重庆丘陵山区农村道路格局及设计研究

论文摘要

针对重庆丘陵山区农业机械化程度低,农村道路配套技术不完善,道路整体结构性差,道路标准低,不能满足农业机械化生产的要求等一系列问题,如何建立起一套与当地农业生产相适应的农村道路格局及设计优化技术已成为土壤工程与技术的研究重点。农村道路的格局及设计优化是提高道路结构性和道路标准的最有效的途径,同时也是提高农业机械化水平和实现社会主义新农村的根本措施。目前国内外对道路研究方面,主要集中在高速公路等等级路修建方面,以及其配套工程,如岩土工程关于地基稳定性、边坡稳定性、渗透稳定性等方面的研究。而针对农村范围内等外级道路的研究,多集中在相关土地整理、土地利用／覆被变化等方面。对于农村道路设计仅局限于村镇规划设计方面的相关内容,适用于农村的道路设计标准研究相对较少,尤其是重庆丘陵山区。本文以重庆市合川区大石镇和重庆市忠县拔山镇为例,考虑地形、工程地质、居民点和田块分布等因素,采用不同的方法对道路格局和设计进行研究,剖析重庆丘陵山区道路格局及设计特点,从而丰富和完善重庆丘陵山区道路格局及设计体系,为西南丘陵山区低等级道路建设理论依据。（1）重庆丘陵山区农业机械及农村道路状况评价通过对农业机械类型及相应的农业机械参数进行分析,根据荷载疲劳理论计算农业机械荷载作用次数,为路面设计提供荷载依据；同时对区域内农村道路的状况进行分析研究,采用比重计法、液塑限限联合测定仪分别对土壤的质地和液塑限等土壤参数进行测定,分析原有路基的损害机理并提出相应的对策。最后运用赋值公式对路面的质量水平进行分析,并对农村道路状况进行综合评价。以农忙季节内LJ2010PD型自卸四轮农用运输车等作为田间道路的主要通行机械,运用荷载疲劳理论计算出其标准轴载为145次／天,标准轴载累计作用次数为112.82万次,表明农村道路的农业机械状况具有季节性强和轴载较轻的特点；重庆市合川区大石镇路基土液限的最大值为32.71%,最小值为31.21%。相应路基土塑性指数最大值为7.15,最小值为6.89,均小于10。重庆市忠县拔山镇路基土液限的最大值为32.57%,最小值为31.25%。相应塑性指数最大值为7.12,最小值为6.90。综合表明整个研究区内原有路基土均以低液限的砂壤土为主,在适当含水量时,加以充分压实筑成的路基较稳定。在耕作区,重庆市合川区大石镇旱地土壤液限的最大值为32.77%,最小值为31.82%,相应塑性指数最大值为7.16,最小值为7。重庆市忠县拔山镇早地土壤液限的最大值为32.98%,最小值为31.21%,相应塑性指数最大值为7.20,最小值为6.89。整个研究区内旱地土壤以低液限土为主,可直接作为路基土使用。而水田土壤液限的最大值为53.42%,最小值为50.61%,平均值为51.83%,均大于40%。水田土壤为高液限土,采取单一原土夯实的方法不能满足稳定路基的要求,水田段的路基必须经过换土处理方能达到稳定；田间道路宽度分为2-3m、3-4m、4-5m、5-6m和6-7m五个等级,重庆庆市合川区大石镇田间道路2-3m等级范围内占比例最大,为38.22%,且随着宽度等级的增大比例有逐渐减少的趋势,最小比例为4.83%,相应的等级范围为5-6m。重庆市忠县拔山镇田间道路宽度3-4m占比例最大,为50.15%,在6-7m等级出现最低值为3.53%；表明研究区内农村道路状况不甚合理,宽度杂乱无章,没有统一建设标准、随意性大；计算得出田间道路综合水平值分别为1.63和1.24。田间道路等级质量值较低为中低级路面,田间道路总体还处于低质量水平阶段,等级低。（2）重庆丘陵山区农村道路格局及优化选择道路网密度、迂回率、连通度、连通居民点和田块比例五项指标对道路格局进行分析并根据计算结果,结合其影响因素对路网格局进行优化。重庆市合川区大石镇道路网密度为12.17m/hm2,重庆市忠县拔山镇为15.67m／hm2。连通度分布为1.29和1.86。表明田间道路路网密度总体水平较低,数量少,结构性差。重庆市合川区大石镇和重庆市忠县拔山镇连通居民点的比例分别为41.98%和40.69%,相应连通田块的比例为31.50%和17.66%,连通居民点和田块比例均处于较低水平,田间道路的分布对居民点和田块有重要的影响,直接影响着道路的农业生产效益。迂回率总体特征值在1～1.2和1.2-1.4两个特征值之间,田间道路迂回率值较为合理,道路路线走向基本符合要求,其路线走向方式可为今后格局优化做参考。生产道路路网密度较小,连通度较低,生产路的数量分布对居民分布状况影响强烈,随着生产路数量增多,连通居民点比例越高。生产路优化理念应着重考虑增加其数量、田块和居民点等因素。迂回率总体为1-1.2和1.2-1.4,生产道路迂回率值较小,路线走向合理；综合考虑居民点、田块、地形等因素,对道路格局进行格局优化,农村道路网体系健全,路网不但在数量和结构上有所提高,而且道路的农业生产效益有明显增强。重庆市合川区大石镇田间道密度由12.17m／hm2提高到20.04m／hm2,连通度由1.29提高到2.02,连通居民点比例由41.98%提高到43.09%,连通田块比例由31.50%提高到33.94%。生产路密度由34.45%m／hm2提高到61.63m／hm2,连通度由1.78提高到2.07,连通居民点比例由1.09%提高到3.24%,连通田块比例由5.51%提高到11.52%。重庆市忠县拔山镇田间道路网密度由15.67m／hm2提高到21.82 m／hm2,连通度由1.86提高到2.16,连通居民点比例由40.69%提高到47.70%,连通田块比例由17.66%提高到22.64%。生产路密度由37.64%m／hm2提高到59.77m／hm2,连通度由2.06提高到2.33,连通居民点比例由3.14%提高到4.33%,连通田块比例由4.93%提高到7.64%。说明优化后道路网数量和连通性明显增强,道路网络发达。（3）重庆丘陵山区农村道路设计针对路基和路面存在的问题,运用土力学和道路工程学原理,采用力学和荷载疲劳理论对路基路面进行设计优化,并对道路质量水平值进行赋值计算,综合分析其质量状况。路基边坡角及边坡比是影响路基稳定性的重要因素。通过对路基边坡受力分析,得出路基稳定的边坡角临界值为32.5。,相应边坡比值应小于1：1.6。荷载疲劳应力和温度应力是影响路面设计的重要因素。当田间道水泥混凝土路面厚度为0.18m时,荷载疲劳应力σpr和温度疲劳应力σtr值分别为3.75和0.32,rr(σpr+σtr)值为4.36,小于普通混凝土面层的弯拉强度标准值fr。当厚度为0.16m时,荷载疲劳应力σpr和温度疲劳应力σtr值分别为4.42和0.12,rr(σpr+σtr)值为4.86,大于普通混凝土面层的弯拉强度标准值,。综合判定田间道水泥混凝土路面面层最小设计厚度为0.18m,最大厚度为0.22m,基层采用0.18m水泥稳定粒料、0.20m块石垫层,这种路面结构可以有效承受设计基准期内荷载力和温度应力的综合疲劳作用。生产道路路面设计厚度为6～12cm,路面材料采用现浇混凝土。田间道路路面等级质量值介于3和4之间,高级路面。田间道路路基和路面水平质量均有了较大提高,整个路网的通行能力和服务水平均有大幅度提升,满足设计期内农业机械通行荷载的需要。本文系统的开展了重庆丘陵山区农村道路格局及设计研究,不再局限与高速公路和高等级级公路研究的传统思维,构建了农村范围内多位级的道路格局及设计优化技术,为今后农村道路设计提供了技术参考。研究方法上采用了路网密度、连通度、连通居民点和田块比例等指标,详细分析了道路系统的内部结构,但是由于在一定的时间段内,经济和政策方面的变化会引起各项指标的统计结果,未来应继续加强道路网格局的动态分布变化研究。此外,由于微地貌类型变化,不同的海拔高度、坡度、土地类型方式等对路基土可能会产生影响,因此今后还应加强基于农村范围内不同类型的土壤与路基稳定性之间的关系研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 土壤改良工程
• 1.2 排水与灌溉工程
• 1.3 农村道路工程
• 1.4 结语
• 第2章 绪论
• 2.1 选题背景及依据
• 2.2 研究目标
• 2.3 研究内容
• 2.4 研究区概况
• 2.5 研究方案
• 2.6 技术路线
• 第3章 重庆丘陵山区农业机械及农村道路状况评价
• 3.1 重庆丘陵山区农业机械状况
• 3.2 农村道路状况
• 3.3 农村道路路面状况
• 3.4 农村道路质量评价
• 第4章 重庆丘陵山区农村道路格局及优化
• 4.1 农村道路格局
• 4.2 农村道路格局优化
• 第5章 重庆丘陵山区农村道路工程设计
• 5.1 道路横断面设计
• 5.2 路基工程设计
• 5.3 路面工程设计
• 5.4 农村道路质量水平评价
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 在校期间发表的论文及参与的研究课题