中英港口鋪面規(guī)范在海外項目設(shè)計中的應(yīng)用及差異

◎ 喬偉 牛曉丹 中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司

中英港口鋪面規(guī)范在海外項目設(shè)計中的應(yīng)用及差異

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通過中國和英國港口鋪面規(guī)范在海外某項目堆場鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用，分析每層結(jié)構(gòu)設(shè)計中中英規(guī)范的差異，為海外堆場鋪面設(shè)計提供參考。

中國規(guī)范 英國規(guī)范 差異

隨著海外港口碼頭設(shè)計項目的增多，海外項目堆場面層結(jié)構(gòu)設(shè)計越來越多的采用國外設(shè)計規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。本文以非洲某工程為例，分別采用中英港口規(guī)范進(jìn)行設(shè)計并對比分析其差異，為海外堆場鋪面設(shè)計提供參考。56KN/輪，單輪接地面積為620cm2；拖掛車重載后輪壓力為70KN/輪，單輪接地面積為780cm2，前輪為20KN/輪，單輪接地面積為600cm2，荷載圖式見圖1，年作用次數(shù)為10萬次，設(shè)計年限20年。

1.工程概況

工程位于非洲西部大西洋沿岸地區(qū)，后方堆場需要新建和改造，需復(fù)核已建堆場面層結(jié)構(gòu)能否滿足使用要求及設(shè)計計算新建堆場面層結(jié)構(gòu)。本文以后方集裝箱堆場道路鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計為例進(jìn)行計算分析。

堆場道路寬15m，已建道路面層結(jié)構(gòu)為：80mm高強聯(lián)鎖塊+30mm砂墊層+4 0 0 m m水泥穩(wěn)定碎石+200mm天然碎石。道路設(shè)計荷載為集裝箱拖掛車（Tr-60），LWR為1800～1850mm，LWF為2000mm，LSR為1300mm，LSM為8500～9500mm，LSF為2700mm，半掛車重載輪壓力為

2.采用的規(guī)范及設(shè)計原理

2.1中國規(guī)范

國內(nèi)港口面層結(jié)構(gòu)設(shè)計采用《港口道路、堆場鋪面設(shè)計與施工規(guī)范（JTJ296-96）》，規(guī)范分別規(guī)定了瀝青混凝土鋪面結(jié)構(gòu)、聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)、水泥混凝土鋪面結(jié)構(gòu)及獨立塊鋪面結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。本文主要介紹聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其采用面層有縫的半空間軸對稱模型，針對粒料基層以回彈彎沉、車轍深度指標(biāo)控制，穩(wěn)定類基層及貧混凝土基層以基層的彎拉強度指標(biāo)控制，設(shè)計步驟見圖2。

2.2英國規(guī)范

工程所在國家為英屬殖民地，鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計一般采用英國《 The Structural Design of Pavements for Ports and other Industries》（edition 4），其以彈性層狀理論體系為基礎(chǔ)，采用一個圓柱體層狀的軸對稱理想化有限元模型，并以水泥穩(wěn)定料支撐混凝土預(yù)制塊為假定的鋪面結(jié)構(gòu)模型，通過施加于模型頂部的荷載最終得到設(shè)計采用的圖表。設(shè)計分為三個要點：面層、基層和基礎(chǔ)。其中面層一般采用80mm厚聯(lián)鎖塊+30mm砂墊層，基層一般采用水穩(wěn)混合料（HBM）。

圖1 TR-60荷載圖示

圖2 聯(lián)鎖塊設(shè)計步驟

3.面層結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

3.1中國規(guī)范面層結(jié)構(gòu)計算

首先計算荷載作用次數(shù)，TR-60集裝箱牽引車后輪單側(cè)輪載140kN，對應(yīng)的荷載等級為P3級（130kN～180kN），輪胎接地面積1560cm2，TR-60為雙后軸車，輪組系數(shù)取取1155，，荷荷載載換換算算系系數(shù)數(shù)數(shù)：

同理TR-60集裝箱半掛車后輪單側(cè)輪載112 kN，荷載換算算數(shù)0.329；

根據(jù)《現(xiàn)代聯(lián)鎖塊鋪面》中當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)荷載計算作用次數(shù)小于1×106時，聯(lián)鎖塊厚度宜選80mm。聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)計算中計算層以下當(dāng)量回彈模量采用公式：

表1 不同地基CBR值對應(yīng)的粒料底基層及墊層厚度

表2 輪胎靠近系數(shù)

表3 動力荷載影響系數(shù)（fd）

其中雙層體系表面垂直位移系數(shù)Wc通過查規(guī)范中圖5.2.7垂直位移系數(shù)Wc諾魔圖確定。

假設(shè)墊層厚度150mm，土基回彈60MPa，墊層回彈模量200MPa，查表得WC為0.72，基層以下回彈模量為73MPa，基層采用水泥穩(wěn)定類材料，查規(guī)范中流動機械穩(wěn)定類基層厚度設(shè)計圖5.4.3-3得基層厚度300mm。

根據(jù)中國規(guī)范，集裝箱場區(qū)道路鋪面結(jié)構(gòu)為80mm高強聯(lián)鎖塊+30mm砂墊層+30 0m m水泥穩(wěn)定類基層+150mm天然碎石。

3.2英國規(guī)范面層結(jié)構(gòu)計算

堆場地基CBR值為5%，查表1表底基層厚度可直接取150mm。

考慮拖掛車制定、轉(zhuǎn)彎、加速及路面不平整，查表3得動力荷載影響系數(shù)為0.7。

圖3流動機械荷載作用下的基層厚度設(shè)計圖

則半掛車后輪輪載為260.8KN,牽引車后輪輪載為328.4KN，則選擇牽引車后輪輪載為328.4KN為當(dāng)量輪載標(biāo)準(zhǔn)值。半掛車后輪輪載等效系數(shù)=，則單車道設(shè)計年限20年內(nèi)通行次數(shù)=20×3000×（1+0.42）=85萬。

查圖3得堆場道路面層厚度為80mm高強聯(lián)鎖塊+30mm砂墊層+380mmCBGM +150mm天然碎石。

通過以上計算可知已建堆場道路鋪面結(jié)構(gòu)能夠滿足使用要求，新建堆場道路可采用中國規(guī)范計算優(yōu)化的面層結(jié)構(gòu)。

4.結(jié)語

中英港口鋪面設(shè)計從理論及計算過程均存在較大差異。

從計算結(jié)果來看，采用英國規(guī)范計算的面層厚度較中國規(guī)范要厚，從而反映出英標(biāo)較中國規(guī)范更為保守。

中英兩國規(guī)范從設(shè)計參數(shù)上也有很大的不同，中國規(guī)范采用的地基參數(shù)為地基圖3基層厚度設(shè)計圖回彈模量，英國采用的是CBR。從目前海外工程經(jīng)驗來講，海外工程地基一般采用CBR值，往往缺少地基回彈模量值資料，采用CBR更為方便。

荷載臨近系數(shù)方面，英國規(guī)范基于土基CBR值和輪距得出的靠近系數(shù)，但其忽略了面層結(jié)構(gòu)強度對臨近系數(shù)的影響；中國規(guī)范綜合經(jīng)驗，考慮了輪組系數(shù)。

英國規(guī)范考慮了基于轉(zhuǎn)彎、加速、制定及路面不平整確定的動力荷載系數(shù)，中國規(guī)范未考慮此影響。

英國規(guī)范根據(jù)其積累的材料經(jīng)驗，提供了由聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)換算為其他類型鋪面結(jié)構(gòu)的材料換算系數(shù)，中國規(guī)范根據(jù)每種鋪面結(jié)構(gòu)特點，采用不同的理論體系和不同的設(shè)計方法，更為科學(xué)。

綜上所述，同樣的設(shè)計前提下采用中國規(guī)范和英國規(guī)范計算所得的面層結(jié)構(gòu)并不相同，對于海外項目設(shè)計時一定要確認(rèn)所采用的規(guī)范，避免由于規(guī)范的差異帶來的風(fēng)險。