重载交通作用下沥青路面设计研究

姚亮

摘 要：目前，荷载已经成为损害沥青路面的主要机理因素。因此，本文首先对重载交通作用下的沥青路面结构进行了简单分析，并探讨了沥青路面受到的具体影响，最后对交通作用下的沥青路面设计内容进行探讨，包括水损害设计、层间设计、厚度设计，以供参考。

关键词：重载交通;沥青路面;路面设计

中图分类号：U416.217文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）16-0099-02

Abstract： At present， load has become the main mechanism factor of asphalt pavement damage. Therefore， this paper first analyzed the asphalt pavement structure under the action of heavy traffic， and discussed the specific impact of the asphalt pavement， and finally discussed the design content of the asphalt pavement under the action of traffic， including water damage design， interlayer design， thickness design， for reference.

Keywords： heavy traffic;asphalt pavement;pavement design

1 研究背景

一般來讲，在铺设公路沥青路面的过程中，最重要的两项参数为稳定性与平整度，部分使用性能较高的路面还需要具备相应的抗滑能力与耐磨能力。在行车过程中，受到扬尘、噪声等因素的影响，公路路面可能会受到一定程度的污染。在大部分情况下，沥青路面使用的沥青属于具有较强粘聚力的混合材料，其作用在于黏结基层与矿质颗粒，促使整体结构的凝固性能得到提升。沥青混合料的运用能使路面结构的柔性与强度得到提升，从而从抗滑性、耐磨性、耐压性及防渗性等方面优化公路路面的使用性能。对于处在使用年限内的沥青公路来讲，其路面承受的车辆交通荷载较大，对平整度、抵抗车轮磨损能力有着较高的要求;同时，还要保障行车安全性与舒适度。这对沥青公路设计人员的专业能力提出了较高要求，在设计过程中必须对多方面影响因素进行细致的分析。

2 重载交通作用下沥青路面受到的影响

在我国，公路沥青路面的设计大多以单轴轴载为100 kN标准为主，路面结构设计标准包含了设计年限内的累积标准轴次。如果单轴轴载超过130 kN，或者双轴轴载超过220 kN，那么就可以对公路路面受载情况定义为重载。所谓的重载交通，就是基于单位时间内的路面行车轮压、轴次、行车荷载及车流量等参数对其与路面的承载拉应力间的较大实际范围差进行计算。

2.1 沥青路面结构剪应力

沥青路面的设计依据主要为路面结构力学特性，在设计过程中设计人员需要通过大量计算与分析来确定路面结构形式，从而使轮载作用与自然环境下的路面结构具有较高质量，为交通运输提供更加优质的服务。从力学视角来看，在路面结构分析中，路面载重不同，其各个结构层受到的剪应力也存在差异。通过计算可以得知，面层厚度、轴载、模量等因素对沥青面层内部的剪应力具有较大的影响。路面剪应力对路面产生作用的区域以面层为主，其大小与轴载成正比。其中，沥青路面中部面层受到剪应力的作用最大。对于沥青路面而言，其表面产生的拉应力往往较大，但在行车超载情况下，应力与路面弯沉现象将会加剧，此时沥青路面会受到力学作用的较大影响，其应力指标变化也变得非常显著，这无疑会使路面结构的内部应力强度得到提升，最终导致路面结构发生弯曲、沉降等，从而对路面结构产生较大的毁坏。

2.2 沥青路面疲劳

根据调查可知，重载交通作用下，沥青路面面层结构受到的疲劳开裂损坏情况是非常常见的。一般来讲，受到重载作用的影响，沥青面层会因为剪应力或者表面荷载力而产生疲劳破坏。在大部分情况下，路面开裂都是源自于表面，并逐渐向内部发展。当荷载车辆处于双轮静态时，量圆四周的剪应力是非常大的;而车辆双轮处于动态时，双轮外边缘则会从纵向对路面部分区域产生剪切应力，从而使路面受疲劳破坏而形成纵向裂缝。轮载作用具有较强的随机性，在高剪应力部位，其产生的作用最为突出，并且形成网状路面裂缝的概率比较大。

2.3 路面车辙影响

在交通运输趋于重型化发展的背景下，沥青路面的形变也趋于永久性，这对于路面设计者而言无疑是一个巨大挑战。在重载作用下，沥青路面的车辙是非常常见的一种破坏形式。由于路面荷载、交通量比标准要求超出许多，因此路面结构层会产生较高的水平剪应力。再者，在高温条件下，沥青混合料的抗剪能力也相对较低。此外，如果沥青路面车辙深度达到一定水平，则还会引发一些继发性的病害，如水损坏。水损主要是指渗入沥青路面的自由水分在温度变化及车载负荷的作用下，逐步侵入沥青与集料的界面上，导致沥青膜从集料表面剥离以及集料之间的黏结力丧失而发生路面破坏的过程。在水分透过面层后，沥青路面的半刚性基层也会长时间滞留，此时在重载交通作用下，因为动水压力的产生，会冲刷路面基层细料，从而导致路面结构遭受破坏。由此可见，在重载作用下路面车辙造成的影响也是非常大的。

2.4 路面材料性能影响

沥青路面结构性能的发挥在很大程度上取决于其材料性能，具体涉及矿质、添加剂、沥青以及粗细集料等。一般来讲，在重载交通作用下，设计人员需要提高沥青面层材料强度，如采用混合料，并提高材料模量。只有如此，才能确保沥青面层在高温高压条件下能承受轮胎的荷载。

3 重载交通作用下沥青路面设计研究

3.1 水损害设计

如果沥青路面受到重载交通作用的长期影响，那么路面就会出现比较显著的开裂现象，或者是留下较深的车辙。此时，若维护人员没有及时处理这些问题，那么受到水的作用，沥青路面就会出现严重坑槽。对此，在重载交通作用下，做好沥青路面水损害防护具有重大意义。具体来讲，在设计过程中，设计人员应在基层选择一些排水材料，如将碎石设置在基层，而在沥青面层下层，则应该选择沥青成分与含量较高的沥青砂，并设置下封层，如此就能控制地下水上升问题。在设计沥青面层的连接层与下面层时，应该设计结构层，其材料应该选擇具有良好嵌挤作用及较大空隙率的沥青碎石，从而有效排除水分，减少水损害对沥青路面结构产生的影响。

3.2 层间设计

在重载交通作用下，沥青路面层间设计也十分重要。当沥青层与基层缺少黏结性时，沥青层厚度与相关标准不相符，就会产生比较严重的车辙损害。对此，设计人员应处理好沥青层与基层的黏结问题，在设计中严格按照规范要求，选择合理的施工方式与材料，如通过热撒改性沥青来强化层间的黏结性，提高路面质量。此外，设计人员还可以选择分级的方式来处理沥青，将先进的设备与方法运用到沥青检验中，并根据沥青的流动性、温度开裂等指标，优化沥青流变力学的指标分析。再比如，在沥青路面压实作业中，利用旋转压实机对其进行模拟，从而为沥青路面整体性能达到力学指标提供支持。

3.3 厚度设计

由于当前沥青路面受到重载交通作用的影响较大，其结构大多是基于弹性层状体系理论基础而进行设计的，其中设计年限内的换算当量为重要的交通量指标。设计人员应遵循合理性原则，充分考虑路面损伤与疲劳情况来设计沥青路面结构层的厚度。在工程实践中，考虑到重载交通作用的多方面因素，沥青路面基层往往并不是主要的受破坏部位，沥青层受到破坏的情况比较多。根据相关计算与分析，在沥青层与地层状态处于完全连续时，如果增加沥青层厚度，那么就会增加层底的拉应力，然而增加的量相对较小。在沥青层厚度不超过18 cm的情况下，沥青层厚度与车辙损坏程度成正比;而在沥青层厚度超过18 cm的情况下，那么二者关系则相反，即成反比[1]。当沥青层与基层间处于滑动截面状态时，那么沥青层底部的剪应力则与沥青层厚度呈反比。也就是说，层间条件往往会决定沥青层厚度与车辙损坏程度间的关系。因此，设计人员必须对此予以关注，并根据现场实际情况，选择合理的设计参数，从而提高沥青路面的结构质量。

4 结语

近年来，国内交通运输规模不断扩大，行车车辆荷载持续增长，在交通组成中，不管是轴载、轴次还是轮压水平都不断提高，且呈逐年增长趋势。在此背景下，荷载已经成为损害沥青路面的主要机理因素。为了提高重载交通作用下的沥青路面质量与使用水平，工作人员可加强水损害设计、层间设计、厚度设计。

参考文献：

[1]张亮.重载交通沥青路面设计指标研究[J].交通标准化，2013（2）：44-47.