例應(yīng)用AASHTO道路規(guī)范在光伏電站進(jìn)場道路的實(shí)

AASHTO道路規(guī)范在光伏電站進(jìn)場道路的實(shí)【摘

要】AASHTO規(guī)范是美國聯(lián)邦級(jí)公路及交通運(yùn)輸協(xié)會(huì)通過道路試驗(yàn)，材料測試等數(shù)據(jù)分析制定的一套完整的結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)及施工方法的道路規(guī)范。本文通過在建工程實(shí)例，對美標(biāo)AASHTO道路規(guī)范中瀝青混凝土柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算進(jìn)行相關(guān)研究。探討光伏電站進(jìn)場引接道路在AASHTO中各種參數(shù)取值、計(jì)算方法等問題，希望本文可以對今后光伏電站項(xiàng)目進(jìn)場道路依據(jù)AASHTO規(guī)范設(shè)計(jì)時(shí)有一定的指導(dǎo)作用?！娟P(guān)鍵詞】瀝青混凝土路面

AASHTO

光伏電站進(jìn)場道路

回彈模量1引言我院承接的烏茲別克斯坦100MW光伏電站設(shè)計(jì)項(xiàng)目，按照合同要求進(jìn)場道路、220kV升壓站及開關(guān)站內(nèi)道路需要遵循AASHTO規(guī)范，并結(jié)合光伏電站運(yùn)維的交通量特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。業(yè)主工程師在道路斷面卷冊審核過程中要求我院依據(jù)美標(biāo)AASHTO-1993[1]規(guī)范出具道路計(jì)算書，驗(yàn)證道路各結(jié)構(gòu)層的可靠性。因此我們對AASHTO道路規(guī)范中瀝青混凝土柔性路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，參數(shù)選取原則進(jìn)行了詳細(xì)的研究，并切實(shí)應(yīng)用到光伏電站進(jìn)場道路及升壓站內(nèi)部道路設(shè)計(jì)中。參數(shù)選取、計(jì)算過程和方法均得到了業(yè)主工程師的認(rèn)可，道路斷面圖紙得以順利批準(zhǔn)。本文對設(shè)計(jì)方法，參數(shù)選取等計(jì)算過程進(jìn)行總結(jié)，希望對今后類似項(xiàng)目的應(yīng)用有一定的參考意義。2光伏電站項(xiàng)目及AASHTO規(guī)范簡介2.1烏茲別克斯坦100MW光伏電站項(xiàng)目簡介烏茲別克斯坦100MW光伏電站項(xiàng)目(UzbekistanScalingSolarProject)是新建光伏電站，規(guī)劃容量100MW。項(xiàng)目位于烏茲別克斯坦中部城市Navoi以西約30公里處，該地區(qū)氣候干燥少雨，場地排水條件好，無凍脹，濕陷性等不良地質(zhì)。根據(jù)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，建設(shè)場地地基土層主要分為兩層，由地表粉土和砂礫組成。地下8.0m內(nèi)未見地下水。建設(shè)場地路基以砂礫為主，承載力高?，F(xiàn)場排水條件好，地下水對路基的無影響。路基經(jīng)過壓實(shí)后，CBR值超過10%，可以采用當(dāng)?shù)氐纳笆牧献鳛榈缆返穆坊牧稀?.2AASHTO規(guī)范簡介美國國家公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)（AmericanAssociationofStateHighwayandTransportationOfficials，簡稱AASHTO）是美國研究交通運(yùn)輸相關(guān)問題的機(jī)構(gòu)，是美國最著名的公路與交通聯(lián)合會(huì)。AASHTO道路規(guī)范是通過經(jīng)驗(yàn)與試驗(yàn)分析建立起的道路結(jié)構(gòu)層厚度設(shè)計(jì)方法，試驗(yàn)測試場地位于渥太華。通過不斷的完善，AASHTO-1993已成為具備一套涵括道路設(shè)計(jì)、改建、施工等全方面的道路規(guī)范。3瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1計(jì)算交通量3.1.1交通量參數(shù)交通量是道路設(shè)計(jì)中最基本的設(shè)計(jì)參數(shù)，光伏電站項(xiàng)目與傳統(tǒng)火電相較，交通量小。但隨著光伏電站的運(yùn)行，光伏組件更換及跟蹤支架維修次數(shù)增加，會(huì)導(dǎo)致交通量明顯增加，這些因素在道路設(shè)計(jì)過程中都是需要考慮的。AASHTO道路規(guī)范中交通量計(jì)算是依據(jù)分析期內(nèi)以預(yù)測的80kN（18kip）為等效單軸荷載（ESAL），并考慮交通量的逐年增長和車道分布系數(shù)等的影響。本項(xiàng)目為100MW光伏電站項(xiàng)目，項(xiàng)目建成后升壓站存在少量人員值守，光伏場區(qū)存在水清洗等，初始交通量相對于傳統(tǒng)火電而言較小。光伏電站投產(chǎn)后，光伏組件更換，跟蹤支架檢修會(huì)導(dǎo)致交通量增加，故交通增長率V取0.03.交通量初始參數(shù)詳見表3-1-1：表3-1-1

交通量參數(shù)

車輛類型雙向交通量(輛/d)軸重1（kN）軸數(shù)軸重2（kN）軸數(shù)1440.001130.00221229.50136.75232012.80127.6014407.0018.0013.1.2設(shè)計(jì)周期AASHTO中關(guān)于分析期指的是設(shè)計(jì)年限內(nèi)不出現(xiàn)大修的時(shí)間年限。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，設(shè)計(jì)周期呈現(xiàn)增長的趨勢，通常可按照下表3-1-2確定：表3-1-2

分析期

公路條件分析期（年）公路條件分析期（年）市區(qū)大交通量30～50小交通量瀝青面層15～25郊區(qū)大交通量20～50小交通量集料面層10～20光伏電站進(jìn)場道路為小交通量瀝青面層，取值范圍應(yīng)為15~25年。因光伏電站設(shè)計(jì)壽命為25年，且交通量較小，對結(jié)構(gòu)層影響較小。本項(xiàng)目取值t=25年，即整個(gè)光伏電站壽命期內(nèi)不進(jìn)行大修。3.1.3車道分布系數(shù)及方向分配系數(shù)車道分布系數(shù)是指存在多車道時(shí)，車道內(nèi)車輛數(shù)量對道路的影響。市區(qū)道路與電廠道路存在一定區(qū)別，電廠道路通常為雙向單車道。本項(xiàng)目進(jìn)場道路寬度7m，站內(nèi)道路寬度4m。每一方向的車道數(shù)均按單車道考慮，車道分配系數(shù)fi=1.00.方向分配系數(shù)在光伏電站道路中區(qū)別較小，按照fd=0.5考慮。3.1.4分析期內(nèi)設(shè)計(jì)車道的標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)W18按照上述參數(shù)取值，通過公式計(jì)算得出，分析期內(nèi)設(shè)計(jì)車道的標(biāo)準(zhǔn)軸數(shù)為23186軸次/車道。3.2確定各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)3.2.1可靠度和標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏移道路可靠度是依據(jù)設(shè)計(jì)道路的功能等級(jí)確定的，AASHTO中表3-2-1明確規(guī)定了道路可靠度的選取標(biāo)準(zhǔn)。并參照表3-2-2，選定與可靠度水平相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏移ZR。表3-2-1

對不同功能等級(jí)道路提供的可靠度水平功能等級(jí)建議的可靠度水平（%）功能等級(jí)建議的可靠度水平（%）市區(qū)郊區(qū)市區(qū)郊區(qū)洲際及其他高速公路85～99.980～95集散道路80～9575～95主要干線80～9975～95地方道路50～8050～80光伏電站的進(jìn)場道路不可分期建設(shè)。按照功能分類，應(yīng)屬于主要干線，但交通量比較小，并且不是AASHTO中嚴(yán)格意義上的城市間的主干線，本項(xiàng)目可靠度R取值75.00%。表3-2-2

不同可靠度水平的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏移可靠度（%）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏移（ZR）可靠度（%）標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏移（ZR）500.00093-1.47660-0.25394-1.55570-0.52495-1.64575-0.67496-1.75180-0.84197-1.88185-1.03798-2.05490-1.28299-2.32791-1.34099.9-3.09091-1.40599.99-3.750通過上表查得，當(dāng)可靠度75%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏移ZR=-0.674。3.2.2設(shè)計(jì)服務(wù)能力損失道路設(shè)計(jì)最終服務(wù)能力取值越小，表示路面舒適程度難以接受司機(jī)的百分比越高。對于主要道路的設(shè)計(jì)，推薦取2.5或者更高的指標(biāo)；對于電廠道路Sargent&Lund在瀝青路面設(shè)計(jì)指南[2]中推薦的最終服務(wù)能力水平值為2.0，光伏電站項(xiàng)目屬于交通量較低的新能源電廠項(xiàng)目，Pt取2.0。下表3-2-3為AASHTO道路規(guī)范中最終服務(wù)能力水平Pt的取值及難以接受司機(jī)所占比重。表3-2-3

最低Pt水平

最終服務(wù)能力水平難以接受的人的百分比3.0122.5552.085AASHTO道路規(guī)范中規(guī)定最初的服務(wù)能力P0對于柔性路面取4.2，所以設(shè)計(jì)服務(wù)能力可損失值?PSI＝P0----Pt=2.20。3.2.3有效土基回彈模量MR根據(jù)AASHTO中規(guī)定，有效土基的回彈模量是根據(jù)土壤回彈模量與濕度的關(guān)系確定。地勘報(bào)告中給出每個(gè)月份的回彈模量，然后按照計(jì)算公式計(jì)算得出最終平均的有效土基的回彈模量。實(shí)際工程運(yùn)用時(shí)，地勘單位經(jīng)常無法提供每個(gè)月份的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，導(dǎo)致該方法無法運(yùn)用。AASHTO規(guī)范中也提到可以通過路基土的CBR值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式法得出有效土的回彈模量，即運(yùn)用公式MR(psi)=1500*CBR。本項(xiàng)目根據(jù)地勘任務(wù)書，給出多個(gè)探坑的CBR值，最終CBR計(jì)算取值8%。按照AASHTO中的經(jīng)驗(yàn)公式，倍數(shù)取值范圍與含水率有關(guān)，通常為750至3000之間的某一數(shù)值。為了道路設(shè)計(jì)更可靠，本項(xiàng)目MR(psi)=1000*CBR=8000psi。3.2.4結(jié)構(gòu)層層系數(shù)結(jié)構(gòu)層系數(shù)是根據(jù)各結(jié)構(gòu)層回彈模量通過查表得出的數(shù)值，通常按結(jié)構(gòu)層材料類型和功能的不同分為五大類：瀝青混凝土、粒料基層、粒料底基層、水泥處治和瀝青基層。本項(xiàng)目通過選取各結(jié)構(gòu)層的材料性質(zhì)，確定其回彈模量，然后查AASHTO1933規(guī)范中表得出各結(jié)構(gòu)層的層系數(shù)。對于瀝青混凝土面層的彈性模量，應(yīng)根據(jù)規(guī)范TM5-822/AFJMAN32-1018[3]中的相關(guān)規(guī)定，考慮全年平均氣溫確定。瀝青混凝土面層回彈模量EAC=145000（Psi）；對于粒料基層的材料的彈性模量及顆粒級(jí)配要求應(yīng)參考AASHTOM147-65-2012[4]確定碎石基層回彈模量ESB=36250（psi），碎石底基層回彈模量EBS=15950（psi）。最終根據(jù)回彈模量，查表得出瀝青混凝土面層層系數(shù)a1=0.24;基層層系數(shù)a2=0.16;底基層層系數(shù)a3＝0.12。3.2.5柔性路面排水系數(shù)柔性路面中基層、底基層材料的排水系數(shù)mi值可由表3-2-4確定。表3-2-4

柔性路面中未處治的基層、底基層材料的修正結(jié)構(gòu)層系數(shù)的推薦值mi

排水質(zhì)量路面結(jié)構(gòu)暴露在接近飽和狀態(tài)的濕度水平的時(shí)間百分比<1%1～5%5～25%>25%很好1.40～1.351.35～1.301.30～1.201.20好1.35～1.251.25～1.151.15～1.001.00一般1.25～1.151.15～1.051.00～0.800.80差1.15～1.051.05～0.800.80～0.600.60很差1.05～0.950.95～0.750.75～0.400.40本項(xiàng)目根據(jù)地勘及水文報(bào)告中相關(guān)數(shù)據(jù)看出，該場地降雨量小，且排水條件良好。因此本項(xiàng)目基層排水系數(shù)m2和底基層排水系數(shù)m3均取1.25。3.3柔性路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1確定結(jié)構(gòu)數(shù)a.確定結(jié)構(gòu)數(shù)：將前文中從AASHTO中選取計(jì)算得到的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)ZR、?PSI和ESB等代入公式確定結(jié)構(gòu)數(shù)SN1。代入數(shù)據(jù)計(jì)算后得出W18=382435軸次/車道。b.驗(yàn)算結(jié)構(gòu)數(shù)SN１：求出W18，如果W18≥W18，則結(jié)構(gòu)數(shù)SN１滿足要求。否則增加SN１，再進(jìn)行計(jì)算，直到滿足要求，經(jīng)過計(jì)算得出SN１=1.42inch滿足要求。c.確定結(jié)構(gòu)數(shù)SN2：將前面計(jì)算得到的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)ZR、?PSI、和EBS等代入公式確定結(jié)構(gòu)數(shù)SN２，代入數(shù)據(jù)計(jì)算后得出W18=2146014軸次/車道。d.驗(yàn)算結(jié)構(gòu)數(shù)SN２：求出W18，如果W18≥W18，則結(jié)構(gòu)數(shù)SN２滿足要求。否則增加SN２，再進(jìn)行計(jì)算，直到滿足要求，通過計(jì)算得出SN２=2.60inch滿足要求。e.確定結(jié)構(gòu)數(shù)SN3：將前面計(jì)算得到的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)ZR、?PSI、和MR等代入，根據(jù)公式確定結(jié)構(gòu)數(shù)SN３，代入數(shù)據(jù)計(jì)算后得出W18=2994712軸次/車道。f.驗(yàn)算結(jié)構(gòu)數(shù)SN3：求出W18，如果W18≥W18，則結(jié)構(gòu)數(shù)SN３滿足要求。否則增加SN３，再進(jìn)行計(jì)算，直到滿足要求，經(jīng)過計(jì)算得出SN３=3.48inch滿足要求。3.3.2確定各結(jié)構(gòu)層厚度3.3.2.1計(jì)算公式根據(jù)公式SN=a1D1+a2D2m2+a3D3m3將結(jié)構(gòu)數(shù)SN轉(zhuǎn)化為實(shí)際的面層、基層和底基層厚度。其中a1，a2，a3表示面層、基層、底基層的層系數(shù)；D1，D2，D3表示面層、基層、底基層的實(shí)際厚度；m2，m3表示基層和底基層的排水系數(shù)。3.3.2.2各設(shè)計(jì)層厚度AASHTO中規(guī)定可根據(jù)交通量控制各層結(jié)構(gòu)最小的厚度，如表3-3-1所示。通過上述計(jì)算，光伏電站項(xiàng)目交通量小于50000，瀝青及底基層厚度應(yīng)不小于1.0和4inch。本項(xiàng)目瀝青混凝土面層最小厚度暫取5.90inch，基層及底基層均取7.97inch。表3-3-1

最小厚度（英寸）

累計(jì)交通軸載（次）瀝青混凝土集料基層<50,0001.0或表處450,001～150,0002.04150,001～500,0002.54500,001～2,000,0003.062,000,001~7,000,0003.56>7，000,0004.06各結(jié)構(gòu)層厚度驗(yàn)算按下圖3-1所示，由上到下逐一確定各結(jié)構(gòu)層的最終厚度。圖3-1

選取各結(jié)構(gòu)層厚度的步驟a.根據(jù)所計(jì)算出的路面結(jié)構(gòu)數(shù)SN1,由公式確定面層厚度D1。通過上述計(jì)算得出的面層厚度D1=5.90inch，滿足要求。b.根據(jù)所計(jì)算出的路面結(jié)構(gòu)數(shù)SN2,由公式確定面層厚度D2。通過上述計(jì)算得出的基層厚度D2=5.90inch，滿足要求。c.根據(jù)所計(jì)算出的路面結(jié)構(gòu)數(shù)SN3,由公式確定面層厚度D3。通過上述計(jì)算得出底基層厚度D3=5.90inch，滿足要求。4結(jié)束語本文是從光伏電站運(yùn)維交通量的特點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)項(xiàng)目所在場地的地勘資料，依據(jù)AASHTO道路規(guī)范進(jìn)行瀝青混凝土柔性路面結(jié)構(gòu)層厚度的設(shè)計(jì)過程。AASHTO道路規(guī)范中影響道路結(jié)構(gòu)層厚度的主要因素文中都已經(jīng)提到并做了詳細(xì)的解釋，文中的計(jì)算方法及計(jì)算參數(shù)選取都比較切合光伏電站進(jìn)場道路的實(shí)際情況。上述參數(shù)取值及計(jì)算方法只是對光伏電站進(jìn)場道路應(yīng)用AASHTO規(guī)范的初步研究，雖然在本項(xiàng)目中得到了業(yè)主工程師的認(rèn)可，但是還存在很多不足之處，懇請各位同行指正。參考文獻(xiàn)[1]AASHTO-1993,AASHTOGuideforDesignofPavementStructures[S].[2]DesignofAsphaltPavement[M].Sargent&LundyCivilD