淺析重載道路路面的設(shè)計(jì)方法

陳廣浩

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

0 引言

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷增長，社會(huì)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(jìn)行路面設(shè)計(jì)，一般采取的方法是按照軸載對路面產(chǎn)生的有效應(yīng)力進(jìn)行設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)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(shí)例，對有關(guān)重載道路路面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和探討。

1 路面設(shè)計(jì)指標(biāo)

重載道路，多為重載瀝青路面，其設(shè)計(jì)采取的指標(biāo)體系有很多種，比如路表彎沉、基層層底拉應(yīng)力、車轍等，其中車轍預(yù)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(diǎn)，本文主要采取彎沉值的設(shè)計(jì)控制指標(biāo)，把半剛性基層以及底基層層底彎拉應(yīng)力當(dāng)做是檢驗(yàn)指標(biāo)。結(jié)合重載道路路面下路面受力特點(diǎn)，對最大軸載進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。具體而言，對設(shè)計(jì)彎沉值進(jìn)行確定時(shí)采取以下公式：

式中：Ne——設(shè)計(jì)年限之內(nèi)的車道上標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)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(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升，往往會(huì)采取減少行車阻力的手段，以及高強(qiáng)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(shí)，接地半徑和接地面積也會(huì)同時(shí)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(diǎn)，并提出符合實(shí)際情況的合理荷載作用圖式。

現(xiàn)階段，道路路面設(shè)計(jì)規(guī)范中對荷載圖式的計(jì)算方法進(jìn)行規(guī)定，以雙輪雙圓、圓中心距是接地半徑標(biāo)準(zhǔn)荷載圖式的三倍，對重載車輛特點(diǎn)進(jìn)行分析，計(jì)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(shí)方法，采用標(biāo)準(zhǔn)軸載為80 kN，同時(shí)還要對輪載接地面積以及路面狀況進(jìn)行綜合考慮。高壓胎和路面的接觸面積不大，可以承擔(dān)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)查。

3 交通參數(shù)

在對影響重載道路路面設(shè)計(jì)的因素當(dāng)中，交通參數(shù)是比較重要的一個(gè)，具體設(shè)計(jì)時(shí)需要用到標(biāo)準(zhǔn)軸載的累計(jì)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(jì)規(guī)范顯示，道路設(shè)計(jì)使用期間，設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)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(biāo)準(zhǔn)軸累計(jì)作用次數(shù)，是一個(gè)較為重要的影響因素，需要對交通資料進(jìn)行深入分析，并結(jié)合交通工具及車型進(jìn)行觀測和記錄。其中，對累計(jì)軸次進(jìn)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行換算，會(huì)存在較大計(jì)算誤差。所以，重載道路路面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要先對軸載譜進(jìn)行研究，以此為前提再進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)軸累積作用次數(shù)。

3.2 使用期內(nèi)年平均當(dāng)量軸次增長率

在設(shè)計(jì)的使用年限之內(nèi)，設(shè)計(jì)車道標(biāo)準(zhǔn)軸累計(jì)次數(shù)和作用Ne進(jìn)行計(jì)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(dāng)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(dāng)量軸次增長率反映的是標(biāo)準(zhǔn)軸重的當(dāng)量軸次增長情況。所以，重載道路路面進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要對一般車輛、重載車輛的增長率進(jìn)行考慮，按照此增長率對年平均當(dāng)量軸次增長率進(jìn)行計(jì)算。

3.3 方向系數(shù)

所謂方向系數(shù)，指的是某方向上標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次和雙向總的標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次的比值。對重載道路路面進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)送大件貨物，具有較強(qiáng)的方向性，所以重載道路路面設(shè)計(jì)時(shí)區(qū)分重車方向和輕車方向，避免不必要的資源浪費(fèi)。

4.4 標(biāo)準(zhǔn)軸載以及軸載的換算

數(shù)據(jù)研究顯示，標(biāo)準(zhǔn)軸載選擇130 kN是比較適當(dāng)?shù)模欢F(xiàn)階段道路路面容許彎沉是在100 kN標(biāo)準(zhǔn)軸載的基礎(chǔ)上彎沉的，如果標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行更換，那么應(yīng)當(dāng)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(jì)規(guī)范對彎沉、彎拉應(yīng)力進(jìn)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(yīng)力等效軸載換算公式，見式（3）和式（4）。

式中：N——標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量次數(shù)；

P——標(biāo)準(zhǔn)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(jì)及厚度計(jì)算

數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，重載道路上存在較為嚴(yán)重的坑槽、車轍以及網(wǎng)裂等現(xiàn)象，與此同時(shí)對重載路面的破壞機(jī)理進(jìn)行研究，普通的重載情況，路表發(fā)生彎沉、層底彎拉應(yīng)力會(huì)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(jì)時(shí)還需要考慮路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)，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(huì)受到行車荷載、自然因素等作用，因此必須要具備較高的強(qiáng)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(qiáng)度的要求非常高，如此看來，石灰土基層既沒有較強(qiáng)的水穩(wěn)定性，也沒有較大的強(qiáng)度，因此不適合用作重載道路路面設(shè)計(jì)。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(yán)重，在重載道路路面設(shè)計(jì)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(jìn)行修筑時(shí)要填筑材質(zhì)良好的路堤填料，在加強(qiáng)路基壓實(shí)的同時(shí)，促進(jìn)路基強(qiáng)度的提高。利用對重載道路路面交通特征、材料性能以及實(shí)際狀況進(jìn)行分析，選擇一個(gè)恰當(dāng)?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(jìn)行確定。

5 重載道路設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范所不同的重載路面設(shè)計(jì)方法。從理論上進(jìn)行分析，重載道路路面和一般路面的劃分是按照應(yīng)力范圍進(jìn)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)對道路設(shè)計(jì)方法應(yīng)當(dāng)選擇對應(yīng)的設(shè)計(jì)方法：一方面，道路是不是多用于專項(xiàng)物質(zhì)和大件貨物的運(yùn)輸工作；另一方面，按照軸重儀的實(shí)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(yán)重的超載現(xiàn)象，因此結(jié)合以上兩個(gè)條件，就可以得出重載帶路路面設(shè)計(jì)方法。

6 設(shè)計(jì)步驟

結(jié)合上文中研究結(jié)果，對現(xiàn)行路面設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行參考，給出重載路面設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)方法的判斷，然后對軸載換算，和使用年限之內(nèi)的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jì)方面，利用實(shí)驗(yàn)的方法對結(jié)構(gòu)層材料進(jìn)行沿著，包括抗壓回彈模量、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)；最后，按照設(shè)計(jì)彎沉計(jì)算路面的厚度，結(jié)合半剛性基層、底基層進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，包括彎拉應(yīng)力、最大拉應(yīng)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(jìn)行調(diào)整，或者是對路面結(jié)構(gòu)組合進(jìn)行變更，之后進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的計(jì)算。

7 結(jié)語

綜上所述，在對道路路面的設(shè)計(jì)方法中，常規(guī)的以荷載為依據(jù)的設(shè)計(jì)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(dǎo)致工程設(shè)計(jì)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(jì)方法進(jìn)行分析和探討，以期對于我國重載道路路面設(shè)計(jì)水平的提高，起到一定的促進(jìn)作用。

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