電廠水泥混凝土道路設(shè)計案例分析

王麗英

摘 要：電廠道路運輸特征；廠礦道路設(shè)計中車流量是基礎(chǔ)參數(shù)，以此進行標(biāo)準(zhǔn)軸載換算，其中車型技術(shù)條件對設(shè)計結(jié)果的影響很大，大型車輛的超載對道路結(jié)構(gòu)影響更甚。

關(guān)鍵詞：流程，設(shè)計軸載的作用次數(shù)，超載影響

1.引言

隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平持續(xù)高漲，各行業(yè)都經(jīng)歷高速發(fā)展的過程。能源行業(yè)更是國家的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系到全國各個產(chǎn)業(yè)和民生的基礎(chǔ)和動力。我國當(dāng)前發(fā)電行業(yè)近九成是燃煤電站，熱力和蒸汽行業(yè)幾乎全部是燃煤裝置，煤炭的運輸是能源行業(yè)的重要工作組成。一般來講，沿海、沿河的電力企業(yè)可以考慮水運+機械化運輸方式，鐵路接軌條件好的電力企業(yè)可以考慮鐵路運輸+機械化運輸方式，而大半電力企業(yè)依然依靠道路運輸，尤其是中小型企業(yè)，幾乎全部采用道路運輸煤炭。

煤炭的道路運輸呈重型化發(fā)展趨勢十分明顯，市場上幾乎看不到汽-20等級以下的運輸車輛，運輸設(shè)施的重型化必將導(dǎo)致車輛軸載的增加，這是道路結(jié)構(gòu)厚度增加的關(guān)鍵因素。特別是軸重≥130kN車型的使用，使得電廠廠內(nèi)道路運輸強度達到特重甚至極重等級，因此，電廠道路運輸具有軸重大、密度高、持續(xù)時間長的特點。

廠內(nèi)道路運輸是當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)的主要運輸手段，而水泥混凝土路面具有：強度高、穩(wěn)定性好、耐久性優(yōu)越、維護養(yǎng)護工作量低、抗滑性出色的綜合特性，特別適合廠內(nèi)重載、低速的作業(yè)特征；另外，廠區(qū)各類工程管線密布，與道路交叉頻繁，而水泥混凝土剛性特征，對地下管線起到了很好的保護作用。因此，水泥混凝土路面是工業(yè)企業(yè)廠內(nèi)道路的首選。

2. 廠礦道路設(shè)計流程及重要公式

2.1 通常的廠礦道路設(shè)計過程

2.1.1 工廠道路運輸量統(tǒng)計與分析，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)確定工廠道路運輸量。

2.1.2 廠區(qū)所在地的地質(zhì)水文及氣象等資料的收集，和對當(dāng)?shù)氐缆吩O(shè)計施工情況調(diào)研，以便確定合適的筑路建筑材料、土基回彈模量等設(shè)計參數(shù)。

2.1.3 復(fù)核設(shè)計所需參數(shù)，主要是交通量、累計軸載、土基回彈模量、各類基層回彈模量、設(shè)定水泥混凝土彎拉強度等等。

2.1.4 依據(jù)以上資料的分析計算，確定水泥混凝土板厚。

2.1.5 檢驗設(shè)計過程及確認設(shè)計成果。

2.2 重要公式

2.2.1計算車輛數(shù)量

道路設(shè)計是要以交通量來確定道路等級，因此要以工廠生產(chǎn)綱領(lǐng)為依據(jù)確定道路運輸總量，以此計算汽車的數(shù)量。

N=（Q年*K1）/（a*P*K4*n） 公式2-1

N — 每日車輛計算數(shù)量

Q年— 年貨運量

K1 — 運輸不平衡系數(shù) 一般取1.15

a — 車年工作天數(shù) 一般取365天

P — 單車載重量

K4 — 車輛在中利用系數(shù) 煤 1.00 ；石灰石 1.00；灰 0.95；渣 1.00。

n — 車輛周轉(zhuǎn)次數(shù) 無周轉(zhuǎn)取1.0

2.2.2水泥混凝土路面標(biāo)準(zhǔn)軸載換算公式

按疲勞斷裂設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進行結(jié)構(gòu)分析時，以100 kN單軸—雙輪荷載作為設(shè)計軸載，各級軸載的作用次數(shù)按以下公式進行計算累加，形成道路總的軸載作用次數(shù)。

公式2-2

其中：Ns——設(shè)計軸載的作用次數(shù)。

Ni——i級軸載的作用次數(shù)。

Pi——第i級軸載重（kN），連軸按每一根軸載單獨計。

Ps——設(shè)計軸載重（kN），以100 kN單軸—雙輪荷載為設(shè)計軸載。

n——各種軸型的軸載級位數(shù)。

3.電廠工程實際案例計算過程

本工程是南方某小型熱電廠實際工程設(shè)計案例。

在項目可研和初步設(shè)計階段，甲方就當(dāng)?shù)剡\輸車輛的情況和工廠的設(shè)想提供我院，即運煤車輛和運灰渣車輛基本為載重20—30噸的社會車輛，要求我院以此進行廠內(nèi)道路設(shè)計。

其它參數(shù)為：設(shè)計規(guī)模2臺鍋爐和相關(guān)設(shè)施，每臺鍋爐年耗煤264060噸，消耗石灰55440噸，產(chǎn)生煤灰66840噸，產(chǎn)生煤渣100400噸。

根據(jù)甲方資料，我們確定當(dāng)?shù)剡\輸車輛為汽-20等級，按煤、石灰采用30噸重車，其它采用20噸主車車輛考慮，具體計算如下。

3.1 初步設(shè)計階段道路設(shè)計

3.1.1計算車輛數(shù)量

3.1.1.1運輸總量計算

煤：Q年=264060*2=528120噸

石灰石：Q年=55440*2=110880噸

灰：Q年=66840*2=133680噸

渣：Q年=100400*2=200800噸

3.1.1.2每日運輸車輛計算

其中：煤、石灰石均采用同一車型，載重量為（雙后軸）汽-20級30噸重車車型；灰采用灰罐車（汽20級），20噸主車車型；渣采用自卸車（汽20級）30噸重車車型。

根據(jù)公式2-1計算如下：

N（煤）=（528120*1.15）/（365*30*1*1）=55.46車 設(shè)計取56車

N（石灰石）=（110880*1.15）/（365*30*1*1）=11.64車 設(shè)計取12車

N（灰）=（133680*1.15）/（365*20*0.95*1）=22.16車 設(shè)計取23車

N（渣）=（200800*1.15）/（365*30*1*1）=21.09車 設(shè)計取22車

合計154車。

3.1.2計算標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)

3.1.2.1煤、石灰石和渣車型軸載分布均為：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前軸）=56+12+22=90次，N（后軸1）=56+12+22=90次，endprint

N（后軸2）=56+12+22=90次。

3.1.2.2灰罐車軸載分布為：（前）70kN+（后）130 kN。

N（前軸）=23次，N（后軸）=23次。

3.1.2.3根據(jù)公式2-2計算如下：

Ns=4859次。即初期道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)。

3.1.2.4工程建設(shè)地屬我國公路Ⅳ自然區(qū)劃地區(qū)，土質(zhì)類別為粘性土。依據(jù)勘察資料和已有的數(shù)據(jù)得知，經(jīng)場地處理后，路基土基回彈模量為30Mpa，設(shè)計選用石灰土墊層，水泥穩(wěn)定碎石基層。

3.1.2.5根據(jù)以上資料，計算道路結(jié)構(gòu)層厚度為（計算過程略）：

水泥混凝土面層23cm、水泥穩(wěn)定碎石基層20cm、石灰土墊層20cm。

3.2 初步設(shè)計后道路設(shè)計修改

初步設(shè)計審查后，進行施工圖設(shè)計前期資料準(zhǔn)備過程時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐倪\煤車輛絕大多數(shù)為80噸以上車型，且超載現(xiàn)象嚴(yán)重，為此專門與甲方進行相關(guān)情況的了解，得知，當(dāng)?shù)厣鐣\煤車輛基本為5軸100噸半掛車車型和5軸120噸半掛車車型為主。這些車型屬汽-超20級，為此必須重新核算道路設(shè)計。經(jīng)重新整理資料后，再次進行道路結(jié)構(gòu)核算。

3.2.1具體車型參數(shù)修改：由于當(dāng)?shù)孛禾窟\輸市場基本采用5軸120噸半掛車車型，屬汽-超20級，故選擇汽-超20級55噸重車車型為運煤車車型設(shè)計參數(shù)；石灰石灰采用30噸級灰罐車（汽20）；灰采用灰罐車，為汽-20級30噸重車車型；渣采用自卸車，為汽-20級30噸重車車型。

根據(jù)公式2-1計算如下：

N（煤）=（528120*1.15）/（365*55*1*1）=30.25車 設(shè)計取31車

N（石灰石）=（110880*1.15）/（365*30*1*1）=11.64車 設(shè)計取12車

N（灰）=（133680*1.15）/（365*30*0.95*1）=14.78車 設(shè)計取15車

N（渣）=（200800*1.15）/（365*30*1*1）=21.09車 設(shè)計取22車

合計129車。

3.2.2計算標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)

3.2.2.1煤 車型軸載分布為：

（前）30kN+（中1）120 kN+（中2）120 kN+（后1）140 kN+（后2）140 kN。

N（前軸） =31次，N（中軸1）=31次，N（中軸1）=31次，N（后軸1）=31次，N（后軸2）=31次。

3.2.2.2石灰石 車型軸載分布為：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前軸）=12次，N（后軸1）=12次，N（后軸2）=12次。

3.2.2.3灰 車型軸載分布為：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前軸）=15次，N（后軸1）=15次，N（后軸2）=15次。

3.2.2.4渣 車型軸載分布為：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前軸）=22次，N（后軸1）=22次，N（后軸2）=22次。

3.2.2.5根據(jù)公式2-2計算如下：

Ns=16463次。即初期道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)。

3.2.2.6根據(jù)以上資料，重新計算道路結(jié)構(gòu)層厚度為（計算過程略）：

水泥混凝土面層26cm、水泥穩(wěn)定碎石基層20cm、石灰土墊層20cm。

經(jīng)過以上兩輪計算發(fā)現(xiàn)，車型相差較大，面層厚度計算結(jié)果相差3cm，這是由于運煤車車型中后軸軸重帶來的影響，導(dǎo)致初期道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)大幅提升。

3.3 考慮超載影響的道路設(shè)計修改

上述計算過程并未考慮超載因素的影響，就現(xiàn)場觀測，很多企業(yè)將汽車衡升級到150噸級，普遍超載幅度大約在10%左右，經(jīng)與甲方協(xié)商進行第三輪核算。

3.3.1 考慮超載因素的道路設(shè)計條件核算

由公式2-2可知，對道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)影響最大的因素是運煤車型中的超大軸重（主要是后軸），因此，按平均超載5噸，即每軸增加1噸軸載計，重新核算設(shè)計條件。

N（煤）=（528120*1.15）/（365*55*1.1*1*1）=27.50車 設(shè)計取28車

運煤車型軸載分布為：（簡單推算）

（前）40kN+（中1）130 kN+（中2）130 kN+（后1）150 kN+（后2）150 kN。

其它條件不變，進行初期道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)計算。

Ns=42322次。

3.3.2 根據(jù)修改的資料，計算道路結(jié)構(gòu)層厚度為（計算過程略）：

水泥混凝土面層28cm、水泥穩(wěn)定碎石基層20cm、石灰土墊層20cm。

3.4 經(jīng)過三輪計算可知，道路結(jié)構(gòu)厚度由最初的水泥混凝土面層23cm、水泥穩(wěn)定碎石基層20cm、石灰土墊層20cm，變成水泥混凝土面層28cm、水泥穩(wěn)定碎石基層20cm、石灰土墊層20cm。道路面層結(jié)構(gòu)尺寸增加了5cm，總造價增加約30%。

3.5 以上為對比方案產(chǎn)生的結(jié)果，最終采取了大水穩(wěn)基層的技術(shù)方案，具體為：

水泥混凝土面層26cm、水泥穩(wěn)定碎石基層30cm、石灰土墊層20cm。即便如此，工程造價依然比最初方案增加了約20%。

3.6 由此可見，車輛軸載是道路設(shè)計的基礎(chǔ)條件，它對道路的結(jié)構(gòu)形式和尺寸有著關(guān)鍵性的影響。在當(dāng)前的現(xiàn)實條件下，未考慮超載因素下的道路結(jié)構(gòu)尺寸是不能滿足電廠運輸生產(chǎn)的正常進行，存在著較大的安全生產(chǎn)風(fēng)險，其后期的維護維修工作量非常大，對電廠正常生產(chǎn)作業(yè)影響較大，而且，根本達不到設(shè)計年限要求。經(jīng)設(shè)計回訪收集資料發(fā)現(xiàn)，很多電廠的道路在使用不到五年、有的甚至兩三年，就發(fā)生各種破損現(xiàn)象，而且具有相當(dāng)?shù)钠毡樾?，這中間除了施工過程影響外，車輛超載是主要原因。

4. 結(jié)論

從本項目道路設(shè)計過程中，可以發(fā)現(xiàn)，影響道路結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)因素是計算車型中的超大軸重（主要是后軸），是影響道路結(jié)構(gòu)厚度的核心條件。煤炭運輸車輛的超載情況是現(xiàn)實存在的，而且十分普遍，應(yīng)對這種比較突出的現(xiàn)象，應(yīng)該采取積極的措施，政府部門和運輸企業(yè)應(yīng)該依法辦事，嚴(yán)查嚴(yán)處超載車輛，同時采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo措施，使得運輸企業(yè)能夠在不超載的情況下保持合理利潤，這不僅保護了廠內(nèi)道路，更是保護了國家公路和市政道路，也是安全生產(chǎn)的前提保障，這是標(biāo)本兼治的辦法。

參考文獻：

[1]國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計93SJ007道路， 中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，1993。

[2]公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范 JTG D40-2011，人民交通出版社，2011。

[3]鋼鐵廠總圖運輸設(shè)計手冊 冶金工業(yè)出版社，1996。endprint