電廠水泥混凝土道路設(shè)計(jì)案例分析

王麗英

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

關(guān)鍵詞：流程，設(shè)計(jì)軸載的作用次數(shù)，超載影響

1.引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)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(guó)家的先導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，是關(guān)系到全國(guó)各個(gè)產(chǎn)業(yè)和民生的基礎(chǔ)和動(dòng)力。我國(guó)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(yùn)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(yùn)+機(jī)械化運(yùn)輸方式，鐵路接軌條件好的電力企業(yè)可以考慮鐵路運(yùn)輸+機(jī)械化運(yùn)輸方式，而大半電力企業(yè)依然依靠道路運(yùn)輸，尤其是中小型企業(yè)，幾乎全部采用道路運(yùn)輸煤炭。

煤炭的道路運(yùn)輸呈重型化發(fā)展趨勢(shì)十分明顯，市場(chǎng)上幾乎看不到汽-20等級(jí)以下的運(yùn)輸車輛，運(yùn)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(yùn)輸強(qiáng)度達(dá)到特重甚至極重等級(jí)，因此，電廠道路運(yùn)輸具有軸重大、密度高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。

廠內(nèi)道路運(yùn)輸是當(dāng)前生產(chǎn)企業(yè)的主要運(yùn)輸手段，而水泥混凝土路面具有：強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、耐久性優(yōu)越、維護(hù)養(yǎng)護(hù)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(duì)地下管線起到了很好的保護(hù)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(jì)流程及重要公式

2.1 通常的廠礦道路設(shè)計(jì)過程

2.1.1 工廠道路運(yùn)輸量統(tǒng)計(jì)與分析，根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)確定工廠道路運(yùn)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(duì)當(dāng)?shù)氐缆吩O(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)。

2.1.3 復(fù)核設(shè)計(jì)所需參數(shù)，主要是交通量、累計(jì)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(qiáng)度等等。

2.1.4 依據(jù)以上資料的分析計(jì)算，確定水泥混凝土板厚。

2.1.5 檢驗(yàn)設(shè)計(jì)過程及確認(rèn)設(shè)計(jì)成果。

2.2 重要公式

2.2.1計(jì)算車輛數(shù)量

道路設(shè)計(jì)是要以交通量來確定道路等級(jí)，因此要以工廠生產(chǎn)綱領(lǐng)為依據(jù)確定道路運(yùn)輸總量，以此計(jì)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(jì)算數(shù)量

Q年— 年貨運(yùn)量

K1 — 運(yùn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，以100 kN單軸—雙輪荷載作為設(shè)計(jì)軸載，各級(jí)軸載的作用次數(shù)按以下公式進(jìn)行計(jì)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(jì)軸載的作用次數(shù)。

Ni——i級(jí)軸載的作用次數(shù)。

Pi——第i級(jí)軸載重（kN），連軸按每一根軸載單獨(dú)計(jì)。

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

n——各種軸型的軸載級(jí)位數(shù)。

3.電廠工程實(shí)際案例計(jì)算過程

本工程是南方某小型熱電廠實(shí)際工程設(shè)計(jì)案例。

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

其它參數(shù)為：設(shè)計(jì)規(guī)模2臺(tái)鍋爐和相關(guān)設(shè)施，每臺(tái)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\(yùn)輸車輛為汽-20等級(jí)，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(jì)算如下。

3.1 初步設(shè)計(jì)階段道路設(shè)計(jì)

3.1.1計(jì)算車輛數(shù)量

3.1.1.1運(yùn)輸總量計(jì)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(yùn)輸車輛計(jì)算

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

根據(jù)公式2-1計(jì)算如下：

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

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

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

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

合計(jì)154車。

3.1.2計(jì)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(jì)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(guó)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(chǎng)地處理后，路基土基回彈模量為30Mpa，設(shè)計(jì)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(jì)算道路結(jié)構(gòu)層厚度為（計(jì)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(jì)后道路設(shè)計(jì)修改

初步設(shè)計(jì)審查后，進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)前期資料準(zhǔn)備過程時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)氐倪\(yùn)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(jìn)行相關(guān)情況的了解，得知，當(dāng)?shù)厣鐣?huì)運(yùn)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(jí)，為此必須重新核算道路設(shè)計(jì)。經(jīng)重新整理資料后，再次進(jìn)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\(yùn)輸市場(chǎng)基本采用5軸120噸半掛車車型，屬汽-超20級(jí)，故選擇汽-超20級(jí)55噸重車車型為運(yùn)煤車車型設(shè)計(jì)參數(shù)；石灰石灰采用30噸級(jí)灰罐車（汽20）；灰采用灰罐車，為汽-20級(jí)30噸重車車型；渣采用自卸車，為汽-20級(jí)30噸重車車型。

根據(jù)公式2-1計(jì)算如下：

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

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

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

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

合計(jì)129車。

3.2.2計(jì)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(jì)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(jì)算道路結(jié)構(gòu)層厚度為（計(jì)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(jì)算發(fā)現(xiàn)，車型相差較大，面層厚度計(jì)算結(jié)果相差3cm，這是由于運(yùn)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(jì)修改

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

3.3.1 考慮超載因素的道路設(shè)計(jì)條件核算

由公式2-2可知，對(duì)道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)影響最大的因素是運(yùn)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(jì)，重新核算設(shè)計(jì)條件。

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

運(yùn)煤車型軸載分布為：（簡(jiǎn)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(jìn)行初期道路標(biāo)準(zhǔn)軸載次數(shù)計(jì)算。

Ns=42322次。

3.3.2 根據(jù)修改的資料，計(jì)算道路結(jié)構(gòu)層厚度為（計(jì)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(jì)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(jià)增加約30%。

3.5 以上為對(duì)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(jià)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(jì)的基礎(chǔ)條件，它對(duì)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(shí)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(yùn)輸生產(chǎn)的正常進(jìn)行，存在著較大的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，其后期的維護(hù)維修工作量非常大，對(duì)電廠正常生產(chǎn)作業(yè)影響較大，而且，根本達(dá)不到設(shè)計(jì)年限要求。經(jīng)設(shè)計(jì)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)钠毡樾裕@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(xiàng)目道路設(shè)計(jì)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(jì)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(yùn)輸車輛的超載情況是現(xiàn)實(shí)存在的，而且十分普遍，應(yīng)對(duì)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(yùn)輸企業(yè)應(yīng)該依法辦事，嚴(yán)查嚴(yán)處超載車輛，同時(shí)采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，使得運(yùn)輸企業(yè)能夠在不超載的情況下保持合理利潤(rùn)，這不僅保護(hù)了廠內(nèi)道路，更是保護(hù)了國(guó)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(xiàn)：

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