公路路面設計關鍵技術研究

摘 要： 伴隨公路建設里程的不斷增加，道路交通行車數量、載重也隨之增多，路面早期病害愈加突顯。如車轍、沉陷等。此類病害的長期存在，將大大減短路面使用年限，對行車舒適性、安全性影響較大。重載下為有效防治或減少病害產生，必須通過實地調查、理論分析等從多角度研究公路路面設計關鍵技術。

關鍵詞： 公路工程；路面設計；重載

一、路面破壞原因分析

為了解路面破壞原因，必須計算分析路面受力后表征路面破壞的所有指標、參數，并及時找出影響路面質量、導致結構損壞的直接因素。以兩種重載下典型半剛性路面結構分析，按照從下到上的順序具體為

高速公路路面結構：土基+30cm二灰砂礫+40cm二灰碎石+18cm瀝青混凝土；

二級公路路面結構：土基+30cm二灰砂礫+30cm二灰碎石+10cm瀝青混凝土。

按照路面結構類型，在各軸載作用下，對路面結構破壞原則、影響因素進行分析。分析得出，軸載與瀝青面層指標成正比關系。即不斷增加軸載，瀝青面層各項指標也會隨之增加。常規荷載作用下，常規設計指標豎向彎沉、基層層底拉應力基本不變，但在重載下，差值、增長速度增加幅度較大。于土基頂面壓應變、面層剪應力同樣具有類似作用。此外，因以上兩種路面結構厚度存有差異，則其力學指標也不盡相同，則表明破壞路面的主要因素也包含路面結構厚度。為此，重載下不斷增加軸載，路面彎沉值也會隨之增加，進而減短路面使用年限，導致路面損壞程度加重。

二、重載交通瀝青路面設計方法

與常規路面設計相比，重載瀝青路面設計存在不同之處，主要體現在均在超載形式下產生路面受力特征及破壞機理。而相比常規荷載作用效果，其不同之處主要表現為交通特征、荷載圖式、軸載換算等方面。為此設計重載瀝青路面，必須調整及研究重載作用下路面設計的各方面內容，且以常規路面設計方法為前提，選取科學、有效的設計措施。

1、交通參數

路面設計的基礎就是調查、統計及總結交通參數，其對交通量多少、軸載換算方式等內容起決定作用，為此，于路面設計而言，交通參數影響較大。

（1）獲取交通資料。統計交通量時，可按照以下公式進行車道設計年限內累計標準當量軸次計算：

其中，一個車道設計年限內累計標準當量軸次可由Ne表示；

設計年限可由t表示；

路面運營首年雙向日平均當量軸次可由N1表示；

設計年限內交通量平均增長率可由γ表示；

車道系數可由 表示。具體如表1所示。

在調查交通量時，路段實時觀測可利用觀測站、臨時站點進行觀測，觀測時間各不相同，可依據積累的經驗，通過一定換算系數進行觀測數據結果調整，并以此作為此路段年平均日交通量。交通量利用觀測站獲取的情況下，主要是利用概率統計方法進行車型選擇，隨后換算軸載，此方式獲取的累計抽次可適用于常規荷載道路，但針對軸載譜對設計的影響并未考慮。在重載瀝青路面設計過程中，如不對軸載譜內重載車輛的影響因素進行充分考慮，將導致路面實際使用壽命和理論設計之間存在極大差異。

基于此，設計前，應做好交通資料調查、統計工作，而不僅要統計交通總量數據，還必須對整個交通構成做好分類，也就是統計、調查軸載譜，隨后進行統計、軸載換算，最后將全部車輛各軸載累計作用次數計算出來。

2、重載交通瀝青路面結構組合及厚度設計

按照路用材料特征，在路面結構設計時，需合理選用結構層材料及厚度。瀝青面層按照從上到下的順序，可分為上下或上中下2～3層。路面結構層厚應與各項指標相符。設計重載瀝青路面時，可適量增加厚度，如表2所示。

按照上述分析，按照從下到上的順序，此次擬定瀝青路面四種結構，以此為重載瀝青路面結構設計提供依據，具體如下：

結構一：土基+水泥（石灰）粉煤灰土+水泥穩定碎石+瀝青混凝土；

結構二：土基+二灰土（石灰土）+二灰碎石+瀝青混凝土；

結構三：土基+石灰土+水泥粉煤灰碎石+貧混凝土+瀝青混凝土；

結構四：土基+水泥穩定碎石+級配碎石+瀝青混凝土。

三、工程案例分析

1、瀝青路面狀況

因重載、流量大及渠化交通問題，嚴重影響了公路路面結構強度及服務性能。本文以瀝青路面為例，對瀝青路面路況進行調查，如表3所示。

由此可見，路面損壞較為嚴重的路線為G102、S301；已滿足重建要求，實際應用中，局部路段已翻修。

2、工程實例

本文以G102段為例，路面設計可選用路用材料作為參數分析。主要材料包括石料、瀝青材料、土基等。該工程為2010年大修工程，整體長度為10.8km，路面結構為碎石化底基層+水泥穩定碎石基層+瀝青混凝土。15年為其設計年限，以5年為一個階段劃分其交通量增長率，分別為8%、7%、5%，路面結構層可通過HPDS2011-UR-S路面設計程序計算，僅以路表彎沉、層底拉應力作為設計考慮因素。

（1）常規設計法

第一，累計標準軸載作用次數（指標為彎沉、彎拉等效）如下：

第二，設計層厚度（指標為彎沉值）如下：

因此，以561mm作為設計層厚度。

（2）重載路面設計計算法

第一，累計標準軸載作用次數（指標為彎沉、彎拉等效）如下：

第二，設計層厚度（指標為彎沉值）如下：

因此，以611mm作為設計層厚度。由此可見，相比常規設計方法，重載路面設計法設計厚度較大。可利用重載軸載換算法對其所有指標下的累計標準軸載作用次數進行準確計算，并向設計指標公式代入，以此獲取控制指標數值。如設計厚度與驗算指標相符，則無需調整其厚度，如不符，需再次進行調整。

四、結束語

綜上所述，作為我國社會物資運輸的主要方式之一，道路交通在整個運輸行業占據著重要位置。據相關數據顯示，我國公路貨物運輸量于2015年11月已達到3224844萬噸，相比2014年同期增長了106.2%，且比例仍舊呈現出上升趨勢。不斷增長的貨物運輸噸位，必然會增加整個道路系統重載交通量比例，進而對公路質量、等級提出了更高要求。為此，在公路建設規模不斷擴大的過程中，必須滿足重載交通下路面使用需求。長期經重載車輛碾壓，路面病害問題愈加嚴重，尤其是瀝青路面裂縫、車轍問題尤為突出。為此，必須根據具體情況，采取科學有效的設計方法，有效提升路面質量。

參考文獻

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作者簡介：王建勛 男 19830426 河南周口，本科 研究方向：公路城市道路設計，工程師。