劉洋

摘要：重載道路是社會(huì )基礎設施建設的重要組成部分，運行車(chē)輛的荷載較高，載重超過(guò)30t，對路面損傷較大，為了提高重載道路的行車(chē)安全性，有必要對其路面設計相關(guān)方法進(jìn)行深入分析，強化路面結構。本文首先闡述了重載道路路面的交通特點(diǎn)和運維情況，明確了重載道路路面車(chē)輛荷載作用機理，并結合各方面實(shí)際情況，對重載道路路面的相關(guān)設計方法進(jìn)行了分析，旨在為相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)鍵詞：重載道路  路面設計  方法

引言：

隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展水平逐漸提升，社會(huì )基礎建設方面也有了長(cháng)足的進(jìn)步，在該時(shí)代背景下，各種超限、重載車(chē)輛層出不窮。重載道路路面設計主要是針對重載車(chē)輛，所以基于新建道路工程分析重載道路交通特征以及重載道路路面設計問(wèn)題對于指導道路設計規劃和交通管理具有重要意義。

1、重載道路路面的交通特點(diǎn)

通過(guò)調查和測試發(fā)現，重載道路軸載分布范圍大，大部分軸重均超出規范所規定的軸重限值，這種情況并非完全由大型運輸車(chē)輛所造成，而是因為普通載貨汽車(chē)盲目改造，使用高強輪胎過(guò)量超載等，使車(chē)輛輪胎壓力超出0.7MPa。對于改造貨車(chē)而言，軸重增大后接地面積和接地半徑隨之增大，但是其輪胎間距并不會(huì )隨之變化，常規的通過(guò)提高軸重、增大輪胎接地面積但假定輪胎壓力不變而進(jìn)行路面結構分析的做法顯然與實(shí)際情況不符，采用現有路面荷載標準進(jìn)行重載道路路面結構設計的做法不盡合理。

2、運維情況

進(jìn)行重載道路路面設計時(shí)，設計人員應綜合考慮重載交通路段的實(shí)際運維情況。在我國，重載道路大多位于經(jīng)濟較發(fā)達地區，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的使用后，道路的路基和路面常面臨著(zhù)邊坡失穩、局部塌陷以及路基沉陷等問(wèn)題，與此同時(shí)，還存在著(zhù)嚴重的破損、坑洼、裂縫等病害。一旦未能及時(shí)修復，會(huì )導致這些病害的進(jìn)一步發(fā)展，不僅會(huì )使病害范圍擴大，還有可能導致更嚴重的病害問(wèn)題，嚴重影響道路通行的安全性。

3、重載道路路面車(chē)輛荷載作用機理

車(chē)輛荷載對道路路面的作用主要通過(guò)輪壓體現，一般情況下輪壓和道路路面接觸面積小，而重載道路接觸面積和局部作用荷載顯著(zhù)增加，這種影響主要包括彎曲效應、剪切效應、疲勞效應和車(chē)轍效應[1]。

3.1彎曲效應

行車(chē)對路面的作用整體來(lái)看屬于一次性彎曲作用，路面在彎曲變形的影響下，如果材料性能不佳或面層厚度不足，便會(huì )使荷載作用下的彎拉應力超出結構承載力極限值，造成路面底部開(kāi)裂;車(chē)輛對道路路面的作用既包含靜力部分，又包含因路面平整度不佳、車(chē)輛振動(dòng)等所引起的動(dòng)力沖擊效應，在重載條件下上述效應尤為明顯。

3.2疲勞效應

疲勞是道路路面結構性能的具體體現，根據設計經(jīng)驗，大多數道路路面發(fā)生裂縫等病害均與其疲勞性能直接相關(guān)，車(chē)輛反復加載及卸載使道路路面在材料極限情況下提前產(chǎn)生裂縫;道路路面在持續荷載作用下的損傷效應是疲勞效應的基礎，在重載作用下軸載噸位增加，疲勞損傷便以指數形式遞增，疲勞損傷加劇。

3.3剪切推移效應

行車(chē)剎車(chē)、上下坡、轉彎等操作下其車(chē)輪不可避免地會(huì )對路面造成剪切推移影響，重載情況下這種剪切推移更加顯著(zhù)，會(huì )直接導致路面結構層破損，引發(fā)路面推移、擁包等病害。

3.4車(chē)轍效應

瀝青路面結構的瀝青材料具有高溫軟化特性，在高溫、大載重量等情況下發(fā)生車(chē)轍病害的可能性較大。

4、路面結構設計

首先要完成路面系數分析，之后需擬定路面結構，選擇合適材料，使路面彎沉值與最大拉應力符合要求[2]?？紤]到重載道路的特殊性，瀝青路面的典型結構包括四類(lèi)，從下至上的路面結構順序如下：①土基層、石灰土層、水泥穩定級配碎石層、瀝青混凝土層;②土基層、二灰土或石灰土層、二灰碎石層、瀝青混凝土層;③土基層、二灰土層、水泥石灰穩定級配碎石/礫石層、瀝青混凝土層;④石灰土層、水泥碎石層、振碾式混凝土層、瀝青混凝土層。設計人員可根據實(shí)際狀況計算各類(lèi)型路面結構的彎沉值與最大拉應力等參數，選擇某一典型路面結構，也可根據典型路面結構的各個(gè)層次，重新排列組合，最大限度提高路面結構性能。

在路面結構的自由組合中，基底層可選用的材料包括石灰土、二灰土、碎石灰土等;基底層上方材料可選擇水泥碎石、二灰碎石或水泥穩定碎石等;基層材料可選擇貧混凝土、粗粒式瀝青混凝土、連續配筋混凝土等，面層材料以瀝青混凝土或水泥混凝土為主。

5、路面厚度計算

明確路面結構后，設計人員需根據設計彎沉值計算各層路面結構的厚度，并通過(guò)彎拉應力、車(chē)轍等參數驗算，評估路面結構類(lèi)型與參數的合理性，如符合標準要求，即可完成路面設計。反之，則需調整路面結構類(lèi)型與各層路面結構厚度。在實(shí)際設計中，建議設計人員采用試算法，首先明確路面結構各個(gè)面層的厚度容許范圍，再確定最佳路面厚度，具體流程如下：根據路面結構設計結果，選擇合適的基層類(lèi)型與各層路面原材料，初步估計其面板厚度，再根據材料厚度、路面結構各層強度及彈性模量，明確基層頂面，并計算回彈模量;最后根據相關(guān)標準規范，計算荷載應力，并評估其是否符合規范要求。

6、具體設計過(guò)程

進(jìn)行一般路面和重載道路路面劃分時(shí)，主要是考慮其荷載范圍，所以，應在實(shí)際選用設計方法的過(guò)程中充分考慮以下2個(gè)標準：（1）應考慮道路本身是否會(huì )承擔大量的大件貨物以及專(zhuān)項物質(zhì)的運輸工作;（2）要充分考慮軸重儀實(shí)際測試結果，假設會(huì )有特重型軸重車(chē)輛（單軸軸重在13t以上，雙軸軸重則在26 t以上）于道路上通過(guò)，同時(shí)，其超載現象較為嚴重。在對重載道路路面進(jìn)行設計的過(guò)程中，設計人員需要對路面的疲勞效應以及一次性破壞效應進(jìn)行驗證。針對疲勞效應，需要在換算軸載的基礎上對疲勞應力進(jìn)行確定，同時(shí)，還要對相關(guān)設計標準進(jìn)行對比分析。路面進(jìn)行對一次性破壞驗證時(shí)，要對路面服務(wù)的極限載荷進(jìn)行詳細分析，并判斷路面面層是否會(huì )在相應的荷載作用下產(chǎn)生一次性斷裂失效。在輪載作用下，瀝青路面面層結構主要包括3部分：高質(zhì)量瀝青混凝土面層、高彈性模量抗車(chē)轍性能瀝青混凝土中間層、高柔性抗疲勞瀝青混凝土熱拌瀝青混合料基層。

首先，車(chē)輪同路面接觸面向下約10～15cm為高受力區域，該區域是常出現病害的位置，所以，設計過(guò)程中應盡可能地采用高質(zhì)量瀝青混凝土作為該區域的鋪筑材料，以達到提升其承載能力的目的。其次，來(lái)自路面的車(chē)輪荷載會(huì )通過(guò)面層擴散至下部結構中，因此，應確保下部結構同上部面層之間的連接效果，可采用高彈性模量瀝青混凝土作為中間層，有效規避因上下層結構錯位而產(chǎn)生路面斷裂等病害。最后，路面基層可選用高柔性抗疲勞瀝青混凝土材料，并保障該鋪筑層的厚度符合相關(guān)規范和標準的要求。設計人員需要在路面各層受力特點(diǎn)的基礎上選用與之相符合的結構構造處理方式和材料，以保障路面層在受力與變形方面具有更強的可靠性、安全性以及合理性，滿(mǎn)足重載交通路段的相關(guān)要求，切實(shí)提升重載道路本身的服役性能，為后續行車(chē)安全創(chuàng )造良好的條件。

7、結語(yǔ)

綜上所述，設計人員應在明確重載道路交通特點(diǎn)以及運維情況的基礎上進(jìn)行設計工作，同時(shí)，還應轉變以往將荷載作為唯一依據的設計思路，選擇更加科學(xué)的路面設計指標，進(jìn)而實(shí)現重載道路路面設計水平的提升，最大限度地延長(cháng)我國重載道路路面的使用年限。