重载交通沥青路面设计方法研究

摘要：当前我国经济的快速发展，高速路上的交通量也在迅速增加，尤其是重载交通地区车辆超载严重，导致路面质量严重下降，给交通带来很大不便，因此，研究重在交通沥青路面的设计方法具有十分重要的意义。对其设计方法进行改进，从而提高重载交通沥青路面的整体质量。

关键词：重载交通；沥青路面；设计方法

中图分类号：TU535文献标识码： A

引言

近几年，随着我国公路交通事业的快速发展，新、改建公路工程项目在数量上比以往任何时候都有了大幅度的增加，但是，由于地理位置(重载车辆经过此处较多)以及设计、施工等方面的原因，使得投入巨额资金修建的公路不到设计年限就过早的发生破坏，增加了维修次数和维修费用，影响了车辆行使的舒适性及通行能力，造成了巨大的经济损失。调查表明，沥青路面发生早期破坏的原因是多方面的，但非常重要的一个因素就是路面设计对车辆超载超限估计不足，现行的沥青路面设计方法不适宜重载交通沥青路面设计。

1 传统沥青路面设计方法的缺陷

1.1 设计指标单一

虽然沥青路面结构设计中包含弯拉与弯沉应力验算指标，然而在沥青路面实际结构设计中，弯沉成为路面结构设计的唯一指标，也就是说根据现有规范方法，在路面设计弯沉符合条件的情况下，弯拉应力验算一定是通过的，致使其成为唯一的设计指标。

1.2 设计指标不可控制

设计指标应该是路面结构可能发生破坏的控制指标，就是路面结构损坏模型和设计模型一致。然而实际情况是弯沉指标不能和很多破坏标准与破坏类型相统一、协调。目前的沥青路面的损坏和设计模式很不一致，设计指标形同虚设。

1.3 实际交通荷载与设计荷载出入较大

依据交通荷载情况的调查，当前我国汽车后轴轴重通常在60~150kN，但是设计标准轴载为单轴双轮胎100kN。近年来超载车、重载车大量增加，有的标定30t的车辆，实际达到150t以上，虽然相关部门对其进行了超载超限治理，车辆超载的现象还是经常发生，导致了路面早期破坏，大大缩短了路面使用寿命。

2 车辆超限超载的界定

车辆超重包括轴载超过公路限值和装载质量超过额定吨位两种情况，具体定义如下：

超限主要指公路上行驶的车辆、工程机械，其总质量、轴载质量、外型尺寸三者之一超过限值标准的情况。目前我国规定车货总质量的最大限值为40t，单轴、双联轴和三轴的限值分别为10t、18t和22t；外型尺寸包括对车货长、宽、高的限制，我国的标准分别为25m、3.5m和4.3m，主要在于保障公路运输的净空要求[1]。针对道路设施的损坏，公路部门最关心的是总重或轴载超限。

超载指运输车辆装载质量超过额定吨位的现象。超载的方法包括将汽油发动机改装成柴油机，改善动力性能；或者把常规轮胎更换成大规格或钢丝子午线轮胎，提高内压；另外可采用增加钢板弹簧片数、拦板高等等手段。超载车辆行驶不仅影响道路行车安全，尤其对道路结构及桥涵等构筑物产生很大的危害，使其过早损害，功能衰退。因此道面结构设计中应考虑超载车辆的影响。

3 重载交通沥青路面设计方法

3.1 重载交通沥青路面设计标准

依据分析，在标准轴载作用下，应用现行规范设计指标体系进行沥青路面结构厚度计算时，路表弯沉指标起控制作用，整体性结构层(包括基层与面层)的层底拉应力验算指标在厚度设计时通常起不到作用。然而路表弯沉指标而且存在显著的缺陷。大量的计算分析表明，土基顶面压应变与路表弯沉之间具有很好的相关关系。经过相关关系可以由路表弯沉推算到土基顶面压应变，把路表弯沉与土基顶面压应变准则结合起来，就能够一起利用土基顶面压应变准则非常合理与方便路表弯沉量测的优点。所以，建议仍将路表弯沉作为一个设计指标。

在重载车辆作用下，疲劳破坏是沥青路面最容易出现的病害之一。疲劳破坏主要和路面各层的应力有关，所以，沥青路面各结构层层底拉应力仍需要作为设计指标。超重车对沥青路面的车辙破坏影响较大，与疲劳破坏相同，重载沥青路面上车辙也是主要的破坏形式。尽管规范设计指标没有考虑车辙，然而依据重载沥青路面的受力特征，需要考虑车辙破坏。所以，建议将车辙作为重载沥青路面的一个设计指标[2]。

3.2 重载交通沥青路面轴载换算方法

在进行路面结构设计中，交通轴载是路面厚度设计的一个重要参数[3]。目前，我国现行沥青路面设计规范，用于设计的标准轴载为100kN，进行轴载换算采用的公式为：

N=C1C2ni()4.35 （1）

式中：P、N标准轴载或指定轴载的轴载重和当量作用次数；

Pi、ni被换算轴载的轴载重和作用次数；

C1轴数系数；

C2轮组系数。

现行公路沥青路设计规范运用弯沉计算时的轴载换算公式只适合轴载小于 130kN的各级轴载。根据研究表明，当轴载大于130kN时，随着轴载增大，弯沉增大较大，其关系具有明显的非线性，由此公式推导重载、超载车辆的当量轴载换算系数不太合理。因此，轴载换算时需对某些系数进行修正。

3.2.1 弯沉等效的轴载换算方法

根据弯沉等效关系={}n1及设计弯沉Ld=AN-c，可得 （2）

式中：L为弯沉，P为轴载，N为轴载作用次数，A、c、n、n1为系数。一般情况下n=4.0~4.8，现行沥青路面设计规范取4.35，超载时取n=5.0~5.8。

3.2.2 弯拉等效的轴载换算方法

按荷载应力和温度和温度应力综合疲劳损耗等效关系，可得

（3）

式中：σ为荷载作用在路面产生的拉应力。经过研究分析，一般半刚性基层路面ns=8.0，超载时ns=9.0。

3.2.3 车辙等效的轴载换算方法

国内曾通过室内车辙试验、现场实测数据，根据车辙等效原则，对轴载进行了换算。

3.2.4 AASHTO的轴载换算方法

建议采用美国州公路与运输官员协会（AASHTO）按现时服务能力指数等效原则得到的轴载换算公式：

（4）

式中：α，ρ-路面结构参数（面层类型、面层厚度、基层厚度）和荷载参数（轴重等）的函数；

PSI0路面刚修好时的初始服务能力指数，沥青路面取4.2；

PSIt-路面需大修时的终端服务能力指数，对于特重交通道路取3.0，主要道路取2.5，轻交通道路取2.0。分析超载车辆对路面结构的作用时，可取为PSIt为3.0进行轴载当量换算系数计算。

3.3 厚度设计

国外的沥青路面设计通常以沥青混凝土面层的弯拉应力作为设计控制指标，并且以路标弯沉与基层底面拉应力作为验算指标，例如AI设计法、Shell设计法等，这些方法都是符合国外的粒料基层结构或全厚式结构的特征。路面设计弯沉是我国沥青路面设计规范的主要控制指标，对高等级路面的半刚性基层与面层验算其层底拉应力。然而按照相关研究，在当前半刚性基层应用非常普遍的情况下，基层的层底拉应力能够比较好反映荷载对结构的疲劳损耗要求，同时在进行高等级的路面结构设计时，常常是路标弯沉值满足要求，而基层底面拉应力验算无法通过，所以基层底面拉应力指标更具有控制意义。

依据国内外经验，在重载沥青路面设计中，通常采取半刚性基层厚度增加、沥青面层强度改变、沥青面层厚度增加与土基增强等方法。

4 结束语

综上所述，对重载交通沥青路面的进行改进设计，通过几种轴载换算方法与沥青路面厚度设计，来满足沥青路面在超载、重载的作用下，沥青路面的质量不被破坏。在设计时，设计师可以依据国内外的经验，对重载沥青路面进行设计。

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(02).

[2]季新友,席华琳,任勇.重载交通条件下交通参数分析及沥青路面设计[J].交通标准化,2013(03).

[3]肖田,王晓华,靳灿章.基于实测弯沉等效的重载交通沥青路面轴载换算[J].河北工业大学学报,2011(40):93-95

作者介绍：丁银梅（1979-），荆州市城市规划设计研究院，道桥工程师，主要从事道路交通规划和城市道路、桥梁的设计与研究工作。谭利英（1979-），荆州市城市规划设计研究院，道桥工程师，主要从事道路交通规划和城市道路、桥梁的设计与研究工作。