黃海松，柳　林，楊永亮，段騰騰

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

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可調(diào)式檢查井聯(lián)合卸荷板在瀝青路面中的應(yīng)用

黃海松，柳林，楊永亮，段騰騰

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

摘要：檢查井井周沉陷問題一直影響著城市道路的使用功能和使用壽命。文章從檢查井井周設(shè)計(jì)、施工、井蓋設(shè)施的角度出發(fā)，提出瀝青路面采用自調(diào)式檢查井聯(lián)合圓形卸荷板的新思路，并利用有限元軟件對交通荷載作用下卸荷板的力學(xué)響應(yīng)規(guī)律進(jìn)行分析，以期類似工程設(shè)計(jì)與施工提供參考。

關(guān)鍵詞：城市道路；可調(diào)式檢查井；卸荷板；力學(xué)響應(yīng)

管線綜合是城市道路設(shè)計(jì)有別于公路設(shè)計(jì)的顯著特點(diǎn)之一。在《城市道路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》強(qiáng)條（第3.0.7條）中規(guī)定“快速路的機(jī)動車道內(nèi)嚴(yán)禁設(shè)置管道檢查井［1］”，但在其他等級城市道路的輔道上或交叉口范圍內(nèi)，不可避免地存在各類檢查井，尤其是在老路改擴(kuò)建中，難以完全將管線布設(shè)在機(jī)動車道范圍之外。無論新建還是提升改造后的檢查井，在車輛荷載作用下其周圍極易出現(xiàn)不同程度的沉陷、環(huán)狀裂縫甚至設(shè)施破損等病害，特別是位于行車軌跡線內(nèi)的檢查井，這類病害大大降低了路面路用性能，也降低了城市生活品質(zhì)。目前國內(nèi)現(xiàn)行的行業(yè)規(guī)范并未對檢查井井周的精細(xì)化設(shè)計(jì)的做出相關(guān)規(guī)定，因此有必要針對城市道路檢查井局部范圍內(nèi)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

本文在相關(guān)的研究成果的基礎(chǔ)上［2-5］，綜合考慮施工的便捷性、井蓋設(shè)施的選擇，從檢查井井周的設(shè)計(jì)角度出發(fā)，提出瀝青路面可調(diào)式檢查井聯(lián)合圓形承載板的新思路。

1　病害原因分析及處治對策

檢查井井周瀝青病害（破損、沉陷等）是普遍存在的一種道路質(zhì)量通病，其內(nèi)在機(jī)理與橋頭臺后沉降相似，即檢查井與路面結(jié)構(gòu)之間存在剛度差異。在外部環(huán)境（如交通動荷載增加、降水等）的影響下，剛度差的存在導(dǎo)致相關(guān)病害進(jìn)一步加劇，具體表現(xiàn)為井蓋邊緣瀝青破碎、檢查井井蓋破損、檢查井內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞等。

引起井周瀝青面層損壞的原因較為復(fù)雜，具體分析如下：（1)在設(shè)計(jì)方面，瀝青混凝土路面設(shè)計(jì)的控制指標(biāo)以靜態(tài)荷載作用下路面彎沉和各層層底的抗拉應(yīng)力為主，未考慮交通動荷載（特別是城市道路的特殊性，如城-A汽車軸載大，行車時(shí)速較低等因素）作用下瀝青路面的疲勞損壞以及井周回填土沉陷等問題；（2)在施工方面，因施工工藝的局限難以確保檢查井與瀝青面層保持較為完好的銜接，即高程一致，平整度較高。在交通荷載（特別是動荷載）反復(fù)作用下，瀝青混合料的各項(xiàng)指標(biāo)受到不同程度的影響，加劇了瀝青路面的病害；（3)在井蓋設(shè)施方面，井框結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（是否具有大邊框防沉）、井蓋防盜鉸鏈的位置（是否易產(chǎn)生應(yīng)力集中）等因素都將導(dǎo)致瀝青路面病害的發(fā)生。

可調(diào)式防沉井蓋通過支座法蘭面將荷載壓力分散到道路的結(jié)構(gòu)層，窨井負(fù)荷減少80%以上［6］，同時(shí)井框的法蘭面亦對井周的瀝青混凝土路面起到較好的保護(hù)作用。由于可調(diào)式防沉井蓋與井體間采用承插式連接方式，在施工上可做到井蓋與瀝青面層統(tǒng)一攤鋪，確保了井周瀝青與井蓋的平整度，從而大幅度降低車輛動荷載對井周瀝青路面的影響，減少了瀝青與井蓋結(jié)合處的最大拉應(yīng)力（降低瀝青疲勞破壞的概率）。此外，也極大降低了由車輛水平制動力所引起的瀝青路面剪切應(yīng)力，避免了瀝青病害的產(chǎn)生。

實(shí)踐證明［6］，可調(diào)式防沉降井蓋與周圍瀝青路面結(jié)合較好，雖然井周仍然存在一定程度的瀝青變形，但與未改造的井蓋相比，改善效果顯著。

由于上述井周瀝青仍存在一定程度的變形問題，利用荷載應(yīng)力傳遞規(guī)律，通過設(shè)置不同形狀卸荷板的方式，進(jìn)一步分析在交通荷載作用下井周瀝青和卸荷板的荷載響應(yīng)規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)檢查井井周的精細(xì)化設(shè)計(jì)。

2　有限元分析

2.1模型建立

建立有限元模型對井蓋進(jìn)行受力分析，基本假設(shè)如下：

（1）井蓋為可調(diào)式防沉，井框結(jié)構(gòu)為大邊框且與井周瀝青平穩(wěn)銜接；

（2）模型采用8節(jié)點(diǎn)6面體實(shí)體單元（C3D8R）；

（3）墊層、回填土、土體均采用庫侖摩爾本構(gòu)關(guān)系；其余材料則按彈性分析考慮；

（4）模型底部均為固定約束，四周則水平約束；

（5）采用城—A級交通荷載，其中車輛通過檢查井的周期為1.3 s，且公式為F（t）=110-10cos（29.09 t）［5］。

模型由井蓋、井筒、卸荷板、瀝青混凝土面層、基礎(chǔ)、墊層、路基、回填土層構(gòu)成，模型范圍、三維網(wǎng)格圖、具體模型材料物理力學(xué)參數(shù)見圖1、圖2和表1。

2.2結(jié)果分析

構(gòu)建4種不同模型，第1個模型為采用傳統(tǒng)井圈的檢查井模型（此處稱為“無卸荷板”模型），其余3個模型則保持原有井圈位置不變，通過設(shè)置不同形狀卸荷板的方式取代傳統(tǒng)井圈模型；第2個模型卸荷板為R=2.5 m的圓形；第3個模型卸荷板為2.5 m×2.5 m的正方形；第4個模型卸荷板為外接于R=2.5 m圓形的正六邊形。依次計(jì)算瀝青路面應(yīng)力、應(yīng)變情況和卸荷板應(yīng)力情況，結(jié)果見圖3~圖5。

圖1　三維模型范圍及檢查井細(xì)部結(jié)構(gòu)

圖2　模型三維網(wǎng)格圖

表1　材料的物理力學(xué)參數(shù)

圖3　不同形狀卸荷板的材料應(yīng)力曲線

由圖3~圖5可知：（1)在同種交通荷載作用下，無論是井周瀝青混凝土路面的最大應(yīng)力、應(yīng)變值，還是井圈或卸荷板最大應(yīng)力值，傳統(tǒng)井圈檢查井（無卸荷板）都是最大的，而其余3種兼俱井圈功能的卸荷板所承受的應(yīng)力、應(yīng)變值則大幅度降低；（2)因卸荷板的分擔(dān)作用，井周瀝青混凝土面層所承受的最大應(yīng)力、應(yīng)變值大幅度減小；（3)較正方形卸荷板模型，圓形或正六邊形卸荷板的井周瀝青混凝土路面最大應(yīng)力值較小，說明圓形或正六邊形卸荷板更能有效地分擔(dān)交通荷載所產(chǎn)生的應(yīng)力。此外，根據(jù)早期采用正方形卸荷板改造檢查井的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在長期交通荷載作用下，正方形卸荷板邊緣處易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生反射裂縫，因此綜合卸荷板施筑的便捷性，采用圓形卸荷板較為合適。（4)由于卸荷板與井蓋支座銜接邊緣范圍內(nèi)易產(chǎn)生應(yīng)力集中，此處卸荷板配筋設(shè)計(jì)應(yīng)加密鋼筋。

圖4　不同形狀卸荷板的瀝青應(yīng)變曲線

圖5　模型Mises圖

3　方案設(shè)計(jì)

基于前文的分析結(jié)果，建議新建檢查井局部范圍內(nèi)采用如下設(shè)計(jì)方案：井蓋為可調(diào)防沉式，設(shè)置有R=2.5 m圓形的鋼筋混凝土（C25~C30）卸荷板，并沿著圓形卸荷板邊鋪設(shè)1 m寬的聚酯玻纖布，同時(shí)在基層下部井圈四周回填中粗砂（截面尺寸0.50 cm×0.50 cm），具體見圖6。

圖6　方案設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

4　結(jié)語

本對現(xiàn)狀檢查井井周瀝青混凝土路面損壞原因進(jìn)行分析，從檢查井井周的局部設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，提出瀝青路面采用可調(diào)式檢查井聯(lián)合圓形承載板的新思路。通過模型的計(jì)算分析，得出如下結(jié)論：

（1）與傳統(tǒng)井圈的檢查井相比，兼俱井圈功能的卸荷板能較好地分擔(dān)交通荷載作用下井周瀝青混凝土路面的應(yīng)力。

（2）與正方形和正六邊形卸荷板相比，圓形卸荷板分擔(dān)應(yīng)力的效果較明顯。

（3）盡管建設(shè)期投資可調(diào)式防沉檢查井和圓形卸荷板的井周設(shè)計(jì)方案比傳統(tǒng)井圈檢查井高，但從減少井周瀝青路面病害，延長路用性能，降低后期維護(hù)等方面綜合考慮，仍值得大力推廣。

參考文獻(xiàn)

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Application of Self-adjusting Manholes with Bearing Plate in Asphalt Pavement

Huang Haisong， Liu Ling， Yang Yongliang， Duan Tengteng
（JSTI Group， Nanjing 210017， China）

Abstract:The settlement of pavement around manhole has affected the function and service life of urban roads. From considerations in the design and construction around manholes， covers facilities， new ideas about asphalt pavement self-adjusting manholes with circular bearing plate are proposed. Meanwhile， using finite element software the mechanics response in case of traffic loads of bearing plate is analyzed， which could provide reference for similar engineering design and construction.

Key words:urban road； self-adjusting manhole； bearing plate； mechanics response

中圖分類號：U417.9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672–9889（2016）03–0024–03

收稿日期：（2015-08-10）

作者簡介：黃海松（1980-），男，江西崇義人，高級工程師，主要從事道路、軟基處理、隧道方面的設(shè)計(jì)與研究工作。