电厂水泥混凝土道路设计案例分析

王丽英

摘 要：电厂道路运输特征；厂矿道路设计中车流量是基础参数，以此进行标准轴载换算，其中车型技术条件对设计结果的影响很大，大型车辆的超载对道路结构影响更甚。

关键词：流程，设计轴载的作用次数，超载影响

1.引言

随着我国经济发展水平持续高涨，各行业都经历高速发展的过程。能源行业更是国家的先导产业，是关系到全国各个产业和民生的基础和动力。我国当前发电行业近九成是燃煤电站，热力和蒸汽行业几乎全部是燃煤装置，煤炭的运输是能源行业的重要工作组成。一般来讲，沿海、沿河的电力企业可以考虑水运+机械化运输方式，铁路接轨条件好的电力企业可以考虑铁路运输+机械化运输方式，而大半电力企业依然依靠道路运输，尤其是中小型企业，几乎全部采用道路运输煤炭。

煤炭的道路运输呈重型化发展趋势十分明显，市场上几乎看不到汽-20等级以下的运输车辆，运输设施的重型化必将导致车辆轴载的增加，这是道路结构厚度增加的关键因素。特别是轴重≥130kN车型的使用，使得电厂厂内道路运输强度达到特重甚至极重等级，因此，电厂道路运输具有轴重大、密度高、持续时间长的特点。

厂内道路运输是当前生产企业的主要运输手段，而水泥混凝土路面具有：强度高、稳定性好、耐久性优越、维护养护工作量低、抗滑性出色的综合特性，特别适合厂内重载、低速的作业特征；另外，厂区各类工程管线密布，与道路交叉频繁，而水泥混凝土刚性特征，对地下管线起到了很好的保护作用。因此，水泥混凝土路面是工业企业厂内道路的首选。

2. 厂矿道路设计流程及重要公式

2.1 通常的厂矿道路设计过程

2.1.1 工厂道路运输量统计与分析，根据生产纲领确定工厂道路运输量。

2.1.2 厂区所在地的地质水文及气象等资料的收集，和对当地道路设计施工情况调研，以便确定合适的筑路建筑材料、土基回弹模量等设计参数。

2.1.3 复核设计所需参数，主要是交通量、累计轴载、土基回弹模量、各类基层回弹模量、设定水泥混凝土弯拉强度等等。

2.1.4 依据以上资料的分析计算，确定水泥混凝土板厚。

2.1.5 检验设计过程及确认设计成果。

2.2 重要公式

2.2.1计算车辆数量

道路设计是要以交通量来确定道路等级，因此要以工厂生产纲领为依据确定道路运输总量，以此计算汽车的数量。

N=（Q年*K1）/（a*P*K4*n） 公式2-1

N — 每日车辆计算数量

Q年— 年货运量

K1 — 运输不平衡系数 一般取1.15

a — 车年工作天数 一般取365天

P — 单车载重量

K4 — 车辆在中利用系数 煤 1.00 ；石灰石 1.00；灰 0.95；渣 1.00。

n — 车辆周转次数 无周转取1.0

2.2.2水泥混凝土路面标准轴载换算公式

按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100 kN单轴—双轮荷载作为设计轴载，各级轴载的作用次数按以下公式进行计算累加，形成道路总的轴载作用次数。

公式2-2

其中：Ns——设计轴载的作用次数。

Ni——i级轴载的作用次数。

Pi——第i级轴载重（kN），连轴按每一根轴载单独计。

Ps——设计轴载重（kN），以100 kN单轴—双轮荷载为设计轴载。

n——各种轴型的轴载级位数。

3.电厂工程实际案例计算过程

本工程是南方某小型热电厂实际工程设计案例。

在项目可研和初步设计阶段，甲方就当地运输车辆的情况和工厂的设想提供我院，即运煤车辆和运灰渣车辆基本为载重20—30吨的社会车辆，要求我院以此进行厂内道路设计。

其它参数为：设计规模2台锅炉和相关设施，每台锅炉年耗煤264060吨，消耗石灰55440吨，产生煤灰66840吨，产生煤渣100400吨。

根据甲方资料，我们确定当地运输车辆为汽-20等级，按煤、石灰采用30吨重车，其它采用20吨主车车辆考虑，具体计算如下。

3.1 初步设计阶段道路设计

3.1.1计算车辆数量

3.1.1.1运输总量计算

煤：Q年=264060*2=528120吨

石灰石：Q年=55440*2=110880吨

灰：Q年=66840*2=133680吨

渣：Q年=100400*2=200800吨

3.1.1.2每日运输车辆计算

其中：煤、石灰石均采用同一车型，载重量为（双后轴）汽-20级30吨重车车型；灰采用灰罐车（汽20级），20吨主车车型；渣采用自卸车（汽20级）30吨重车车型。

根据公式2-1计算如下：

N（煤）=（528120*1.15）/（365*30*1*1）=55.46车 设计取56车

N（石灰石）=（110880*1.15）/（365*30*1*1）=11.64车 设计取12车

N（灰）=（133680*1.15）/（365*20*0.95*1）=22.16车 设计取23车

N（渣）=（200800*1.15）/（365*30*1*1）=21.09车 设计取22車

合计154车。

3.1.2计算标准轴载作用次数

3.1.2.1煤、石灰石和渣车型轴载分布均为：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前轴）=56+12+22=90次，N（后轴1）=56+12+22=90次，endprint

N（后轴2）=56+12+22=90次。

3.1.2.2灰罐车轴载分布为：（前）70kN+（后）130 kN。

N（前轴）=23次，N（后轴）=23次。

3.1.2.3根据公式2-2计算如下：

Ns=4859次。即初期道路标准轴载次数。

3.1.2.4工程建设地属我国公路Ⅳ自然区划地区，土质类别为粘性土。依据勘察资料和已有的数据得知，经场地处理后，路基土基回弹模量为30Mpa，设计选用石灰土垫层，水泥稳定碎石基层。

3.1.2.5根据以上资料，计算道路结构层厚度为（计算过程略）：

水泥混凝土面层23cm、水泥稳定碎石基层20cm、石灰土垫层20cm。

3.2 初步设计后道路设计修改

初步设计审查后，进行施工图设计前期资料准备过程时，发现当地的运煤车辆绝大多数为80吨以上车型，且超载现象严重，为此专门与甲方进行相关情况的了解，得知，当地社会运煤车辆基本为5轴100吨半挂车车型和5轴120吨半挂车车型为主。这些车型属汽-超20级，为此必须重新核算道路设计。经重新整理资料后，再次进行道路结构核算。

3.2.1具体车型参数修改：由于当地煤炭运输市场基本采用5轴120吨半挂车车型，属汽-超20级，故选择汽-超20级55吨重车车型为运煤车车型设计参数；石灰石灰采用30吨级灰罐车（汽20）；灰采用灰罐车，为汽-20级30吨重车车型；渣采用自卸车，为汽-20级30吨重车车型。

根据公式2-1计算如下：

N（煤）=（528120*1.15）/（365*55*1*1）=30.25车 设计取31车

N（石灰石）=（110880*1.15）/（365*30*1*1）=11.64车 设计取12车

N（灰）=（133680*1.15）/（365*30*0.95*1）=14.78车 设计取15车

N（渣）=（200800*1.15）/（365*30*1*1）=21.09车 设计取22车

合计129车。

3.2.2计算标准轴载作用次数

3.2.2.1煤 车型轴载分布为：

（前）30kN+（中1）120 kN+（中2）120 kN+（后1）140 kN+（后2）140 kN。

N（前轴） =31次，N（中轴1）=31次，N（中轴1）=31次，N（后轴1）=31次，N（后轴2）=31次。

3.2.2.2石灰石 车型轴载分布为：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前轴）=12次，N（后轴1）=12次，N（后轴2）=12次。

3.2.2.3灰 车型轴载分布为：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前轴）=15次，N（后轴1）=15次，N（后轴2）=15次。

3.2.2.4渣 车型轴载分布为：（前）60kN+（后1）120 kN+（后2）120 kN。

N（前轴）=22次，N（后轴1）=22次，N（后轴2）=22次。

3.2.2.5根据公式2-2计算如下：

Ns=16463次。即初期道路标准轴载次数。

3.2.2.6根據以上资料，重新计算道路结构层厚度为（计算过程略）：

水泥混凝土面层26cm、水泥稳定碎石基层20cm、石灰土垫层20cm。

经过以上两轮计算发现，车型相差较大，面层厚度计算结果相差3cm，这是由于运煤车车型中后轴轴重带来的影响，导致初期道路标准轴载次数大幅提升。

3.3 考虑超载影响的道路设计修改

上述计算过程并未考虑超载因素的影响，就现场观测，很多企业将汽车衡升级到150吨级，普遍超载幅度大约在10%左右，经与甲方协商进行第三轮核算。

3.3.1 考虑超载因素的道路设计条件核算

由公式2-2可知，对道路标准轴载次数影响最大的因素是运煤车型中的超大轴重（主要是后轴），因此，按平均超载5吨，即每轴增加1吨轴载计，重新核算设计条件。

N（煤）=（528120*1.15）/（365*55*1.1*1*1）=27.50车 设计取28车

运煤车型轴载分布为：（简单推算）

（前）40kN+（中1）130 kN+（中2）130 kN+（后1）150 kN+（后2）150 kN。

其它条件不变，进行初期道路标准轴载次数计算。

Ns=42322次。

3.3.2 根据修改的资料，计算道路结构层厚度为（计算过程略）：

水泥混凝土面层28cm、水泥稳定碎石基层20cm、石灰土垫层20cm。

3.4 经过三轮计算可知，道路结构厚度由最初的水泥混凝土面层23cm、水泥稳定碎石基层20cm、石灰土垫层20cm，变成水泥混凝土面层28cm、水泥稳定碎石基层20cm、石灰土垫层20cm。道路面层结构尺寸增加了5cm，总造价增加约30%。

3.5 以上为对比方案产生的结果，最终采取了大水稳基层的技术方案，具体为：

水泥混凝土面层26cm、水泥稳定碎石基层30cm、石灰土垫层20cm。即便如此，工程造价依然比最初方案增加了约20%。

3.6 由此可见，车辆轴载是道路设计的基础条件，它对道路的结构形式和尺寸有着关键性的影响。在当前的现实条件下，未考虑超载因素下的道路结构尺寸是不能满足电厂运输生产的正常进行，存在着较大的安全生产风险，其后期的维护维修工作量非常大，对电厂正常生产作业影响较大，而且，根本达不到设计年限要求。经设计回访收集资料发现，很多电厂的道路在使用不到五年、有的甚至两三年，就发生各种破损现象，而且具有相当的普遍性，这中间除了施工过程影响外，车辆超载是主要原因。

4. 结论

从本项目道路设计过程中，可以发现，影响道路结构的主导因素是计算车型中的超大轴重（主要是后轴），是影响道路结构厚度的核心条件。煤炭运输车辆的超载情况是现实存在的，而且十分普遍，应对这种比较突出的现象，应该采取积极的措施，政府部门和运输企业应该依法办事，严查严处超载车辆，同时采取适当的保护措施，使得运输企业能够在不超载的情况下保持合理利润，这不仅保护了厂内道路，更是保护了国家公路和市政道路，也是安全生产的前提保障，这是标本兼治的办法。

参考文献：

[1]国家建筑标准设计93SJ007道路， 中国建筑标准设计研究院，1993。

[2]公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40-2011，人民交通出版社，2011。

[3]钢铁厂总图运输设计手册 冶金工业出版社，1996。endprint