第一篇：地下室挡土墙结构设计分析论文
摘要:地下室挡土墙按常规设计时存在着一些安全隐患，综合考虑不同部位挡土墙的具体受力情况，对挡土墙结构设计进行分析整理与总结，并同时提出了相应的设计建议。
关键词:地下室;挡土墙;设计;建议
目前地下室设计最常用的解决土压力作用的方法即是结构自挡土，地下室挡土墙是直接接触土压力的构件，当按常规设计时，没有具体问题具体分析，因此，挡土墙设计存在着一些安全隐患。本文将从挡土墙结构设计中计算简图的选取、荷载取值、一般部位及特殊部位进行分析整理，总结了地下室挡土墙结构设计时的设计方法及要点。
1地下室挡土墙的计算简图的确定常
规设计时，将地下室各层楼板、基础底板等作为地下室挡土墙的支承，计算简图通常按下述方式处理:顶板处简化为铰接，基础底板处简化为固端，其他地下室楼层作为连续支座，将挡土墙按1m宽板带简化为多跨连续梁进行内力计算和配筋，这也是设计人员通常所采用的挡土墙的计算简图。但是还应该考虑基础底板及顶板约束作用的实际大小，否则可能会给相关部分的受力构件带来安全隐患。且地下室楼板因为使用功能的需要，在车道、楼梯、开洞等处楼板的传力途径并不直接，甚至无法作为支承。故在确定地下室外墙的计算简图时，必须熟悉地下室各层的布置和楼板的缺失情况等，考虑由外墙传来的土压力的传力途径，并保证传力途径简单直接。
2土压力的取值
2.1静止土压力
当挡土墙的刚度很大，在土压力作用下墙处于静止状态即位移为零时，墙后土体处于弹性平衡状态，因此，地下室挡土墙的土压力按静止土压力计算。土压力计算公式为:p=γhKo，静止土压力系数Ko与土性、土的密实程度等因素有关，在一般情况下，砂土Ko=0.35～0.5，黏性土Ko=0.5～0.7，计算时可近似取为0.5。地下水位以上取土的饱和容重，地下水位以下取土的浮容重并采用水土分算法进行计算。静止土压力按下述公式计算:p=K0(q+“z)(z≤hw)p=K0［q+”hw+“’(z－hw)］(z＞hw)式中q—作用于地表的室外荷载，kN/m2;”─土的重度，kN/m3;z─计算土压力点的深度，m;K0─静止土压力系数;"’─土的浮重度，kN/m3;hw─地下水的埋藏深度，m。
2.2室外堆载和消防车荷载对土压力取值
计算地下室挡土墙时，要考虑室外堆载和消防车荷载的影响，但两者不同时考虑。室外堆载荷载一般取10kN/m2;根据《全国民用建筑工程设计技术措施》［2］，明确给出停放消防车的室外地面活荷载取5kN/m2。综合考虑室外活荷载取值按10kN/m2满足各工况要求。
3一般部位地下室挡土墙受力分析与设计
3.1地下室挡土墙底部嵌固条件
当基础底板对侧墙有较好的约束时才可以满足简化计算模型中固端的条件。当仅采用柱下独立基础且没有抗水板，或者抗水板置于较软的土层上时，抗水板无法对侧墙形成有效的约束作用，此时依然采用基础底板处简化为固端的简化计算模型会导致外墙靠底板处的外侧弯矩偏大，而内侧弯矩偏小，偏不安全。因此，在进行地下室挡土墙设计时，应对这种情况的地下室侧墙跨中弯矩采取乘以放大系数的方式或者按照底部采用不动铰支座进行包络设计。
3.2水浮力的附加弯矩作用
当地下室抗浮水位很高时，由于地下水对于底板的作用，会导致底板与外侧墙相交处产生一个与侧墙根部弯矩方向相反的转动，此时底板对于侧墙的约束作用超过计算模型中固端的假定，实际的负弯矩可能会大于按照计算模型中固端计算的负弯矩，此时应将地下室底板与侧墙弯矩共同计算设计。
3.3次梁对地下室挡土墙的约束作用
由于次梁对地下室挡土墙的约束作用，在有次梁的地方侧墙会产生一个较大的负弯矩，这种情况与侧墙上部不动铰支座的计算假定有较大的出入，而计算弯矩值较大，因此，在有次梁的地方应采取特殊的构造措施。建议将次梁的上部钢筋锚入侧墙后往下延伸一段后进行锚固。
4特殊部位地下室挡土墙受力分析与设计
4.1地下室挡土墙转角处
由于地下室挡土墙转角处形成了连续支座，按单向板计算时水平向在该处应考虑墙体的嵌固作用，应按转角处简化为固端的双向板计算支座弯矩值(水平向的计算跨度可取墙体高度的2倍)，并按该弯矩配筋。选筋时可考虑分离式配筋，不必与墙体分布筋协调，支座钢筋与水平分布钢筋采用搭接连接。
4.2临边坡道处地下室挡土墙计算
沿地下室外墙布置车道时，由于车道打断了地下室外墙的楼板支承，当考虑车道板作为外墙的支承时，应注意车道板是否能有效传递水土压力。因车道板与楼板不在一个标高，须通过柱或墙来间接传递，建议在车道板的另一侧增设钢筋混凝土墙体，以平衡车道板传来的水土压力。车道处由于车道板倾斜，地下室外墙的受力情况相对较复杂。1)车道范围地下室挡土墙各处的计算跨度均不同。2)由于车道板倾斜，与楼面标高不一致，导致支承地下外墙的水平力不能直接传递，其传力方式有:①车道板一端支承于地下室外墙，一端支承于梁上时，地下室外墙传递的水平力先传给车道板，车道梁板整体作为一个水平放置的受弯构件承受地下室外墙传来的荷载，受弯构件的跨度为车道板的斜长或有效支承间的距离;②车道板一端支承于地下室外墙，另一端支承于钢筋混凝土内墙上时，地下室外墙传递的水平力先传给车道板，车道板再将集中力传递至内墙上，即内墙需考虑承受外墙传来的水平荷载，而不仅仅是按构造配筋;③当不符合①、②两种传力方式时，则地下室外墙应作为支承于地下室底板的悬挑构件计算。针对车道处地下室外墙的受力特点，计算时对地下室外墙可采取分区段计算的方法，根据计算结果对其分区段采用不同的配筋方式或构造。然后根据车道板的支承情况，将车道梁板整体作为受弯构件进行计算，或将车道板传递的集中荷载传给地下室内墙进行计算。沿地下室外墙布置车道时，车道处外墙的高度是变数，跨度变化大，应适当分段计算并配筋，配筋方式应特别注意这一特点，对应力集中处应加强配筋构造，以优化设计。
4.3地下室外墙处楼板开洞
由于地下室外墙在楼层板处的支承楼板缺失，外墙的支承条件发生了改变，对该部分墙体的计算和配筋构造需专门分析，并采取符合实际受力特点的计算简图进行计算。对该类墙体可采用双向板的计算简图进行计算，上端简化为自由端，下端为固定端，左右为固定端并考虑弯矩折减，适当增大挡土墙内侧分布钢筋。
5结论与建议
综上所述，地下室挡土墙的设计，要达到安全、经济、合理，应该从头至尾做到正确的概念设计，准确的计算模式、构造和合理的配筋，才能够保证设计结果既安全又经济，也是减少或者避免施工过程中安全事故发生的重要举措。
参考文献:
［1］GB50010－2010混凝土结构设计规范［S］．
［2］住房和城乡建设部工程质量安全监管司．全国民用建筑工程设计技术措施(2009)－结构(地基与基础)［M］．北京:中国计划出版社，2009．
［3］张克恭，刘松玉．土力学［M］．3版．北京:中国建筑工业出版社，2010．
［4］GB50009－2012建筑结构荷载规范［S］．
第二篇：挡土墙分析实验报告
《工程力学A2》小组作业报告
挡土墙分析
院 系：土木建筑工程学院 组 名：第三组 组 长：侯森磊
成 员：侯森磊 符维滨 孙铭锴 日 期：20151212
摘要：灵活运用《理论力学》和《材料力学》里的力学知识分析本报告通过分析一道经典的挡土墙问题，得到其荷载应力状态，得出相应的结论，解决相应的问题，并进行的一系列讨论和总结，最终理解挡土墙问题。
一、简介
图示一混凝土挡土墙，墙高4m，已知墙背承受的土压力F=137kN，并且与铅垂线成角，混凝土的密度为2.35×103kg/m3,其他尺寸如图所示。取1m长墙体作为研究对象，试计算作用在截面AB上点A和点B处的正应力。又砌体的许用压应力为3.5MPa，需用拉应力为0.14MPa，（1）试作强度校核。
（2）如果以点A作为转动轴，试验算坝体是否会倾覆
（3）如果坝体后面有地下水，地下水面距坝顶2m，此时由于地下水的浮力作用，墙背承受的土压力变小，变为，并且与铅垂线成角,试计算分析此时坝体底面AB截面的应力分布情况。（提示，需要考虑水压力）
二、解决思路与方法
解决思路：
（1）强度校核：先分析1m长的挡土墙上承受的外力，然后分析AB截面上的轴力和弯矩最后进行强度校核（2）可以先求出A轴的力矩，判断其大小和方向，可以试验算坝体是否 倾覆
（3）水的压强在同一深度,各个方向的压强都一样且水的压强垂直作用在坝上，其余求解过程如（1）
具体过程 <1>（1）1m长的挡土墙上承受的外力[图(b)]为
F1x=F1sin45.7°=137kN×0.716=98.1kN
F1y=F1cos45.7°=137kN×0.698=95.6kN
F2=1m×4m×0.6m×2.35×103kg/m3×9.8N/kg=55.3kN
（2）AB截面上的轴力和弯矩分别为
FN=F1y+F2+F3=224.6kN
M=F1x×1m+F2×0.8m-F3×0.033m-F1y×0.7m
=73.0kN·m
故A点和B点处的正应力分别为
(3)强度校核 因为
所以 强度合格 <2> MA = F1x ×1m-F2×0.3m-F3×(1.1+0.033)m-F1y×(1.1+0.7)m
=-174.1kN·m
(顺时针)因为MA 为顺时针 所以不会倾覆 <3> 水的压强：
在同一深度,各个方向的压强都一样 ，水的压强垂直作用在坝上，如图(c)所示。
图（C）
F1x=F1sin41.7°=110kN×0.665=73.2kN F1y=F1cos41.7°=110kN×0.747=82.2kN
F2=1m×4m×0.6m×2.35×103kg/m3×9.8N/kg=55.3kN
F4x=F4sin68.2=26.1kN F4y=F4cos68.2=10.4kN FN=F1y+F2+F3+F4y=212.6kN M=F1x1m+F20.8m-F30.033m-F1y0.7m-F4y×1.3m+
F4x×0.7m=62.2kN·m
故A点和B点处的正应力分别为
三、结论与讨论
图示的混凝土挡土墙设计合理，无论是否存在地下水，该挡土墙的强度都符合要求。而且，不会倾覆。
前两问考察的是《理论力学》和《材料力学》的结合，只要对力学知识掌握熟练，便可轻易解出。第三问主要是加入了水的压力，只要了解到水的压强在同一深度,各个方向的压强都一样，便可理解为多了一个已知力，很容易解出答案
四、总结
本实验报告主要是通过灵活运用《理论力学》和《材料力学》里的力学知识分析一道经典的挡土墙问题，得到其荷载应力状态，最终得出相应的结论，解决相应的问题，即该挡土墙符合强度要求，不会倾覆。而且还进行了一系列讨论和总结，还有解决大作业的心得和体会。
五、心得与体会
解决大作业时，各成员没有进行好交流和沟通。刚开始没有确定好分工，导致大作业进展缓慢,后来又有小组成员不与其他成员沟通，到后期直接退出，打乱了大作业的进展。总之，无论是做任何事，参与者之间的沟通很重要。
通过本次大作业，小组全体成员既加强了对《理论力学》《材料力学》的运用，同时也使小组成员对《土力学》有了一定的接触和了解，使以后对《土力学》的学习更加轻松。
第三篇：超限高层商业楼的结构设计分析论文
随着社会经济的发展，商业建筑迎来了蓬勃发展的时期。在建筑功能不断集成的过程中，出现了一系列的结构问题：体量大、体型复杂、大跨、开洞等，因此现代商业建筑对结构设计的要求越来越高。本文将结合工程实例，总结超限高层商业建筑的结构设计方法，为此类项目的设计提供参考。
工程概况
某工程由 1 栋 6 层商业楼，4 栋超高层住宅楼，1 栋 59 层超高层办公楼组成。本文以 6 层商业楼为例，分析总结超限高层商业建筑的结构设计方法。结合 6 层商业楼的建筑功能和结构平面布置的特点，设两道防震缝将其分为 A、B、C 三个区，分区后仅 A 区属超限高层，故本文主要介绍商业楼 A 区，下文所提商业楼均指商业楼 A 区。
本工程所在地区基本设防烈度为 6 度，设计基本地震加速度为0.05g,设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期，多遇地震为 0.35s,罕遇地震为 0.40s.商业 A 区结构单元抗震设防类别为重点设防类，应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施，故商业楼框架抗震等级应为 2 级。多遇地震计算时结构阻尼比取 0.05,风振计算时结构阻尼比取 0.02.2 基础设计
商业楼基础设计等级为甲级，采用桩加防水板基础。根据前期试桩检测报告结论，采用Φ700 钻孔灌注桩，抗压兼抗拔桩。基础埋深12.1m,远大于建筑结构高度的 1/18.经复核，风荷载及水平地震作用下基底均不出现零应力区，可满足高层建筑结构抗倾覆稳定要求。地下车库设计
地下车库采用框架剪力墙结构，局部增加的剪力墙，主要有两个作用：一是为了使得地下 1 层与地上 1 层的剪切刚度比大于 2,满足正负零作为地上单体嵌固端的要求，二是为了更好地保证室内外高差处水平力的传递。商业楼室内及室外相关范围内，正负零零层采用梁板式结构，板厚 180 ~250,双层双向配筋，且配筋率不小于 0.25%.上部结构设计
（1）超限情况的判定
根据“住房和城乡建设部关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知（建质〔2010〕109 号）”,对商业楼的超限情况判定如下：商业楼结构高度 29.2m,采用现浇钢筋混凝土框架结构，属于 A 级高度高层建筑，高度不超限。商业楼3 层以上竖向构件缩进大于 25%,属尺寸突变（立面收进）；商业楼地上楼层存在多处楼板有效宽度小于 50%,开洞面积大于30%的情况；④商业楼3 层和4层之间质心相差达 18m,大于相应边长的 15%,同时，考虑偏心扭转位移比大于 1.2,小于 1.4.综合以上分析，商业楼属于超限高层建筑。
（2）上部结构计算分析
在小震作用下，全部结构处于弹性状态，构件承载力和变形应该满足规范的相关要求。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010 第 5.1.12 条的要求，本工程采用 SATWE 与 PMSAP 两种不同分析软件分别进行了整体内力及位移计算，两种软件的计算结果基本一致，结构体系满足承载力、稳定性和正常使用的要求。楼层最大位层间移角小于 1/550,满足 JGJ 32010 第 5.1.2 条，对不规则建筑应采用时程分析进行多遇地震下的补充计算。本工程所选的三条波为 TH2TG035、TH4TG035、RH4TG035,每条时程曲线计算得到的结构底部剪力均大于 CQC 法的 65%,三组时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于 CQC 法计算得到的底部剪力的 80%,故所选三条波满足规范要求。时程分析的结果表明，结构体系无明显薄弱层，时程分析法包络值较 CQC 法计算结果小，故结构的小震弹性设计由 CQC 法计算结果控制。
根据高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ 3-2010 第 5.1.13 条的要求，对商业楼采用弹塑性静力分析方法进行了补充计算。两个方向罕遇地震下性能点最大层间位移角均小于 1/50,小于规范弹塑性位移角限值，因此宏观上商业楼所用结构体系能保证大震不倒的设计要求。
在通过二阶段设计实现三个水准的基本设防目标以外，针对本工程的具体情况，提出了以下抗震性能化目标：设防地震作用下，中庭连廊等薄弱处楼板内双层双向钢筋不屈服；设防地震作用下，悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱斜截面抗剪按弹性设计，正截面抗弯按不屈服设计；PMSAP 楼板应力分析结果表明，中庭连廊根部、平面凹口阴角位置一般为应力集地区域，在多遇地震作用下，楼板主拉应力不大于混凝土抗拉强度标准值，楼板不会开裂，在设防地震作用下，应力集中位置楼板主拉应力略大于混凝土抗拉强度标准值，但适当加大楼板配筋，即可满足楼板内钢筋不屈服。
在设防地震作用下，利用 SATWE 进行弹性设计和不屈服设计，分别校核悬挑梁根部框架柱及大跨梁两端相连框架柱的箍筋和纵筋，并与多遇地震计算结果一起进行包络设计。计算结果表明，配筋值均在合理范围，配筋切实可行。通过以上性能化设计措施，在对结构的经济性影响较小的情况下，提高了结构的抗震性能，增加了建筑的安全性。
（3）上部结构设计针对偏心布置和扭转不规则，设计时，尽量使结构抗侧力构件在平面布置中对称均匀布置，避免刚度中心与质量中心之间存在过大的偏离；加强外围构件的刚度，增强结构的抗扭性能。计算时，考虑偶然偏心的影响，设计时适当加强受扭转影响较大部位构件的强度、延性及配筋构造。通过调整结构布置，将考虑偶然偏心下的最大位移比严格控制在 1.4 以下，第一扭转周期和第一平动周期比严格控制在 0.9 以下。
针对立面收进带来的扭转不利影响而采取的抗震措施详第（1）条。构造上，对收进楼层（4 层）加厚至 140mm 且双层双向加强配筋，配筋率不小于 0.25%,但为减小大跨部分楼板自重，室内大跨度区域楼板厚 120mm,屋面大跨度区域楼板厚 130mm,收进部位上下层楼板（3 层和 5 层）厚度不小于 120mm,并双层双向加强配筋。根据《高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2010》的相关规定，体型收进部位上、下各两层塔楼周边竖向结构构件的抗震等级提高一级，框架柱在此范围内箍筋全高加密，提高纵筋配筋率；收进部位以下两层结构周边竖向构件配筋加强。
针对因开洞形成楼板不连续情况，整体计算时按实际开洞情况建模，并将以上楼层定义为弹性膜，以考虑楼板不连续对结构的影响；同时，构造加厚连廊等薄弱区域楼板至 130mm 厚，并双层双向配筋，配筋率不小于 0.25%.结语
本文对某超限高层商业楼的结构设计进行了简要介绍，主要的设计要点可总结如下：（1）结合建筑功能和结构布置合理设缝，规避平面布置的不规则；（2）优化布置结构抗侧力构件，适当加强外圈构件的刚度，提高结构的抗扭性能；（3）采用两种软件进行多遇地震弹性分些，结构应满足相应的强度和刚度要求；（4）对结构进行多遇地震下的弹性时程分析，验证结构体系的合理性，并与振型分解反应谱法进行包络设计；（5）补充罕遇下的静力弹塑性分析，控制性能点层间位移角不大于规范要求；（6）根据工程的具体情况，提出合理的抗震性能化设计目标；（7）利用概念设计原理，结合规范要求，对薄弱部位进行构造加强。
参考文献：
[1]吕西林。超限高层建筑工程抗震设计指南[M].上海：同济大学出版社，2005.
第四篇：我国沥青路面结构设计分析
长沙理工大学张起森教授作客专家在线：我国沥青路面结构设计分析
[b[size=5]]长沙理工大学张起森教授作客专家在线：我国沥青路面结构设计分析[/size][/b]
[size=4] 以“我国沥青路面结构设计分析”为主题，围绕“我国沥青路面破损原因，沥青结构以及沥青混合料设计和沥青技术研究”等问题，同大家进行深入交流与探讨
主持人：首先请张教授给大家介绍一下，近年来，随着我国国民经济的发展，干线公路特别是高速公路面临着巨大的交通压力，沥青路面出现了裂缝、水损害等破损现象，造成沥青路面破损的原因是多方面的，您能否从这路面设计这个方面向大家介绍一下路面破损的成因以及如何防治。
张教授：这个问题比较复杂，谈一下我自己的看法，供大家参考。目前我国有高速公路通车总里程3万多km，沥青路面占85％左右，水泥路面占15％左右，所以高速公路大部分都是沥青路面。我国在短短十几年的时间，高速公路沥青路面发展速度非常的快，但是现在路面确实还是存在一些问题，是什么原因引起的？在过去的一段时间，大家讨论很多。我想从以下方面来谈些自己的看法：
首先，我们国家刚开始建设高速公路的时候，基础比较差，当时没有规范，原规范对高速公路不适应。我们很多经验都是来自过去的低中级路面，修建高速公路的经验少，所以我们开始修建的路面，像90年代初，依据的是低中级路面的经验，当然我们也引进了一些国外的东西，像京津塘高速公路我们请的是澳大利亚专家来修的，上海沪嘉高速公路是我们自己国家修的，不过只有十八km的里程，其他如沈大高速公路、广佛高速公路，当时不叫高速公路而叫高等级公路，因为当时对高速公路有争议，所以在起步的时候，还是有些欠缺。规范、标准和试验检测设备等跟不上高速公路发展，给我们前期修建的路面带来了一些先天性的不足，比如路面厚度，一些较早修建的高速公路，对底基层的厚度重视不够，而且对它的认识也不够，有的水泥路面甚至取消了底基层。这些方面当时没有一个比较明确的规定，单纯从适应当时已有的设计指标看，可以满足要求，但是路面使用后出现了许多问题。之后，我国的高速公路吸取失败的教训，进行了总结，后期有些改进。1997年颁布的沥青路面规范，包括后来颁布的水泥路面规范，有些部分吸取了我们国家“七五”、“八五”公关项目的一些成果，为后面高速公路质量的提高打下了基础。总的来讲，我们国家高速公路发展很快，技术、设备储备不够，给我们前期修建的高速公路带来了不足。这是一个问题。
第二、设计标准与实际情况有差距。例如荷载标准，我国的设计荷载是BZZ－100，实际上，我们国家道路上行使的超载车辆很多，像京珠高速公路，有的车达到了270kN，在广韶高速公路，有的车辆也达到了170kN左右。显然，这完全超过了我们的设计标准，路面肯定无法承受。所以这个超载车辆，“超载”的问题，确实是我们国家路面面临的一个严重问题。这个问题我和美国一些专家讨论过，美国也有一些重载车，但超载车很少，美国重载车辆一般是在30％左右，但是我们国家的重载车却占到了60％、70％，甚至是70％或80％的比例，所以路面压力很大。看来这个问题要解决需根据实际的荷载来进行设计或验算。使设计的荷载标准和实际使用车辆的标准要相符。另外，在设计指标方面，也存在一些问题。比如说水泥路面是以混凝土板底弯拉应力进行控制，沥青路面主要以表面弯沉进行控制。弯沉可以反映路面整体的承载能力，但它对结构层性能的反映就比较查。水泥路面也存在指标的问题，水泥路面是一个脆性材料，它的变形是在一个很小的变形情况下开始出现断裂。是不是要像结构设计一样，以刚度来控制设计。沥青路面设计指标不完善大家讨论更多，我们现在用弯沉指标来设计，往往沥青层、基层、它的拉力问题不能控制。国外把表面的弯沉改为路基变形的控制有一定道理。我们国家过去测定的表面弯沉70％、80％都是发生在路基。但是有个问题，表面弯沉容易测定，路基弯沉很难做检测，所以怎样使用这个指标这也是一个问题？现在研究用多指标来控制路面结构，这应是今后路面设计的一个趋势，包括把剪切应力、温度收缩应力等都考虑进去。
第三、结构层材料组成的问题，包括石料的规格，石料的品质，石料的级配，这个方面现在控制得不严格。当然实验我们是做了，采用什么级配，有个要求，但实际上到现场以后，这个方面的控制就比较差，再加上我们碎石供应很乱，不像国外实现了碎石商品化，要什么样规格的碎石随时就去买，我们国家不是这样的情况，我国是一边施工，一边在沿途设置料场，给石料控制带来很大困难。希望能够早日的解决这个问题，从而提高石料的品质。再一个就是沥青，沥青供应是比较大的问题。因为我国沥青来源很多，有进口的，有国产的，进口又有很多国外的公司，国内也有很多公司生产沥青，所以往往一条路实际用的沥青品种很多。像广州的某路，它的沥青，能够达到我们规范软化点要求的，只有约50％、60％左右，有些路段甚至更低，40％、50％达不到我们国家最低的要求。因为材料结构组成不合理，造成强度相差比较大，同一个路面，可能这里强度好，那里强度差。路面湿度也有变化，这里不透水，那里透水，同一个路面的问题比较多。这些事情一方面是材料本身造成的，一方面是施工造成的。
第四、从路面结构设计来讲，防水排水系统设计得不完善。我们在表面排水方面做了一些工作，但是在路面结构的排水、路基的排水这个方面还是做得不够，所以往往在路面使用过程中，出现排水结构物堵塞等，导致路面出现沉降、开裂等问题。现在我们国家对排水的问题比较重视了，但是这方面还有继续做好的需要。
第五、施工的问题。往往我们设计一个方案，结构是什么，材料是什么等等，还有很多的指标和要求，但是路面的施工，往往跟我们的设计相差很远。比如动稳定度，我们国家高速公路目前要求，像南方地区3000到3500，但是实际上，有些只有1000多，有些方4000、5000，甚至超过10000，变化很大，这个问题除跟材料有关系外，还跟施工有关系，施工控制不严。路面施工温度可以相差三十几度，这里可能是140，那边可能是100左右，这样压实就比较困难，达不到要求。另外材料本身，施工过程中要是没控制好，容易引起离析。我们国家要求路面使用过程中孔隙率是3％－6％，有些实际做出来不到3％，甚至不到1％，大的可能超过10％，这样对我们路面的使用，带来了很多的问题。孔隙小的易泛油，产生车辙；孔隙大的易透水，产生脱粒、坑洞等。另外关于路面损坏，刚才提到开裂、水损害，应该提出在南方，中部河南、河北以及陕西，车辙破坏也是个问题，有些路使用一两年，车辙达到50、60mm，路面使用不久就要重新铣刨、罩面。
车辙在南方出现比较多，显然车辙问题跟重载、超载关系更大，另外同温度也有关系，像南方的气温，在广东，夏季路面最高的温度达到七十几度，而气温四十度左右，高了三十多度。高温把路面软化了，再加上很重的车上去，肯定要产生车辙。另外材料设计方面对这个问题考虑得还不够。如河北、山东沥青标号为70；广东、广西标号也是70。沥青标号这样全国一致是不合理的。在广东这样的高温地区，使用更硬的沥青，例如50号是完全必要的。这方面问题值得我们研究。
第六、对路面结构层构成的要求上还不是很明确，比如面层3层，现在大部分是4、6、8cm或4、5、6cm，面层十几cm，而面层、中层、下层究竟它的功能是什么呢？它们的合理厚度应为多少，对它们的要求又是什么？现在是不明确的。我国现在还没有公布的沥青路面修订规范稿，开始注意了这个问题。根据路面功能设计的概念，上面层主要是要稳定、要抗疲劳、要防水、要抗滑、要粗糙。中层主要是抗车辙，车辙是个主要的问题。到了下层，主要是疲劳的问题，当然这个概念跟我们的上层下层概念有点不同，但是在我国如果把下层理解成是基层的话，我们的基层现在是半刚性基层，恰恰抗疲劳能力是比较差的，很容易开裂。基层一开裂就形成反射裂纹，反射到路面上就容易使面层开裂，开裂以后造成了很多的问题，比如渗水等。过去我们对反射裂纹花了很多功夫取研究，但一直解决得不太好，对路面结构层的功能问题要进一步研究，弄清楚以后，对不同层次的要求指标要明确，这样才能把面层设计好。轮胎与路面的接触部分是很复杂的，接触应力对面层影响很大，过去我们对面层的材料比较重视，比如改性沥青、石料要求的规格也比较好，施工方面也比较重视，所以这一层相对来讲，承受车辆作用应力相对其他层次，显得要好一些。故目前路面主要问题并不是表现在上层，是在中下层。当然我们不是不重视面层，面层当然要抗滑，要不透水，要稳定，要抗疲劳，对采用的材料要求更高更加严格。但是我们对中、下层的要求也应明确，根据我们近来做的工作，我们建议：在南方要求上面层动稳定度要3500；中面层要3000；下层要800－1000，大长坡和弯道路段不小于1000。老的规范对上面层的要求是800。对下层的材料就没有明确要求。总之，要弄清各结构层的功能和作用，才能够对材料的要求进行控制。
第七、现在还有些新的问题要研究。沥青路面现在有一种叫top－down裂缝，即表面向下的开裂问题。现在研究的大部分是裂纹由上向下发展，反射裂纹是怎样发展等问题。但实际上，调查表明很多裂纹是从上面往下面扩展的。这种裂纹实际上对路面损害比较大，因为一开裂就在表面，表面开裂水就往下走，再加上温度应力，裂纹慢慢扩展，水就流下去，很快会污染到基层了。这个问题过去我们研究很少，在上个世纪八十年代，日本一些专家在论文里面提到过，世界上很多国家都做过调查，像英国的TRRL，他们在八十年代从现场勘测也发现这个问题。另外还有一个问题就是钢轮碾压产生的开裂。日本在八十年代做过研究，日本和加拿大有个叫做寒冷地区的路面修建技术合作项目，他们做过这个研究，钢轮碾压后，路面会产生很多的裂纹，用放大镜就可以看得见。在温度应力作用下这种应力易发展，所以对于这种裂纹我们今后要重视。现在对沥青路面存在的开裂、车辙、水损害等破损现象，经过最近几年的研究，已采取了一些措施，水损害相对要好了些。目前南方主要是车辙，北方开裂。南方有些地方因路基下沉，路基不稳定等等，也产生开裂的问题。但是这些基本不是疲劳引起的裂纹。再一个就是温度、温差的问题引起的开裂。我国路面真正目前达到疲劳设计要求的很少，路面早期损坏的主要的原因不是这个。我们讲超载，应力很大，其应力可能达到抗拉强度的0.7、0.8左右，很容易开裂。
要解决这个问题从路基来讲，要保证路基的稳定性，一些软土地区、盐渍地区的高速公路，往往达不到沉降的要求。一个月5mm，它往往达不到，为了施工的进度，就在沉降未完成的路基做路面，所以往往总承载能力没有达到要求，今后还要进行沉降。从进度跟施工质量要求方面来讲，今后应该怎样去协调，在保证质量的情况下再来谈进度，路面基本的情况才能保证。
从路面来讲，一个是结构，一是材料，要求要更严格。施工方面，如果我们路面施工比较精细，减少或尽量避免离析的发生，路面损害就会更少。有些省份引进了二次分料器，资金投入并不大，但效果很好。从车辙问题讲还是要解决沥青的问题，沥青对车辙的贡献大概有30％到40%，沥青要求粘结力和软化点达不到要求的话，它的情况会很严重，特别是高温情况下，这个问题就会更严重了。所以车辙问题要从结构，从材料组成设计方面等等方面考虑。在八十年代，我国城市道路规范中加入了抗剪指标，但是公路就一直没有加进去，主要是材料的抗剪强度问题，当时因为我们要知道抗剪强度，就要做三轴实验，三轴仪比较少，试验本身也比较复杂。另外一个方面，结构层的抗剪切能力要进行检测，比较难。所以对于抗剪指标问题就一直搁置下来了，我们对材料抗剪方面的要求，要重视起来，这样的话从各个方面来讲就比较完善了。还有一个问题就是超载，现在明明知道这条路不是我们设计的这个承载重量，实际上它跑的是一倍，甚至二倍的荷载，对这个情况怎么办？我们国家一下子要解决超载现象，可能还有困难。这个情况可以从设计方面来采取一些措施，如规定要验算荷载，以超载200甚至300的标准来验收，达不到，厚度满足不了要求，我们对路面进行加厚。当然这样投资会大一点，但从全寿命周期来综合考虑投资问题，这样做是合算的。
主持人：您刚刚提到半刚性基层路面结构，我国高速公路普通采用这种路面结构，您能否向大家介绍一下半刚性基层沥青路面结构的优缺点？半刚性基层在养护、修复中存在什么样的困难？
张教授：半刚性基层路面在我们国家无论是一般公路、还是高速公路，起到很大的作用，这个是应该进行肯定的。我国3万多km高速公路的沥青路面包括水泥路面，基层90％以上都是半刚性基层。半刚性基层在我国公路的建设发展中起了很大的作用。半刚性基层也存在一些问题，但我想要还是先讲优点：半刚性基层强度比较高，相对柔性基层来讲强度高、刚度高，作为承重结构，它是比较合适的。承载、扩散荷载，传到路基，在没开裂之前这方面性能比较好。但是半刚性基层有一个问题，就是抗拉能力相对比较小，另外它的变形能力不太好，它是比较脆的材料。它的刚度比较大，在湿度变化温度变化中所受温度应力比较大，所以在温度荷载，交通荷载，湿度变化的作用下，它容易产生裂缝，开裂以后半刚性基层性质开始变化。这些裂纹很容易形成反射，特别是后期裂纹比较多的情况下，裂纹很容易反射上去，比较短的时间就反射到上面，很多实际工程证明了这个问题。我们曾经做过光弹实验，“七五”攻关研究沥青面层最小厚度应该是多少，也就是要从反射裂纹的角度来考虑，反射裂纹反射上去要保证一定的使用时间，表面路面厚度应该是多少。我们通过光弹实验和一些力学分析确定了路面最薄厚度12cm。当然那是根据七五那个时候的交通荷载等实际情况，从技术方面我们做光弹实验，还是有点根据的。但是现在我们的交通量，在重载、超载的情况下，12cm应该会薄了一点，现在这种交通量、这种荷载下，可能不能保证我们的使用寿命。为了防止反射裂纹，实际上我们“七五”还做了一些研究，例如如采用级配碎石、土工布和应力吸收层作为中间过渡层等一些措施，到最近，差不多20年的时间，仍还在摸索。研究反射裂纹，如何来延缓它，完全防止是不可能的，怎样延长它的扩展时间，使它的裂纹反射到面上的时间比较长，保持表面比较长的时间不会开裂，在这方面做了很多的工作，也取得了一些成果，但是这个问题到现在还没有完全解决。
半刚性基层的路面，基层修建的时候会产生很多干缩、温缩裂纹，这些裂纹反射上去，造成了路面损害，这是目前对半刚性基层沥青路面大家认为它不足的地方。半刚性基层沥青路面还有一个问题，就是半刚性基层上的沥青路面厚度不能太薄。因为半刚性基层到了后期强度比较大，特别是到夏天的时候，产生上面软下面硬倒装结构，象擀面一样，很容易产生推移。所以我们过去修的像二、三级路面往往产生波浪变形。这个是半刚性基层沥青路面使用的过程中存在的一些问题。
半刚性基层沥青路面在使用的过程中，针对它的开裂，我们采取了一些措施，比如增加粗集料含量、切缝等。但是大家认为这个问题还没有完全解决。我国的半刚性路面，还有一个问题就是基层软化、甚至唧泥等问题比较明显。这是我们国家的一些经验，另外国际上，像英国，欧洲、美国，他们做了一些实验，也用过半刚性基层，也发现了它的一些问题。现在欧美一般基层不采用半刚性，它把半刚性作为底基层，放在下面，基层采用沥青稳定基层，这样比较合理一些。半刚性基层在施工过程中也发现了一些问题，比如透层油渗透比较困难，还有半刚性基层表面容易产生灰尘，产生灰尘以后如果施工的时候清理不干净，就影响了粘层与半刚性基层的粘接。另外路面开裂以后，水下去就容易损坏。半刚性基层产生问题以后，必须要把它全部挖掉才能修复，这样就有些困难。现在我们的讲半刚性基层，我的观点是我们国家要因地制宜来考虑这个问题。如果条件合适，有些地方还是可以用半刚性基层，不是一概否认这个观点。但是半刚性基层一统天下也是不对的，所以开展柔性基层的研究是完全必要的。
主持人：您在柔性基层沥青路面结构设计方面研究很深，请您给大家介绍一下与半刚性基层沥青路面相比，它有什么优缺点？
张教授：谈到柔性基层和半刚性基层相比，柔性基层包括的沥青稳定碎石、沥青混凝土还有级配碎石做的基层。但柔性基层跟半刚性基层来比，因为它是比较柔的，所以它的温度变化产生应力影响方面的情况要比半刚性基层相对要好一点。同时湿度变化影响也要小写，所以它一般不会出现反射裂缝问题。其次，从它的结构层受力来讲，柔性基层对面层的设计要好一点，半刚性基层的后期强度要好，沥青面层相对比较软，刚度小一点的，所以造成下面硬、上面软，容易产生车辙，对面层是不利。但是柔性基层模量是按照一定比例下来，模量变异性不大，一般不会有这个问题。这也是柔性基层的一个优点。再次，从层间结合情况来讲，柔性基层与沥青面层结合一般不存在问题，所以对沥青受力方面是比较有利的。另外，柔性基层抗疲劳能力要好一些。
柔性基层跟半刚性基层不一样，由于比较柔不会有反射裂缝问题，另外如把半刚性基层作底基层，中间做一个碎石基层，上面做面层，也可以缓冲反射裂纹的产生。碎石主要是抗压，它不不能受拉，他的强度与侧压力和下垫层强度有关。现在我们研究级配碎石怎么用？碎石直接放在路基上或者放在半刚性基层上，哪种结构比较合适？这个问题要研究，工程师要总结这个问题。我们国家沥青层如做得比较厚，沥青材料的价格可能是个问题。我认为级配碎石放在上面，下面半刚性底基层主要解决承重问题，承重问题解决了，沥青层厚度就减薄，不能靠整个沥青层来承载。柔性基层我们现在研究得比较少，做过一些实验，比如大粒径碎石做基层，在河南焦作了一段试验路上进行比较研究过。大粒径碎石做基层抗压、抗疲劳的能力还是可以的。大粒径基层在山东、江苏也做过很多的实验。我国目前3层的面层结构，如果下面层改做大粒径碎石基层，半刚性基层做底基层。整个沥青层的厚度也不会太厚。另外反射的问题可以通过大粒径碎石来缓冲。如果完全照现在功能设计的概念，完全以沥青层来承担应力，路面使用寿命可以达到40－50年，在这几十年里，不要动下面的层次，只要铣刨到表面层即可。韩国做了全厚式沥青路面研究，要42cm左右才能保证路面使用40－50年。42cm对于我们国家来讲造价上有一定困难。我们可能不能完全照这个来做，现在研究长寿命问题，怎样结合我们国家的实际情况，提出一个合适的结构组合？不一定要40年，我们若能保证20年、30年就很好了，经济上国家也承受得了，这里还是有很多工作要做。
我不是否定半刚性基层，有些场合、有些情况半刚性基层还是可以用的，应该用的，当然我们有些情况还是需要用柔性基层，使我国的路面结构不至于那么单一，如果半刚性基层包打天下，厚度也差不多，面层是4、6、8，基层是20、30、40，全国气侯变化那么大，交通情况、环境、地质条件变化那么大，路面到最后全部都差不多，这种情况肯定是有问题的。还有排水问题，现在我们基层可以做排水基层，解决排水的问题，采用柔性基层，可以做成排水的，上面的水下来了，从路肩可以排出去。这也是考虑柔性基层的一个优点。
主持人：您能否介绍一下我国沥青混合料组成设计的情况，目前Superpave技术在我国的应用和发展情况是怎样的？
张教授：沥青混合料组成是比较重要的问题，我们规范的混合料类型、从结构上可以看出其发展问题。我国先是采用AC，后两年采用AK，后面又采用SAC。AC用了以后，它的抗滑不够，比较光，高速公路抗滑达不到要求。AC从级配来讲，细料比较多，粗料比较少，所以最后造成混合料比较细，比较光容易冒油，也容易产生车辙。后面增加粗料，减少细料，所以就采用了AK抗滑面层。抗滑问题解决了，但是出现了孔隙率大，出现了早期的水损害，最早在河北一条高速公路上出现。当时在孔隙率这方面并没有太重视，当时只考虑粗、抗滑这方面去了，透水的问题也没有很注意。后来各个单位感觉到有问题了，又把粗料减少，细料增加，走中间路线。级配调整了，有的地方叫做AK1型或AK什么型等等，在前面加一些其他的符号，它不好把AK这个名字改掉，因为它改掉以后，审查有问题。所以在前面加一个符号，表示与AK的规范不同，级配不同。后来沙庆林沙院士就提出SAC，他还专门出了一本书。SAC针对AC、AK存在的问题：AC粗料少，AK粗料多，所以等于是粗料减少一点，细料增加一点，保证空隙率基本在我们要求的范围内，抗滑方面能够满足要求，构造深度也达到了要求，还有其它指标方面也合适，这样就提出了一个比较中性化的建议。从真正的混合料结构来讲，实际上AC是密实悬浮结构；到AK实际上我们是增加了骨架，但是孔隙多了，细料填得不够，没把孔隙填起来，AK是密实骨架孔隙结构，到SAC骨架密实结构，现在是骨架为主，细料的孔填起来，密实还有一个孔隙的要求，3－7％的要求。我们讲比较理想的是骨架间断密实结构。包括我们现在Superpave技术，实际上也是骨架密实结构。它主要靠纤维、沥青、矿粉即沥青马蹄脂，填充骨架嵌挤形成的孔隙。骨架嵌挤结构比较稳定，又不至于漏水，同时它比较粗糙，抗滑能力满足了。骨架嵌挤结构空隙多一点，光沥青还不行，还要靠纤维，把沥青矿粉稳定在那里，否则它要漏下来，不加纤维，性能就达不到要求，所以我们国家慢慢发展骨架嵌挤密实结构，当然这个是间断的不是连续的，使骨架组成的空隙大部分填充起来，又不至于透水，这是沥青混合料在我们国家发展的一个情况。当然这个结构要保证其结构稳定，除靠级配外，还要靠骨料的强度和沥青的粘度。骨料太软了，沥青太稀，结构就不稳定。
Superpave技术是美国SHARP研究的一个成果，它是1993年发布的，1993正式发布以后，应该讲在世界各国引起了比较大的反响。Superpave我感到它有些情况可能还要进一步研究。Superpave实际上有三个水平，即按LEVEL1、LEVEL2、LEVEL3，现在我们用的是LEVEL1，LEVEL2、LEVEL3包括美国都还没有实际应用，还处于研究阶段。LEVEL1实际上是一个体积设计法，各个组成部分，矿料多少、沥青多少、矿粉多少，跟我们现在的设计基本上是一样的概念，它是体积组成的参数设计。它要设一种比较合理的混合料。Superpave提出了两个东西比较引人注意，一个是级配线上设定了几个控制点，几个控制点必须要通过。另外有一个禁区，级配曲线不能进到禁区里头去，进到禁区里头的话，混合料性能比较差，且有“驼峰”的性质。控制点和禁区，各国有不同的看法，另外走禁区的下面还是上面，这也是一个问题，有的认为走下面好，有的认为走上面好，所以对禁区的问题，现在还有争论。至少他们提出了这个问题，后来他们在足尺试验中也发现了一些问题。另外一点，混合料试件成型采用“旋转压实”法，与轮胎软化作用接近。
Superpave混合料的检验指标与马歇尔也不一样，Superpave以路用性能指标确定沥青用料，即用疲劳开裂，车辙、低温抗裂来控制。另外还有一个叫做水敏感性实验，这个实验规定它的孔隙率为7％，因为他们作了很多的调查，压路机压过以后，大部分在7％左右。这与现有马歇尔试验法不一样的。
现在我们用的Superpave有一个限制，LEVEL1交通量限制在1800万次80kN标准轴载。我跟沙庆林院士讨论过这个问题。Superpave的设计要适应轻交通的情况，如果是重交通，要做LEVEL2、LEVEL3的检验。我们国家从交通情况来讲，一般要超过它的这个规定，这是存在的问题。用于LEVEL2、LEVEL3的设备，我们引进了些，江苏交科院等也买了一部分设备，但未开展广泛的工作。国内有些单位可能没有很好的注意这个问题，直接将Superpave设计用在高速公路，设计的路面出现了一些问题。现在还有一个问题，就是用马歇尔实验法进行Superpave的设计，山东做了比较系统的工作，他们认为可以。但是这个方面的问题，我们认为还要做一些更深入研究。主持人：改性沥青在中国公路建设市场的应用时间很短，但发展势头非常迅猛，您怎么看待这种发展？有人认为大量使用改性沥青可以提高路面使用质量，延长公路使用寿命，促进整个公路事业的发展，您是怎么看待这个问题？
张教授：我认为改性沥青要解决的问题，从粘结力方面，没有多少改变，这个做过很多的实验，主要解决软化点问题。普通沥青软化点大概是50左右，我们国家南方路面温度可达60、70度，就肯定要提高软化点。
另外还有一个好处就是对弹性恢复有改善，改性沥青做出来的混合料不但性能得到提高，弹性恢复比我们普通沥青混合料好。
在我国南方，气温比较高，降雨比较多、比较湿润的地方、比较热的地方，高速公路重载也比较多的，交通量比较大的路面，用改性沥青我认为还是有必要。现在有些路，使用改性沥青以后，跟不使用改性沥青做了一些比较，说明用改性沥青还是有好处的，比如京珠南高速公路，它最近要大修，它有几段，基本没有车辙，它用的就是改性沥青，同样的气侯条件、交通条件，有的路段有40、50mm车辙，甚至更深。这个说明改性沥青在这里还是起到了一定的作用。长沙到临湘的高速公路我们用的是双层改性沥青，上层下层全用，并修了12mSMA试验路，经过3年左右使用，特别是前2年的高温，路面基本上没有车辙。这条路2005年获得了詹天佑奖。当时讨论方案的时候，有些同志反对，认为没有必要，但是当时我们坚持，像京珠南高速公路重、超载比较严重的情况，用改性沥青还是比较好的。改性沥青多花一点钱，但是从全寿命费用来考虑，考虑养护费用、运输费用等其他的费用的话，还是合算的。
主持人：您在沥青减薄技术方面颇有研究，您能否给大家介绍一下我国沥青减薄技术的发展情况？以及与国外发达国家相比有什么优势和不足之处？
张教授：要看怎么看这个问题，我想不能笼统的说沥青减薄问题，现在看来，我们国家的沥青面层，它最早的4+5+6cm，后来是4+6+8cm，沥青面层从造价上讲要提高一些，建设费用要提高，但是从保证路面使用品质来讲，可能厚一点的面层，从今后的减少养护等费用来讲，可能还是划算的。不能笼统地讲沥青路面厚度的问题，广深高速公路路面32cm，用了十多年，前年我们学校参加做了一次维修，仅表面上冼刨了，车辙基本没有，冼刨以后重新铺40mm的SMA。与我们国家比较薄的路对比，修2、3年就大、中修，肯定值得借鉴。我们不一定搞30几cm，但是沥青的厚度，从经济技术几个方面综合来考虑，应该可以找到一个比较合适的厚度。现在我们采用4+5+6cm或4+6+8cm的面层厚度，应该说根据不足。
提到沥青减薄，有些叫超薄面层，最早在法国，做了1.5cm，一般2.5－5cm叫薄沥青面层，它不是整个路面结构，只是上面的一层，就是磨耗层，所以大部分是用来养护、维修的，当然现在存在一个问题，就是沥青路面结构，磨耗层要多少mm才合适？现在是4cm。当然这个磨耗层要维修，是不是可以罩面？现在养护用1、2cm的稀浆封层还有同步碎石。目前主要是水泥路面的维修问题，水泥路面上的沥青罩面层，我们国家现在做的大多是10－12cm，主要是保证沥青层的稳定问题，不至于发生推挤、剪切。印尼开发了一种超柔性沥青superflex，这是严重综合改性沥青。今年8月份我们到印尼去考察了一下，它做的路面是2－4cm，最长的用了8年9年。在雅加达市中心到港口的一条高速公路上，交通量在20万辆/天，也有超载车辆，但是没有我们国家这么严重，重载车辆为20%－30%，路面使用情况良好。最近我们买了150吨印尼这种超柔性沥青，将在广东的肇庆的旧水泥路面和半刚性基层上做试验路，我们做了3、4、5cm。目前准备工作都做好了，带天气好即可施工。如果水泥路面上沥青路面能做到3cm、4cm，用8、9年，就非常好了。现在很多的水泥路面，包括早期修的一般道路和高速公路、水泥路面上，跑了几年以后，磨的比较光，这些都存在需要罩面的问题。另外是隧道，隧道用水泥路面，修得比较光滑，容易发生交通事故，他们现在想这个问题怎么解决。沥青做厚了，净空有问题，能够做薄一点的话，既能够解决抗滑问题，又不影响车辆通行。再一个是桥面，我们很多的水泥桥面，桥的重量问题。
5、6cm沥青层不敢做，重量可能有问题。所以沥青层减薄比较适合于桥面、隧道、一般的水泥路面罩面等方面。我今年看过一些文章，同济大学孙立军教授做过厚面层与薄面层的比较研究，他认为从养护等综合费用来讲，厚面层效益还是比较好的。[/size]
第五篇：荷载与结构设计方法论文
浅谈建筑施工现场火灾爆炸事故
及预防措施
余进
（长江大学工程技术学院城市建设系土木工程61203）
摘要：在建筑施工现场发生的各类生产安全事故中，火灾事故所占的比例虽然不大，但如果防范措施不到位，处理不当，极易造成施工人员群死群伤和重大的经济损失，并产生恶劣的社会影响。另一方面，这几年随着基建规模的不断扩大，各地建筑施工火灾事故的发生也日益频繁。因此，加强施工现场火灾事故的防范也越来越重要。随着社会经济的飞速发展，城乡居民生活水平不断提高、生活条件不断改善，相应配套的公共、居住、生产等标志性建筑越来越多，建筑工地也随之增加，新材料、新结构、新技术也广泛的应用与现代建筑中，建筑施工现场出现了大量的火灾隐患，如不加以监督整改，一旦发生火灾，不仅会烧毁未建成建筑物和其周围建筑物，而且会造成重大人员伤亡。因此，加强施工现场的消防安全工作，势在必行。
关键词：施工现场 火灾 爆炸 先天性火灾 焊割 烟头点 敷设 着火三角形
0 序言
随着我国现代化城市建设的快速发展，建筑施工工地成为当前城 市中最常见的作业场所。建筑工地是一个多工种，立体交叉作业的施工场地。施工现场存在火灾隐患多、出入人员杂乱人为潜在火险因素多的特点。极易发生建筑工地火灾，给国家财产和人民生产安全造成巨大损失。因此，认真研究火灾发生机理，最大限度地减小伤亡事故，是每位消防工作者和安全工作者面临的课题。通过分析对施工现场火灾事故的各种因素及逻辑关系做出全面阐述，并根据施工现场火灾事故的发生，发展过程，找出行之有效的防治措施，防止该类事故的发生。为施工现场的消防管理和监督提供理论依据，并且为该类事故的安全评价提供科学、可靠的参考依据。建筑施工现场火灾事故的类型
1.1 焊割火灾事故
在焊割火灾事故中，危害性最严重的是容器焊割爆燃事故，往往导致作业人员当场死亡，严重的甚至引起整个厂房或生产系统爆炸，造成灾难性后果。如油罐、液化石油气罐、天然气管道等的焊割作业，如果防范措施不到位，可能造成部分容器与作业场所周围存在的爆炸性混合物浓度过高，一旦遇明火，将引起爆燃。
2000年5月，浙江温岭市某公司在对一已严重腐蚀的油罐进行动火检修，由于未对油罐进行置换和清洗，油罐内的残油和空气形成爆炸性的混合气体，在焊接过程中焊接火花引发油罐爆炸，造成6人死亡，2人受伤。在焊割作业前未认真检查作业周边环境，清除易燃品，又未制定有效的防范措施，焊接作业时产生的焊渣引燃易燃物，造成火灾事故。
1999年，浙江宁波市某工地，作业人员在l 0层外墙处用电焊切割螺栓，被割下的螺栓和焊渣落在6层外架上，引燃毛竹脚手片，而工地又未按规定配备监护人员和灭火设施，致使火势蔓延，最终造成外脚手架全部烧毁，造成直接经济损失20余万元，拖延工期近两个月。
1.2电气火灾事故
建筑施工现场，场地大线路分散，施工机具、照明设备较多，且大多设置在室外，容易发生受潮、老化。一旦出现漏电短路或负荷过大等电气故障时，就有可能引起火灾，并造成无可挽回的损失。
2004年4月，浙江宁波市某工地作业人员在下班时未及时清理木工车间的木屑，且未切断圆盘锯的开关电源，由于开关受潮短路引燃木屑，导致火灾事故发生。
1.3其他火灾事故
对明火及防火重点部位管理不严，随意抛掷烟头、火柴梗引燃可燃物或电热器具烤着可燃物造成火灾事故，这类事故主要发生在食堂、宿舍、仓库和木工制作场地等部位。
2003年，浙江宁波市某工地，由于食堂工作人员用火不慎，引燃彩钢板活动房墙体内的泡沫填充材料，造成l 6间活动房及屋内生活用品全部烧毁，幸而是上班时间，未造成人员伤亡。建筑施工现场存在的火灾隐患 2.1 施工现场临时建筑物布局不合理 2.1.1 建筑物密集且耐火等级低
由于施工现场局限性强，人员多，现场内的办公室、员工休息室、职工宿舍、仓库等建筑相互毗邻或者成“一”字型排列，并且这些建筑大都为临时性，而且都是三、四级耐火等级简易结构的建筑物；还有一些职工宿舍与重要仓库和危险品库房相毗连，甚至临时建筑物相互间隔只是用三合板等材料简易隔开；也有的职工宿舍只有一个安全出口，一旦失火，势必造成严重后果。
2.1.2 易燃、可燃材料多，火灾蔓延速度快
一些建筑企业雇佣外来民工，吃住在工地，生活中使用的物品多数为可燃的，无形中大幅度增加了施工现场的火灾荷载，尤其是因施工需要，有的施工现场仍然采用木制等可燃性的脚手架和易燃材料的安全防护物，特别是装修现场既堆放有大量的可燃性装修材料，又存放有油漆等易燃易爆危险物品，一旦发生火灾，势必造成猛烈燃烧，迅速蔓延。
2.1.3 建筑施工现场的消防安全条件较差
一些建筑工地没有配备必要的消防器材，随意堆放建筑材料，堵塞了消防车道，还有的在明火作业区堆放易燃、可燃材料，以及危险物品库房混用。
2.1.4 先天性火灾隐患
有的建筑物未经消防部门审批，擅自施工，有的虽然经过消防审批但施工单位按着建设单位的意图擅自改变局部的平面设计，还有一 些单位装修时遮挡消防设施，减少安全出口、疏散出口和疏散走道设计时净宽度和数量，从而留下了先天性火灾隐患。
2.2 施工现场职工消防安全意识谈薄
部分施工单位负责人的消防安全意识淡薄，消防安全素质较差，不知道自身的消防安全职责。在进行施工现场检查时，大部分施工负责人认为一切都是建设单位的事，根本与自己无关，消防部门不应该管，主观上舍不得投入资金，购置必备的消防器材。同时施工单位雇佣临时民工流动性大，没有经过严格的管理和消防安全知识培训，消防安全意识淡薄，不了解、不掌握基本的消防知识，不会利用灭火器扑救初期火灾，不会报警、不会组织人员疏散，尤其是施工时间短、作业分散的民工，很难落实消防安全管理工作。
2.3 施工现场消防安全管理不到位
虽然大部分施工工地消防安全管理制度健全，但也只是挂在墙上，没有真正落到实处，而个别的工地连消防安全制度也没有，更谈不上消防安全管理了，施工负责人只重视施工进度和施工质量，忽视消防安全管理，突出表现在：
2.3.1 用电量大、电气线路敷设不规范
随着机械化水平的提高，施工现场机械化操作和用电量大幅度增加，违章安装电气设备、私拉乱接电气线路现象较为严重，也用的直接将配电装置安装在可燃木制构件上。
2.3.2 普遍存在违章使用明火的现象
施工期间，经常使用电焊、气焊和用明火来熬沥青，进行电焊、气焊的工作人员无证上岗，操作时不采取必要的安全措施，甚至在火灾危险场地没有事先办理动用明火审批手续，特别是一些改扩建以及建筑内部装饰装修工程，没有严格的消防安全管理，甚至边营业边施工，不计后果。
2.3.3 施工单位忽略烟头点火源管理
施工现场办公室；民工宿舍；建筑材料堆场；可燃、易燃物较多，并且雇佣的临时民工、外来人员吸烟的随意性强，一旦将烟头丢弃在火灾危险等地方，时间一长，极易造成火灾。
2.3.4 忽视易燃易爆化学物品的管理
施工单位经常使用氧气、乙炔；同时民工食堂大部分临时采用液化石油气作燃料，一旦使用管理方法不当，造成易燃易爆化学物品泄漏，遇到明火，极易造成群死群伤火灾事故。
2.3.5 忽视意外火灾
这种火灾是由于不能预见或忽视管理引起的，主要是管理不到位，发生民工私仇、泄愤等放火案件火灾。
施工现场存在的火灾隐患，给国家和人民群众的生命财产安全带来极大威胁，为预防施工现场火灾事故的发生，笔者认为应采取以下有效措施。建筑施工现场火灾危险源的识别
根据经典的着火三角形原理，燃烧的发生必需具备可燃物，助燃物，和点火源三要素，在施工现场火灾中助燃物即为空气可以不考虑。由此可以看出，施工现场火灾事故的发生必须具备可燃物和点火源两个条件。同时燃烧的产生并不意味着一定发生火灾，只有在燃烧失去控制的情况下，火灾才发生。因此火势的蔓延也是施工现场火灾事故所考虑的一个重要方面。
3.1 引发起火的易燃、易爆，可燃物
建筑工地存放着大量的屋面墙面保温材料、建筑装修材料、油毡纸、草垫子、油漆等可燃材料及汽油、柴油、油漆等易燃、可燃液体。同时建筑工地中的作业棚、仓库、宿舍、办公室，厨房等设施，绝大多数都是用可燃材料搭设而成的临时建筑，耐火等级低。另外，施工时遗留的废刨花、锯末、油毡纸头也都是易燃、可燃物。
3.2 触发起火的点火源
施工现场明火作业特别多，在工程施工高峰期间，电焊、气焊、熬制沥青、喷灯、煤炉，以及在冬季施工中，水、砂子、河石等均要用火加热，还有工人宿舍、休息室内的取暖、食堂的用火用电等。施工现场临时电气线路多，缺乏系统正规的设计，电气线路纵横交错。同时由于管理不力，电气线路老化现象较多，容易发生漏电短路，超负荷用电等火灾隐患。施工现场人为起火因素多。由于建筑施工的工艺特点，各工序之间都相互交叉、流水作业，建筑工人常处于分散、流动状态，乱动机械，乱扔烟头现象时有发生。
3.3 火势蔓延因素
建筑工地内低耐火等级的临时建筑多，而且往往相互连接，缺乏应有的防火距离，所以一旦起火，尤其遇到风天，蔓延非常迅速。一 般工地往往只有临时消防水源，在某些重要临时设施附近放置几个手提式灭火器，不可能设置比较完善的施工现场消防设施，并且施工人员的消防常识大多比较匮乏，所以很难及时地将发生的火灾遏制在初起阶段。防范措施的制定和采取
4.1 建立健全和落实消防安全责任制
施工现场必须建立健全消防安全责任制，并成立领导小组。施工企业、工程项目部和施工班组要层层签定消防安全责任书，覆行各自消防安全管理职责。项目部应根据工程的规模配置1名以上的兼职消防员，有条件的工地，可以建立一支经过培训的义务消防队伍。项目部还必须建立防火制度、动火审批制度、消防安全检查制度、危险品登记保管制度、职工消防安全教育制度等，并认真贯彻落实。
4.2 认真编制和执行消防专项安全方案
项目部要根据工程的情况，确定防火重点部位和重点环节，制定相应的措施和火灾事故应急预案，编制消防专项安全方案，绘制消防设施平面布置图，并将该图与工地的“五牌一图”放在一起。在消防设施平面布置图中，应当明确消防设施的位置、类型和数量，还应标明疏散通道。在进入施工前，还应制订防火、防爆安全计划，划分防火责任区，并落实到各班组。项目部在进行安全教育和安全技术交底时，应当将消防专项安全方案的内容和消防制度也作为培训和交底的内容，传达到每一个施工人员。4.3 严格火源管理
项目部应加强现场火源的管理，严格动火审批制度。在食堂、仓库、材料堆场、木工制作场地等重点部位应设立明显的《严禁烟火》等防火、防爆标志；易燃、易爆物品应专人负责管理，并建立台帐资料；氧气瓶、乙炔发生器等受压易爆器具，要按规定放置在安全场所，严加保管，严禁曝晒和碰撞；氧、气焊场所应远离料库、宿舍；施工现场应禁止在具有火灾、爆炸危险的场所动用明火，因特殊情况需动用明火作业的，应根据动火级别按规定办理审批手续．并应在动火证上注明动火的地点、时间、动火人、现场监护人、批准人和防火措施等内容；施工现场还应设置固定的吸烟室，杜绝游烟现象。
4.4 消防设施的配备和保养
项目部在对灭火器配置的设计计算时，应先确定配置场昕的危险等级、火灾种类以及要保护面积所需的总灭火级别，然后根据各设置点的具体要求、准备选用的灭火器种类、灭火器规格来确定配置数量，根据配置场所的固定消防设施情况进行修正。根据要求，建筑物每层楼梯口、脚手架每排上下通道处应配置不少于一个灭火器；当建筑施工高度超过3 0m时．应配备足够的消防水源和自救的用水量，立管内径约在2″（约合50mm）以上，每层设置消防水源接口，并有足够扬程的高压水泵保证水压；在食堂和餐厅，应根据面积大小分别配备一个以上的灭火器：在仓库、生活区、办公区、木工制作场地、模板堆场等重点部位也必须配置足够的灭火器。
目前施工现场大多选用干粉灭火器，干粉灭火器根据其昕采用的 灭火剂种类不同分为A B C和B C两种。其中A B C类采用的是磷酸铵盐，因其对固体可燃物具有粘附作用，所以可用来扑救包括含碳固体可燃物(即A类火灾)所有类型火灾。B C类干粉采用的是碳酸氢钠，因其对固体可燃物不具备粘附作用而不适宜于扑救A类火灾。而目前工地中配置的干粉灭器几乎都是属于B C类，包括模板堆场、木工制作场地等存在A类火灾隐患的重要场所。这样一旦发生A类火灾，势必造成不应有的损失。因此，工地在确定灭火器种类时，必须根据不同的作业条件和环境，合理配置。
除了正确配置灭火设施外，还应指定经过培训的专人进行定期检查和保养。如干粉灭火器，应定期检查压力显示表，指针是否指在绿色区域。如指针已在红色区域，则说明内部压力已泄漏无法使用．应赶快送维修部门检修：每半年还应检查干粉是否结块，储气瓶内二氧化碳气体是否泄漏。
4.5 加强对消防重点环节的防范 4.5.1 焊割作业
在进行焊割作业前，除按规定办理动火审批手续．并根据要求对作业环境进行检查，采取相应的防护措施外，还必须对作业人员进行针对性的安全技术交底和班前教育。在焊接作业时，应先对焊炬的射引性能、是否漏气等进行安全检验，符合要求后再点火；点火时，应先开乙炔，点燃后再开氧气并调节火焰；熄火时，应先关乙炔后关氧气，防止火焰倒袭和产生烟灰；如发生回火现象，应急速关闭乙炔．再立即关闭氧气，倒袭的火焰在焊炬内会很快熄灭，然后再开氧气，吹 出残留在焊炬内的烟灰一切割作业时，割炬使用的安全要求，与焊炬基本相同，但应注意在切割开始前，应清理工作表面的漆皮、铁屑和油污等，防止锈皮等杂物爆溅伤人：在正常工作停止时，则应先关氧气调节手轮，再关乙炔和预热氧气手轮。
4.5.2 油漆、木工作业
油漆、木材均为易燃物品，因此油漆和木工作业也是防火的重点环节。项目部应在油漆、木工作业部位设置防火标志：该处的施工机械、照明设备和配电线路均应符合防火、防爆要求，并应通风良好。在作业时，严禁动用明火，并应严格控制室内温度、粉尘浓度(木工作业)和有毒、可燃蒸气浓度(油漆作业)。
4.5.3 电气设备的防火
施工现场的电气设备应做到防雨、防潮，并根据安装部位的特点采取相应的措施。一是要正确选用电气设备，在具有爆炸危险的场所应按规范要求选择防爆电气设备，在食堂、试块养护室等潮湿场所应采用防潮灯具。二是应选择合理的安装位置，保持必要的安全距离，如照明灯具表面高温部位应当远离可燃物，碘钨灯、高压汞灯不应直接安装在可燃构件上，碘钨灯及功率大的白炽灯的灯头线应采用耐高温线穿套管保护等等；三是应按规范要求对电气设备的金属外壳等部位，做可靠的接零或接地保护，防止漏电导致火灾危险；四是要加强日常维护保养，保证电气设备的电压、电流、温升等参数不超过允许值，电气设备保持足够的绝缘能力，电气连接良好，确保电气设备的正常运行。消防部门要规范执法、依法监督、严把审批关，避免留下先天性火灾隐患
公安消防部门在依法实施消防监督检查过程中发现的未经审批而擅自施工的单位要限期补办有关手续，严格依照法定程序，依据国家的法律、法规、规章以及技术标准进行有效的科学监督管理，最终达到消除火灾隐患目的。合理规划施工现场的消防安全布局，最大限度地减少火灾隐患
6.1 要针对施工现场平面布置的实际，合理划分各作业区，特别是明火作业区、易燃、可燃材料堆场、危险物品库房等区域，设立明显的标志，将火灾危险性大的区域布置在施工现场常年主导风向的下风侧或侧风向。
6.2 尽量采用难燃性建筑材料，减低施工现场的火灾荷载。6.3 民工宿舍附近要配置一定数量的消防器材，大型建筑工地应设置消防水池以及必要的消防通讯、报警装置。施工单位要认真贯彻落实《机关、团体、企业、事业单位消防安全管理规定》，实行严格的消防安全管理
7.1 确定法定代表人或者非法人单位的安全负责人，对施工现场的消防安全工作全面负责，成立义务消防安全组织，负责日常防火巡查 工作和对突发事件的处理，同时指定专人负责停工前后的安全巡视检查，重点巡查有无遗留烟头、电气点火源、明火等火种。
7.2 对雇佣的临时民工必须经过消防安全教育，使其熟知基本的消防常识，会报火警、会使用灭火器材、会扑救初期火灾，特别是要加强对电焊、气焊作业人员的消防安全培训，使之持证上岗。7.3 加强施工现场的用火管理。要严格落实危险场地动用明火审批制度，氧气、乙炔瓶两者不能混放，焊接作业时要派一监护人，配齐必要的消防器材，并在焊接点附近采用非燃材料板遮挡的同时清理干净其周围可燃物，防止焊珠四处喷溅。
7.4 在民工宿舍、员工休息室、危险物品库房等火灾危险处设立醒目的严禁吸烟等消防安全标志，必要时设置吸烟室或指定安全的吸烟地点。
7.5 加强施工现场的用电管理。施工单位确定一名经过消防安全培训合格的电工正确合理地安装及维修电气设备，经常检查电气线路、电气设备的运行情况，重点检查线路接头是否良好、有无保险装置、是否存在短路发热、绝缘损坏等现象。火灾事故应急措施
8.1 施工现场万一发生火灾事故，火灾发现人应立即示警和通知项目现场负责人，并立即使用施工现场配备的消防器材扑灭初起之火，项目现场负责人接到报警后，要立即组织项目义务消防队进行灭火，并安排人员疏散，转移贵重财物到安全地方，拨119电话报警、接警，同时通知公司领导和保卫部。
8.2 在灭火时要根据燃烧物质、燃烧特点、火场的具体情况，正确使用消防器材。
8.2.1 施工现场发生火灾，绝大多数都是由于烧焊作业或遗留火种引燃竹木等固体可燃物而引起的。对于这类火灾，可用冷却灭火方法，将水或泡沫灭火剂或干粉灭火剂(ABC型)直接喷射在燃烧着的物体上，使燃烧物的温度降低至燃点以下或与空气隔绝，使燃烧中断，达到灭火的效果。
8.2.2 如遇电器设备火灾，应立即关闭电源，用窒息灭火法。用不导电的灭火剂，如二氧化碳灭火器、干粉灭火器(ABC型或BC型均可，下同)等，直接喷射在燃烧着的电器设备上，阻止与空气接触，中断燃烧，达到灭火效果。
8.2.3 如遇油类火灾，同样可用窒息灭火方法，用泡沫灭火器、二氧化碳灭火器、干粉灭火器等，直接喷射在燃烧着的物体上，阻止与空气接触，中断燃烧，达到灭火的效果。严禁用水扑救。
8.2.4 如遇贵重仪器设备、档案、文件着火，可用窒息灭火方法，用二氧化碳等气体灭火器直接喷射在燃烧物上，或用毛毡、衣服、干麻袋等覆盖，中断燃烧，达到灭火的效果，严禁用水、泡沫灭火器、干粉灭火器等进行扑救。
8.3 扑救火灾爆炸事故，应遵循如下原则：
从上向下、从外向内，从上风处向下风处。
8.4 当事故现场火灾危及到和身烧伤，即紧急把伤者隔离火源，并 把火扑灭，轻度烧伤可即包扎处理。中、重度烧伤者马上送医院治疗，并进行医学观察。
9结论
9.1 加强施工现场易燃、易爆、可燃材料的管理，及时清理作业遗留的可燃废渣，并远离火源，电源。在含有易燃物品作业场地严禁吸烟和动用明火。
9.2 加强对明火作业、电气焊割等过程的管理。
9.3 加强对电气线路和电气设备的规范安装和日常检查管理。9.4配备完善的消防设施和消防器材。
9.5 加强对施工队伍管理和消防安全培训，提高员工的消防安全意识和消防技能。
致谢
本论文得以顺利完成，我衷心感谢杨金招老师，您为人随和热情，治学严谨细心。在我遇到问题的时候，总能及时而又耐心地指导我，帮助我，鼓励我，抚慰我焦急的情绪。
从论文选题到收集资料，从写稿到修改期间经历了喜悦、烦躁、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。如今，伴随着这篇论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。我知道，这些都我无不饱含着杨老师的心血和汗水。再次感谢您深刻而细致地指导，帮助我开拓研究思路，理清写作方向，最终使我的论 文得以顺利完成。
【参考文献】
【1】 霍然，杨振宏，柳静献.火灾爆炸预防控制工程学.北京：机械工业出版社，2007.8 【2】 张国顺.燃烧爆炸危险与安全技术.北京：中国电力出版社，2003 【3】 魏伴云.火灾爆炸危险安全工程学.武汉：中国地质大学出版社，2004 【4】 许成祥，何培玲.荷载与结构设计方法.北京：北京大学出版社，2013.8 【5】 白国梁，刘明.荷载与结构设计方法.北京：高等教育出版社，2003 【6】 王学谦.建筑防火安全技术.北京：化学工业出版社，2006 【7】 消防技术规范汇编.北京：中国计划出版社，1999 【8】 中华人民共和国国家标准.建筑结构可靠度设计统一标准（GB 50068-2001）.北京：中国建筑工业出版社，2001 【9】 中华人民共和国国家标准.建筑结构荷载规范（GB 50009-2001）.北京;中国建筑工业出版社，2006
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