水利水电工程场内道路普通水泥混凝土路面设计中设计轴载及设计轴载累计作用次数的研究

徐显芬

中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州贵阳 550081

水利水电工程场内道路使用年限短，行车速度慢，荷载集中于施工期，通行车辆轴载大，施工结束几乎无车辆通行；道路等级低，对应公路中四级公路[1-2]。

1 设计轴载累计作用次数的确定

文献[5]1987年颁布后至今未更新，场内道路一直采用文献[5]和《公路水泥混凝土路面设计规范》配合设计。

文献[3]以设计基准期内设计轴载累计作用下荷载疲劳应力递增、温度疲劳应力、最重轴载最大应力、温度最大应力进行路面设计。文献[4][5]以设计使用年限内设计轴载累计作用下混凝土抗折疲劳强度递减、设计轴载最大应力进行路面设计。

进行路面设计需确定设计轴载和设计轴载累计作用次数，设计轴载与通行汽车有关，设计轴载累计作用次数与全年工作日数、日交通量有关[3-5]。下图为某水库大坝土石方填筑强度曲线，高峰期施工强度为9.77万m³/月，文献[1]以此确定小时行车密度，用于确定道路宽度，全年不尽相同且无规律性；年运量为施工高峰期年累计运量，各年不尽相同且无规律性；施工采用几班制各项目不尽相同且无规律性。

若用小时行车密度和年运量计算设计轴载累计作用次数，确定平均日交通量需假定施工期平均行车密度、日工作班制，年工作日数、运输材料密度、运输汽车型号、施工工期等，假定条件过多，不利于工程应用。

根据施工组织设计，场内某道路总运量和运输汽车型号可确定，用除以汽车载重即可得汽车行驶次数，进而推导出设计轴载累计作用次数，减少了需要假定的条件，简化了计算，流程如下：

注：计算荷载应力考虑了超载系数[5]，此处不予考虑。

施工运输常用自卸汽车、混凝土罐车、大件运输挂车。路面破坏主要为行驶频繁的自卸汽车和混凝土罐车荷载反复作用的疲劳破坏，若取行驶频率小的大件运输挂车轴载为设计轴载，此轴载与行驶频繁的自卸汽车和混凝土罐车轴载相差大时，因中11幂次导致变小而失真，故取行驶频繁的自卸汽车或混凝土罐车载重时最重轴载为设计轴载。各级轴载换算为设计轴载累计作用次数：

2 设计轴载的确定

文献[5]中自卸汽车为两轴，轴载大，而今场内道路用自卸汽车多为3轴或4轴，轴载减小[6-8]。如表1，现行20t自卸汽车轴数增加，最重轴载约为文献[5]轴载的1/2。当道路总运量一定，两种自卸汽车运输次数相同，路面设计采用文献[5]自卸汽车，必因设计轴载大而采用较厚路面，造成资源浪费。文献[5]87年颁布后，自卸汽车不断更新，而文献[5]未更新，因此必须对用现有自卸汽车运输时路面设计进行完善，见表1。

表1 20t自卸汽车参数对比表

3 结语

（1）路面破坏形式主要为荷载疲劳破坏，以行驶频繁汽车最重轴载为设计轴载。

（2）场内道路年运量各年不尽相同，小时行车密度全年不尽相同，且无规律性，可根据道路总运量按公式1、公式2确定设计轴载累计作用次数。

（3）现行自卸汽车轴数增加，轴载减小，用文献[5]自卸汽车进行路面设计，必因轴载大采用较厚路面，造成资源浪费，必须对用现有自卸汽车运输时路面设计进行完善。

（4）为避免单次最大荷载应力造成路面极限破坏，应考虑所有通行车辆中最重轴载最大荷载应力。