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交流學(xué)習(xí):高速公路項(xiàng)目橫坡論證

發(fā)布時(shí)間:2022-07-25 09:56:09 瀏覽次數(shù):504次

作者:信息部 甘瑞雪


在孟加拉國吉大港地區(qū)一高速公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)中,國際監(jiān)理對設(shè)計(jì)采用路拱橫坡2%提出質(zhì)疑,對方認(rèn)為吉大港市的年降雨量極大,在過去的23年中,它呈現(xiàn)周期性的波動。******降雨量接近5000mm/年,最小降雨量大約2000mm/年(2010年)。此外,每一年的吉大港的月平均降水量都有超過半年多于200mm (從五月到十月)。******降雨量出現(xiàn)七月,幾乎高達(dá)800mm。鑒于長久的高降雨量,路拱橫坡應(yīng)加大以滿足排水要求,簽于此我方對公路項(xiàng)目橫坡的選擇進(jìn)行分析。

道路路拱和模坡的確定對行車舒適性、排水都有著直接的影響,對道路使用品質(zhì)起著至關(guān)重要的作用。不同的路面材料和路面等級根據(jù)行車安全以及道路使用全壽命周期規(guī)定了不同的橫坡。高級、次高級路面一般采用較小的橫坡,中級和低級路面則采用較大的模坡。地區(qū)、氣候、行車速度、交通量和車重等因素對路拱和橫坡的選定也有直接影響。


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綜合來講公路橫坡的設(shè)置不僅需要考慮路面排水的順暢,而且還需考慮到路面結(jié)構(gòu)安全、疲勞破壞壽命和行車舒適度的影響。

一、路拱橫坡對道路使用的影響因素

路拱和橫坡的確定主要應(yīng)滿足下面二個(gè)要求:

1)汽車的正常行駛

路面設(shè)置路拱有利于路面橫向排水,但對行車不利,路拱橫坡的存在對車轍深度會有一定的影響。汽車因路供橫坡產(chǎn)生的水平分力對路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不利,同時(shí)也給乘客以及駕駛者造成不適感覺。

為探明橫坡影響下車轍深度的不同,現(xiàn)采用ANSYS有限元軟件對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力狀態(tài)模擬計(jì)算,有限元分析基本假設(shè)為:各結(jié)構(gòu)層為均勻、連續(xù),各向同性的彈性體;土基底層全約束,路面結(jié)構(gòu)四周自由;各個(gè)結(jié)構(gòu)層之間為完全連續(xù)狀態(tài)。瀝青混凝土面層平面尺寸擬定為10mX5m;半剛性基層及底基層平面尺寸與面層相同,厚度分別34cm20cm;路基平面尺寸擬定為14mX7m。計(jì)算荷載采用雙圓均布荷載BZZ- 100, 輪胎壓力為0.7MPa。

對路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算參數(shù)包括路表的壓應(yīng)變、中面層壓應(yīng)變、路表橫向拉應(yīng)變。其中前兩個(gè)多數(shù)與車轍相關(guān),路表橫向拉應(yīng)變與路表縱向裂縫有關(guān)聯(lián)。

計(jì)算結(jié)果顯示,路面橫坡及橫坡影響下車輛和貨物整體的重心向外側(cè)偏移對路而車轍的影響顯著。行車道外側(cè)的車轍深度大于內(nèi)側(cè)車轍深度這一現(xiàn)象隨橫坡坡度加大而更為顯著。

 在路拱橫坡存在的情況下,車輛產(chǎn)生偏心行駛,路面荷載也會不均勻,導(dǎo)致行車道外側(cè)車轍更早的出現(xiàn)疲勞開裂。橫坡越大,相同受力情況下路表彎沉值、拉應(yīng)力及剪應(yīng)力均會增大,導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞開裂越明顯。

2)路表降水排除

路表橫向坡度和路拱的設(shè)置使路表降水迅速排泄,不致影響交通,且減少降水過多的從面層滲透到路面下層或從路肩滲透浸濕路基。降落在路面上的雨水,首先有部分滲透到路面,然后逐漸形成路面表層水膜并流動。這個(gè)由開始降雨到形成路面表面徑流的過程很短。降雨強(qiáng)度對雨滴在路面上的流動速度基本沒有影響,因此在計(jì)算中可以不考慮降雨強(qiáng)度影響因子。雨水將沿路面的橫坡及縱坡的合成坡度運(yùn)動,自中央分隔帶邊緣至土路肩邊緣所需的匯流歷時(shí): t=1. 445* (m1Ls1/i10.50) 0.467。說明雨滴的匯流歷時(shí)主要與路面的粘滯力(路面的粗精系數(shù)決定)、路面寬度、坡度等路而的固有性質(zhì)有關(guān),計(jì)算模型分析可知,路拱橫坡是影響降水排除速率的一個(gè)因素,顯然橫坡越大,降水排除速率越快。

公路設(shè)計(jì)時(shí)考慮到橫向排水自然是路拱模坡越大越好,但拱度過大不僅會使路面出現(xiàn)疲勞開裂破壞更明顯,還會給行車安全帶來威脅。在路拱橫坡存在的情況下,車輛處于偏心行駛,駕駛?cè)藛T在高速駕駛車輛時(shí)會發(fā)現(xiàn),車輛容易產(chǎn)生漂移現(xiàn)象,特別是在下雨天,當(dāng)?shù)孛婺Σ料禂?shù)減小后會更加明顯。橫坡越大,路面出現(xiàn)病害就越顯著,行車舒適度差。

二、各國規(guī)范對路面橫坡的規(guī)定

通過對中國、歐美以及其他地區(qū)路拱橫坡的取值分析.發(fā)現(xiàn)絕大部分地區(qū)路拱橫坡均采用2%,部分規(guī)范明確規(guī)定橫坡同時(shí)受路面材料限制。碎石路面則需采用較大模坡,但均不超過3%。

三、規(guī)范中關(guān)于橫坡取值影響因素

為滿足道路表面排水要求,使路表降水及時(shí)排除,道路表面(路面和路肩)應(yīng)具有一定的橫坡。除了在設(shè)置超高的彎道上,路面和路肩應(yīng)按所需超高度做成外側(cè)高內(nèi)側(cè)低的單向橫坡外,直線路段都做成中間高、兩側(cè)低的路拱。路拱坡度的確定應(yīng)綜合考慮下列幾個(gè)因素

1)橫向排水:路面非水與結(jié)構(gòu)類型和氣候條件有關(guān)。干早地區(qū)可取低值,多雨地區(qū)宜取高值。

2)道路合成坡度:綜合考慮道路縱坡、橫坡影響,避免出現(xiàn)過大的合成坡度給行車帶來不利影響。

3)車道寬度:路拱各點(diǎn)高差太大影響道路美觀,在保證快速排水的前提下道路越寬模坡坡度應(yīng)選擇得越平緩。

4)行車速度:交通量大和車速高的道路橫坡不宜過高,避免車輛緊急制動時(shí)產(chǎn)生橫向滑動。減輕超車時(shí)橫向傾斜的影響。

鑒于以分析,路拱橫坡應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目所在位置成功工程經(jīng)驗(yàn)同時(shí)考慮排水、路面結(jié)構(gòu)使用壽命及行車舒適性之后得到的一個(gè)最科學(xué)合理的取值。而該孟加拉公路項(xiàng)目為瀝青路面,雙向六車道,當(dāng)?shù)匾呀r青道路,排水狀況良好,橫坡為1.5~2.0%,故2%的路拱橫坡能滿足當(dāng)?shù)嘏潘暗缆钒踩蟮摹?/span>