公交场站场坪设计使用年限的探讨

2015-01-09莫阳

城市道桥与防洪 2015年4期

莫阳

（苏州市市政工程设计院有限责任公司，江苏苏州 215125）

1 概述

公交场站是支撑公共交通发展的基础设施，其重要组成部分的场坪，具有占地最大且实现功能多[1]的特点，场坪结构的耐久性很大程度上决定了公交场站能否充分发挥其功能。

结构的耐久性体现为使用寿命，结构的设计使用年限指：在不进行大修的情况下即可按预定目的使用的年限[2]。结构要在规定的设计使用年限内以适当的可靠度且经济的方式，满足规定的各项功能要求[3]。设计使用年限不等同于使用寿命，但超过设计使用年限的结构，可靠性会大幅下降，对安全和功能均有较大不利影响，故可用设计使用年限反映满足可靠性要求的结构使用寿命。

研究场坪设计使用年限的意义：

（1）作为公共服务的承载平台，使用期限是否合理影响功能实现的优劣；

（2）作为公共服务的基础设施，使用期限是否合理影响投资效益的高低；

（3）现行规范主要针对通行性道路，对公交场站场坪的指导不足，需要提供适宜的标准。

2 影响因素分析

公交场站场坪使用期，受到投资者、管理者和使用者等不同层面影响，需要从多角度出发考虑下列因素：

（1）为满足向公众提供运输服务、车辆设施维护和存放的需要，并且避免功能一体化造成管理上的混乱，公交场站产生专业化分工[4]，城市发展的动态性对公交场站的使用性质造成一定影响，形成主观上的不同要求；

（2）场坪对自然因素、车辆荷载作用的承受能力，由场坪材料特性决定，不同材料耐久性能的差异，造成客观上的不同可能；

（3）场坪投资成本随材料而变化，不同材料可达到的使用期变化很大，使用期与投资成本并非线性比例关系，可接受的使用期应具有较高的投资性价比。

3 场站特性影响分析

场坪使用期限的主观接受性，取决于场站特性对不同群体期望的影响，包括运营特性和使用性质。不论作业区相对封闭的停保场，或相对开放的枢纽站和首末站[5]，因车辆移动频次高而使场坪维修造成场站服务能力显著下降。受规划或线路调整、土地使用性质或居民出行变化等影响，为适应城市的阶段性发展和节约使用土地，公交场站分为永久和临时2种[6]。

主观接受性的调查结果见图1。

图1 场坪使用期限与接受程度的关系

以尚能接受程度作为分界点，得到场坪的期望使用年限，见表1。

4 路面特性影响分析

场坪使用期限的客观可能性，取决于所用路面的特性，砌块路面不适用于公交场站[7]，部分公交场站使用了沥青路面，故分析沥青和水泥混凝土2种路面的可能服务期。沥青路面集中在10～15 a，少数接近20 a；水泥混凝土路面在20～40 a，大多数未超过30 a。

表1 场坪的期望使用年限（单位：a）

正常使用极限状态下路面结构应满足γS≤R[8]，其中：γ为可靠度系数；S为作用效应设计值；R为结构抗力设计值。作用效应和结构抗力均为随机变量，考量作用值可靠性的时间参数是设计基准期；提供结构抗力的材料，在承受交变循环作用过程中微观结构的渐进破坏表现为疲劳强度，如果不存在侵蚀，理论上存在疲劳极限，即材料可承受无数次交变循环作用而不破坏[9]。实际路面始终处于侵蚀的环境，以疲劳极限作为控制标准并不可行。从经济角度考虑，保证材料性能可靠性的时间参数，应与设计基准期一致。

按上述分析并结合文献[8]的规定，得出场坪的适宜使用期限，见表2。

表2 场坪的适宜使用期限（单位：a）

5 投资成本影响分析

根据工程经济学原理，目标功能相同时，投资成本最低则效益最高[10]，理想的场坪设计使用年限，投资性价比应该最佳。

5.1 场坪交通荷载

荷载作用分析采用下列简化设定：（1）发车区内车辆严格按车道行驶且等待发车位置相同；（2）发车频率采用1辆/5 min，车辆到达频率与发车频率相同；（3）考虑夜间车辆停放的静载效应，运营时间按24 h计；（4）公交车辆近似认为标准车，不计车辆荷载振动冲击效应。

按上述设定及文献[8]得到不同使用期的累计荷载作用，见表3。

表3 累计当量轴次计算汇总

5.2 场坪结构

路面结构计算按照下述规则，以保证造价分析的基础一致：（1）沥青路面按控制指标选取不利的计算结果；（2）同类型路面的面层材料种类统一，沥青路面以基层为计算层，水泥混凝土路面以面层为计算层；（3）基层、底基层材料种类统一，非计算层的厚度统一，计算层的厚度考虑施工工艺要求后取最小值；（4）考虑路基处理的可能性，土基顶面回弹模量取25 MPa。表4为路面结构计算汇总。

表4 路面结构计算汇总

5.3 场坪投资分析

投资分析原则：（1）按最小公倍数原则[10]确定评价期为30 a；（2）使用期限内年均养护费用视为相同且不参与计算；（3）评价期不超过适宜使用期限时，取最小单位造价，超过适宜使用期限时，取使用期组合对应的单位造价总和最小值。

路面的单位造价、年均单位造价随使用期的变化见图2、图3。

图2 路面单位造价与使用期的关系

图3 路面年均单位造价与使用期的关系

图2、图3中揭示如下规律：永久场站场坪存在最佳使用期限，沥青路面15 a，水泥混凝土路面30 a；临时场站场坪无最佳使用期限，但使用期长的性价比略高。

6 场坪设计使用年限确定

综合考虑3方面因素，场坪设计使用年限可用式（1）确定：

式中：Ld──场坪设计使用年限；

Yc──期望使用期限；

Yt──适宜使用期限；

Yr──最佳使用期限，或需要使用期限。

举例说明如下。

永久枢纽站采用水泥混凝土路面时，期望使用期限Yc≥10 a，水泥混凝土路面的适宜使用期限 Yt≤30 a，最佳使用期限 Yr=30 a，得到 Ld=30 a。

临时首末站采用沥青路面时，期望使用期限10 a≥Yc≥3 a，沥青路面的适宜使用期限Yt≤15 a，Yr根据实际需要确定。使用期5 a≥Yr≥3 a时，单位造价很接近而Yr=5 a时年均单位造价低，可得Ld=5 a；当考虑地块建设速度、提供公交出行等方面时，使用期可能相对长些，使用期10 a≥Yr＞5 a时，单位造价相差不大而Yr=10 a时年均单位造价低，可得Ld=10 a。因此，根据实际需要并考虑投资性价比，得到Ld=5 a或10 a。

依上述方法，可确定出其他情况下的场坪设计使用年限；当考虑场站重要程度、路面材料回收利用、决策倾向等次要因素时，可能存在其他选择，但仍按上述原则分析，最后结果见表5。