重载交通下沥青路面设计

摘要：重载交通不可避免时，沥青路面设计时需考虑轴载换算，并结合重载进行路面结构设计，综合考虑分段、分时、分幅不同轴载不同路面设计关系。

关键词：沥青路面，重载，轴载，路面结构

Abstract: the heavy traffic inevitable, asphalt pavement design should be considered when axle load conversion, and combined with pavement structure design heavy, comprehensive consideration of the section, points, points of different axial load road surface design relationship.

Keywords: the asphalt pavement, an overloaded, axle load, pavement structure

中图分类号：U416.217文献标识码：A 文章编号：

前言

根据目前公路交通量及道路等级对路面的使用要求，沥青路面比起水泥路面，具有施工方便快捷、行车平稳舒适、噪音低且易于养护维修、对地基变形的适应性强等优点，因此其作为高级路面的主要结构类型而在国内公路和城市道路建设中经常被应用。

目前国内公路特别是温州地区的车辆超载超限情况十分普遍，车辆后轴轴载普遍超出100 kN的限定值，有的达到180 kN以上；轮胎充气压力超出0.7 MPa的额定值，有的超出0.9 MPa以上。重载交通对沥青路面所造成的损坏主要集中于疲劳开裂和车辙损坏，所以路面早期损坏现象非常明显，极大地降低了路面的服务功能和使用寿命，增加了公路的维护成本。

虽然《中国公路法》、《路政管理条例》等均对单轴轴载超过100KN的车辆规定为超载车、违法车，然而，随着现有经济发展，车辆改装技术提高，重车、特重车的出现已屡见不鲜，而这种车辆一般都是经济建设主力军，路政执法都较困难，特别是温州正处在经济建设大跨越的时代，开山造地，填海围田，工程建设规模史无前例。面对这样一种背景下，笔者提出沥青路面设计时需综合考虑重载车辆的影响。

一、轴载换算

我国现行公路沥青路面设计规范中给出的轴载换算公式如下式所示，在弯沉等效时，式中n=4.35，验算半刚性基层层底拉应力时n=8.0。但这仅适用于单轴轴载不大于130 kN，双轴轴载不大于220 kN的交通条件。重载情况下，随轴重的增加，沥青路面表现出明显的非线性，n的取值将远大于规范规定的数值。

N=Σc1c2n(P)

其中，P为轴重；N为轴载作用次数；n为系数。

据有关文献所知：不同路面结构下轴载换算系数与轴载的关系，发现轴载换算系数n主要与轴载有关，利用回归分析，忽略不同路面结构对轴载换算系数所造成的误差，可以得到基于弯沉、弯拉以及车辙等效的轴载换算系数n的取值范围。考虑超载，弯沉等效时n=5.0～5.8，线性分析结果n=5.0，非线性分析结果n=5.5；弯拉等效时，一般半刚性基层路面n≈8.0，考虑超载时n≈9.0；车辙等效时，n=4.0—4.5。

由以上分析可知，n的取值远大于规范规定的数值，这就说明在较短的时间内可以达到路面设计的累积标准轴次，所以路面的使用寿命大大减少。超载100％时，高速公路、一级公路的路面结构只能使用1.40年，二级公路的路面结构只能使用1.20加年。三级公路的路面结构只能使用0.70年。

二、路面结构设计

“强基、薄面、稳路基”方针的半刚性基层沥青路面是我国沥青路面的主要形式，我国的高等级公路的路面大部分为半刚性基层沥青路面结构，选用优质原材料，调整混合料级配，完善配合比设计，合理选择沥青面层厚度，加强结构层之间的粘结，提高基层强度和路面结构的承载能力，这些都可以改善路面对重载交通的适应性。然而这种路面的缺点是疲劳寿命对轴重的敏感性强，在重载作用下，会使路面很快损坏。近年来，全厚式路面结构在国外已经取得了成功，并正在推广使用。全厚式路面结构的特点是按功能合理设置路面结构层，要求路面结构的面层具有抗车辙、不透水和抗磨耗的能力，中间层要具有良好的耐久性，基层要具有抗疲劳和耐久的能力。这种全厚路面对重载有着良好的适应性，尤其适合我国重载车辆较严重的状况全厚式路面的设计理念代表了国外高等级公路路面结构选择和设计的新趋势，具有一定的合理性。这种路面的总厚度比常用基层的沥青路面结构层更薄，同时还具有减少路面疲劳裂缝的可能性，将路面可能发生的破坏限制在路面结构的上部，即使路面的破坏达到某一临界水平，也只需更换表面层，而无需改变路面标高，因此这是一种经济性好的路面。针对我国重载车辆较严重的现状，引入全厚式路面结构是合理的和必要的。

出于造价成本上考虑，在重载作用下也可采用柔性基层作为路面结构设计。从现有沥青路面设计规范上规定，沥青路面设计弯沉Ld计算为

其中Ab路面结构类型系数，柔性基层Ab=1.6，半刚性基层Ab=1.0，故在理论上分析柔性基层设计弯沉值要求比半刚性基层设计弯层要低1.6倍。

三、不同路况需结合分段设计、分幅设计、分时设计

分段设计：整条道路上经常出现各种与之相交的路线，而这些相交路线又是交通量巨大、轴载较重的行驶路线时，使得相交路线之间的路段设计弯沉要求与本身其他路段设计弯沉要求要高的多。这种分段设计经常会在多条道路汇聚在一条道后，经过一段共用道路再分流的状况下采用。

分幅设计：由于重轴载车行驶方向不同，左右幅车行道按不同轴载标准进行设计。现有交通量统计是根据车辆类型统计，对车辆轴载统计还有所不足，有时某两地经济往来，经常性一方满载通行至另一方，而另一方又空载回至一方，造成单侧路副路面承重较大；特别是那种矿料集散地与需求方两地之间的来往，从矿料场到填料场往往是轴载最多的一方，也是路面弯沉要求最高的一侧，而从填料场到矿料场，一般都是空车回去，当量轴载就比较少了。

分时设计：考虑规划需要，对今后增加短暂交通流量及轴载增加量进行设计。经济建设是在不断的建设完善中，特别是基础设施的建设，其运输一般离不开我们交通道路。我们在统计交通量时往往会忽略在某一段时间内由于经济建设的需要而增加的交通量，这种交通量只存在于某一时期，过了这段时间后其又恢复到原先交通等级上。而这种交通量也直接影响到公路使用寿命，是不可忽视的。故设计时要结合当地规划要求，适时增加交通量统计，更加符合现有的设计。

四、适时调整规范

我国《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)规定的现行轴载换算公式是在对当时已建成的典型路面结构的调查研究基础上提出的，所调查的公路主要是半刚性路面和低等级的柔性基层沥青路面。规范所采用的轴载换算公式已不适应重载交通沥青路面设计的需要，有必要针对道路材料、结构差异、车辆轴重影响等原因，结合重载交通实际状况和沥青路面的普遍结构形式，对车辆轴载换算进行有针对性的研究，从而提出重载条件下的轴载换算公式，为建立重载条件下柔性基层沥青路面的设计方法提供依据。

《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）从2011年12月1日起实施，其中与老规范最大不同点之一就是采用标准轴载设计与重载校验标准进行双控设计。如果沥青路面设计时引入重载较验标准，特别是对沥青层抗剪能力校核，会大大延长沥青路面使用寿命。

五、结语

在现行路面设计中，一方面交通量调查中并未考虑超载车辆问题，在设计中也就考虑不到准确的当量轴载，造成设计年限内轴载次数与事实不相符的现象；另一方面，现有规范是以标准轴载100KN来计算，对大于130KN轴载并未考虑换算关系，从而导致大部分建成通车后沥青公路没到设计年限，路面都已破裂不堪了。

本文以现有设计规范为依据，结合超载现象频繁，在设计方面得出以下几个结论

重载对沥青路面的影响很大，是路面结构早期破坏，降低使用年限的主要原因。在进行沥青路面设计时，不仅要考虑轴载转换，还要考虑结构层厚度方面关系。

轴载计算时还要考虑不同路段、不同路幅、不同时间段的差异，使设计更符合实际路况。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。