浅析重载道路路面的设计方法

2014-09-27陈广浩

城市道桥与防洪 2014年8期

陈广浩

（烟台市规划设计研究院有限公司，山东烟台 264003）

0 引言

现阶段，随着社会经济的不断增长，社会基础建设的投入也不断增大，重载、超限车辆也随之增多，重载车辆针对的是重载道路，需要进行路面设计，一般采取的方法是按照轴载对路面产生的有效应力进行设计。这种设计方法存在一定的盲目性，造成路面早期损坏的情况比比皆是。本文结合工程实例，对有关重载道路路面设计方法进行分析和探讨。

1 路面设计指标

重载道路，多为重载沥青路面，其设计采取的指标体系有很多种，比如路表弯沉、基层层底拉应力、车辙等，其中车辙预估模型还存在许多不完善的地方，因此暂不考虑。所以，按照重载路面受力和损坏特点，本文主要采取弯沉值的设计控制指标，把半刚性基层以及底基层层底弯拉应力当做是检验指标。结合重载道路路面下路面受力特点，对最大轴载进行应力验算。具体而言，对设计弯沉值进行确定时采取以下公式：

式中：Ne——设计年限之内的车道上标准轴载累计当量轴次；

AC——公路等级的系数，具体为高速公路和一级公路1.0级，二级公路1.1级，三、四级公路为1.2级；

AS——面层类型系数，具体为沥青混凝土面层1.0级，热拌、冷拌沥青碎石、沥青表面处治为1.1级；

Ab——路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0级，柔性基层沥青路面为1.6级。

2 重载沥青路面荷载图式

重载汽车为了促进经济效益的提升，往往会采取减少行车阻力的手段，以及高强轮胎、加厚钢簧的方法，因此货车轮胎压力不低于0.7 MPa，结合车辆的构造原理，轴重加大的同时，接地半径和接地面积也会同时增加，然而轮胎间距是固定不变的，因此需要探究重载车辆和道路路面作用的具体特点，并提出符合实际情况的合理荷载作用图式。

现阶段，道路路面设计规范中对荷载图式的计算方法进行规定，以双轮双圆、圆中心距是接地半径标准荷载图式的三倍，对重载车辆特点进行分析，计算荷载图式无法代替重载车辆对道路路面的作用。结合上述分析，适合选用比利时方法，采用标准轴载为80 kN，同时还要对轮载接地面积以及路面状况进行综合考虑。高压胎和路面的接触面积不大，可以承担一定的荷载，低压胎和路面的接触较小，具有较大的牵引力，受到路面冲击力的影响较大，需要对路面实际情况进行调查。

3 交通参数

在对影响重载道路路面设计的因素当中，交通参数是比较重要的一个，具体设计时需要用到标准轴载的累计作用次数、交通量以及轴载方面的数据。

3.1 交通资料的获取

相关设计规范显示，道路设计使用期间，设计车道标准轴载累计作用次数为Ne，具体如式（2）：

N1是道路使用初期行车道上标准轴累计作用次数，是一个较为重要的影响因素，需要对交通资料进行深入分析，并结合交通工具及车型进行观测和记录。其中，对累计轴次进行观测和记录过程中，忽略了车辆的超载和轴载分布，仅仅按照实践经验进行换算，会存在较大计算误差。所以，重载道路路面进行设计时，需要先对轴载谱进行研究，以此为前提再进行车辆轴重的调查和测试工作，得出道路轴载谱之后，经过换算即可得到道路使用初期行车道上标准轴累积作用次数。

3.2 使用期内年平均当量轴次增长率

在设计的使用年限之内，设计车道标准轴累计次数和作用Ne进行计算，其增长率指的是使用期间交通量的增占率。一般情况下，交通量平均增长率和年平均当量轴次增长率是有很大区别的。交通量平均增长率反映的是中型载重汽车的交通量情况，平均当量轴次增长率反映的是标准轴重的当量轴次增长情况。所以，重载道路路面进行设计，需要对一般车辆、重载车辆的增长率进行考虑，按照此增长率对年平均当量轴次增长率进行计算。

3.3 方向系数

所谓方向系数，指的是某方向上标准当量轴次和双向总的标准当量轴次的比值。对重载道路路面进行设计时必须要考虑方向系数，这主要是由于重载道路的特征，其重载汽车主要运送大件货物，具有较强的方向性，所以重载道路路面设计时区分重车方向和轻车方向，避免不必要的资源浪费。

4.4 标准轴载以及轴载的换算

数据研究显示，标准轴载选择130 kN是比较适当的，然而现阶段道路路面容许弯沉是在100 kN标准轴载的基础上弯沉的，如果标准轴载进行更换，那么应当重新确定其换算公式。如果是高于130 kN的轴载，则按照设计规范对弯沉、弯拉应力进行等效轴载的换算即可；轴载高于130 kN，结合上文中提到的换算方法，得出路面弯沉等效轴载换算公式和弯拉应力等效轴载换算公式，见式（3）和式（4）。

式中：N——标准轴载累计当量次数；

P——标准轴载；

C——轴数系数、轮组系数。

4 重载交通道路路面结构组合设计及厚度计算

数据调查显示，重载道路上存在较为严重的坑槽、车辙以及网裂等现象，与此同时对重载路面的破坏机理进行研究，普通的重载情况，路表发生弯沉、层底弯拉应力会迅速提升，超重载路面遭受损坏的情况要超过常规轴载，所以重载道路路面设计时还需要考虑路面结构组合设计，一般是不能低于普通的沥青路面。沥青混凝土面层在使用期会受到行车荷载、自然因素等作用，因此必须要具备较高的强度、稳定性等，特别是热稳定性，为了避免重载作用下产生车辙。一般而言，道路路面的基层为承重层，强度的要求非常高，如此看来，石灰土基层既没有较强的水稳定性，也没有较大的强度，因此不适合用作重载道路路面设计。重载道路路面往往选用稳定性较好的水泥稳定粒料、二灰稳定粒料等半刚性材料，如果超载情况更为严重，在重载道路路面设计方面，其基层可以选用贫混凝土、连续配筋混凝土等。除此之外，为了确保路基稳定可靠，对路基进行修筑时要填筑材质良好的路堤填料，在加强路基压实的同时，促进路基强度的提高。利用对重载道路路面交通特征、材料性能以及实际状况进行分析，选择一个恰当的路面结构组合，结合弹性层状体系理论，对道路路面的厚度进行确定。

5 重载道路设计方法使用条件

本文针对有关重载路面，展开与一般道路现行设计规范所不同的重载路面设计方法。从理论上进行分析，重载道路路面和一般路面的划分是按照应力范围进行区分的。理论上也是如此，因此本文建议可以按照以下两个标准对道路设计方法应当选择对应的设计方法：一方面，道路是不是多用于专项物质和大件货物的运输工作；另一方面，按照轴重仪的实际测试结果，假设道路上有特重型轴重车辆通过，单轴轴重不小于13 t，双轴轴重不小于26 t，而且存在较为严重的超载现象，因此结合以上两个条件，就可以得出重载带路路面设计方法。

6 设计步骤

结合上文中研究结果，对现行路面设计规范进行参考，给出重载路面设计规范：首先是交通资料，主要是初始年日平均交通量、交通组成、超载方式和超载规律、历年交通量及交通组成、方向分配系数、车道分配系数、轴载年平均增长率等资料。以此为基础进行设计方法的判断，然后对轴载换算，和使用年限之内的累计标准轴次；其次，沿线地质、建筑土质以及筑路材料的收集，对道路路面使用状况进行记录，选取适用于重载路面筑路材料以及初拟路面结构的设计方面，利用实验的方法对结构层材料进行沿着，包括抗压回弹模量、抗拉强度等参数；最后，按照设计弯沉计算路面的厚度，结合半刚性基层、底基层进行相关数据的计算，包括弯拉应力、最大拉应力、如果满足不了具体的需求也可以选择对路面结构层厚度进行调整，或者是对路面结构组合进行变更，之后进行相关参数的计算。