水泥土无侧抗压分析论文

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摘要：本文系统地阐述了决策与优化的一般原理和方法，并参照现行规范制定养护标准，在计算机上实现该子系统。并经过实际试用，证明效果良好。

关键词：张亮黄晓明金志强蒋磊

1概述

建立水泥混凝土路面管理系统的一个主要目的，是提供有关最佳养护和改建对策和最佳资金分配方案的分析，以便决策者选择最经济合理的方案，合理地分配和使用有限的资金。因此，进行项目排序、方案优化和辅助决策是路面管理系统的核心组成部分。

路面管理系统包括项目级和网级两个层次。对于项目级路面管理系统而言，决策与优化指在进行科学的路面的使用性能和结构状况评价后，根据其结果确定是否需要修复或改建，何时进行改建，应采取何种修复或改建对策。而对于网级系统，须考虑网内所有路段，根据各路段的使用状态和结构状态，以及各路段在路网中的地位，作出科学、合理的决策。因此，不同于项目级决策，它在分析中要着重考虑项目间的平衡和资金限制问题。为此，要用排序和优化以帮助作出管理决策。排序和优化方法可分为以下几种类型：

(1)根据路面的使用性能参数进行排序，例如现时服务能力指数(PSI)、路面状况指数(PCI)等。这类方法以客观路况进行分等，使用迅速简便，但所得的结果可能远非最优。

(2)根据经济分析参数进行排序，例如净现值、效益-费用比、内部回收率等。这类方法比较简便、分析结果较接近于最优。

(3)利用线性规划和整数规划模型，按总费用最小或效益最大进行优化。此种方法较复杂，但可以得到最优结果。

(4)利用动态决策模型，按总费用最小进行优化。

2决策与优化方法

水泥混凝土路面养护的决策与优化是建立在使用性能评价和结构状况评价的基础上。通过路面使用性能评价和结构状况的评价，可以了解各路段路面的服务水平和结构状况，知道哪些路面需要采取养护和改建措施。对于需要采取措施的项目，则要进一步为之选择合适的养护和改建对策，以便估算所须费用，并进而依据效益和投资可能性筛选项目和编制计划。

养护和改建对策的合理选择，主要考虑三个方面：第一方面是路面的现状，即各项使用性能满足的程度，要依据不适应的方面和程度选择相应的对策。第二方面是今后需要改善的程度，交通量大或发展快的路段，显然要采取较重的措施。第三方面是效益和经济性，不能仅仅考虑一项对策，而应比较分析期内各可能对策方案的经济效益，据此选择最佳方案。

2.1备选方案

各地区养护部门在长期的路面养护工作过程中积累了大量的经验，都有一套适应当地自然条件(气候、土质、料源)及施工水平和习惯的路面养护和改建措施。因而，可以收集和调查这些习用的措施，并邀请有经验的养护工程师，征询他们对这些措施的使用效果的评论意见。在此基础上，通过归类、舍弃和增添等分析。制订出一套更为简明而合理的典型备选对策，供系统分析和抉择。

根据句容市公路管理处的养护经验，总结各种损坏类型采用的小修保养和中修措施，列于表1。

小修保养和中修措施选择表1

损坏类型

措施

不修

裂缝

填封

接缝

填封

深修补

全厚

修补

换板

板底

灌浆

磨平

板面

抬高

板面

纵、横、斜向裂缝

L

LMH

H

H

交叉裂缝和破碎板

LH

板角断裂

L

LMH

MH

MH

唧泥

√

√

√

错台

H

LM

LM

接缝破碎

L

LM

LMH

MH

MH

纹裂、网裂和起皮

L

MH

H

坑洞

√

修补损坏

L

M

MH

H

H

注：表中L-轻微；M-中等；H-严重损坏。

这里需要指出的是，这些备选对策并不是在养护计划中一定要具体实施的措施，而是在网级路面管理系统中供资源和选择项目时进行分析用的可考虑的典型对策。

对于使用性能很低、结构破坏严重的路段，应考虑大修或改造。一般方案可选择：①沥青混凝土罩面；②敲碎板块，碾压整平，若强度不够则作为基层，再进行补强设计路面厚度；③敲碎板块，碾压整平，若强度足够则用沥青混凝土罩面。

2.2方案的经济分析

无论是网级还是项目级路面管理系统，都需要应用工程经济原理，分析每一个项目或每一个对策方案所的各项费用，并将它同其它项目或对策方案所需的费用作比较。

一般可用于方案比较的经济分析方法有；

(1)现值法；

(2)年费用法；

(3)收益率法；

(4)效益-费用比法；

(5)费用-效果法等。

前三种方法属于贴现现金流量分析法，是比较常用的方法。

2.3决策及其优化准则

水泥混凝土路面的养护质量标准应符合表2的规定。

水泥混凝土路面养护质量标准表2

评件指数

单位

高速、一级公路

其它等级公路

平

整

度

平整度仪(σ)

mm

2.5

3.5

三米直尺(h)

5

8

路面状况指数PCI

60分以上

50分以上

抗滑系数

0.30

0.40

根据对现有路面质量的评价及预测结果的分析，以及对公路性质、等级和交通量等因素的考虑，并结合当地技术水平、地理区域特点(气候、土质特点等)、及实际交通量增长情况，合理提出、安排大、中、小修及常规养护的对策和先后顺序，为该路段制定一个短期和中长期养护的日程安排表。养护对策应符合下列要求：

(1)路面综合评定指标(SI)为优、良，坏板率在5%以下的路段，宜以日常养护为主，局部修补一些对行车安全有影响的板块；

(2)路面综合评定指标(SI)为优、良，坏板率在5%～15%的路段，除按正常的程序进行保养维修外，宜安排大中修进行处治；

(3)路面综合评定指标(SI)为中、差，坏板率在15%～50%的路段，必须安排大中修进行处治；(4)坏板率在50%以上的路段，必须进行改善。

优先顺序的主要考虑原则为：

(1)路线行政等级高的先于路线行政等级低的；

(2)路面使用质量差的先于路面使用质量好的；

(3)在相同条件下，以坏板率大者为先。

依据以上原则，经综合考虑后选定优先顺序。

同时，针对某一路段的某种程度的损坏状况，按以往养护经验，公路局可能有多种养护对策，因而必须通过经济分析，在一定资金条件下使得净效益最大，从而确定最佳养护方案。

按使用性能排序所得到的优化顺序，虽能反映出各项目需采取改建措施的迫切性，但并不能保证其优化结果，还必须进行经济效益的定量分析，以选择经济合理的最佳养护和改建方案。

3水泥路面决策与优化的计算机实现

在本系统开发初期，考虑今后跟网级路面管理系统的连接及和其它子系统统一协调，并且根据现在数据库管理的计算机语言的发展趋势，我们选择Microsoft公司的Foxproforwindows(2.5b)作为数据管理系统。在总体设计过程中，充分发挥Foxpro在数据库管理方面的特殊优越性，一改以往将数据管理与运行程序相分离后而造成两者界面的不完整性，将Foxpro作为主体，而将C++语言程序作为动态程序库，通过Foxpro的API(applicationprograminterface)接口将其动态与Foxpro连接，从而使整个系统显得结合灵活、功能齐全。

3.1数据库的功能实现

在创建数据库时，考虑到各个子系统所用的数据有一定的重叠性，故建立一个统一、公用的数据库，其容纳了水泥混凝土路面所有的数据。各子系统运行时，可从总库中拷贝相应的数据，形成自己的数据库，退出系统时再将其写回公用数据库。路面管理系统的源数据种类繁多，故根据数据的内在联系将其分别组成几个文件，分别如下：

(1)路面基本文件：指路段名、路段编号、设计单位、施工单位、施工时间、全段总长等。

(2)设计文件：包括设计轴载、交通量增长率、设计年限、道路等级、几何数据、结构的材料、厚度等。

(3)养护历史：指以往养护工作的历史。

(4)路面状况文件：包括损坏状况数据、弯沉、平整度、磨擦系数。

所有数据的输入均采用数据屏幕输入、编码输入、自动生成数据文件，并提供修改、删除、添加、搜索等功能，同时保证生成的数据文件与程序完全脱离，便确保了程序的独立性。

3.2动态库的实现

在实现评价、分析、预测、决策优化等应用模块时，考虑到系统的后续开发功能，将生成的评价、决策都生成规范文件，保证程序端口友好，同时也提供给其它应用模块作为初始数据。

考虑到路面管理系统的使用者可能对评价原理、决策方法不甚了解，因此，系统提供了两种应用模块。①专家级(Expert)，提供给有关专业分析人员，可根据不同条件，选择不同的评价规则、预测模型、经济分析模型对数据进行比较处理。②普通级(Common)提供给对数据分析不甚了解的人员，在选定当前最可靠的评价、预测、决策优化方法后，自动处理数据，生成报表。

在输出结果中含有路况图显示、评价结果、养护决策排序、投资分配等。

以上采用标准C语言编译器Watcom10.0(C、C++)编译，加上foxpro的API库连接，生成Windows资源文件，最后产生动态连接库文件.FLL。

4应用实例

在104国道江苏段的路况评定后，鉴于路面状况指数、坏板率远低于标准规定，江苏省公路局决定对于破损严重的板块，根据其断裂形式进行修补或重浇，进行全厚式修补；对局部破损十分严重的段落，应采用重新加铺的方法。

表3

路面类型及方案

工程项目

原水泥混凝土路面

方案1.1

水泥混凝土加铺

(24cm)

方案1.2

钢纤维混凝土

(14cm)

方案2

旧板修复

方案3

方案4

中粒式沥青混凝土4cm

28

中粒式沥青混凝土5cm

35

二灰碎石15cm

24

水泥混凝土24cm

108

钢纤维混凝土14cm

75

150

连续配筋路面20cm

90

旧混凝土板处理

10

10

10

10

10

造价合计(万元/km)

53.1

38.25

38.25

43.65

45.0

注：1.假定混凝土路面的断板率为50%；

2.假定车道宽4.5m。

经过仔细分析后，大致选定四种方案：

(1)旧水泥混凝土路面上加铺普通水泥混凝土；

(2)对旧水泥混凝土路面断板逐块修补；

(3)旧水泥混凝土路面上，加铺15cm二灰碎石、4+5cm中粒式沥青混凝土面层；

(4)旧水泥混凝土路面上，加铺20cm连续配筋混凝土路面。

其经济分析结果见表3。

5结论

(1)本文对目前水泥混凝土路面养护决策与优化的问题提出了一套较完整的解决办法。

(2)在路面养护与决策过程中，根据现行最新规范《公路养护技术规范》(JTJ073-96)，采用最新养护标准。

(3)在建立和使用数据库时，采用公共数据库概念，各子系统采用拷贝建立各自数据库的方法，使系统具有完整、统一和协调的优点。

(4)在程序编制上，采用Foxpro对各种数据、报表进行操作处理，方便可行；并采用WatcomC(C++)10.0编译源程序，实现动态库的连接，使管理系统方便灵活。