重載道路路面設(shè)計方法探究

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摘要：重載道路運(yùn)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(shè)計強(qiáng)化路面結(jié)構(gòu)。基于此，提出一種重載道路路面的設(shè)計方法，結(jié)合重載道路路面工程實踐，總結(jié)設(shè)計方法的實踐要點，為重載道路路面設(shè)計工作提供參考。

關(guān)鍵詞：重載道路；路面設(shè)計；軸載

0引言

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

1重載道路路面設(shè)計方法

重載道路的運(yùn)行車輛荷載顯著高于常規(guī)車輛，重載道路路面設(shè)計方法與常規(guī)道路路面設(shè)計有所差異。本文結(jié)合重載車輛特點，提出一種路面設(shè)計方法，確保設(shè)計路面結(jié)構(gòu)具備較高承載力，提高重載道路路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免其在車輛荷載作用下出現(xiàn)損壞。設(shè)計流程要點如下。

1.1交通分析

在道路路面設(shè)計前，需獲取道路的交通量、車輛軸載等數(shù)據(jù)，計算道路路面使用期限內(nèi)的累計標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)及方向系數(shù)。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(shù)系數(shù)；C2、C2'為車輛的輪組系數(shù)；N為不同軸載的累計作用次數(shù)，其計算公式為：式（4）中：N1為標(biāo)準(zhǔn)軸載情況下的行車道使用初期的累計作用次數(shù)；γ為當(dāng)量軸次增長率，為道路的常規(guī)車輛與重載車輛預(yù)測運(yùn)行增長率的平均值；t為行車道使用時間。同時，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合重載道路的實際應(yīng)用狀況，根據(jù)道路的交通量與車輛分布運(yùn)行狀況，明確重車方向，規(guī)劃設(shè)計道路的輕車車道與重車車道，分別設(shè)計不同方向，避免重載道路中的輕車方向設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)相對保守，具備過高承載力，浪費(fèi)路面建設(shè)材料。

1.2路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

在完成路面系數(shù)分析后，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?？紤]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(shè)計人員可根據(jù)實際狀況計算各類型路面結(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。

1.3路面厚度計算

明確路面結(jié)構(gòu)后，設(shè)計人員需根據(jù)設(shè)計彎沉值計算各層路面結(jié)構(gòu)的厚度，并通過彎拉應(yīng)力、車轍等參數(shù)驗算，評估路面結(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。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。在實際設(shè)計中，建議設(shè)計人員采用試算法，首先明確路面結(jié)構(gòu)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(jù)路面結(jié)構(gòu)設(shè)計結(jié)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(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，并計算回彈模量；最后根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，計算荷載應(yīng)力，并評估其是否符合規(guī)范要求[1]。

2重載道路路面設(shè)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(shè)計實踐要點。該瀝青路面工程屬于主干路，建設(shè)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(jié)合主干路的歷年軸載測試數(shù)據(jù)，重載車輛的交通量如表1所示。

2.2交通分析

設(shè)計人員結(jié)合表1中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，開展相關(guān)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(shù)據(jù)計算，設(shè)計人員將該主干路的交通量增長率設(shè)為6%，將該主干路的彎沉等效軸載增長率設(shè)計為9%，將該主干路的彎拉等效軸載增長率設(shè)計為12%；將單軸雙輪車輛100kN軸重作為主干路的標(biāo)準(zhǔn)軸載。按照上述等效換算公式，計算的彎沉等效初始日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為75934次，彎拉等效對應(yīng)的作用次數(shù)為833187次。結(jié)合該主干路的設(shè)計年限（12年），計算在設(shè)計年限內(nèi)，該主干路的累計作用次數(shù)。根據(jù)彎沉等效計算公式，計算的累計作用次數(shù)為2.79×108次；根據(jù)彎拉等效計算公式，計算的累計作用次數(shù)為3.67×109次。結(jié)合主干路的歷年交通運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)重載車輛的運(yùn)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(jìn)行重載車道的路面規(guī)劃設(shè)計，減少重載道路路面設(shè)計與施工的工作量，提高工程效益，避免資源浪費(fèi)[2]。

2.3路面結(jié)構(gòu)設(shè)計

設(shè)計人員結(jié)合主干路的實際狀況，重新排列組合路面結(jié)構(gòu)層次，按照從下至上順序，設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)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(shè)計人員結(jié)合上述路面結(jié)構(gòu)參數(shù)，將二灰土層的厚度設(shè)計為35cm，將粗粒式瀝青混凝土層的厚度設(shè)計為8cm，中粒式瀝青混凝土層的厚度設(shè)計為4cm；再根據(jù)該主干路的設(shè)計彎沉值（0.135mm），計算水泥穩(wěn)定碎石層的厚度，計算結(jié)果為42.84cm，最終設(shè)計為43cm。根據(jù)各個路面結(jié)構(gòu)層的厚度，進(jìn)行基層拉應(yīng)力、最大軸重拉應(yīng)力。其中，基層拉應(yīng)力的計算結(jié)果顯示，其數(shù)值低于容許拉應(yīng)力，符合要求。最大軸重拉應(yīng)力的計算以主干路的最大軸重為基礎(chǔ)（235kN），根據(jù)荷載圖式計算最大軸重情況下，路面基層底面的最大拉應(yīng)力，數(shù)值為0.186MPa；路面底基層底面的最大拉應(yīng)力數(shù)值為0.153MPa，均符合對應(yīng)結(jié)構(gòu)材料的極限強(qiáng)度要求，表明路面厚度設(shè)計合理[3]。

2.5對比分析

為驗證本文提出重載道路路面設(shè)計的可行性與有效性，按照常規(guī)路面設(shè)計方法，對該主干路進(jìn)行路面設(shè)計。設(shè)計結(jié)果如下：計算的彎沉等效初始日標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)為39006次，彎拉等效對應(yīng)的作用次數(shù)為409869次，均低于重載道路路面設(shè)計結(jié)果；根據(jù)彎沉等效計算公式，計算的累計作用次數(shù)為1.2×108次；根據(jù)彎拉等效計算公式，計算的累計作用次數(shù)為1.26×109次，均低于重載道路路面設(shè)計結(jié)果；路面結(jié)構(gòu)與重載道路面相同，5%水泥穩(wěn)定碎石的厚度設(shè)計為33cm，低于重載道路路面設(shè)計結(jié)果。對比分析可知，在重載道路路面設(shè)計方法指導(dǎo)下，設(shè)計的路面結(jié)構(gòu)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(shè)計年限內(nèi)，順利完成交通運(yùn)行，避免其被破壞。總的來說，和常規(guī)設(shè)計相比，本文提出的重載道路路面設(shè)計方法可顯著提升道路結(jié)構(gòu)性能，在重載車輛運(yùn)行較多的道路路面設(shè)計中具有較強(qiáng)的適用性，可在設(shè)計工作中推廣應(yīng)用。

3結(jié)語

綜上所述，在重載道路路面設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合道路運(yùn)行的重載車輛相關(guān)數(shù)據(jù)，開展交通分析，明確車輛系數(shù)和最大軸重等信息，再實施路面結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇合適材料，確保彎沉值與最大拉應(yīng)力符合要求后，計算各層厚度，完成路面設(shè)計，延長道路使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

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

[2]陳廣浩.淺析重載道路路面的設(shè)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(shè)計方法研究[D].西安：長安大學(xué)，2001.

作者:曾瑩帥 單位:華維設(shè)計集團(tuán)股份有限公司