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  • 华体会体育全站app:中法沥青路面结构设计实例对比浅析
  • 发布时间:2022-09-25 07:27:38  来源:华体会体育全站app  作者:华体会网页登录入口 点击数量:11
  •   为探究中法沥青路面设计的差异性,以多哥共和国Agou-Notse公路项目为例,分别基于中法现行公路沥青路面设计规范,应用ALIZE-LCPC软件和好路网程序,对两国设计理论及指标、设计参数以及计算方法等进行了对比分析。结果发现:法国沥青路面设计规范主要考虑的指标为沥青层底的拉应变和土基顶面的压应变,而中国规范使用路表弯沉与层底拉应力作为验算指标;其次,在相同交通量条件下,按法国规范设计得到的路面厚度比中国规范厚13cm。本文通过对中法沥青路面设计规范的差异进行实例分析,为中国工作者在国外工程项目中提供参考和借鉴。

      随着我国“一带一路”合作倡议的提出,中国企业参与国外公路项目日益增多。尤其是非洲较多国家广泛采用法国规范,因此,有必要对中法设计规范的设计理论、方法和参数有一个全面、准确和清晰的把握[1]。目前,一些科研工作者已对中法沥青路面设计规范的差异进行了相关研究[2-4]。李刚等[5-6]针对法国规范中路基路面组成、土方整平等级、垫层设计及路基等级,法国常用沥青路面结构与土方、垫层及路面综合设计方法进行了研究,并进行了示例分析。边旭辉[7]结合阿尔及利亚东西高速公路标段路面结构设计,系统地介绍了法国规范下沥青混路面的设计思路、路面结构体系特点及路面结构尺寸计算方法。刘军勇等[3]以东西速公路W7标段沥青路面设计详细介绍了法国标准的高速公路沥青路面结构设计理论和方法与法国标准高速公路沥青路面设计过程中重车交通量、计算风险等参数的确定。总体而言,关于中法沥青路面设计规范的对比研究中,在系统性以及计算方法等方面还存在很多不足,如中法规范对西非部国家路面结构体系、路面结构组合与选择方法研究较少。因此,本文通过多哥Agou-Notse公路项目,介绍了法国标准沥青路面设计过程中重车交通量、结构层计算参数取值、路面结构计算和方案的确定,并详细论述了中国规范(水平三)和法国规范在沥青路面设计方法中的异同点,为深入研究法国规范以及中国规范的差异性提供参考与借鉴。

      Agou-Notse公路位于多哥共和国西部地区,该地区年平均气温沿海地区为27℃,年平均降雨量为764mm[8]。

      本项目为一级公路,总长约50.9km,双向两车道,其交通量年平均增长率为7%,采用柔性基层沥青路面结构。根据该地区交通量调查数据分析,得到交通组成状况如表1所示。

      法国路面结构规范NFP98—086(2011)[9]将道路分为结构性路网道路(VRS)(设计使用寿命30年)和非结构性路网道路(VRNS)(设计使用寿命20年)两部分。本项目的设计依据为《路面结构的概念和尺寸设计1994LCPC—SETRA技术指南》[10]与《CEBTP热带地区的路面结构设计实用指南》[11]。按照公路定位要求,该公路为非结构性路网道路(VRNS),等效温度采用30℃。

      根据法国路面结构规范NFP98—086(2019)[9],年平均日交通量按式(1)计算。MJA=T(1+i)n-1(1)式中,MJA为年平均日交通量;T为第1年每日平均交通量,T=356PL;i为重型交通年线性增长率,%;n为路面初始设计年限或投入使用年与研究年份之间的差额,本项目取n=2。根据CEBTP1984指南规定[11]交通量等级。TCi20或30=365×T×C(2)NE=TCi×CAM(3)式中,T为重车行车道平均日交通量(MJA);C为设计年限交通量年增长率,C=d+t×d×(d-1)/2;d为路面初始设计年限;t为重型交通年线性增长率,%;CAM为平均侵害系数。设计年限内累计重车交通量计算NE:NE=365×CAM×MJA×(1+i)n-1i(4)根据CEBTP1984指南[11]交通量等级,4×106<NE=5.70×106<5×107,表明该项目交通量是TC3等级的。

      根据CEBTP指南,按其加州承载比CBR(CaliforniaBear-ingRatio)指标评定土基及路面长期荷载的水平分为五个等级。该项目所测CBR为30MPa,根据LCPC-SETRA土基分类表可知,此路基承载力等级取PF3。土基回弹模量取120MPa,泊松比取0.35。

      法国沥青路面设计中[11],不同路面材料层采用不同的设计指标,具体分为三大类:①沥青材料层底拉应变;②土基顶面压应变;③半刚性或刚性材料层底拉应力。土基顶面竖向应力σz,ad:本项目年平均日MJA为381PL/天/方向/道路,NE=5.70×106PL/年,即TC3类型的交通等级。

      根据CEBTP指南[11],本项目拟定方案如表2所示。路面结构计算见图1~3。由图1可知,第三层的σt,σt,ad∠σt不满足要求。所以必须增加水泥砾石GC4层的厚度。综上所述,沥青路面结构组合为:4cm沥青混凝土+15cm沥青碎石+22cm水泥砾石+土基,总路面层的厚度有41cm。所得到的计算结果均满足要求。

      按表1,根据沥青路面设计规范A.1.2[12],该项目按车型可分为1类车、2类车、3类车、4类车、5类车和11类车,1类车不考虑轴载换算。路面设计年限为15年。根据OD分析,设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为195辆/日,根据规范[12]附录A可知,本项目属于TTC5,方向系数取0.5(0.5~0.6),车道系数取1.00。按水平三分析得各车辆类型分布系数。

      按照规范[12]公式A.3.1-5,查表A.3.1-2、表A.3.1-3,按照表A.3.1-2对2类~11类车辆非满载车与满载车的比例取规范推荐的中值。本项目设计轴载累计作用次数计算结果和沥青路面结构层初拟方案如表3~4所示。由表3可知,经过计算,本研究公路设计使用年限内设计车道累计大型客车和货车交通量为0.9316×106,根据规范可知,该交通等级属轻等交通。

      根据本项目交通荷载等级及环境,参照中国规范中的表4.4.2、表4.4.5和表4.5.2及附录C[12]初拟沥青路面结构。参考《公路路基设计规范》(JTGD30—2015)[13],路基标准状态下回弹模量取E0=65MPa。3.4路面结构验算采用好路网软件验算,参考中国规范中的表6.2.1和B.3.1[12]以及《季节性冻土地区公路设计与施工技术规范》(JTG/TD31—06—2017)[14]附录A可知,项目属于非季节冻土地区。参考表G.1.2[12],该路段取基准等效温度为27.9℃、下面层沥青饱和度取62.5。验算分析结果如表5所示。由表5可知,所选路面结构和材料能满足各项验算内容的要求。

      根据中法两国沥青路面结构设计规范,对设计参数进行对比分析,结果如表6所示。由表6可知,法国柔性基层沥青路面设计理论与中国具有一定的相似性,也有各自的独特之处。中法沥青路面结构设计都包括结构层组合与厚度拟定、设计参数和方案确定与验算,但二者在设计参数和验算指标上均存在较小差异。对于沥青路面材料参数,中国考虑了20℃和15℃两种条件下面层、基层、底基层材料抗压模量,但法国规范是根据地区气候条件选取材料在面层、基层、底基层的模量(法国本土的等效温度采用15℃,西非地区的采用28℃~32℃)。中法规范均考虑了沥青混合料层层底拉应变εt和无机结合料稳定层层底拉应力σt,其主要区别为:在路面车辙的控制方式中,中国规范采用沥青混合料层永久变形量Ra进行控制,而法国规范采用粒料类和路基顶面的竖向压应变εz,ad进行控制。

      本文对中法沥青路面结构交通量与设计荷载对比进行了对比分析、结果如表7~8所示。由表7可知,法国规范设计交通量是中国规范设计交通量的6倍,这是因为两国规范在交通量的计算方法上存在较大区别。根据法国规范计算,交通等级属于TC3类,等于中国规范中的中等交通级;而根据中国规范进行计算,其属于轻交通等级。由表8可知,中法两国规范采用双圆垂直均布荷载作用下的弹性层状体系理论,但是,法国规范中的标准轴载是单轴双轮组130kN,而中国规范中采用单轴双轮组100kN为标准轴载。

      根据上述的中法沥青路面结构设计计算结果,得到沥青路面结构组成如图4~5所示。由图4~5可知,中国规范沥青路面的厚度比法国规范薄13cm,而且面层分为3层(即上面层、中面层和下面层)。

      中法沥青路面结构路表弯沉与路基顶面圧应变计算结果如表9所示。由表9可知,中国柔性基层沥青路面结构的路表弯沉与路基顶面压应变比法国对应结构的计算结果大。根据法国规范计算得到的路基顶面压应变比中国规范的路基顶面压应变小,这是因为法国规范中的路面材料模量比中国规范的大很多,这导致沥青路面结构整体强度和刚度都相对较大,因而路表弯沉和路基顶面压应变均相对较小。对于柔性基层沥青路面结构,中国规范仅采用上层沥青层永久变形作为验算指标以控制车辙,而法国规范则通过下层粒料类和土基顶竖向压应变防止车辙病害的发生。

      本文依托Agou-Notse公路项目,对比分析了中法两国的沥青面设计规范差异,得到了如下结论。1)在评定交通等级时,中国规范中采用设计年限内累计重车交通量,而法国规范中采用初始年设计车道重车交通量。2)中国规范在路面厚度确定时,首先确定沥青层厚度,再计算基层厚度。而法国基本是假设基层的厚度,再计算沥青层厚度。根据本文算例,法国设计规范推荐厚度比中国规范推荐厚度厚13cm。3)中法规范均考虑了沥青混合料层层底拉应变和无机结合料稳定层层底拉应力,主要区别为控制车辙的验算指标。4)中国路面结构的路表弯沉比法国结构的计算结果更大。本文不仅有利于中国工程师快速理解和掌握法国沥青路面设计规范,而且有利于中国企业在西非地区的项目开展。

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