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港口道路與堆場(chǎng)聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
0 引言
聯(lián)鎖塊面層是由高強(qiáng)精度的水泥混凝土預(yù)制塊按特定方法緊密排列,塊體間接縫用砂填灌而成的路面,其具有易維修、造價(jià)相對(duì)較低、對(duì)地基的不均勻沉降適應(yīng)性較好等優(yōu)點(diǎn),目前已廣泛應(yīng)用于我國(guó)碼頭的道路、堆場(chǎng)工程中。港口堆場(chǎng)是堆存貨物主要場(chǎng)所,其行車速度較慢,對(duì)地面平整度要求較低,地基殘余沉降較大,因而聯(lián)鎖塊鋪面適應(yīng)上述特點(diǎn)。下面結(jié)合海砂回填軟路基,對(duì)聯(lián)鎖塊鋪面的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算分析。
1 聯(lián)鎖塊鋪面損壞成因
聯(lián)鎖塊本身強(qiáng)度不足。聯(lián)鎖塊的生產(chǎn)一般由混凝土生產(chǎn)廠家使用專門設(shè)備制造,其原材料和配合比經(jīng)過廠家多次試驗(yàn)摸索,使聯(lián)鎖塊的強(qiáng)度和外觀質(zhì)量達(dá)到要求。施工單位自行預(yù)制的聯(lián)鎖塊則很難達(dá)到專業(yè)廠家的質(zhì)量水平。聯(lián)鎖塊出廠一般根據(jù)強(qiáng)度、尺寸和外觀質(zhì)量水平,分成幾個(gè)等級(jí),價(jià)格因而也不同。所以,選用聯(lián)鎖塊應(yīng)按照工程要求,選擇符合設(shè)計(jì)要求的聯(lián)鎖塊,并加強(qiáng)質(zhì)量檢驗(yàn),把好材料入口關(guān)。集中荷載過大,造成個(gè)別塊體損壞。聯(lián)鎖塊鋪面在正常的受力狀態(tài)下,一定范圍內(nèi)的聯(lián)鎖塊相互擠壓,產(chǎn)生拱殼作用,共同承受上部荷載,但如局部荷載過大,這種拱殼作用就不明顯,而變?yōu)閱为?dú)受力狀態(tài),從而使單塊塊體被壓斷裂。這種情況常常發(fā)生在碼頭前方作業(yè)堆場(chǎng),這里是堆放船艙蓋板的地方,為節(jié)省場(chǎng)地蓋板常多層疊放,蓋板支腿壓力過大,容易造成支腿下部聯(lián)鎖塊斷裂。因此集裝箱碼頭前方作業(yè)地帶更好采用較厚和強(qiáng)度較高的聯(lián)鎖塊鋪砌。聯(lián)鎖塊下墊層砂如含有粒徑過1cm的粗顆粒過大或過多,將惡化聯(lián)鎖塊的受力環(huán)境,也是造成聯(lián)鎖塊損壞的一個(gè)重要原因。因此,墊層砂必須嚴(yán)格控制粗顆粒含量,必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行篩分處理。
2 面層結(jié)構(gòu)組合
聯(lián)鎖塊面層結(jié)構(gòu)可由聯(lián)鎖塊、墊砂層、基層和墊層組成(圖1)。墊層之下為土基。工程中,基層一般采用水泥穩(wěn)定碎石層或貧混凝土,墊層一般采用碎石。
3 設(shè)計(jì)步驟
我國(guó)規(guī)范中關(guān)于聯(lián)鎖塊鋪面的設(shè)計(jì)步驟主要為:標(biāo)準(zhǔn)荷載作用總次數(shù)計(jì)算和結(jié)構(gòu)組合各結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算。進(jìn)行各結(jié)構(gòu)層厚度計(jì)算時(shí),應(yīng)先初擬各結(jié)構(gòu)層厚度,試算聯(lián)鎖塊車轍深度、回彈彎沉值、各基層頂面當(dāng)量回彈模量、回彈彎沉值,若結(jié)果滿足規(guī)范要求,則初擬結(jié)構(gòu)層厚度可作為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)層厚度,否則應(yīng)改選結(jié)構(gòu)層厚度重新計(jì)算,直至滿足規(guī)范要求。
4 計(jì)算實(shí)例
4.1 設(shè)計(jì)條件
集裝箱堆場(chǎng),堆場(chǎng)回填料為海砂,軟基已經(jīng)過強(qiáng)夯及堆載預(yù)壓等加固處理,工藝擬采用TL45-5正面吊進(jìn)行作業(yè)。正面吊作為堆場(chǎng)的控制荷載,重載時(shí)前輪輪壓300kN/輪,后輪為100kN/輪,接地面積前輪為0.46m×0.65m,后輪為0.46m×0.22m。流動(dòng)機(jī)械荷載為P5,年運(yùn)行次數(shù)80000次。
4.2 計(jì)算結(jié)果
4.2.1 標(biāo)準(zhǔn)荷載作用總次數(shù)計(jì)算
分析TL45-5正面吊荷載,輪壓為300kN,接地面積2990cm2,接地壓強(qiáng)為1MPa。考慮流動(dòng)機(jī)械荷載的輪組系數(shù)的影響,采用荷載換算系數(shù)公式,可得正面吊的荷載換算系數(shù)η=1.0??紤]堆場(chǎng)鋪面寬度折減系數(shù)ηγ2=0.5,使用期20年的堆場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)荷載作用總次數(shù)為:
Nm=t×N×η×ηγ2=789307(次)
式中,t為設(shè)計(jì)使用年限(年);
N為流動(dòng)機(jī)械年運(yùn)行次數(shù) (次/年);
η為流動(dòng)機(jī)械非標(biāo)準(zhǔn)荷載與標(biāo)準(zhǔn)荷載的荷載
換算系數(shù);ηγ2為鋪面寬度折減系數(shù)。
4.2.2 結(jié)構(gòu)組合及各結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)
考慮流動(dòng)機(jī)械荷載為P5級(jí),初估結(jié)構(gòu)層自上而下為:聯(lián)鎖塊厚120mm、中粗砂墊層厚30mm、5%水泥穩(wěn)定碎石墊層厚400mm、級(jí)配碎石墊層厚30mm。
(1) 車轍深度計(jì)算
根據(jù)《港口道路、堆場(chǎng)鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》,車轍深度計(jì)算公式為:
lc=1.90e-0.11hc×Nm0.285×ly。
式中,hc為塊體厚度(cm);
ly為流動(dòng)機(jī)械重復(fù)荷載作用一次的回彈彎沉值(mm)。
流動(dòng)機(jī)械重復(fù)荷載作用一次的回彈彎沉值計(jì)算參考《公路設(shè)計(jì)手冊(cè)-路面》,根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn),土基頂面的回彈模量取80MPa,碎石墊層頂面的回彈模量取300MPa,5%水泥穩(wěn)定碎石墊層頂面的回彈模量取1500MPa。通過逐層回彈模量系數(shù)比較及各結(jié)構(gòu)層厚度系數(shù)比較,從而查表得出流動(dòng)機(jī)械重復(fù)荷載作用一次的回彈彎沉值ly為1.587mm<2mm(容許回彈彎沉值),滿足設(shè)計(jì)要求。車轍深度lc=38.62mm,流動(dòng)機(jī)械重復(fù)作用的荷載,容許車轍深度為la=40mm,0.95la<lc<1.03la,初擬結(jié)構(gòu)層滿足要求。
(2) 基層底面彎拉應(yīng)力計(jì)算
根據(jù)《港口道路、堆場(chǎng)鋪面設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》,基層底面疲勞容許彎拉應(yīng)力計(jì)算公式為:
σR2=3.0σs×Kd-1×Nm-0.1=0.735MPa
式中:σs為基層材料的極限抗彎拉強(qiáng)度(MPa);
Kd為動(dòng)荷系數(shù),取1.05~1.10。
參考《公路設(shè)計(jì)手冊(cè)-路面》,通過逐層回彈模量系數(shù)比較及各結(jié)構(gòu)層厚度系數(shù)比較,從而查表得基層底面彎拉應(yīng)力σr=0.707MPa,0.95σR2<σr<1.03σR2,初擬結(jié)構(gòu)層滿足要求。
5 結(jié)語(yǔ)
根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),聯(lián)鎖塊鋪面設(shè)計(jì)過程較為繁瑣,設(shè)計(jì)中不僅需要套用港口標(biāo)準(zhǔn),部分?jǐn)?shù)據(jù)的計(jì)算還需參考公路標(biāo)準(zhǔn),并且過程中查用了大量的圖表,比較容易造成人為誤差。本文通過對(duì)港口道路、堆場(chǎng)聯(lián)鎖塊鋪面設(shè)計(jì)進(jìn)行分析,為今后港口工程設(shè)計(jì)提供參考。
- 上一個(gè):高強(qiáng)度聯(lián)鎖塊混凝土配制技術(shù)
- 下一個(gè):大面積聯(lián)鎖塊堆場(chǎng)“棋盤式”施工方法
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2023-10-09 13:56:09
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2023-10-09 13:51:04
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2023-10-08 17:31:38
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2023-10-08 17:25:55
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