重載道路路面設計方法探究

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摘要：重載道路運行車輛的荷載較高，載重超過30t，對路面損傷較大，需通過合理設計強化路面結構?；诖?，提出一種重載道路路面的設計方法，結合重載道路路面工程實踐，總結設計方法的實踐要點，為重載道路路面設計工作提供參考。

關鍵詞：重載道路；路面設計；軸載

0引言

隨著交通行業(yè)的發(fā)展，大件貨物的運輸增多，運輸車輛的軸重儀檢測結果顯示，其單軸軸重大多超過13t，且部分運輸車輛存在超載現象，加大路面負荷，縮短道路使用壽命。對此，需根據重載車輛設計專用重載道路路面。

1重載道路路面設計方法

重載道路的運行車輛荷載顯著高于常規(guī)車輛，重載道路路面設計方法與常規(guī)道路路面設計有所差異。本文結合重載車輛特點，提出一種路面設計方法，確保設計路面結構具備較高承載力，提高重載道路路面結構強度，避免其在車輛荷載作用下出現損壞。設計流程要點如下。

1.1交通分析

在道路路面設計前，需獲取道路的交通量、車輛軸載等數據，計算道路路面使用期限內的累計標準軸載作用次數及方向系數。以瀝青路面為例，其軸載換算采用不同等效換算公式。彎沉等效公式、彎拉等效公式、車轍等效公式依次見式（1）～（3）：式（1）～（3）中：C1、C1'為車輛的軸數系數；C2、C2'為車輛的輪組系數；N為不同軸載的累計作用次數，其計算公式為：式（4）中：N1為標準軸載情況下的行車道使用初期的累計作用次數；γ為當量軸次增長率，為道路的常規(guī)車輛與重載車輛預測運行增長率的平均值；t為行車道使用時間。同時，設計人員應結合重載道路的實際應用狀況，根據道路的交通量與車輛分布運行狀況，明確重車方向，規(guī)劃設計道路的輕車車道與重車車道，分別設計不同方向，避免重載道路中的輕車方向設計的路面結構相對保守，具備過高承載力，浪費路面建設材料。

1.2路面結構設計

在完成路面系數分析后，需擬定路面結構，選擇合適材料，使路面彎沉值與最大拉應力符合要求?？紤]到重載道路的特殊性，瀝青路面的典型結構包括四類，從下至上的路面結構順序如下：①土基層、石灰土層、水泥穩(wěn)定級配碎石層、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。設計人員可根據實際狀況計算各類型路面結構的彎沉值與最大拉應力等參數，選擇某一典型路面結構，也可根據典型路面結構的各個層次，重新排列組合，最大限度提高路面結構性能。在路面結構的自由組合中，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。

1.3路面厚度計算

明確路面結構后，設計人員需根據設計彎沉值計算各層路面結構的厚度，并通過彎拉應力、車轍等參數驗算，評估路面結構類型與參數的合理性，如符合標準要求，即可完成路面設計。反之，則需調整路面結構類型與各層路面結構厚度。在實際設計中，建議設計人員采用試算法，首先明確路面結構各個面層的厚度容許范圍，再確定最佳路面厚度，具體流程如下：根據路面結構設計結果，選擇合適的基層類型與各層路面原材料，初步估計其面板厚度，再根據材料厚度、路面結構各層強度及彈性模量，明確基層頂面，并計算回彈模量；最后根據相關標準規(guī)范，計算荷載應力，并評估其是否符合規(guī)范要求[1]。

2重載道路路面設計實例

2.1工程概況

本文以某瀝青路面工程為例，探究重載道路路面設計實踐要點。該瀝青路面工程屬于主干路，建設單位為提高主干路的承載力，新建瀝青路面，建造重載道路路面。結合主干路的歷年軸載測試數據，重載車輛的交通量如表1所示。

2.2交通分析

設計人員結合表1中的基礎數據，開展相關分析，計算的路基回彈模量為48MPa。為簡化后續(xù)重載道路路面數據計算，設計人員將該主干路的交通量增長率設為6%，將該主干路的彎沉等效軸載增長率設計為9%，將該主干路的彎拉等效軸載增長率設計為12%；將單軸雙輪車輛100kN軸重作為主干路的標準軸載。按照上述等效換算公式，計算的彎沉等效初始日標準軸載作用次數為75934次，彎拉等效對應的作用次數為833187次。結合該主干路的設計年限（12年），計算在設計年限內，該主干路的累計作用次數。根據彎沉等效計算公式，計算的累計作用次數為2.79×108次；根據彎拉等效計算公式，計算的累計作用次數為3.67×109次。結合主干路的歷年交通運行狀況，發(fā)現重載車輛的運行方向集中于由南到北的方向，將由南到北方向的車道作為重載車道，由北到南方向的車道作為輕載車道，重新進行重載車道的路面規(guī)劃設計，減少重載道路路面設計與施工的工作量，提高工程效益，避免資源浪費[2]。

2.3路面結構設計

設計人員結合主干路的實際狀況，重新排列組合路面結構層次，按照從下至上順序，設計的路面結構為：土基、二灰土層、5%水泥穩(wěn)定碎石層、粗粒式瀝青混凝土層、中粒式瀝青混凝土層。其中，土基層的荷載為48MPa，二灰土層的荷載為750MPa，水泥穩(wěn)定碎石層的荷載為1500MPa；瀝青混凝土層的荷載受溫度影響。在15℃時，粗粒式瀝青混凝土層的荷載為1400MPa，中粒式瀝青混凝土層的荷載為1600MPa；在20℃時，粗粒式瀝青混凝土層的荷載為1000MPa，中粒式瀝青混凝土層的荷載為1100MPa。

2.4路面厚度計算

設計人員結合上述路面結構參數，將二灰土層的厚度設計為35cm，將粗粒式瀝青混凝土層的厚度設計為8cm，中粒式瀝青混凝土層的厚度設計為4cm；再根據該主干路的設計彎沉值（0.135mm），計算水泥穩(wěn)定碎石層的厚度，計算結果為42.84cm，最終設計為43cm。根據各個路面結構層的厚度，進行基層拉應力、最大軸重拉應力。其中，基層拉應力的計算結果顯示，其數值低于容許拉應力，符合要求。最大軸重拉應力的計算以主干路的最大軸重為基礎（235kN），根據荷載圖式計算最大軸重情況下，路面基層底面的最大拉應力，數值為0.186MPa；路面底基層底面的最大拉應力數值為0.153MPa，均符合對應結構材料的極限強度要求，表明路面厚度設計合理[3]。

2.5對比分析

為驗證本文提出重載道路路面設計的可行性與有效性，按照常規(guī)路面設計方法，對該主干路進行路面設計。設計結果如下：計算的彎沉等效初始日標準軸載作用次數為39006次，彎拉等效對應的作用次數為409869次，均低于重載道路路面設計結果；根據彎沉等效計算公式，計算的累計作用次數為1.2×108次；根據彎拉等效計算公式，計算的累計作用次數為1.26×109次，均低于重載道路路面設計結果；路面結構與重載道路面相同，5%水泥穩(wěn)定碎石的厚度設計為33cm，低于重載道路路面設計結果。對比分析可知，在重載道路路面設計方法指導下，設計的路面結構厚度更大、可承受荷載更高，能夠延長道路路面使用壽命，確保主干路在設計年限內，順利完成交通運行，避免其被破壞?？偟膩碚f，和常規(guī)設計相比，本文提出的重載道路路面設計方法可顯著提升道路結構性能，在重載車輛運行較多的道路路面設計中具有較強的適用性，可在設計工作中推廣應用。

3結語

綜上所述，在重載道路路面設計中，設計人員應結合道路運行的重載車輛相關數據，開展交通分析，明確車輛系數和最大軸重等信息，再實施路面結構設計，選擇合適材料，確保彎沉值與最大拉應力符合要求后，計算各層厚度，完成路面設計，延長道路使用壽命。

參考文獻：

[1]孟琦.重載交通路段的道路路面設計方法探析[J].公路交通科技（應用技術版），2017，13（10）：156-157.

[2]陳廣浩.淺析重載道路路面的設計方法[J].城市道橋與防洪，2014（8）：27-29，7.

[3]劉穎.重載道路路面設計方法研究[D].西安：長安大學，2001.

作者:曾瑩帥 單位:華維設計集團股份有限公司