试车场是高技术含量项目
根据国际惯例,汽车试验场的选址,一般选择在距汽车制造厂或研究所不远的地方,但有些为满足特殊试验要求和试验目的的试验场,也选在较远的地区。例如:热带试验场、高原试验场、沙漠试验场及寒带试验场等。上海大众董事会决定上海大众汽车试验场建设在距离公司3公里左右的地方,这就给项目带来难点。
首先是“软土地基”难题。试车场区位于长江入海口三角洲冲击平原,地貌为农田、河浜、鱼塘纵横交错。平均地下水位埋深0.5~0.7米。土层地质变化较大,在40米深度范围内的地基土层主要由饱和粘性土、粉质淤泥土、粉性砂土组成,由上而下共分8层。上海大众汽车试验场是目前世界上惟一建造于深厚软土层地基上的汽车试验场工程,我们采取大面积人工填筑的各种异形丘坡,在不同填筑高度处采用不同的软基处理方案,严格控制了施工后的不均匀沉降,做到了施工难度越大,质量标准越高。由于采用软土地基处理技术和轻质路堤填筑技术,有效地减少了沉降。
其次是需要新技术攻关解决。试车场内的各型特殊道路,因为路面设计精度要求高,从而路基填筑质量也要求高。为减少路堤附加载荷,我们采用了“二灰土”新技术和膨胀聚苯乙烯EPS轻质材料,并对相应施工工艺进行改进和控制,再对施工标准提出了新要求,引进石灰撒布车,使人工撒灰改成机械撒灰,达到30分钟可均匀撒布石灰10吨,布灰均匀,计量准确,对作业工人健康有利。引进宝马(MPH120)路拌机,成功解决了“二灰土”含灰均匀及颗粒粒径不一致的关键技术难题,还有拌和深度不够、夹层、工效低的其他工程质量问题。
再是采用了最新的设计方案。高速环形跑道是现代汽车试验场的主体工程,在总体布置中占有最重要的地位。最理想的高速跑道应该是无限长的直线跑道,显然这是不可能的。而在有限的场地面积内,它必须是一个封闭的环形道路。一般封闭式的环形道中,圆形的最简单,但是,由于不可以修建很大直径的圆形跑道,加之修筑圆形跑道必须具有相同的超高,汽车才能进行高速行驶,因此,远不如修筑直线道路经济。一般高速环道多由直线和曲线部分组合而成,总体上呈椭圆形、多边圆弧形及电话听筒形等。
如果高速环形跑道只设有直线和圆弧形曲线两部分,当汽车从直线跑道驶入圆弧线跑道时,增大横向加速度,既不安全,又引起人体的不舒服感。因此,在直线跑道与圆弧曲线跑道之间用平滑过渡的曲线跑道连接,一般称此段曲线跑道为缓和曲线跑道,由于直线跑道的设计和高级的高速公路差别不大,我们的重点是圆弧曲线和缓和曲线的设计与施工。
业内人士在提到上海大众试车场时总会对试车跑道的设计大家赞赏,也许正因为其设计的先进性才保证了上海大众试车场的含金量,尽管小,但先进性则不容置疑。缓和曲线跑道设计很讲究,一般有两种设计方案。
第一种是,设计曲线使汽车转弯时保持车辆的离心力变化率不变,也就是汽车转弯时方向盘从等角速度增加转角,其运动轨迹为克罗索依德(Klofhoid)曲线和考纽(Crnu)曲线。这种设计方案多用于欧、美国家面积较大的汽车试验场。
第二种是,设计曲线使缓和曲线道路倾斜度逐渐变化,汽车绕着前进方向产生侧倾运动,并将侧倾运动产生时的侧摆角加速度变化率控制在人体感觉限制以下。这种设计方案多用于受占地面积限制的汽车试验场(例如日本),其运动曲线,日本人称为麦康奈尔氏(Mecnnell)曲线。我国已建成的一汽、二汽试验场等都采用这种复合形式横断面曲线方程的高速环形跑道,对占地面积紧张而又要求能综合利用的汽车试验场是比较合适的,但是有两个明显的弱点:
1)如果从直线跑道向缓和跑道过渡时,保持沿设计线进行的汽车质心高度不平,而造成路面排水不良。
2)为克服排水不良,必须升高设计线,那么乘车人会感觉到离心力、重力及两者合力的作用,而且能感觉到上下运动的加速度,对乘员的感觉会产生较大的不良影响。
上海大众原定的设计和施工单位都是多次成功完成麦康奈尔氏的曲线的成熟单位,突然遇到要使用Bloss曲线设计,面积仅有1.44平方公里的沥青混凝土面层施工的工程,质量要求又必须达到4米直尺凹凸程度在2毫米以内的标准,比原来3米直尺控制道路平整度3毫米为良好,5毫米为允许的要求,难度一下子提高不少。但最后还是拿下了。
要建上海的试车场必须处理好地基堆土的桩基,上海软土层深达33米以上,要打33米深的水泥桩,并保证不歪斜很不容易,短桩接长容易变形,高环与坡道丘靠打桩稳定沉降,成本太大,而且素土稳定沉降最低时间也需2年,无论从施工周期还是投资成本角度来说难度都很大,沪嘉高速公路建设中的路基(高填方路基)稳定就是一个案例。
国外的综合试车场一般都大于3平方公里,小于3平方公里往往被称为试验跑道。如专业零部件公司(轮胎、化油器、制动器及转向器等厂家)为了更快更准确地得到其产品的试验结果,专门修建的自己的试验场。
上海大众的汽车试验场是个“跨位试验场”,前面已经提到,既不同于国际综合汽车试验场(一般面积大于10平方公里,道路总长100公里以上,试验总里程在2500万公里~3000万公里以上),也不同于专业试验场(一般面积3平方公里以上,10平方公里以内,道路总长度100公里以内,年试验总里程在625万公里~750万公里以上)。上海大众汽车试验场面积1.44平方公里,道路总长30.6公里,年试验里程在600万公里~1300万公里左右。它设计紧凑,占地面积小,功能齐全,是德国大众集团今后再建试验场的样板;高速环道坡度最低达到47度;试验道路与德国在欧洲最大的试验场埃拉具有可比的当量关系;场内全自动的排水系统是大众集团内也是惟一的,具有先进性。
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