淺析重載道路路面的設(shè)計方法

陳廣浩

（煙臺市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，山東煙臺 264003）

0 引言

現(xiàn)階段，隨著社會經(jīng)濟的不斷增長，社會基礎(chǔ)建設(shè)的投入也不斷增大，重載、超限車輛也隨之增多，重載車輛針對的是重載道路，需要進行路面設(shè)計，一般采取的方法是按照軸載對路面產(chǎn)生的有效應力進行設(shè)計。這種設(shè)計方法存在一定的盲目性，造成路面早期損壞的情況比比皆是。本文結(jié)合工程實例，對有關(guān)重載道路路面設(shè)計方法進行分析和探討。

1 路面設(shè)計指標

重載道路，多為重載瀝青路面，其設(shè)計采取的指標體系有很多種，比如路表彎沉、基層層底拉應力、車轍等，其中車轍預估模型還存在許多不完善的地方，因此暫不考慮。所以，按照重載路面受力和損壞特點，本文主要采取彎沉值的設(shè)計控制指標，把半剛性基層以及底基層層底彎拉應力當做是檢驗指標。結(jié)合重載道路路面下路面受力特點，對最大軸載進行應力驗算。具體而言，對設(shè)計彎沉值進行確定時采取以下公式：

式中：Ne——設(shè)計年限之內(nèi)的車道上標準軸載累計當量軸次；

AC——公路等級的系數(shù)，具體為高速公路和一級公路1.0級，二級公路1.1級，三、四級公路為1.2級；

AS——面層類型系數(shù)，具體為瀝青混凝土面層1.0級，熱拌、冷拌瀝青碎石、瀝青表面處治為1.1級；

Ab——路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面為1.0級，柔性基層瀝青路面為1.6級。

2 重載瀝青路面荷載圖式

重載汽車為了促進經(jīng)濟效益的提升，往往會采取減少行車阻力的手段，以及高強輪胎、加厚鋼簧的方法，因此貨車輪胎壓力不低于0.7 MPa，結(jié)合車輛的構(gòu)造原理，軸重加大的同時，接地半徑和接地面積也會同時增加，然而輪胎間距是固定不變的，因此需要探究重載車輛和道路路面作用的具體特點，并提出符合實際情況的合理荷載作用圖式。

現(xiàn)階段，道路路面設(shè)計規(guī)范中對荷載圖式的計算方法進行規(guī)定，以雙輪雙圓、圓中心距是接地半徑標準荷載圖式的三倍，對重載車輛特點進行分析，計算荷載圖式無法代替重載車輛對道路路面的作用。結(jié)合上述分析，適合選用比利時方法，采用標準軸載為80 kN，同時還要對輪載接地面積以及路面狀況進行綜合考慮。高壓胎和路面的接觸面積不大，可以承擔一定的荷載，低壓胎和路面的接觸較小，具有較大的牽引力，受到路面沖擊力的影響較大，需要對路面實際情況進行調(diào)查。

3 交通參數(shù)

在對影響重載道路路面設(shè)計的因素當中，交通參數(shù)是比較重要的一個，具體設(shè)計時需要用到標準軸載的累計作用次數(shù)、交通量以及軸載方面的數(shù)據(jù)。

3.1 交通資料的獲取

相關(guān)設(shè)計規(guī)范顯示，道路設(shè)計使用期間，設(shè)計車道標準軸載累計作用次數(shù)為Ne，具體如式（2）：

N1是道路使用初期行車道上標準軸累計作用次數(shù)，是一個較為重要的影響因素，需要對交通資料進行深入分析，并結(jié)合交通工具及車型進行觀測和記錄。其中，對累計軸次進行觀測和記錄過程中，忽略了車輛的超載和軸載分布，僅僅按照實踐經(jīng)驗進行換算，會存在較大計算誤差。所以，重載道路路面進行設(shè)計時，需要先對軸載譜進行研究，以此為前提再進行車輛軸重的調(diào)查和測試工作，得出道路軸載譜之后，經(jīng)過換算即可得到道路使用初期行車道上標準軸累積作用次數(shù)。

3.2 使用期內(nèi)年平均當量軸次增長率

在設(shè)計的使用年限之內(nèi)，設(shè)計車道標準軸累計次數(shù)和作用Ne進行計算，其增長率指的是使用期間交通量的增占率。一般情況下，交通量平均增長率和年平均當量軸次增長率是有很大區(qū)別的。交通量平均增長率反映的是中型載重汽車的交通量情況，平均當量軸次增長率反映的是標準軸重的當量軸次增長情況。所以，重載道路路面進行設(shè)計，需要對一般車輛、重載車輛的增長率進行考慮，按照此增長率對年平均當量軸次增長率進行計算。

3.3 方向系數(shù)

所謂方向系數(shù)，指的是某方向上標準當量軸次和雙向總的標準當量軸次的比值。對重載道路路面進行設(shè)計時必須要考慮方向系數(shù)，這主要是由于重載道路的特征，其重載汽車主要運送大件貨物，具有較強的方向性，所以重載道路路面設(shè)計時區(qū)分重車方向和輕車方向，避免不必要的資源浪費。

4.4 標準軸載以及軸載的換算

數(shù)據(jù)研究顯示，標準軸載選擇130 kN是比較適當?shù)?，然而現(xiàn)階段道路路面容許彎沉是在100 kN標準軸載的基礎(chǔ)上彎沉的，如果標準軸載進行更換，那么應當重新確定其換算公式。如果是高于130 kN的軸載，則按照設(shè)計規(guī)范對彎沉、彎拉應力進行等效軸載的換算即可；軸載高于130 kN，結(jié)合上文中提到的換算方法，得出路面彎沉等效軸載換算公式和彎拉應力等效軸載換算公式，見式（3）和式（4）。

式中：N——標準軸載累計當量次數(shù)；

P——標準軸載；

C——軸數(shù)系數(shù)、輪組系數(shù)。

4 重載交通道路路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計及厚度計算

數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，重載道路上存在較為嚴重的坑槽、車轍以及網(wǎng)裂等現(xiàn)象，與此同時對重載路面的破壞機理進行研究，普通的重載情況，路表發(fā)生彎沉、層底彎拉應力會迅速提升，超重載路面遭受損壞的情況要超過常規(guī)軸載，所以重載道路路面設(shè)計時還需要考慮路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計，一般是不能低于普通的瀝青路面。瀝青混凝土面層在使用期會受到行車荷載、自然因素等作用，因此必須要具備較高的強度、穩(wěn)定性等，特別是熱穩(wěn)定性，為了避免重載作用下產(chǎn)生車轍。一般而言，道路路面的基層為承重層，強度的要求非常高，如此看來，石灰土基層既沒有較強的水穩(wěn)定性，也沒有較大的強度，因此不適合用作重載道路路面設(shè)計。重載道路路面往往選用穩(wěn)定性較好的水泥穩(wěn)定粒料、二灰穩(wěn)定粒料等半剛性材料，如果超載情況更為嚴重，在重載道路路面設(shè)計方面，其基層可以選用貧混凝土、連續(xù)配筋混凝土等。除此之外，為了確保路基穩(wěn)定可靠，對路基進行修筑時要填筑材質(zhì)良好的路堤填料，在加強路基壓實的同時，促進路基強度的提高。利用對重載道路路面交通特征、材料性能以及實際狀況進行分析，選擇一個恰當?shù)穆访娼Y(jié)構(gòu)組合，結(jié)合彈性層狀體系理論，對道路路面的厚度進行確定。

5 重載道路設(shè)計方法使用條件

本文針對有關(guān)重載路面，展開與一般道路現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范所不同的重載路面設(shè)計方法。從理論上進行分析，重載道路路面和一般路面的劃分是按照應力范圍進行區(qū)分的。理論上也是如此，因此本文建議可以按照以下兩個標準對道路設(shè)計方法應當選擇對應的設(shè)計方法：一方面，道路是不是多用于專項物質(zhì)和大件貨物的運輸工作；另一方面，按照軸重儀的實際測試結(jié)果，假設(shè)道路上有特重型軸重車輛通過，單軸軸重不小于13 t，雙軸軸重不小于26 t，而且存在較為嚴重的超載現(xiàn)象，因此結(jié)合以上兩個條件，就可以得出重載帶路路面設(shè)計方法。

6 設(shè)計步驟

結(jié)合上文中研究結(jié)果，對現(xiàn)行路面設(shè)計規(guī)范進行參考，給出重載路面設(shè)計規(guī)范：首先是交通資料，主要是初始年日平均交通量、交通組成、超載方式和超載規(guī)律、歷年交通量及交通組成、方向分配系數(shù)、車道分配系數(shù)、軸載年平均增長率等資料。以此為基礎(chǔ)進行設(shè)計方法的判斷，然后對軸載換算，和使用年限之內(nèi)的累計標準軸次；其次，沿線地質(zhì)、建筑土質(zhì)以及筑路材料的收集，對道路路面使用狀況進行記錄，選取適用于重載路面筑路材料以及初擬路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計方面，利用實驗的方法對結(jié)構(gòu)層材料進行沿著，包括抗壓回彈模量、抗拉強度等參數(shù)；最后，按照設(shè)計彎沉計算路面的厚度，結(jié)合半剛性基層、底基層進行相關(guān)數(shù)據(jù)的計算，包括彎拉應力、最大拉應力、如果滿足不了具體的需求也可以選擇對路面結(jié)構(gòu)層厚度進行調(diào)整，或者是對路面結(jié)構(gòu)組合進行變更，之后進行相關(guān)參數(shù)的計算。

7 結(jié)語

綜上所述，在對道路路面的設(shè)計方法中，常規(guī)的以荷載為依據(jù)的設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足重載道路路面，如果不采取更改措施，則有可能導致工程設(shè)計存在一定的盲目性，因此本文對有關(guān)重載道路路面設(shè)計方法進行分析和探討，以期對于我國重載道路路面設(shè)計水平的提高，起到一定的促進作用。

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