前期报告最新地下道路复合式路面.doc

河北工业大学本科毕业设计（论文）前期报告河北工业大学本科毕业论文前期报告毕业论文题目：地下道路复合式路面使用性能评价预测研究专业：道路桥梁与渡河工程学生信息： 学号：081431 姓名：杨永泽 班级：道桥081指导教师信息： 教师号：04036 姓名：张彩利 职称：讲师报告提交日期：2012年4月9日研究背景：随着我国城市化的加速和过剩人口向城市聚集，城市的车辆尤其是私家车的数量得到井喷式增长。直接导致了城市交通状况的恶化，道路拥堵已经成为了阻碍许多城市发展和人们正常工作生活的瓶颈，尤其是大城市情况更为糟糕。如北京为缓解道路的拥堵采取了单双号限行的措施，这样的措施虽暂时能改善交通状况，但并不能从根本上解决拥堵，而且这种措施对经济效率起到了很大的负面影响。而土地对于城市来讲更是寸土寸金，修建高架桥不仅影响市容而且还有震动，噪声，污染等弊端，所以地下道路就成为一个不错的选择。波士顿是美国历史古城，也是交通最繁忙的城市，其城市交通问题严重制约了城市的发展，城市中心区活力降低，经济增长缓慢，城市环境质量下降。波士顿的中央大道建成于1959年，为高架6车道，它直接穿越城市中心区，当时设计流量为75000V/天，而目前的交通流量达到了200000V/ 天，是美国乃至世界最拥挤的城市交通干道。其每天的交通拥堵时间超过10小时，交通事故发生率是其他城市的4倍，通向机场的隧道境况也相同。如果不进行改造，预计交通拥堵时间从现在的10小时发展到2010年的16小时，据估算，由于堵塞、事故、油料浪费、尾气污染、时间延误等因素所造成的实际损失超过5亿美元。在美国经济高速发展的20世纪50年代到60年代，建设道路的过程中，很少考虑到道路对城市环境影响以及对周围地区的割裂，所以1959年建成的中央大道高架道路，将原来的波士顿北区及相邻的滨水区与老城中心区相隔离，限制了这些地区在城市经济活动中发挥作用，并且建设中搬迁了2万左右的居民。而严重的交通堵塞和高发事故率，使一些商业机构搬迁出去，以寻求更好的有利增长和交通便捷的地区，由此带来的利税损失高达数百万美元，同时因高架道路横贯波士顿，所以对城市环境造成了较大的影响。一方面波士顿已没有更多的可用于开发的城市用地，不能在老城和滨水区再建新的道路，同时吸收已建高架道路对城市造成较大负面影响的教训，研究后认为唯一可行的方案是在现有的中央大街下面建设一条地下快速干道，在波士顿海湾建设一条海底隧道用来联系机场和城市中心，建立一个新的交通系统，完善城市交通，并以此为契机改善城市环境。所以，波士顿从1995年开始拆除上世纪50年代建造的城市高架路，转而发展“地下公路”。建“地下公路”是为了可持续发展，进入生态城市。“地下公路”可把汽车废气集中高空排放处理，可使波士顿的一氧化碳降低12，另外,地面上的高架路拆掉后可以做林荫大道，增加绿化面积国内地下道路近几年也有所发展，早在2004-2005年，北京就为解决交通问题规划了四纵两横的地下道路网。这“四纵两横”是指在北京西侧建两条南北向的地下快速路，缓解西二环、西三环的交通压力，同时为金融街、中关村等提供长距离的通行干道。在东侧建设两条南北向的地下快速路，缓解东二环、东三环的交通压力，同时为CBD、望京等地区提供长距离的出行服务。在长安街南北两侧各修建一条东西向的地下干道，缓解南北二环、三环和长安街的交通压力。这六条地下通道彼此并不连通，它们通过与地面的出入口和地面道路系统联系据不完全统计，国内外常见的隧道，90%是水泥混凝土路面。一般很少用沥青路面，不仅因为沥青路面颜色深，反射率低不利于隧道照明，更重要的是沥青路面水稳定性差，耐久性差。由于隧道环境比较潮湿，而且维修成本较高，所以地下道路不适于用沥青混凝土路面，尤其是地下道路很长时。虽然国内外隧道大都用的水泥混凝土路面，但是水泥路面的抗滑性能一直被人们所诟病，很低的抗滑性能导致了隧道内的事故率远远大于地上道路，而且水泥路面不宜维修，通常维修养护至少要达到28天。所以对于地下道路很有必要用复合式路面来改善单一路面的缺陷。复合式路面是有两种不同类型和力学性质的结构层复合而成的路面，这类路面既有沥青路面行车舒适，噪音小等的特点，又具有水泥混凝土路面强度高，承载能力大，稳定性好等特点，是近年来为解决八十年代以来修建的水泥混凝土道路的维修问题而提出的并在实际中取得了很好的效果。复合式路面在工程上指在水泥混凝土路面上加铺沥青混凝土来改善单一路面的性能。随着地下道路的兴建，研究地下道路复合式路面的评价预测变得很有必要。由于现行规范中已经存在沥青或水泥路面的评价预测方法，能不能用沥青或水泥等效复合式路面的评价预测？答案是否定的。一、复合式路面的典型的损坏形式与水泥或沥青的不同，反射裂缝在复合式路面的损坏中作为很重要的角色，二、复合式路面是由水泥和沥青双层路面构成，结构分析更多的考虑层间的剪力，三、复合式路面的属性为刚中有柔，以刚为主所以不宜套用刚性或柔性理论，应对理论进行修改，或建立新的理论。研究现状：对于复合式路面使用性能的评价在目前是等效为沥青混凝土路面的，对于PCCAC（水泥混凝土沥青混凝土）复合式路面结构设计，国外多采用经验法，以“重防治，轻设计”的思路为指导。缺乏对面层破坏理论的探讨和研究，未能形成通用的设计理论。总结起来比较全面的方法有：有效厚度法，弯沉法，力学经验法而国内则多采用力学分析，采用荷载应力和温度应力作为设计指标，以控制PCCAC复合式路面结构反射裂缝的产生。国内的弹性层状理论，有限元理论，弹性地基板理论发展已趋于成熟。现行规范中路面使用性能评价1 路面功能性能路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行驶表面。路面的功能性能是指路面满足这一基本功能的能力,它反映了路面的行驶质量和服务水平。现行的公路养护技术规范中采用行驶质量指数RQI 来进行评价,其计算公式为:RQI = 11. 5 - 0. 75 I R I （！）式中: I R I 为国际平整度。2路面结构性能路面结构性能是指路面结构保持完好的程度,是路面破损状况物理性能最直接的表现和反映。现行公路养护技术规范中用路面状况指数PCI 来表示,其计算公式为:PCI = 100 - 15DR0. 412 (2）式中:DR 为路面综合破损率。3 结构承载能力路面结构的承载能力是指路面在达到预定的损坏状况之前还能承受的行车载荷作用次数或者还能使用的年数。现行公路养护技术规范中提出了强度评价指标S S I ,其计算公式为:S S I = ld / l （3）式中: ld 为路段允许弯沉; lr 为路面实测代表弯沉。4路面安全性能路面抗滑性能是路面安全性能的重要保障。路面抗滑性能是指车辆轮胎受到制动时沿路表面滑移所产生的抗滑力。通常抗滑性能被看作是路面的表面特性,现行公路养护技术规范中采用横向系数S FC 来评价,其计算公式为:S FC = P/ S F （4）式中: P 为垂直载荷; S F 为横向力。5使用性能综合指标路面使用性能综合评价是为了使各路段的路面状况具有可比性而建立的一种对路面使用性能的总体评价。公路养护技术规范提出了综合评价指数PQI ,它是各单项评价指标的加权函数:PQI = W1PCI +W2 RQI +W3S S I + W4 S FC （5）式中:W i 为权重。路面使用性能预测路面使用性能预测是路面管理系统的重要组成部分，20世纪60年代初,garey和irick在AASHTO实验研究中第一次提出了路面性能预测概念，之后路面性能预测得到发展，形成了多种预测模型。预测模型主要分为确定型预测模型和概率型预测模型两大类。确定型预测模型是指根据经验或力学模型建立数学式的表达式，可预测路面使用性能参数的单一数值，即满足给定条件时模型给出的预测结果是惟一的。确定型预测模型又分为力学预测模型、经验预测模型、力学经验预测模型。概率型预测模型主要预测路面性能的状态分布，弥补了确定型对预测过程中不确定性无能为力的缺陷。概率型又可分为马尔科夫预测模型、半马尔科夫预测模型、贝叶斯预测模型，其中马尔科夫预测模型最具代表性， 随着人工智能技术的发展，更多的技术应用到路面性能上来，形成了一些新的模型,，如人工神经网络模型和灰色系统模型现行评价存在的问题：1、 单项值域不统一现行公路养护技术规范的评价体系中存在许多问题,如评价指标的值阈不统一、计算过程烦琐、结果混乱。具体来说,路面状况( PCI) 用百分制,行驶质量( RQI) 用十分制, 结构强度( S S I) 根据路面允许弯沉与路段代表弯沉的比值确定, 抗滑能力则采用仪器的测量值,按得到的各数值划分等级,计算路面综合评价指标( PQI) 时再将各项指标的评价结果由等级制转化为百分制;计算结果有出现负值的可能,比如在计算RQI 时,当I R I 15. 3 时,计算值小于零2、 对于高级公路，用规范中的方法有体现其功能和特点3、 各评价指标权重的确定不够客观。 如果某段路某个指标值很低,其他指标很高,最终的综合指标可能是一个很高的值,但实际上由于这个指标值很低使路面整体性能很差。而且复合式路面的性能参数直接受路面材料、各结构层厚度和刚度、路基土类型和状态、温度和湿度、交通荷载状况等多因素综合影响，各性能参数测定值往往具有很大变异性和随机性。 由于现行评价方法上的缺陷，一些研究者提出了一种新的评价方法综合模糊评价。此方法没有抛弃现行规范的评价的方法，只是对现行规范方法的作了一些改进。概括来讲，主要是通过单因素评价集、权重、评价方法这三者来进行复合式路面使用性能能够综合评价。现行预测方法存在的问题：预测研究是建立在路面使用性能评价的基础上，没有完善的评价体系，预测也不可能建立完善的模型。上述复合式路面预测方法或多或少存有不足： 1、每种模型只适用于特定地区，当把一个地区的一个模型应用到另一个地区时，回归系数就需改变，需要重新标定。 2、标定回归系数时需要大量数据。而我国的高速公路建设较晚，积累的资料较少，复合式路面就更晚，积累的路况数据就更少。 3、路况本身受众多因素影响，使预测具有很大随机性和灰色特征。 预测方面目前尚难以做到准确量化，我国高速公路发展时间较短，尤其是复合式路面近几年刚刚兴起，历史路面数据不多，采用回归分析等方法显然不合适。 有关地下道路复合式路面的研究国内外还处于一片空白，如何通过单一路面评价预测方法推导出复合式路面评价预测体系，进而得出地下道路复合式路面评价预测体系是本文的主要任务。研究内容针对以上问题，本文拟在以下方面展开工作1、选择能全面反映地下道路复合式路面使用性能的评价指标2、单项值域的统一（0100）3、对于综合评价指标的权重重新计量使适于复合式路面的实际情况4、对于路面一些参数的不确定性，加入一些灰色评价指标或变化系数5、针对复合式路面和我国的现状，预测拟以灰色系统理论作为预测的基础方法。研究过程：在总结地下道损害模式的基础上，提出地下道路复合式路面单项评价指标及标准，并给出综合评价指标及标准，同时，对以往的路面评价方法进行对比分析，优选出适合地下道路复合式路面的评价方法。 在对以往预测方法回顾基础上，提出适合地下道路复合式路面的预测方法。主要参考文献： 1中华人民共和国行业标准.公路技术状况评定标准（JTG H202007）人民交通出版社2007年。2中华人民共和国行业标准.公路沥青路面养护技术规范（JTJ073.2-2001）人民交通出版社2001年。3中华人民共和国行业标准城镇道路养护技术规范（CJJ 36-2006）中华人民共和国建设部。2006。4孙立军沥青路面结构行为理论人民交通出版社20055杨家勇城市道路路面