重載道路路面設(shè)計(jì)相關(guān)方法研究

劉洋

摘要：重載道路是社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，運(yùn)行車輛的荷載較高，載重超過(guò)30t，對(duì)路面損傷較大，為了提高重載道路的行車安全性，有必要對(duì)其路面設(shè)計(jì)相關(guān)方法進(jìn)行深入分析，強(qiáng)化路面結(jié)構(gòu)。本文首先闡述了重載道路路面的交通特點(diǎn)和運(yùn)維情況，明確了重載道路路面車輛荷載作用機(jī)理，并結(jié)合各方面實(shí)際情況，對(duì)重載道路路面的相關(guān)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了分析，旨在為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：重載道路 ?路面設(shè)計(jì) ?方法

引言：

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平逐漸提升，社會(huì)基礎(chǔ)建設(shè)方面也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，在該時(shí)代背景下，各種超限、重載車輛層出不窮。重載道路路面設(shè)計(jì)主要是針對(duì)重載車輛，所以基于新建道路工程分析重載道路交通特征以及重載道路路面設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)于指導(dǎo)道路設(shè)計(jì)規(guī)劃和交通管理具有重要意義。

1、重載道路路面的交通特點(diǎn)

通過(guò)調(diào)查和測(cè)試發(fā)現(xiàn)，重載道路軸載分布范圍大，大部分軸重均超出規(guī)范所規(guī)定的軸重限值，這種情況并非完全由大型運(yùn)輸車輛所造成，而是因?yàn)槠胀ㄝd貨汽車盲目改造，使用高強(qiáng)輪胎過(guò)量超載等，使車輛輪胎壓力超出0.7MPa。對(duì)于改造貨車而言，軸重增大后接地面積和接地半徑隨之增大，但是其輪胎間距并不會(huì)隨之變化，常規(guī)的通過(guò)提高軸重、增大輪胎接地面積但假定輪胎壓力不變而進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)分析的做法顯然與實(shí)際情況不符，采用現(xiàn)有路面荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重載道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的做法不盡合理。

2、運(yùn)維情況

進(jìn)行重載道路路面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)綜合考慮重載交通路段的實(shí)際運(yùn)維情況。在我國(guó)，重載道路大多位于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，道路的路基和路面常面臨著邊坡失穩(wěn)、局部塌陷以及路基沉陷等問(wèn)題，與此同時(shí)，還存在著嚴(yán)重的破損、坑洼、裂縫等病害。一旦未能及時(shí)修復(fù)，會(huì)導(dǎo)致這些病害的進(jìn)一步發(fā)展，不僅會(huì)使病害范圍擴(kuò)大，還有可能導(dǎo)致更嚴(yán)重的病害問(wèn)題，嚴(yán)重影響道路通行的安全性。

3、重載道路路面車輛荷載作用機(jī)理

車輛荷載對(duì)道路路面的作用主要通過(guò)輪壓體現(xiàn)，一般情況下輪壓和道路路面接觸面積小，而重載道路接觸面積和局部作用荷載顯著增加，這種影響主要包括彎曲效應(yīng)、剪切效應(yīng)、疲勞效應(yīng)和車轍效應(yīng)[1]。

3.1彎曲效應(yīng)

行車對(duì)路面的作用整體來(lái)看屬于一次性彎曲作用，路面在彎曲變形的影響下，如果材料性能不佳或面層厚度不足，便會(huì)使荷載作用下的彎拉應(yīng)力超出結(jié)構(gòu)承載力極限值，造成路面底部開(kāi)裂;車輛對(duì)道路路面的作用既包含靜力部分，又包含因路面平整度不佳、車輛振動(dòng)等所引起的動(dòng)力沖擊效應(yīng)，在重載條件下上述效應(yīng)尤為明顯。

3.2疲勞效應(yīng)

疲勞是道路路面結(jié)構(gòu)性能的具體體現(xiàn)，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)道路路面發(fā)生裂縫等病害均與其疲勞性能直接相關(guān)，車輛反復(fù)加載及卸載使道路路面在材料極限情況下提前產(chǎn)生裂縫;道路路面在持續(xù)荷載作用下的損傷效應(yīng)是疲勞效應(yīng)的基礎(chǔ)，在重載作用下軸載噸位增加，疲勞損傷便以指數(shù)形式遞增，疲勞損傷加劇。

3.3剪切推移效應(yīng)

行車剎車、上下坡、轉(zhuǎn)彎等操作下其車輪不可避免地會(huì)對(duì)路面造成剪切推移影響，重載情況下這種剪切推移更加顯著，會(huì)直接導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層破損，引發(fā)路面推移、擁包等病害。

3.4車轍效應(yīng)

瀝青路面結(jié)構(gòu)的瀝青材料具有高溫軟化特性，在高溫、大載重量等情況下發(fā)生車轍病害的可能性較大。

4、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先要完成路面系數(shù)分析，之后需擬定路面結(jié)構(gòu)，選擇合適材料，使路面彎沉值與最大拉應(yīng)力符合要求[2]。考慮到重載道路的特殊性，瀝青路面的典型結(jié)構(gòu)包括四類，從下至上的路面結(jié)構(gòu)順序如下：①土基層、石灰土層、水泥穩(wěn)定級(jí)配碎石層、瀝青混凝土層;②土基層、二灰土或石灰土層、二灰碎石層、瀝青混凝土層;③土基層、二灰土層、水泥石灰穩(wěn)定級(jí)配碎石/礫石層、瀝青混凝土層;④石灰土層、水泥碎石層、振碾式混凝土層、瀝青混凝土層。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際狀況計(jì)算各類型路面結(jié)構(gòu)的彎沉值與最大拉應(yīng)力等參數(shù)，選擇某一典型路面結(jié)構(gòu)，也可根據(jù)典型路面結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次，重新排列組合，最大限度提高路面結(jié)構(gòu)性能。

在路面結(jié)構(gòu)的自由組合中，基底層可選用的材料包括石灰土、二灰土、碎石灰土等;基底層上方材料可選擇水泥碎石、二灰碎石或水泥穩(wěn)定碎石等;基層材料可選擇貧混凝土、粗粒式瀝青混凝土、連續(xù)配筋混凝土等，面層材料以瀝青混凝土或水泥混凝土為主。

5、路面厚度計(jì)算

明確路面結(jié)構(gòu)后，設(shè)計(jì)人員需根據(jù)設(shè)計(jì)彎沉值計(jì)算各層路面結(jié)構(gòu)的厚度，并通過(guò)彎拉應(yīng)力、車轍等參數(shù)驗(yàn)算，評(píng)估路面結(jié)構(gòu)類型與參數(shù)的合理性，如符合標(biāo)準(zhǔn)要求，即可完成路面設(shè)計(jì)。反之，則需調(diào)整路面結(jié)構(gòu)類型與各層路面結(jié)構(gòu)厚度。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，建議設(shè)計(jì)人員采用試算法，首先明確路面結(jié)構(gòu)各個(gè)面層的厚度容許范圍，再確定最佳路面厚度，具體流程如下：根據(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，選擇合適的基層類型與各層路面原材料，初步估計(jì)其面板厚度，再根據(jù)材料厚度、路面結(jié)構(gòu)各層強(qiáng)度及彈性模量，明確基層頂面，并計(jì)算回彈模量;最后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，計(jì)算荷載應(yīng)力，并評(píng)估其是否符合規(guī)范要求。

6、具體設(shè)計(jì)過(guò)程

進(jìn)行一般路面和重載道路路面劃分時(shí)，主要是考慮其荷載范圍，所以，應(yīng)在實(shí)際選用設(shè)計(jì)方法的過(guò)程中充分考慮以下2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：（1）應(yīng)考慮道路本身是否會(huì)承擔(dān)大量的大件貨物以及專項(xiàng)物質(zhì)的運(yùn)輸工作;（2）要充分考慮軸重儀實(shí)際測(cè)試結(jié)果，假設(shè)會(huì)有特重型軸重車輛（單軸軸重在13t以上，雙軸軸重則在26 t以上）于道路上通過(guò)，同時(shí)，其超載現(xiàn)象較為嚴(yán)重。在對(duì)重載道路路面進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)路面的疲勞效應(yīng)以及一次性破壞效應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證。針對(duì)疲勞效應(yīng)，需要在換算軸載的基礎(chǔ)上對(duì)疲勞應(yīng)力進(jìn)行確定，同時(shí)，還要對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析。路面進(jìn)行對(duì)一次性破壞驗(yàn)證時(shí)，要對(duì)路面服務(wù)的極限載荷進(jìn)行詳細(xì)分析，并判斷路面面層是否會(huì)在相應(yīng)的荷載作用下產(chǎn)生一次性斷裂失效。在輪載作用下，瀝青路面面層結(jié)構(gòu)主要包括3部分：高質(zhì)量瀝青混凝土面層、高彈性模量抗車轍性能瀝青混凝土中間層、高柔性抗疲勞瀝青混凝土熱拌瀝青混合料基層。

首先，車輪同路面接觸面向下約10～15cm為高受力區(qū)域，該區(qū)域是常出現(xiàn)病害的位置，所以，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡可能地采用高質(zhì)量瀝青混凝土作為該區(qū)域的鋪筑材料，以達(dá)到提升其承載能力的目的。其次，來(lái)自路面的車輪荷載會(huì)通過(guò)面層擴(kuò)散至下部結(jié)構(gòu)中，因此，應(yīng)確保下部結(jié)構(gòu)同上部面層之間的連接效果，可采用高彈性模量瀝青混凝土作為中間層，有效規(guī)避因上下層結(jié)構(gòu)錯(cuò)位而產(chǎn)生路面斷裂等病害。最后，路面基層可選用高柔性抗疲勞瀝青混凝土材料，并保障該鋪筑層的厚度符合相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)人員需要在路面各層受力特點(diǎn)的基礎(chǔ)上選用與之相符合的結(jié)構(gòu)構(gòu)造處理方式和材料，以保障路面層在受力與變形方面具有更強(qiáng)的可靠性、安全性以及合理性，滿足重載交通路段的相關(guān)要求，切實(shí)提升重載道路本身的服役性能，為后續(xù)行車安全創(chuàng)造良好的條件。

7、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在明確重載道路交通特點(diǎn)以及運(yùn)維情況的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，同時(shí)，還應(yīng)轉(zhuǎn)變以往將荷載作為唯一依據(jù)的設(shè)計(jì)思路，選擇更加科學(xué)的路面設(shè)計(jì)指標(biāo)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)重載道路路面設(shè)計(jì)水平的提升，最大限度地延長(zhǎng)我國(guó)重載道路路面的使用年限。

參考文獻(xiàn)：

[1]解婷婷，何兆益，王曉東，等.重載下長(zhǎng)大縱坡瀝青混凝土路面破壞機(jī)理分析[J].2021（3）：52-54.

[2]宋琿，顏薇，任東亞，等.重載交通瀝青路面改造方案控制破損模式分析與壽命預(yù)估[J].交通科技， 2019（1）：6.

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