工业厂区内部道路设计

霍 达

(中国建材国际工程有限公司建筑设计院,200063)

我国道路设计主要分为两个体系，分别是公路体系及城镇道路体系，相应学科的建设以及各种设计、施工、验收规范的编制也大都围绕这两个体系进行，大量的工程实践也一直在催生各种规范及学科的更新，道路设计的各项参数、各种设计原则、方法也都与时俱进。相比较而言，工业厂区内部道路这一体系没有得到较好的发展，目前仅有一本《厂矿道路设计规范》的标准可以作为参考，但这已经是1987年制定的老规范了，30多年后的今天仍是现行规范，虽然在路线设计方面仍有参考价值，但其中路基章节、路面章节及原材料要求、车辆参数及相应的结构层的荷载计算方面已经过时，因此在具体指导设计时，结构层设计这一部分内容需借鉴最新的公路设计规范或者城镇道路设计规范。这三种道路系统设计时侧重点与难点各有不同：公路设计中，根据公路的功能和等级不同，设计车速从低到高，最高可达120 km/h以上，相对应的设计参数如车道宽度、加宽、超高、平曲线、竖曲线、视距、路基路面类型、厚度等等均有不同，同时会涉及到高路堤、高路堑或者桥梁、隧道等工程；城镇道路设计中，根据功能和等级，道路版型会有不同，从一块板到两块、三块、四块板道路等，主要要考虑到非机动车道、人行道的设置、渠化交通、道路指示标线、转向车道的设计等，同时也会涉及到立交、隧道、桥梁等复杂工程；而工业企业内部道路主要特点是大型载重车辆集中，矿山企业道路竖向高差较大等，设计时需做针对性的考虑。该文将具体对工业企业内部道路设计的思路和流程进行梳理，其间穿插对规范的理解和解读。

1 路线设计

在工业厂区总平面设计中，道路设计是其中的重要一环，需要承载厂区错综复杂的物流及消防、管网埋设等需要。在设计内容上，分为平面设计及竖向设计。平面设计即为平面路线的设计，需合理的联通各个车间，满足运输及消防需求；竖向设计即为纵断面及横断面的设计，当厂内地形高低起伏时，需统筹考虑运输、消防、场地地形等因素综合确定道路的坡度坡长等纵断面信息，横断面即指道路的结构层设计，在满足厂区交通量的基础上，结合当地自然地质条件进行道路面层及基层的设计。这些设计内容要求设计师必须具备相应的专业素养。首先，需了解工业厂区内各个建构筑物之间的工艺流程及物流关系，明确有物流需求的建构筑物，其次，需满足规范对道路路线的设置要求，最后，需掌握道路路面结构层设计及计算方法，确保道路结构满足厂区交通量需求。具备以上知识储备后，即可初步胜任厂区道路设计的工作。

具体说来，厂区工艺流程及物流关系，这点要求设计人员对厂区内各个建构筑物的性质、特点、物流需求有详细的了解。以玻璃工厂为例，原料车间各种原料需通过斗提机将散料输送入原料日仓，因此在斗提机前方会有大量的物流需求，根据业主操作习惯不同，分为叉车上料或者自卸汽车上料，要求有15～30 m的车辆作业的空间；成品出货区，同样有大量的物流需求，多为12 m以上汽车、挂车或汽车列车，要求至少满足一个汽车通道圆和一个汽车单行道的宽度要求，一般以30 m以上为宜。

厂矿道路设计规范对道路路线的各项要求，笔者经过梳理，列举如下：工业厂内内部道路根据功能和等级要求可划分为主干道、次干道、支道、车间引道、人行道。主干道负责连接厂区的主要出入口，一般为交通运输最繁忙、荷载最重的全厂性主要道路。次干道负责连接厂区内各个建、构筑物，如厂内车间、仓库之间的交通性道路。支道为厂区内车辆、行人都较少的道路以及消防道路等。车间引道为车间、仓库等的出入口与主、次干道或支道相连接的道路。人行道为供厂内员工通行的人行道路。上述各类厂内道路，可根据实际情况全部或部分设置。厂内道路的行车速度限制，为安全起见，一般限定为15 km/h。主干道道路宽度为6～12 m，需满足大型车辆会车需求，次干道为3.5～8 m，支路为4 m，车间引道宽度按建筑开门宽度确定[1]。长度12 m以下的车辆，路面内边缘最小转弯半径宜为9 m，12 m以上车辆，路面内缘最小转弯半径宜为12 m及以上，为确定各种道路宽度、转弯半径下的车辆通过性，可参考国家标准《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值GB1589—2016》，该标准第4.4.1条款规定，汽车和汽车列车应在一个车辆通道圆内通过，车辆通道圆的外圆直径为25 m，内圆直径为10.6 m，且车辆最外侧任何部位不应超出外圆垂直空间，同样车辆最内侧任何部位也不应超出内圆垂直空间[2]。交叉口停车视距需按照20 m考虑，当场地条件有限时，可按15 m考虑。厂内道路的纵向坡度，需注意不应大于8%，根据海拔和气候情况不同略有增减。因厂区内部道路重车较多，为安全起见，当纵坡连续大于5%的时候应在适当位置处设置缓和坡段，缓和坡段的坡度不应大于3%，长度不宜小于50 m。另外，为增加车辆通过性及行驶舒适性，当道路变坡处的坡度代数差超过2%的时候，应当设置竖曲线。竖曲线半径不应小于100 m，长度不应小于15 m。为保证安全，厂内道路距离建筑物外墙的间距，当建筑物面向道路一侧有出入口时，需保证3 m绿化带的宽度，无出入口时需满足1.5 m的绿化带宽度。在实际设计中，绿化带宽度根据需埋设的厂区各类管网数量确定，取3～9 m不等。人流集中的地方，应设置人行道。人行道宽度不宜小于1.5 m。其中需要特别注意的是消防车道的设计，厂区应当严格按照建筑设计防火规范的要求设置消防车道。其净宽度与净空高度均不应小于4 m，转弯半径也应满足消防车转弯的要求，且车道与建筑之间不应设置妨碍消防车操作的树木、架空管线等障碍物[3]，其余如环形消防车道、尽头式消防车道及消防登高场地等的设置要求，具体参见规范条款。

2 道路结构层设计

工业厂区内部道路的路线设计按上述方法即可完成，需参照的规范主要有《厂矿道路设计规范》、《建筑设计防火规范》。关于结构层的设计，前文已经说过，厂矿道路设计规范中关于路基路面的条款已经过时，而公路及城市道路相关的规范较为完善，二者可任选其一，需注意的是，结构层设计需要设计人员对道路的荷载情况进行调查了解。

首先是车辆的尺寸需了解，国家标准《汽车、挂车及汽车列车外廓尺寸、轴荷及质量限值GB1589—2016》中规定了各类车辆的外廓尺寸，长度从6 m到22 m不等，宽度从2 m到2.55 m不等，最宽的汽车吊车长度不会超过3 m，车辆通过性主要通过通道圆控制，然后是荷载，规范规定车辆的最大允许总质量不应超过55 t，最大允许轴荷不应超过为13 t[2]。在实际设计中，推荐使用55 t重车作为常用车辆来计算厂区的交通量，同时以满足最大轴重13 t来对计算结果进行验算。

工业厂区内部道路结构层设计时，因为强度高、耐久性好等优点，一般选择水泥混凝土路面。其中又细分为普通混凝土路面、钢筋混凝土路面、连续配筋混凝土路面、钢纤维混凝土路面、水泥混凝土预制块路面等形式。普通混凝土路面即可满足各种交通等级的道路行驶需求，配筋或钢纤维后强度及耐久性更好。在玻璃工厂设计中，经常性的在运输最为集中的原料车间及成品库区域进行道路配筋，以满足使用要求。下面以公路水泥混凝土路面设计规范为依据，对整个结构层设计流程及参数的选取进行讲解。

水泥混凝土路面结构的设计安全等级及相应的设计基准期、目标可靠指标与目标可靠度应符合规范规定。二级及二级以下公路路面结构破坏可能产生很严重后果时，可提高一级安全等级。工业厂区内部道路等级可按二级或三级确定，安全等级三级，设计基准期一般考虑两个冷修周期，15年至20年即可，其余按规范选择，变异系数等级为中级。其结构分析应当采取弹性地基板理论。粒料类基层除外，其他各类基层与混凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料类基层及各类底基层和垫层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量进行表征。各基础层顶面回弹模量为计算道路结构层的重要数据，应当按规范推荐值按经验选取，施工时也应注意进行检验，是保证道路施工质量的重要指标。水泥混凝土路面结构设计的指导原则是，应以面层板在设计基准期内，在行车荷载和温度梯度综合作用下，不产生疲劳断裂作为设计标准；并以最重轴载和最大温度梯度综合作用下，不产生极限断裂作为验算标准[4]。其中按疲劳断裂设计标准进行结构分析时，以100 kN单轴-双轮组荷载作为设计轴载，对工业厂区内部道路而言，应选用货车中占主要份额特重车型的轴载作为设计轴载。按设计基准期内设计车道临界荷位处所承受的设计轴载累计作用次数将交通荷载等级分为5级，分别为极重、特重、重、中等、轻交通等级，工业企业可按各种交通量进行核算，玻璃工厂一般荷载等级为中等或重交通等级，相对应的水泥混凝土弯拉强度标准值为4.5～5 MPa。需注意的是，在季节性冰冻地区，路面结构层总厚度不应小于规范规定的最小防冻厚度，否则应视情况加设垫层。最大温度梯度标准值应当按照厂区所处的气候自然区划表征，视海拔及湿度情况增减。在确定了公路等级、交通荷载、路基条件、当地温度和湿度状况以及厂区交通量要求后，可以结合当地各材料供应及价格情况针对性的选择及组合与之相适应的水泥混凝土路面结构。设计时需注意各个结构层的力学特性、组成材料性质等应能满足相应的功能要求。同时应考虑各相邻结构层之间的相互作用、要求、结合条件、结构层间组合的平衡、协调。雨水资源较为充沛的地区，应充分考虑到地表水的渗入和冲刷作用。尽量采取封堵及疏排的措施，减少地表水的渗入，防止渗入水积滞在路面结构内对道路结构造成损害。这是一般工业厂区内部道路病害的主要原因，因此施工时应格外注意道路横坡的设置，各种灌缝料的原材料质量及施工质量均应仔细检查，保证道路的使用性能。路基需稳定密实，以便对道路上部结构提供支撑。其中路床顶面的综合回弹模量值，按照中等或重交通荷载等级时不得低于60 MPa，特殊情况下，特重或极重交通荷载等级时不得低于80 MPa。路基的填料还应满足以下要求：高液限的黏土、粉土、含有机质的细粒土、塑性指数应大于16或膨胀率大于3%的低液限黏土等不应用作工业厂区内部道路的上路床填料。但因条件限制必须采用上述土作填料时，应掺加水泥、粉煤灰或石灰等结合料进行性能的改善。

当路床顶面综合回弹模量值无法达到设计要求时，应选用粗粒土进行换填或选用低剂量无机结合料进行稳定。当路基底面接近或低于地下水位时，应采取更换填料、设置排水渗沟等措施。水文地质条件不良的土质路堑，应采取地下排水措施。软弱地基应当进行加固处治，具体做法可选用合格填料换填或采用水泥、石灰、粉煤灰等材料进行稳定处理。其工后沉降量应符合现行规范规定，并宜在路床顶部铺筑粒料层。

基层和底基层因直接承受面层的荷载，所以应具有足够的抗冲刷能力和适当的刚度。其材料可依据交通荷载等级、结构层组合要求和材料供应条件灵活选取，对工业企业内部道路而言，重交通等级基层材料可选取沥青或水泥稳定碎石，中轻交通等级可选取级配碎石、无机结合料稳定粒料等，底基层可相应降低等级。在原料上料及成品出货区等承受极重、特重或重交通荷载的路面，基层下应设置底基层；承受中等或轻交通荷载时，可不设底基层。当基层采用无机结合料稳定类材料，且上路床由细粒土组成时，应在基层下设置粒料类底基层。需注意多雨地区，承受较重交通荷载的厂内道路，宜设置由开级配沥青稳定碎石或开级配水泥稳定碎石组成的排水基层。排水基层下应设置由密级配粒料或水泥稳定碎石组成的不透水底基层。底基层顶面可铺设沥青类封层或防水土工织物，以便确保道路结构层不致水毁。

具体施工时，各种基层和底基层的结构层适宜压实厚度，应进行试验段施工，按所选集料的公称最大粒径和压实效果的要求而定，基层或底基层的设计层厚超出相应材料的适宜压实厚度范围时，宜分层铺设和压实，以保证结构层的铺筑质量。

面层施工是保证道路质量的重中之重，水泥混凝土面层应具有足够的强度和耐久性，表面应抗滑、耐磨、平整。厂内道路面层宜采用设接缝的普通水泥混凝土。当面层板的平面尺寸较大或形状不规则，路面结构下埋有地下设施，或位于高填方、软土地基、填挖交界段等有可能产生不均匀沉降的路基段时，为增强道路使用性能，可采用接缝设置传力杆的钢筋混凝土面层。连续配筋混凝土、碾压混凝土和钢纤维混凝土等其他面层类型可依据适用条件选用。一般重交通路段部分企业主会对道路进行连续配筋，好处有两点，一是上层的抗裂螺纹钢筋拉住了表层混凝土，使得混凝土道路表面无需设缝，减少了应力薄弱区及地表水的渗入，因此提高了耐久性；二是底层的抗拉螺纹钢筋可在地基条件产生变化时提供更多的承载力支持。

为保证行车安全，路面表面应采用拉毛、拉槽、压槽或刻槽等方法设置表面构造，在交工验收时需注意检验，其构造深度应满足规范要求[4]。

为防止水泥干缩裂缝，路面宜进行矩形分块，因此需设置较多接缝，具体类型有纵缝、横缝、胀缝，视情况不同需设置传力杆或拉杆，纵横向接缝应垂直布置，不得错位。普通水泥混凝土面层宜为4～6 m，面层板的长宽比不宜超过1.35，平面面积不宜大于25 m2。纵缝的布设应视路面总宽度、行车道宽度及施工铺筑宽度而定，一般4 m宽以下道路可不设纵缝，6～8 m宽道路应在中间位置设置纵缝。需注意的是，在邻近固定构造物处，如原料车间及成品库基础或者与其他道路相交处，应设置横向胀缝。胀缝条数应根据膨胀量大小设置。胀缝宽宜为20～25 mm，缝内设置胀缝板和可滑动的传力杆。传力杆应采用光圆钢筋。横向缩缝传力杆的尺寸、间距和要求与胀缝相同，按规范选用即可。

至于垫层、基层、面层的材料组成与参数要求，可参见相关规范，满足要求即可。结构层厚度的计算流程为：首先根据当地实际情况初拟路面结构，选择公路等级、变异水平等级、可靠度系数等，之后根据工厂的具体交通量换算标准轴载在设计使用年限里的累计作用次数，确定设计轴载，即标准轴载以及最重轴载等参数，之后确定面层类型、混凝土面层板厚度、长度、混凝土设计弯拉强度、接缝应力折减系数、混凝土弹性模量、地区公路自然区划、面层最大温度梯度、混凝土线膨胀系数以及基层、垫层的层数、类型、厚度、顶面回弹模量和路床顶面回弹模量，根据规范中各项公式进行道路结构层计算。最终结果应使得混凝土面层荷载疲劳应力与温度疲劳应力之和考虑可靠度系数后得出的综合疲劳应力值应小于或等于面层混凝土弯拉强度，同时混凝土面层最大荷载应力与最大温度应力之和考虑可靠度系数后得出的最大综合应力值应小于或等于面层混凝土弯拉强度，否则应根据情况作出相应调整。

3 结 语

工业企业内部道路设计应根据交通量进行分化设计，使得路面结构与实际过车荷载相匹配，这样大车小车重车轻车各行其道，比之统一采用标准路面形式更为专业，也更为节省工程投资。一份合格的道路设计文件应当做到这一点，总图设计师也应当以这样的高标准要求自己，提高专业素养和成本意识，做出更精细匹配的针对性设计，更好的为业主服务。