公路路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要： 伴隨公路建設(shè)里程的不斷增加，道路交通行車數(shù)量、載重也隨之增多，路面早期病害愈加突顯。如車轍、沉陷等。此類病害的長期存在，將大大減短路面使用年限，對行車舒適性、安全性影響較大。重載下為有效防治或減少病害產(chǎn)生，必須通過實(shí)地調(diào)查、理論分析等從多角度研究公路路面設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞： 公路工程；路面設(shè)計(jì)；重載

一、路面破壞原因分析

為了解路面破壞原因，必須計(jì)算分析路面受力后表征路面破壞的所有指標(biāo)、參數(shù)，并及時找出影響路面質(zhì)量、導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞的直接因素。以兩種重載下典型半剛性路面結(jié)構(gòu)分析，按照從下到上的順序具體為

高速公路路面結(jié)構(gòu)：土基+30cm二灰砂礫+40cm二灰碎石+18cm瀝青混凝土；

二級公路路面結(jié)構(gòu)：土基+30cm二灰砂礫+30cm二灰碎石+10cm瀝青混凝土。

按照路面結(jié)構(gòu)類型，在各軸載作用下，對路面結(jié)構(gòu)破壞原則、影響因素進(jìn)行分析。分析得出，軸載與瀝青面層指標(biāo)成正比關(guān)系。即不斷增加軸載，瀝青面層各項(xiàng)指標(biāo)也會隨之增加。常規(guī)荷載作用下，常規(guī)設(shè)計(jì)指標(biāo)豎向彎沉、基層層底拉應(yīng)力基本不變，但在重載下，差值、增長速度增加幅度較大。于土基頂面壓應(yīng)變、面層剪應(yīng)力同樣具有類似作用。此外，因以上兩種路面結(jié)構(gòu)厚度存有差異，則其力學(xué)指標(biāo)也不盡相同，則表明破壞路面的主要因素也包含路面結(jié)構(gòu)厚度。為此，重載下不斷增加軸載，路面彎沉值也會隨之增加，進(jìn)而減短路面使用年限，導(dǎo)致路面損壞程度加重。

二、重載交通瀝青路面設(shè)計(jì)方法

與常規(guī)路面設(shè)計(jì)相比，重載瀝青路面設(shè)計(jì)存在不同之處，主要體現(xiàn)在均在超載形式下產(chǎn)生路面受力特征及破壞機(jī)理。而相比常規(guī)荷載作用效果，其不同之處主要表現(xiàn)為交通特征、荷載圖式、軸載換算等方面。為此設(shè)計(jì)重載瀝青路面，必須調(diào)整及研究重載作用下路面設(shè)計(jì)的各方面內(nèi)容，且以常規(guī)路面設(shè)計(jì)方法為前提，選取科學(xué)、有效的設(shè)計(jì)措施。

1、交通參數(shù)

路面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)就是調(diào)查、統(tǒng)計(jì)及總結(jié)交通參數(shù)，其對交通量多少、軸載換算方式等內(nèi)容起決定作用，為此，于路面設(shè)計(jì)而言，交通參數(shù)影響較大。

（1）獲取交通資料。統(tǒng)計(jì)交通量時，可按照以下公式進(jìn)行車道設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次計(jì)算：

其中，一個車道設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次可由Ne表示；

設(shè)計(jì)年限可由t表示；

路面運(yùn)營首年雙向日平均當(dāng)量軸次可由N1表示；

設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量平均增長率可由γ表示；

車道系數(shù)可由 表示。具體如表1所示。

在調(diào)查交通量時，路段實(shí)時觀測可利用觀測站、臨時站點(diǎn)進(jìn)行觀測，觀測時間各不相同，可依據(jù)積累的經(jīng)驗(yàn)，通過一定換算系數(shù)進(jìn)行觀測數(shù)據(jù)結(jié)果調(diào)整，并以此作為此路段年平均日交通量。交通量利用觀測站獲取的情況下，主要是利用概率統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行車型選擇，隨后換算軸載，此方式獲取的累計(jì)抽次可適用于常規(guī)荷載道路，但針對軸載譜對設(shè)計(jì)的影響并未考慮。在重載瀝青路面設(shè)計(jì)過程中，如不對軸載譜內(nèi)重載車輛的影響因素進(jìn)行充分考慮，將導(dǎo)致路面實(shí)際使用壽命和理論設(shè)計(jì)之間存在極大差異。

基于此，設(shè)計(jì)前，應(yīng)做好交通資料調(diào)查、統(tǒng)計(jì)工作，而不僅要統(tǒng)計(jì)交通總量數(shù)據(jù)，還必須對整個交通構(gòu)成做好分類，也就是統(tǒng)計(jì)、調(diào)查軸載譜，隨后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、軸載換算，最后將全部車輛各軸載累計(jì)作用次數(shù)計(jì)算出來。

2、重載交通瀝青路面結(jié)構(gòu)組合及厚度設(shè)計(jì)

按照路用材料特征，在路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，需合理選用結(jié)構(gòu)層材料及厚度。瀝青面層按照從上到下的順序，可分為上下或上中下2～3層。路面結(jié)構(gòu)層厚應(yīng)與各項(xiàng)指標(biāo)相符。設(shè)計(jì)重載瀝青路面時，可適量增加厚度，如表2所示。

按照上述分析，按照從下到上的順序，此次擬定瀝青路面四種結(jié)構(gòu)，以此為重載瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，具體如下：

結(jié)構(gòu)一：土基+水泥（石灰）粉煤灰土+水泥穩(wěn)定碎石+瀝青混凝土；

結(jié)構(gòu)二：土基+二灰土（石灰土）+二灰碎石+瀝青混凝土；

結(jié)構(gòu)三：土基+石灰土+水泥粉煤灰碎石+貧混凝土+瀝青混凝土；

結(jié)構(gòu)四：土基+水泥穩(wěn)定碎石+級配碎石+瀝青混凝土。

三、工程案例分析

1、瀝青路面狀況

因重載、流量大及渠化交通問題，嚴(yán)重影響了公路路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及服務(wù)性能。本文以瀝青路面為例，對瀝青路面路況進(jìn)行調(diào)查，如表3所示。

由此可見，路面損壞較為嚴(yán)重的路線為G102、S301；已滿足重建要求，實(shí)際應(yīng)用中，局部路段已翻修。

2、工程實(shí)例

本文以G102段為例，路面設(shè)計(jì)可選用路用材料作為參數(shù)分析。主要材料包括石料、瀝青材料、土基等。該工程為2010年大修工程，整體長度為10.8km，路面結(jié)構(gòu)為碎石化底基層+水泥穩(wěn)定碎石基層+瀝青混凝土。15年為其設(shè)計(jì)年限，以5年為一個階段劃分其交通量增長率，分別為8%、7%、5%，路面結(jié)構(gòu)層可通過HPDS2011-UR-S路面設(shè)計(jì)程序計(jì)算，僅以路表彎沉、層底拉應(yīng)力作為設(shè)計(jì)考慮因素。

（1）常規(guī)設(shè)計(jì)法

第一，累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)（指標(biāo)為彎沉、彎拉等效）如下：

第二，設(shè)計(jì)層厚度（指標(biāo)為彎沉值）如下：

因此，以561mm作為設(shè)計(jì)層厚度。

（2）重載路面設(shè)計(jì)計(jì)算法

第一，累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)（指標(biāo)為彎沉、彎拉等效）如下：

第二，設(shè)計(jì)層厚度（指標(biāo)為彎沉值）如下：

因此，以611mm作為設(shè)計(jì)層厚度。由此可見，相比常規(guī)設(shè)計(jì)方法，重載路面設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)厚度較大?？衫弥剌d軸載換算法對其所有指標(biāo)下的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，并向設(shè)計(jì)指標(biāo)公式代入，以此獲取控制指標(biāo)數(shù)值。如設(shè)計(jì)厚度與驗(yàn)算指標(biāo)相符，則無需調(diào)整其厚度，如不符，需再次進(jìn)行調(diào)整。

四、結(jié)束語

綜上所述，作為我國社會物資運(yùn)輸?shù)闹饕绞街唬缆方煌ㄔ谡麄€運(yùn)輸行業(yè)占據(jù)著重要位置。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國公路貨物運(yùn)輸量于2015年11月已達(dá)到3224844萬噸，相比2014年同期增長了106.2%，且比例仍舊呈現(xiàn)出上升趨勢。不斷增長的貨物運(yùn)輸噸位，必然會增加整個道路系統(tǒng)重載交通量比例，進(jìn)而對公路質(zhì)量、等級提出了更高要求。為此，在公路建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的過程中，必須滿足重載交通下路面使用需求。長期經(jīng)重載車輛碾壓，路面病害問題愈加嚴(yán)重，尤其是瀝青路面裂縫、車轍問題尤為突出。為此，必須根據(jù)具體情況，采取科學(xué)有效的設(shè)計(jì)方法，有效提升路面質(zhì)量。

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作者簡介：王建勛 男 19830426 河南周口，本科 研究方向：公路城市道路設(shè)計(jì)，工程師。