标志及减速带;增设避险车道、爬坡车道以及降温池等。
3 工程实例
3.1 工程概况
结合某高速公路长大纵坡路段, 对长大纵坡路段的纵坡的设计进行详细介绍。该路段存在长约8.25km (K16+500~K24+750) 的连续下坡, 且连续下坡中存在两个隧道, 其中1号隧道长2.8km, 2号隧道长2.1km。该路段的主要设计指标见表2。
3.2 竖曲线设计
高速公路长大纵坡的组合设计方案主要包括单一纵坡式、上陡下缓式、上缓下陡式、陡缓陡式和缓陡缓式。进行竖曲线设计时应充分考虑车辆性能、驾驶员素质以及道路环境等因素, 选择合理的组合设计方案。本路段竖曲线设计结果见表3。
从表3可以看出, 本路段采用的路线设计方案中平均纵坡约-2.89%, 最大纵坡-3.25%, 最大纵坡对应坡长为800m, 满足规范要求;不存在任意连续3km的平均纵坡超过4.0%;该路段高差为255.71m, 满足高差超过300m, 平均纵坡不超过2.5%的要求。
4 长大纵坡安全评价
4.1 基于运行速度的安全评价
运行速度 (V85) 指的是干净、潮湿条件下, 一定里程路段范围内, 85%的驾驶员驾车行驶不会超过的速度, 一般可以通过现场调研收集获取大量运行速度后, 利用速度累计分布曲线图获取。路线线形设计与安全评价中明确规定运行速度V85与设计速度V之间的差值不得超过20km/h;而且要求相邻路段的线形指标具有良好的连续性, 当运行速度梯度低于10km/h/100m时, 则认为路线线形具有良好的连续性;若不符合上述要求则应进行平纵面线形的调整。
研究表明:当设计速度在60~80km/h之间时, 小客车的运行速度要比设计速度高15~20km/h;而当设计速度为100~120km/h时, 小客车的运行速度与设计速度相当, 但货车的运行速度则要低20km/h左右。山区高速公路存在大量的长大纵坡、小半径平曲线等危险路段, 因此, 需要采用运行速度进行路线的安全评价, 并提出合理的改善措施。由于本路段为长大纵坡路段, 因此仅对货车的运行速度进行预测及评价。根据安全性评价指南中运行速度计算模型和路段的划分情况, 采用EICAD软件分车型和行驶方向进行运行速度模拟检验, 结果见表4和表5。
根据规范设计要求:对于设计速度为80km/h的双向四车道高速公路, 当载重汽车的运行速度小于50km/h;或者存在3km连续上坡, 平均纵坡大于4%的路段时, 宜在上坡路段右侧增设爬坡车道。从表4可以看出, 该路段右幅上坡时货车的运行速度在60~70km/h, 且连续3km上坡路段的平均纵坡不超过4%, 因此不需要增设爬坡车道。
从表4和表5可以看出, 仅在K22+350~K22+540.786间下坡曲线段落的运行速度为59.54km/h, 其余上坡与下坡段落, 货车的运行速度均维持在60~70km/h, 满足设计速度与运营速度之差不超过20km/h的要求;运行速度梯度均低于6km/h/100m, 满足不超过10km/h/100m的要求。因此, 该长大纵坡路段路线线形具有良好的连续性。
4.2 基于制动器温度阈值的安全评价
车辆制动器性能实验研究表明:在制动器温度低于200℃条件下, 其制动力不会出现明显衰减现象;而当温度达到260℃时, 制动力则会急剧下降, 其制动效果仅为正常温度时的30%左右;当温度超过400℃时, 则会丧失制动效果。因此, 通常取260℃作为连续下坡路段货车安全运行状态的制动器温度阈值。根据工程应用经验, 本文在此采用行业内较为常用的长大下坡货车制动器温度预测模型GSRS模型如式 (1) [5]所示, 进行该路段货车制动器温度的预估。
其中:K1=h Ac/mBC;K2=1/h Ac
H—V的函数;
T∞—环境空气温度;
T0—制动器初始温度;
Ac—制动器的有效热传导面积;
mB—制动系统的有效热质量;
C—制动系统的热容量;
W—货车总质量;
θ—长大纵坡坡度;
x—距坡顶距离;
V—货车下坡的平均速度;
GTi—i档对应的传动比。
由于该路段下坡时载重货车的运行速度维持在60~70km/h间, 因此采用60km/h和70km/h两个速度进行制动器温度的预估, 结果见表6。
从表6可以看出, 载重货车到达坡底时, 60km/h和70km/h运行速度所对应的制动器温度依次为223℃和249℃, 均没有超过260℃的温度阀值。但当运行速度达到70km/h时, 温度差11℃就达到制动器的温度阀值, 因此综合考虑运行速度及制动器安全评价结果, 需将该路段的运行速度控制在70km/h之内, 建议在下坡起点设置70km/h的限速标志, 并进行全程测速。
5 结语
本文综合车辆爬坡性能、车辆行驶特性、刹车升温模型、驾驶感知心理等方面因素推荐了适合该路段的山区高速公路长大纵坡界定标准;提出了长大纵坡路段的设计要点;对高差为255.71m、长度为8.25km的连续长大纵坡进行设计, 最终采用平均纵坡为-2.89%, 最大纵坡为-3.25%;基于运行速度的安全评价结果表明, 该路段的运行速度与设计速度之差低于20km/h, 运行速度梯度均低于6km/h/100m, 说明线形具有良好的连续性;基于制动器温度阈值的安全评价表明, 当运行速度达到70km/h时, 制动器的温度高达249℃, 建议该路段限速70km/h。
参考文献
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