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1、华中科技大学硕士学位论文湖北省低交通量道路典型路面结构研究姓名：路庆昌申请学位级别：硕士专业：道路与铁道工程指导教师：资建民20080604 I摘 要 随着我国高等级公路网的日益完善今后我国公路工作的重点将是以低交通量道路为主的基础路网的建设由于我国幅员辽阔地理地形气候土壤地质条件和材料来源差异较大且低交通量道路的路面结构形式灵活多样现行道路设计规范难以穷尽解决各个地方在道路设计和修筑过程中遇到的各种特殊问题另一方面随着我国社会主义新农村的建设大量的地方农村公路正在修建但是不少低交通量道路通车后不久便出现不同程度的病害降低了使用寿命增加了养护维修费用本文旨在针对湖北省各地区不同的气候地理地形条
2、件和材料来源开展低交通量道路典型路面结构的研究使路面结构安全可靠经济合理减少路面早期破坏节约工程造价降低养护维修费用基于此本文进行了如下几个方面的研究:首先通过对全省各地区自然气候地理地形的调查分析划分了农村公路自然区基于低交通量道路建设使用现状的调查总结了各自然区经常采用的路面结构筑路材料及设计施工经验初步拟定了低交通量道路的典型路面结构对我省低交通量道路的交通量进行分析研究得出了各个地区的交通流特性并提出了我省农村公路低交通量的量化标准划分了交通等级 其次统计分析了全省不同地区农村公路的主要道路病害总结了全省低交通量道路的损坏类型分析了各种道路病害的产生原因及防治措施进而分析了我省低交通量
3、道路建设中存在的诸多问题并得出了一系列有益的结论 然后进行了典型路面结构的数值仿真分析建立了低交通量条件下路面结构的受力模型综合对比不同材料不同结构形式及结构层厚度等条件下路面结构受力性能的优劣确定了低交通量典型路面的结构形式结构参数及材料类型 最后提出了我省低交通量道路典型路面结构的具体形式通过低交通量道路典型路面结构试验路的铺筑及跟踪观测 表明该研究取得了较好的经济效益和社会效益分析验证了本文的研究成果 关键词路面结构 低交通量 农村公路 道路病害 交通分析 数值分析 IIAbstract With the increasing improvement of highway network
4、 in our country,construction of basal road network mainly consists of low-volume traffic road should be emphasized on in future.Since China has a vast territory,and there are great differences to various regions among geography,topography,climate,soil and geological conditions and sources of materia
5、l,and there are also diverse pavement structure forms for low-volume traffic road,various special problems encountered in road design and construction in all parts of the country could not be solved by existing road design specifications;On the other hand,with the construction of Chinas new socialis
6、t countryside,a large number of rural roads are being built,but lots of pavement disease appeared to low-volume traffic road shortly after its opening to traffic,which reduced the service life and increased maintenance costs.Aiming to different climate,geography,terrain conditions and material sourc
7、es in different areas of Hubei Province,study on typical structure of low-volume traffic road was deployed,which would make the road structure safe and reliable and economically rational,and reduce early road damage,and save project cost,and reduce maintenance costs.Based on the entire above,main as
8、pects of this thesis were studied as follows:First of all,through investigation and analysis of natural climate and geographical terrain of all regions in the province,natural areas of rural highway were set off.Based on the investigation on road construction and using status of low-volume traffic r
9、oad,prevalent pavement structure and road building materials and design and construction experiences in various natural areas were summarized,and typical pavement structures of low-volume traffic road were studied out initially.Traffic study of low-volume traffic road in Hubei Province was analyzed,
10、and characteristics of traffic flow were studied.A quantitative criterion for“low-volume traffic”of rural highway in the province was given and traffic levels were also presented.Secondly,main disease of rural road in different areas of the province was analyzed statistically,and damage types of low
11、-volume traffic road in the province were summed up,and causes and prevention measures for each road disease were also discussed.Causes of low-volume traffic road disease in the province were probed into and a series of useful conclusions were reached.IIIThirdly,numerical simulations of typical pave
12、ment structure were analyzed.Forcing models of pavement structure were established under low-volume traffic condition,and forcing performance of different pavement structure were comprehensively compared under the condition of different materials,different structure forms and layer thickness,and str
13、ucture forms and parameters and material types for pavement were established subsequently.Finally,concrete forms of typical pavement structure for low-volume traffic road were put forward.Paving and tracking observation of low-volume traffic testing roads validated the papers research and showed tha
14、t better economic and social benefits were achieved.Key WordsPavement structure Low-volume traffic Rural road Road disease Traffic analysis Numerical analysis 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文
15、作者签名 日期 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密?在_年解密后适用本授权书 不保密?请在以上方框内打“?”学位论文作者签名 指导教师签名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 本论文属于 11 绪 论 1.1 研究背景及研究目的意义 1.1.1 研究背景 随着我国国民经济的发展高速公路的建设已经积累了丰富的经验今后我国公路建设的重点
16、将是以通达深度和广度为目标的基础路网的建设和完善而这些道路基本上是以农村公路为主的低交通量道路类型 低交通量的农村道路是我国公路的重要组成部分全国公路里程总量一直在增加2003年底全国公路总里程达到180.98万公里比上年末增加4.46万公里全国公路总里程中 国道里程127899公里 省道223425公里 县道472935公里 乡道898300 公里专用公路87269公里分别占公路总里程的7.1%,12.3%,26.1%,49.7%和4.8%1明显看出农村公路里程大幅增长公路网密度进一步提高公路通达情况有所改善农村公路在整个公路网中占的比重越来越大2003全年共完成新改建农村公路10.2万公里
17、完成投资718亿元2003年底全国县道乡道里程达到137.12万公里比上年末增加3.44万公里占全国新增公路里程的77.1%2全国公路网密度为18.85公里/百平方公里比上年末提高0.45公里/百平方公里全国通公路的乡镇占全国乡镇总数的99.6%通公路的行政村占全国行政村总数的91.9%全国还有173个乡镇和56693个行政村不通公路3如今在我国低交通量公路在整个公路里程中仍占约80%以上而且还有未纳入统计的村与村之间的简易公路长达120万km4 据统计 湖北省农村公路总里程共计159852 km 其中县道15798 km 乡道50581 km 专用公路1111 km 村道92362 km 至
18、2010年 全省通村油路通达率目标为82%通村油路总里程达到77000公里至2020年全省28671个行政村实现全面通达通村油路总里程将达到10万公里因此加快低交通量农村公路的建设已经并必将在相当长时间内成为我省公路建设的重点 2这些低交通量道路存在技术等级低线形差弯多坡陡路狭缺桥少涵路面标准低甚至无路面抗灾能力弱等一系列问题并具有里程长覆盖面大通达度深占用土地多等不可忽视的特点5低交通量道路具有交通量小交通组成单一的特点这些低交通量道路在我国公路网中发挥了极其重要的作用其好坏在某种程度上对一个地方经济的发展速度具有相当重要的影响6由于种种原因低交通量道路单位里程的建设资金投资相对于高速公路和
19、一级公路来说少得多使得低交通量道路的建设存在着各种问题同时由于一些设计人员对低交通量道路的重视程度不够使得低交通量道路的设计具有一定的盲目性3其结果是一些路面设计过分保守造成了较大的经济浪费另一些路面设计则相反由于结构设计方法设计不当或厚度不足而过早产生破坏也造成了很大的损失这些都是直接影响农村公路建设顺利进行的因素因此对于低交通量的农村公路我们不能忽视相反要根据其特点制定农村公路的设计标准使其更好的为农村经济的发展服务 低交通量农村公路典型的结构设计方法是以实际路面使用状态的跟踪观测为基础并在一定的理论指导之下进行总结而形成的路面结构设计方法该方法仍以一定的理论为基础所以仍属于半理论方法7其
20、主要特点是综合经验法与分析法的优点在考虑自然条件行车荷载材料供应施工技术及养护营运等因素的基础上参考使用经验拟定不同地区的路面结构组合然后运用数学力学方法对所拟定结构进行分析及优化设计该方法已被道路工程界公认为最有生命力的设计方法之一典型结构设计是将交通量与土基划分为几个等级在不同交通量与土基的等级之下给出不同的路面标准设计方案8所以典型结构设计过程简单方便同时它又考虑地区的气候环境特点和交通条件等因素具有较强的针对性减少了设计的盲目性保证路面的使用质量和使用寿命降低工程造价节省养护费用具有较好的经济效益和社会效益9因此对于低交通量道路采用典型结构的设计方法进行设计应该是解决我国农村公路建设中
21、诸多矛盾的一个重要而且行之有效的方法 1.1.2 研究的目的 我国当前对于低交通量农村公路缺乏规范的技术标准还没有针对农村地区的 3实际情况体现不同地区农村公路特点建设符合农村实际需要的农村公路并缺乏对农村公路发展的技术指导特别是农村公路主要为当地经济服务车流交通量小车辆轴载较小经济较为落后投资综合利润低受资金限制和交通量小等原因不可能在短期内将其全部改建为较高等级的公路因此农村公路建设技术指标与标准有别于高等级公路10 为了适应农村公路修筑的需要规范指导乡村公路路面的修建和改善本研究意在结合我省各地农村及农村公路建设的实际状况提出适合农村当地地形气候交通量以及经济条件的路面结构组成为我省农村
22、公路的建设运营提出技术上的支持同时针对低交通量农村公路区别与其他高等级公路的特点农村公路的设计标准指标将不同与高等级公路本文将对农村公路典型路面结构的设计进行分析探讨以便更好的修建农村公路提高农村公路的使用年限 1.1.3 研究的意义 本文的研究将依托湖北省农村公路的建设使用及病害状况对湖北省农村公路的使用现状进行分析归纳出农村公路存在的问题难点结合本地区的气候地理地形交通量等特点提出合适的低交通量农村公路的路面结构材料类型及适用的交通量等级等从而更好的指导湖北省农村公路的建设节约修筑资金减少运营养护费用加速农村公路的普及同时也在低交通量农村公路典型路面结构方面做一些探讨提出农村公路设计的新思
23、路以便总结出更加符合我省农村实际情况的道路设计修筑方法使农村公路在节约资源的情况下更好更长久地发挥其功能因此探讨低交通量条件下农村公路路面典型结构的设计方法对于我省乃至我国农村公路的建设及发展具有重要的现实及历史意义 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 在国外低交通量道路俗称乡村道路back road美国将低交通量地方道路定义为低交通量地方道路即在职能上分为地方道路设计日平均交通量小于或 4等于400辆的道路11加拿大对低交通量的农村公路则分为了四类乡村地方道路乡村支线乡村主干线及乡村高速路12乡村地方道路主要为地方的出行服务其主要功能就是让车辆到达目的地乡村地方道路的交通量通常
24、都比较低但这大部分取决于相邻道路的开发密度 其行驶车速取决于面层的状况 平均行驶车速在5090 km/h之间乡村支线主要是提供集散地方道路与主干线之间的交通为旅游区煤矿区和更小城镇的开发提供一个直接方便的交通服务乡村支线的交通量通常小于5000辆/天这取决于人口密度其设计车速范围为60100 km/h乡村主干线承担着大量的交通量它与高速路共同组成一个连接网络连接主要经济区和诸如大城市工业集中化地区农业区及娱乐区等其交通量小于1200辆/天交通量大速度快设计车速范围为80130 km/h 乡村高速路容纳了大量的交通流且在自由交通流条件下以高速行驶其连接更大城市工业集中区和娱乐中心为国际和省际的交
25、通运输服务其交通量超过8000辆/天设计车速为100130 km/h 国外对于低交通量道路的研究相对比较多1975年国际上召开了第一届低交通量道路国际会议之后每隔四年开一次在每次国际会议报告中汇总了四年来世界各国在低交通量道路方面的最新研究成果有些国家还有专门针对乡村道路的技术规范和设计指南132004年3月国际农村公路焦点组织IFG第四次技术交流会议在昆明召开会议主题是农村公路改善与扶贫140名会议代表分别来自亚洲非洲美洲和欧洲的25个国家会议讨论了道路改善与扶贫战略结合农村公路社会效益分析和低交通量道路的修建技术等议题14研究发现公路改善增加了居民收入使他们更容易获得教育与医疗促进了人口货
26、物和服务的流动增加了交通量使交通构成改变就学率提高社区生活质量提高加强了农村地区各社区之间的交流相关人员得到公路养护指导和培训后可以利用相关资料规划和管理农村公路从而增强了各级交通部门养护与修复农村道路的能力 根据美国运输部统计局2000年的统计数据美国拥有农村道路300多万公里占美国公路总里程的一半15在300多万公里的农村公路中未铺筑路面的里程为140多万公里铺筑路面的里程近160万公里虽然农村公路承担的运输强度不是很大但它数量众多在经济和社会发展方面具有重要的作用美国运输部在其制定的 52005年交通运输发展战略中指出美国交通发展战略的一个重要目标就是提高运输机动性为所有旅客货物和地区提
27、供一个通达便宜和可靠的运输系统16截至2002年大约85%的乡村道路符合国家路面水平设计标准80%符合垂直度设计标准2003年等级列为差的乡村州际道路路面由3.7%降至1.7%各类型乡村道路的总体质量都优于城市道路且正以更快的速度改良着州际公路和次干道的情况更是如此17 美国联邦公路局FHWA对低交通量道路筑路材料进行过针对性研究研究表明环境条件材料特性和服务水平是影响低交通量道路路用性能的三大主要因素18其中湿度和温度是主要的环境因素塑性级配和品质衰变是选择材料的主要因素最终形成满足低交通量道路筑路材料要求的有关指标同时美国联邦公路局把低交通量道路分为两类一类是平均日交通量小于50辆/日的道
28、路这类道路一般无面层或具有砂石料面层 另一类是平均日交通量在50-400辆/日之间的道路这类道路一般具有泥结碎石面层在较高交通量时这类路面面层可能是单层或双层贯入式面层penetration type surface但很少有沥青或其它类型混凝土面层12美国加州采用泡沫沥青对路面进行处理结果表明用泡沫沥青使路面处理厚度达6英寸可使其使用寿命增加10年19而且与常规方法施工的道路对比起来此方法有很多优点如施工时不必断绝交通铺筑的道路能满足各种技术条件造价低工期短对周围环境影响少 英国等发达国家农村公路网络发达不仅早己实现村村通公路而且使得家家户户通公路由于其经济比较发达在铺筑道路时较注重农村公路的
29、耐久性因此采用的材料基本上与高等级公路路面材料相似仅仅在路面结构上有较大的差异20公路建设资金一般来源于政府财政拨款和税收其中多数国家采取征收公路税的办法英国交通运输研究院的研究人员成功开发出了一套软件采用多指标分析方法对社会效益进行3至4个层次的分析21对每一个投资选项的效用进行量化从而推导出优化过的效益分析方案软件要求确保当地社区直接参与道路的规划体现居民的利益与要求 沙特阿拉伯等世界上干早半干旱国家的经验证明采用矿粉和水泥crusher 6fines and cement改良砂能够满足低交通量道路的材料要求并可以使得材料具有良好的稳定性和经济性22因此当地工程技术人员就针对沙漠环境和低交
30、通量状况采用这种基层修筑了几千公里的沥青路 另外加拿大也研究了适合本地环境条件的低造价低交通量道路的修建技术并在设计和施工中强调利用当地筑路材料23 澳大利亚和新西兰在低交通量道路修筑方面的主要特点是广泛应用碎石封层技术1983年澳大利亚道路网达到80万公里其中有25%的道路应用了碎石封层技术据报道用碎石封层技术处理的路面平均寿命可达到1015年24在新西兰表面封层技术应用已有50多年的历史这种直接在路面基层上进行表面封层的技术具有低成本又有效的优势1974年新西兰公路总里程达到9.2万公里其中采用表面封层技术的公路占总里程的49%25在乡村道路上这种表面封层技术主要有两种形式一种是单层碎石封
31、层另一种是双层碎石封层具体施工程序为在压实路基上铺筑至少15 cm厚的无结合料粒状集料基层接着铺筑一层或两层薄的沥青碎石封层虽然这种碎石封层对路面强度毫无贡献但它提供了防水抗滑耐磨的表面提高了路面的使用性能 德国州以下公路的建设和养护由各县工程处自己负责或者由州公路管理局代管国家对乡村公路的建设也是以管理养护为主26 芬兰等西方欧洲国家推行维修战略纳米比亚等亚非拉经济比较落后的国家以新修为主27一般结构形式大多为在原地面上修筑无机结合料稳定路面或半刚性路面考虑累计当量轴次均在10万次以下而对线形标准及排水防护措施考虑较少 前苏联对地方公路的建设管理和养护由集体农庄国营农场工业建筑业运输业及其他
32、经济组织以建勤的方式参加28 20世纪70年代末期西班牙平均日交通量小于250辆的旧道路占到公路总里程的84%29这个数字引起了西班牙政府对低交通量道路建设的重视然而低交通量道路的技术特点和推广范围要求成本低养护少的路面形式起初西班牙工程技术人员对粒状基层材料进行多次罩面处理以寻求解决问题的办法然而发现这种办法虽然初期费用较低但从长远看需要不断养护其养护费用昂贵于是西班 7牙工程技术人员转而考虑利用碾压混凝土路面修筑低交通量道路由于粉煤灰矿渣等可以替代部分水泥用量从而降低碾压混凝土的路面造价且混凝土路面使用寿命长养护少从而节省了不少的工程费用西班牙工程界的经验表明应用碾压混凝土RCC修建低交通
33、量道路具有特有的优势譬如可用传统的施工机械施工新铺路面可立即通车材料更经济等 在低交通量道路路面修建方面越南的研究证明30对现有路面加砂石面层时应当考虑的条件包括地形环境交通量轴载和可用的砾石材料以便解决砂石缺乏地区如何设定砾石标准的问题柬埔寨的研究人员对手摆石规则石块石粉沥青等在低交通量道路上的使用情况与砂石路面进行了对比研究31南非研究人员对沥青封层和砂石路面进行了对比研究32 33认为如果现有的砂石材料不符合要求一般应当采取沥青面层的方式进行替代而在砂石材料比较昂贵的地方应当考虑手摆石和规则石料的选用 目前国际上对于半刚性路面结构设计方面归纳起来有两种设计方法一种是力学经验设计法另外一种
34、是典型结构设计法34所谓的典型结构设计法主要是根据大量试验路的长期使用性与路面力学计算分析相组合的方法来确定路面结构路面典型结构设计方法的发展大致经历了三个阶段第一阶段是将纯经验法逐步转入半理论法第二阶段是深入研究半理论法第三阶段完善输入参数的精确度和提高半理论法的适用性以便使用者掌握 一些国家很早就在路面典型结构设计方法方面开展了研究和应用如德国法国比利时奥地利等国家都采用典型结构35德国的柔性路面设计方法是根据AASHO道路试验结果和本国经验制订的典型结构再通过层状体系理论验算而得出的设计方法法国和比利时的典型结构主要针对交通量等级和土基模量两个参数而奥地利的典型结构只考虑交通量一个参数同
35、时规定土基的支承能力的最小值必须达到35 MPa当累积标准轴100 kN次超过10 x 106时要进行单独设计 欧洲国家在进行半刚性路面结构设计时主要是根据其所选定的设计参数以图或表格的形式列出相应的标准结构35当设计者按照规定的方法确定了设计参数之后可以根据当地的气候环境条件经济指标和材料的质量要求在不同的结构中 8作出选择 综上所述国外许多国家针对本地区的特点均积累了一定的方法来修筑低交通量道路一些发达国家还形成了一定的规范标准供设计施工人员参考针对低交通量道路的修建主要是在筑路材料及路面面层结构组合上进行新材料新方法的探索应用各个国家地区结合当地的实际情况采用了不同的方式方法修筑低交通量
36、的公路其中只有美国对低交通量进行了量化划分了低交通量的等级 1.2.2 国内研究现状 近几年我国公路研究人员在典型结构的研究方面做了大量的工作如同济大学林绣贤根据七五科研成果给出了合理结构设计的建议主要包括材料组成设计材料参数选定面层基层底基层的合适厚度和最小厚度等建议36交通部公路科学研究所沙庆林根据大量半刚性基层沥青路面的使用经验对允许弯沉等一些参数提出了修改意见35东南大学黄卫汲取江苏省路面设计的经验以及国内外的研究成果在路面结构厚度设计中采用优化方法处理且针对常见的结构绘制出路面结构厚度设计图表37东南大学的黄晓明在对安徽县乡公路病害调查及试验研究的基础上提出了不同土基不同路面类型下的
37、低交通量农村公路典型路面结构38 八五国家重点科技项目高等公路半刚性基层沥青路面典型结构的研究在土基等级划分交通量划分计算机辅助程序设计等方面做了大量的研究工作39与此同时我国不少省市如北京安徽河南湖北长春等地都结合本地区进行了高等级公路的典型结构研究所有这些工作为各地区制订低等级公路标准结构图库奠定了很好的基础但是如何把路面结构设计同各地的实际道路使用经验充分结合起来达到典型结构设计方法的要求并体现出典型结构设计简便易于操作的优点还需要作进一步的研究 我国对低交通量道路的研究有较好的基础对于修筑低低交通量道路有比较丰富的经验早在上世纪6070年代的时候我国修筑的绝大多数都是低交通量的道路40
38、但是由于近20多年来我国的研究重点为高等级公路对于等级较低的低交通量道路的研究较少内蒙古地区曾经通过对低交通量低路基低造价的县乡公路进行试验研究对低路基的防翻浆技术低造价冷拌冷铺碎石工艺以及沥青风积沙 9磨耗层与基层的粘接问题进行过探讨四川采用中加合作项目的设计施工管理模式修建的农村公路比四川传统设计施工管理每公里可降低造价3万元至8万元十一五期间四川将采用这种加拿大模式建设农村公路6.9万公里其它部分省市也做过一些研究都是结合当地的交通地形地貌气候特点材料来给出典型路面的结构 甘肃省青海省黑龙江省吉林省及山西省等均颁布了本省低交通量的农村公路的工程技术标准但这些探索在道路结构的选择上也仅停留
39、在偏重于路面面层结构的提高上如以沥青表面处治或乳化沥青碎石混合料代替无机结合料稳定路面碎砾石路面以及粒料改善土等设计轴次由低于1 0 万次提高到1 0 1 0 0 万次等设计线型仍以旧线为主急弯陡坡竖包平现象仍很严重因此目前我国还没有一套完整而系统的有关农村公路技术指标研究 总的来说随着我国社会主义新农村的全面建设针对低交通量的农村公路的研究也逐渐增多各省市各地区都开展了农村公路的调查研究并制定了初步的指导农村公路建设的技术标准一系列的相关研究也正在开展现有的这些研究也都是结合当地的气候特点地理条件及当地材料等因素入手就地取材建造适合当地特点的农村公路 1.3 本文主要研究内容 本文主要研究适
40、合我省农村山区及平原等不同地区不同自然地理条件及交通状况的低交通量农村公路路面结构针对农村公路主要为当地经济服务交通量不大车辆轴载较小技术指标与标准有别于高等级公路路面的技术要求特点并考虑本省农村公路建设的实际技术力量设备条件研究符合农村实际需要的尽量就地取材因地制宜的典型路面结构 1 湖北省各地区自然地理气候特征及低交通量道路路面使用现状调查研究调查湖北省不同地区的自然地理地质及气候特征并总结分析调查现有农村公路路面使用情况总结分析全省各地区农村公路常采用的路面材料类型对低交通量道路进行交通调查分析提出我省农村公路低交通量的量化标准 102 低交通量农村公路路面病害调查及分析 通过农村公路路
41、面使用现状的调查总结全省各地农村公路路面的主要病害类型及损坏原因 3低交通量道路路面结构组合设计仿真分析根据本省农村的实际情况研究提出适合我省农村地区的沥青路面和水泥混凝土路面结构 4通过比较国内外低交通量农村公路典型路面结构设计方法及研究成果结合本文研究成果给出湖北省低交通量农村公路典型路面结构的推荐类型 图 1-1 本文研究技术路线 制定研究计划 低交通量道路自然地理特征及使用现状调查 低交通量道路病害调查与分析 农村公路专项调研 农村公路交通调查与分析 交通量分析 预测交通组成分析 提出低交通量 量化标准 提出低交通量公路典型路面结构 研究成果整理汇总 典型路面结构仿真分析 低交通量公路
42、试验路的 铺筑跟踪观测等反馈结果 N Y Y 初步拟定低交通通量农村公路 典型路面结构形式 N 研究内容 研究目的 研究方法 国内外研究现状 112 低交通量道路使用现状调查分析 道路工程特征具有相似性即在同一区划内在同样的自然因素下筑路具有相似性自然气候的变化对道路结构的稳定性也有着重要的影响如温度的剧烈变化将会使路面产生收缩裂缝空气湿度的变动将诱发路面结构层的干缩裂缝在我省的不利雨季季节道路结构容易发生冲刷水毁等病害因此针对各地区不同的自然地理气候等特征其道路结构也应因自然条件的不同而各异交通量是进行路面结构设计的基础不同的交通量大小应对应着不同的路面结构及结构参数然而目前对于低交通量道路
43、交通量的阈值没有量化的标准对于低交通量道路路面结构的设计也比较盲目基于此本章对低交通量道路使用现状进行广泛的调查及分析并初步拟定我省低交通量公路典型路面结构形式为后续的路面结构力学仿真分析提供实验基础 2.1 湖北省各地区低交通量道路调查综述 1调查内容 根据本文所研究的内容及所需资料数据作者进行了以下基础资料的调查 1对湖北省各个地区进行现场调研收集所在区域的地形地貌水文地质地理气候及交通现状等资料及农村公路工程的设计文件及使用效果根据各地区的特点对湖北省进行地理分区将自然地理条件相同相似的地区划分到一个大区从而对该地区农村公路的状况特点进行分类研究 2省内农村公路路面使用现状调查研究调查省
44、内农村公路路面使用情况特别是相似地理气候特征的农村公路规划布局进行湖北省农村公路建设的相似归并包括几大片区的路面使用现状路面结构材料组成使用年限性能变化及各种规范标准和经验模型同时对各地区农村公路路基路面及其附属设施等使用的状况进行调研归类调查路基路面病害的主要类型常见的破坏方式路基路面排水设施的完好状况以及交通安全设施的设置情况 3调查全省各县/市/区农村公路的历年交通量广泛收集湖北省各地农村公路的实际交通量大小及交通组成状况主要调查全省各地农村公路交通量交通增 12长率及经济发展状况通过抽样调查某些地区典型农村公路不同时期不同地点的交通量变化状况交通组成路面破损状况及其设计年限及人口经济增
45、长状况分析确定我省农村公路的交通量的量化数据各地区主要的交通组成根据交通量增长的历史资料交通组成的变化及对应道路的使用现状道路破损程度及其设计使用年限研究确定低交通量农村公路的量化交通量 2调查方式 1查阅相关资料信息了解全省自然地理条件概况 2通过走访各地方公路局公路段并在其协助下进行现场实地调查以调查表的形式进行全省各地区所有农村公路的全面调查 3选择典型的地区进行实地调研本调查以当阳随州两市的农村公路建设为主要依托调查研究了当地农村公路的使用状况路面主要病害农村公路的建设情况同时对于某一公路交通量的增长变化状况进行分析查看实际道路上交通的组成交通安全设施的设置情况并在当阳市公路管理段的协
46、助下参观了当地正在建设的两条农村公路同时收集了当地农村公路建设及管理的相关资料 4对可利用的典型地材进行考察论证其可行性 湖北省境内有着大量的红砂岩分布如能将其用于农村公路建设则可以充分利用当地材料节省材料费用及运输费用但红砂岩用于公路建设的可行性及可靠性研究仅在各地根据已有的经验进行了尝试性的探索并无明确结论但如果对红砂岩的物理化学性质及其工程应用特性有进一步认识则可使其在农村公路建设中发挥积极作用充分利用当地资源节约工程费用 5制定农村公路调查表格在省公路局的协助下开展全省农村公路状况的调研工作通过发放调查表格广泛收集各地区农村公路的建设使用现状及交通量交通组成资料详细了解当地农村公路的材
47、料使用情况及交通现状 13 图 2-1 湖北省低交通量道路使用现状调查 2.2 低交通量道路自然地理特征及使用现状调查总结 2.2.1 全省气候特征 由于气温降水植被情况的变化对路面结构强度路基防护工程和路基排水设施有很大的影响设计必须考虑适应当地的气候和环境特点气候特征主要包括月平均气温各地的温差最高气温最低气温降雨量以及无霜期等从总体上看湖北省地势西高东低西北东三面环山略成一个向南敞开的不完整盆地属亚热带季风性湿润气候四季变化明显本次调查选择了具有代表性的武汉宜昌鄂西及老河口四个地域进行典型调查得到的气候特征指标如下图 14湖北省各地月平均气温05 01 0 01 5 02 0 02 5
48、03 0 01234567891 01 11 2月份温度0.1老河口鄂西宜昌武汉 湖北省各地温差-2 0 0-1 0 001 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 0老河口鄂西宜昌武汉温度0.1高温温差低温 图 2-2 湖北全年各月份的平均气温分析图 图 2-3 湖北各地温差分析图 湖北省各地月最高气温3 2 03 3 03 4 03 5 03 6 03 7 03 8 03 9 04 0 04 1 04 2 0456789月份温度0.1老河口鄂西宜昌武汉 湖北省各地月最低气温-2 0 0-1 5 0-1 0 0-5 005 01 0 01 01 11 2123月份温度0.1老河
49、口鄂西宜昌武汉 图 2-4 湖北省内极端最高气温分析图 图 2-5 湖北省极端最低气温分析图 从图 2-2图 2-5 分析月平均的最高气温一般集中于 78 月份最高为 2729 极端最高气温为 40.7 按照各地极端高温进行排序老河口宜昌鄂西武汉月平均的最低气温集中于 122 月份最低为 2.65 极端最低气温为-18 按照各地极端低温进行排序 武汉老河口鄂西宜昌 温差范围为 50.257.9 温差最大的是老河口 57.9 温差较小的是宜昌 50.2 无霜期约在 230天至 280 天之间 湖北省月降雨量05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 06789
50、月份降雨量0.1 m m老河口鄂西宜昌武汉 图 2-6 湖北省月降雨量分析图 由图 2-6 来看 湖北省各地的降雨量相差较大 在雨季集中的 7 月份降雨量范围为120258 mm6 月份是 99237 mm降雨量最大的地方是鄂西一带最少的是老河口一带因此在进行低交通量道路典型路面结构设计的过程中应充分考虑 15到各地区降水量的差异而采用防水性能不同的路面结构 2.2.2 低交通量道路自然区划分 根据全省各地区自然地理条件的炯异按照自然地理位置地形地貌等状况将湖北省分成五个主要分区进行研究其大致分区如图 2-7 所示 图 2-7 湖北省低交通量道路的五个分区 五个农村公路自然区的划分是按照不同地