水利水電工程場內道路普通水泥混凝土路面設計中設計軸載及設計軸載累計作用次數的研究

徐顯芬

中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司 貴州貴陽 550081

水利水電工程場內道路使用年限短，行車速度慢，荷載集中于施工期，通行車輛軸載大，施工結束幾乎無車輛通行；道路等級低，對應公路中四級公路[1-2]。

1 設計軸載累計作用次數的確定

文獻[5]1987年頒布后至今未更新，場內道路一直采用文獻[5]和《公路水泥混凝土路面設計規范》配合設計。

文獻[3]以設計基準期內設計軸載累計作用下荷載疲勞應力遞增、溫度疲勞應力、最重軸載最大應力、溫度最大應力進行路面設計。文獻[4][5]以設計使用年限內設計軸載累計作用下混凝土抗折疲勞強度遞減、設計軸載最大應力進行路面設計。

進行路面設計需確定設計軸載和設計軸載累計作用次數，設計軸載與通行汽車有關，設計軸載累計作用次數與全年工作日數、日交通量有關[3-5]。下圖為某水庫大壩土石方填筑強度曲線，高峰期施工強度為9.77萬m3/月，文獻[1]以此確定小時行車密度，用于確定道路寬度，全年不盡相同且無規律性；年運量為施工高峰期年累計運量，各年不盡相同且無規律性；施工采用幾班制各項目不盡相同且無規律性。

若用小時行車密度和年運量計算設計軸載累計作用次數，確定平均日交通量需假定施工期平均行車密度、日工作班制，年工作日數、運輸材料密度、運輸汽車型號、施工工期等，假定條件過多，不利于工程應用。

根據施工組織設計，場內某道路總運量和運輸汽車型號可確定，用除以汽車載重即可得汽車行駛次數，進而推導出設計軸載累計作用次數，減少了需要假定的條件，簡化了計算，流程如下：

注：計算荷載應力考慮了超載系數[5]，此處不予考慮。

施工運輸常用自卸汽車、混凝土罐車、大件運輸掛車。路面破壞主要為行駛頻繁的自卸汽車和混凝土罐車荷載反復作用的疲勞破壞，若取行駛頻率小的大件運輸掛車軸載為設計軸載，此軸載與行駛頻繁的自卸汽車和混凝土罐車軸載相差大時，因中11冪次導致變小而失真，故取行駛頻繁的自卸汽車或混凝土罐車載重時最重軸載為設計軸載。各級軸載換算為設計軸載累計作用次數：

2 設計軸載的確定

文獻[5]中自卸汽車為兩軸，軸載大，而今場內道路用自卸汽車多為3軸或4軸，軸載減小[6-8]。如表1，現行20t自卸汽車軸數增加，最重軸載約為文獻[5]軸載的1/2。當道路總運量一定，兩種自卸汽車運輸次數相同，路面設計采用文獻[5]自卸汽車，必因設計軸載大而采用較厚路面，造成資源浪費。文獻[5]87年頒布后，自卸汽車不斷更新，而文獻[5]未更新，因此必須對用現有自卸汽車運輸時路面設計進行完善，見表1。

表1 20t自卸汽車參數對比表

3 結語

（1）路面破壞形式主要為荷載疲勞破壞，以行駛頻繁汽車最重軸載為設計軸載。

（2）場內道路年運量各年不盡相同，小時行車密度全年不盡相同，且無規律性，可根據道路總運量按公式1、公式2確定設計軸載累計作用次數。

（3）現行自卸汽車軸數增加，軸載減小，用文獻[5]自卸汽車進行路面設計，必因軸載大采用較厚路面，造成資源浪費，必須對用現有自卸汽車運輸時路面設計進行完善。

（4）為避免單次最大荷載應力造成路面極限破壞，應考慮所有通行車輛中最重軸載最大荷載應力。