淺析重載道路路面的設計方法

陳廣浩

（煙臺市規劃設計研究院有限公司，山東煙臺 264003）

0 引言

現階段，隨著社會經濟的不斷增長，社會基礎建設的投入也不斷增大，重載、超限車輛也隨之增多，重載車輛針對的是重載道路，需要進行路面設計，一般采取的方法是按照軸載對路面產生的有效應力進行設計。這種設計方法存在一定的盲目性，造成路面早期損壞的情況比比皆是。本文結合工程實例，對有關重載道路路面設計方法進行分析和探討。

1 路面設計指標

重載道路，多為重載瀝青路面，其設計采取的指標體系有很多種，比如路表彎沉、基層層底拉應力、車轍等，其中車轍預估模型還存在許多不完善的地方，因此暫不考慮。所以，按照重載路面受力和損壞特點，本文主要采取彎沉值的設計控制指標，把半剛性基層以及底基層層底彎拉應力當做是檢驗指標。結合重載道路路面下路面受力特點，對最大軸載進行應力驗算。具體而言，對設計彎沉值進行確定時采取以下公式：

式中：Ne——設計年限之內的車道上標準軸載累計當量軸次；

AC——公路等級的系數，具體為高速公路和一級公路1.0級，二級公路1.1級，三、四級公路為1.2級；

AS——面層類型系數，具體為瀝青混凝土面層1.0級，熱拌、冷拌瀝青碎石、瀝青表面處治為1.1級；

Ab——路面結構類型系數，半剛性基層瀝青路面為1.0級，柔性基層瀝青路面為1.6級。

2 重載瀝青路面荷載圖式

重載汽車為了促進經濟效益的提升，往往會采取減少行車阻力的手段，以及高強輪胎、加厚鋼簧的方法，因此貨車輪胎壓力不低于0.7 MPa，結合車輛的構造原理，軸重加大的同時，接地半徑和接地面積也會同時增加，然而輪胎間距是固定不變的，因此需要探究重載車輛和道路路面作用的具體特點，并提出符合實際情況的合理荷載作用圖式。

現階段，道路路面設計規范中對荷載圖式的計算方法進行規定，以雙輪雙圓、圓中心距是接地半徑標準荷載圖式的三倍，對重載車輛特點進行分析，計算荷載圖式無法代替重載車輛對道路路面的作用。結合上述分析，適合選用比利時方法，采用標準軸載為80 kN，同時還要對輪載接地面積以及路面狀況進行綜合考慮。高壓胎和路面的接觸面積不大，可以承擔一定的荷載，低壓胎和路面的接觸較小，具有較大的牽引力，受到路面沖擊力的影響較大，需要對路面實際情況進行調查。

3 交通參數

在對影響重載道路路面設計的因素當中，交通參數是比較重要的一個，具體設計時需要用到標準軸載的累計作用次數、交通量以及軸載方面的數據。

3.1 交通資料的獲取

相關設計規范顯示，道路設計使用期間，設計車道標準軸載累計作用次數為Ne，具體如式（2）：

N1是道路使用初期行車道上標準軸累計作用次數，是一個較為重要的影響因素，需要對交通資料進行深入分析，并結合交通工具及車型進行觀測和記錄。其中，對累計軸次進行觀測和記錄過程中，忽略了車輛的超載和軸載分布，僅僅按照實踐經驗進行換算，會存在較大計算誤差。所以，重載道路路面進行設計時，需要先對軸載譜進行研究，以此為前提再進行車輛軸重的調查和測試工作，得出道路軸載譜之后，經過換算即可得到道路使用初期行車道上標準軸累積作用次數。

3.2 使用期內年平均當量軸次增長率

在設計的使用年限之內，設計車道標準軸累計次數和作用Ne進行計算，其增長率指的是使用期間交通量的增占率。一般情況下，交通量平均增長率和年平均當量軸次增長率是有很大區別的。交通量平均增長率反映的是中型載重汽車的交通量情況，平均當量軸次增長率反映的是標準軸重的當量軸次增長情況。所以，重載道路路面進行設計，需要對一般車輛、重載車輛的增長率進行考慮，按照此增長率對年平均當量軸次增長率進行計算。

3.3 方向系數

所謂方向系數，指的是某方向上標準當量軸次和雙向總的標準當量軸次的比值。對重載道路路面進行設計時必須要考慮方向系數，這主要是由于重載道路的特征，其重載汽車主要運送大件貨物，具有較強的方向性，所以重載道路路面設計時區分重車方向和輕車方向，避免不必要的資源浪費。

4.4 標準軸載以及軸載的換算

數據研究顯示，標準軸載選擇130 kN是比較適當的，然而現階段道路路面容許彎沉是在100 kN標準軸載的基礎上彎沉的，如果標準軸載進行更換，那么應當重新確定其換算公式。如果是高于130 kN的軸載，則按照設計規范對彎沉、彎拉應力進行等效軸載的換算即可；軸載高于130 kN，結合上文中提到的換算方法，得出路面彎沉等效軸載換算公式和彎拉應力等效軸載換算公式，見式（3）和式（4）。

式中：N——標準軸載累計當量次數；

P——標準軸載；

C——軸數系數、輪組系數。

4 重載交通道路路面結構組合設計及厚度計算

數據調查顯示，重載道路上存在較為嚴重的坑槽、車轍以及網裂等現象，與此同時對重載路面的破壞機理進行研究，普通的重載情況，路表發生彎沉、層底彎拉應力會迅速提升，超重載路面遭受損壞的情況要超過常規軸載，所以重載道路路面設計時還需要考慮路面結構組合設計，一般是不能低于普通的瀝青路面。瀝青混凝土面層在使用期會受到行車荷載、自然因素等作用，因此必須要具備較高的強度、穩定性等，特別是熱穩定性，為了避免重載作用下產生車轍。一般而言，道路路面的基層為承重層，強度的要求非常高，如此看來，石灰土基層既沒有較強的水穩定性，也沒有較大的強度，因此不適合用作重載道路路面設計。重載道路路面往往選用穩定性較好的水泥穩定粒料、二灰穩定粒料等半剛性材料，如果超載情況更為嚴重，在重載道路路面設計方面，其基層可以選用貧混凝土、連續配筋混凝土等。除此之外，為了確保路基穩定可靠，對路基進行修筑時要填筑材質良好的路堤填料，在加強路基壓實的同時，促進路基強度的提高。利用對重載道路路面交通特征、材料性能以及實際狀況進行分析，選擇一個恰當的路面結構組合，結合彈性層狀體系理論，對道路路面的厚度進行確定。

5 重載道路設計方法使用條件

本文針對有關重載路面，展開與一般道路現行設計規范所不同的重載路面設計方法。從理論上進行分析，重載道路路面和一般路面的劃分是按照應力范圍進行區分的。理論上也是如此，因此本文建議可以按照以下兩個標準對道路設計方法應當選擇對應的設計方法：一方面，道路是不是多用于專項物質和大件貨物的運輸工作；另一方面，按照軸重儀的實際測試結果，假設道路上有特重型軸重車輛通過，單軸軸重不小于13 t，雙軸軸重不小于26 t，而且存在較為嚴重的超載現象，因此結合以上兩個條件，就可以得出重載帶路路面設計方法。

6 設計步驟

結合上文中研究結果，對現行路面設計規范進行參考，給出重載路面設計規范：首先是交通資料，主要是初始年日平均交通量、交通組成、超載方式和超載規律、歷年交通量及交通組成、方向分配系數、車道分配系數、軸載年平均增長率等資料。以此為基礎進行設計方法的判斷，然后對軸載換算，和使用年限之內的累計標準軸次；其次，沿線地質、建筑土質以及筑路材料的收集，對道路路面使用狀況進行記錄，選取適用于重載路面筑路材料以及初擬路面結構的設計方面，利用實驗的方法對結構層材料進行沿著，包括抗壓回彈模量、抗拉強度等參數；最后，按照設計彎沉計算路面的厚度，結合半剛性基層、底基層進行相關數據的計算，包括彎拉應力、最大拉應力、如果滿足不了具體的需求也可以選擇對路面結構層厚度進行調整，或者是對路面結構組合進行變更，之后進行相關參數的計算。

7 結語

綜上所述，在對道路路面的設計方法中，常規的以荷載為依據的設計方法已經無法滿足重載道路路面，如果不采取更改措施，則有可能導致工程設計存在一定的盲目性，因此本文對有關重載道路路面設計方法進行分析和探討，以期對于我國重載道路路面設計水平的提高，起到一定的促進作用。

[1]吳砥柱,劉鋒.深汕高速公路西段瀝青混凝土路面重載車輛接地面積及壓強計算[J].中國高新技術企業,2008(9):221-222.

[2]李林.重載瀝青路面設計方法初研[J].筑路機械與施工機械化,2005(8):22-24.

[3]張洪亮,許金良,郭榮慶,等.重載瀝青路面基于實測荷載圖式的軸載換算研究[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2010(1):114-116,133.

[4]裘萌萌.重載交通瀝青路面設計方法探討[J].中國水運(下半月),2008(5):246-247,249.

[5]李濤.重載交通下瀝青路面結構設計理論和方法分析[J].黑龍江交通科技,2009(4):11-12.

[6]宋應發.抗車轍的瀝青路面設計問題探討[J].交通標準化,2008(10):101-102.

[7]何勇均.瀝青路面主要設計方法與結構設計要點[J].黑龍江交通科技,2007(4):9-10.