李 铸 苏东升

（南昌轨道交通集团有限公司， 江西 南昌 330038）

1 工程情况

本工程位于厄瓜多尔波索尔哈镇，瓜亚斯河河口、瓜亚基尔港口下游，主要内容包括400m长的顺岸式集装箱高桩码头，以及约34万平堆场的新建。堆场分为海域吹填区和陆域区，经过堆载预压、振冲、强夯、振动碾压等地基处理后铺设路面。

本工程位于强震区，尽管是热带雨林气候，但因濒临海湾，年平均气温在25°左右。全年分冬季（12月至次年4月）和夏季（5月至11月），雨水集中在冬季，全年平均降雨量约为2000mm。

2 设计内容

联锁块其具备成本低廉、施工方便、易于修补、抗滑抗油性能好的优点，此外，较之于传统的沥青路面和混凝土大板路面，能够更好地应对土基遇水膨胀所引起的不均匀沉降，以及地震后会引起的路面高程变化。因此，本项目堆场采用的是联锁块铺面。

3 规范解读

本文采用的是英国规范THE STRUCTURAL DESIGN OF HEAVY DUTY PAVEMENTS FOR PORTS AND OTHER INDUSTRIES（EDITION 4）（以下简称“英标”）。它是以弹性层状理论体系为基础，首先建立轴对称理想化的圆柱体层状体系模型（包括面层、基层、底基层），再通过在模型顶部中心施加一个局部荷载，得出设计图表。设计图表的核心是临界荷载的有效重复次数，设计师通过这两个数可以查表得到水稳基层CBGM的厚度，而临界荷载的选择需根据堆场机械和机械运营情况考虑车轮临近系数、动力荷载系数等因素；有效重复次数则是当量轮荷载的等效次数的累加值。面层方面，考虑到结构受力和经济性，80mm的联锁块与30mm的垫层可作为最佳选择。

4 实际运用

4.1 荷载要求

堆场的主要机械是RTG，正面吊和拖车。RTG是配筋的混凝土路面，在此文不做详细介绍。因此，对于堆场联锁块铺面而言，主要控制因素是正面吊和拖挂车，其临界荷载和作用次数如下：

1）正面吊：负载时前轴轴荷载为100t，后轴轴荷载为18.5t，作用次数为60,000次。空载时前轴轴荷载为45t，后轴轴荷载为38t，作用次数为150,000。

2）拖挂车：35t拖挂车负载时1轴轴荷载6.3t,2轴轴荷载为19.4t,3轴轴荷载为13.2t，4轴轴荷载为13.2t，作用次数为2,850,000次；空载时1轴轴荷载5.5t,2轴轴荷载为5.9t,3轴轴荷载为2.9t，4轴轴荷载为2.9t，作用次数为7,500,000次。

4.2 面层计算

以正面吊为例，现场地基加州承载比CBR值为9%，根据有效深度公式：有效深度=300×(3500÷(CBR×10))，可得值2190mm。

原则上，需要对每个轮的邻近系数进行求解，方可得出临界荷载，但通过工程机械的对称性（见图表 1和图表 2），以及英标表19可知，轮距越大，邻近系数越小，内侧轮比外侧轮的邻近系数大，因此被选为主轮。根据有效深度，经过内插相加可得正面吊的前轴主轮邻近系数为1.94，后轴主轮邻近系数为1.04。

图表 1 正面吊轮距示意图

图表 2 拖挂车轮距示意图

考虑到转弯因素，前后轮均取动力系数为0.4，可得出前轮荷载为

100×1000kg×9.8N/kg÷4×0.4=665.42Kn，同理可得后轮荷载为131.48kN,当量轮荷载为两者中的大值，为665.42kN,可算得后轮荷载的等效系数为〖(131.48kn÷665.42)〗^3.75=0.0022，总作用次数为60,000+60,000×0.0022=60,137次。同理可得空载时当量轮荷载299.4kN,总作用次数为251,844。

用同样的步骤可以得到拖挂车的当量轮荷载和作用次数，最终得到临界荷载665.42kN和作用次数142,713次，查英标章节14图表可得，水稳层（CBGM）厚度至少为525mm。因此，堆场的联锁块铺面结构自上而下为：80mm的高强联锁块，30mm的垫层，525mm的水稳层和150mm的级配碎石层。

5 核心设计参数取值的探讨

5.1 土基的CBR值

土基的CBR值与有效深度、邻近系数成负相关关系，CBR值越小，有效深度和邻近系数越大，最后所需的铺面厚度随之增大。根据现场经验，地基处理后的土基CBR值一般能达到8%-15%之间。如果地基处理的效果好，就能有效提高CBR值，进而减少路面的厚度，节约工程造价。当时投标策略相对比较保守，CBR取值是8%，最终现场试验结果是9%，能够满足要求。需要注意的是，根据美国材料试验协会ASTM D1883《CBR标准试验方法》，此处用到的CBR是浸水CBR值，如果采用现场实测的CBR值，往往偏大，进而可能会导致最终的铺面设计厚度不够。但如果工程处于干燥地区，并能够通过地区类似项目、排水条件，路面结构等因素，论证浸水4天值含水量存在明显差异的话，可在与业主沟通后，适当改变浸水时间，使CBR值更符合现场实际。需要提醒的是，当路基CBR小于5%时，在150mm的底基层下方是需要再铺设不小于250mm的覆盖层，具体可根据英标表20确定。一般来说，CBR＜5%的情况主要出现在未进行地基处理的情况，针对的大多数是改造项目。

5.2 临界荷载

临界荷载，是指在工程机械在装卸某集装箱时对路面造成最大损害时的荷载，此时的集装箱荷载称之为临界集装箱荷载。

其中，D是损坏效应，W是在不同集装箱总荷载情况下所对应的车轮载荷，P是轮压，N是根据英标规范中港口40标箱和20标箱的比例所查得的百分数值。通过公式可知，不同情况下集装箱荷载对应不一样的D值，当D值最大时，所对应的荷载即为临界荷载。如果业主无法提供详细的标箱尺寸，在最初的分析阶段，临界集装箱荷载可考虑如下：如果全是40英寸标箱，临界集装箱荷载可认为是22,000kg，如果全为20英寸标箱，临界集装箱荷载可认为是20,000kg。如果40英寸标箱和20英寸标箱都有的话，临界集装箱荷载可认为是21,000kg。一般而言，每个轴的临界荷载会在业主的招标文件中会直接给出，即水稳层厚度计算的临界荷载。

5.3 邻近系数

邻近系数，是根据轮距和有效深度查表所得的系数。当两个车轮轮距小于300mm时，轴荷载可以被当成是车轮静荷载。一般而言，内侧的车轮为主轮，邻近系数值为大值，进而得到最终的当量单轮荷载。

5.4 动力系数

在英标表17中，对于各种常用机械而言，因为刹车、转弯、加速、堆场的不平整度而规定了动力系数。针对刹车，对于前部的车轮需要取正值，对于后部的车轮需要取对应的负值；此外，还需要根据轮与车的中心线的相对距离大小将动力系数按比例增大或缩小；针对转弯，可以根据图表直接进行取值；针对加速，一般可以和制动或者转弯结合着取值；对于堆场不平整度，针对工程的改造或者扩建时，可考虑取值。随着时代的进步，越来越多的高速自动化机械已经得到广泛应用，此时，建议在原动力系数上再增加原值的50%。在本项目中，正面吊主要考虑的是转弯，取的是0.4；拖挂车主要考虑的是转弯和加速，取的也是0.4。假若本项目是改造项目，可能需要根据现场实际情况加上不平整度，即取值为0.6。当量轮荷载将变成760.5kN,查表可得水稳层厚度约为585mm，比现有的525mm多了60mm，将额外增加不少工程造价。在业主没有提出特殊要求的时候，一般可以取0.4，这也是英美咨工比较认可的通用取值惯例。

5.5 工程机械的作用次数

根据临界荷载、邻近系数和动力系数可得到当量单轮荷载（SEWL），再把其他车轮荷载等效为当量轮荷载的等效值累加，乘以此工程机械在此处的作用次数，最终可得不同车轮经过某一点的当量作用次数。作用次数往往在招标文件就会明确提出，道路工程师往往会直接按照此作业次数进行计算，但笔者建议工艺专业需复核下各工程机械的作用次数，如有疑问，及时提出澄清。本项目招标文件中的作用次数高于我们的经验次数，尽管最后经过多轮的据理力争，说服了业主采用我们的作用次数，但确实造成了不小的麻烦。

5.6 MEFs

根据路面结构的抗弯强度和刚度与抗拉强度的比例关系，英标还规定了一个材料等值系数MEFs（已在大量的工程实例中得到证明并广泛应用）。设计师可以通过各种基层材料的转换关系很方便地从一种铺面结构扩展到其他的铺面结构，再通过当地的土基情况、料源供应、物价水平来决定最终采取哪种铺面形式。一般而言，80mm的联锁块铺面和30mm的垫层，可以等值替换为110mm的C8/10水稳层（CBGM）。在实际工程中，也可以考虑用将水稳层直接等值替换成C8/10混凝土大板，但是造价偏高，仅限于赶工等特殊时期考虑。作为底基层的级配碎石（CBR＞80%）,MEFs是3，意味着150mm的级配碎石可等值为50mm的水稳层。如果当地碎石质量特别好，可以根据实际情况降低MEFs至2，甚至是1。

6 结语

本文通过2019年在拉美竣工工程实例的讲解，详细介绍了堆场路面的详细设计，并对核心技术参数的选取进行了深层次的阐述和探讨，为今后类似工程的投标准备、详细设计和具体实施提供了宝贵的经验。