重载交通下道路沥青路面的设计方法

重载交通下道路沥青路面的设计方法
摘要：随着我区经济建设的快速发展，对交通需求日益增加，道路建设得到了迅猛发展，因而如何在重载条件下选择合适的路面结构层，是一个急需解决的问题。

本文针对重载交通作用特点，在沥青路面设计中就如何建立计算模型、如何合理地进行轴载计算以及如何调整设计控制指标等问题作了详细地阐述，在进行重载交通为主的路面设计时可供参考。

关键词：路面结构重载交通沥青路面
引言：随着我区经济建设的快速发展，对交通需求日益增加，道路建设得到了迅猛发展，因而如何在重载条件下选择合适的路面结构层，是一个急需解决的问题。

本文针对重载交通作用特点，在沥青路面设计中就如何建立计算模型、如何合理地进行轴载计算以及如何调整设计控制指标等问题作了详细地阐述，在进行重载交通为主的路面设计时可供参考。

正文：
一、目前我区的重载和车辆状况
近几年来，随着我区经济建设的发展，城市基础设施建设迅猛发展，部分城市设立了工业园区。

为了适应国民经济的发展及客货运输日益增长的需要，城市道路交通量普遍较大，运输部门为不断提高运输效率，降低运输成本及能源消耗，采用了大吨位重型汽车及汽车列车。

另外，随着各城市工业园区的发展，相应扩大了重型汽车的使用范围，使各部门重型汽车数量相应增加。

目前，城市道路上超载超限运输车辆普遍存在，并有增长的趋势。

我区目前重型车辆制造技术方面同发达国家相比还存在着明显的差距，重型车辆的技术水平、数量和种类都不能满足当前经济发展的需要，特别是在车辆改造管理上不规范，一些地方出现的车辆改造失控的现象，对中型货车进行了重载化改造，因此重载交通在我区主要表现为超载。

目前我区道路交通中重载、超载车多，轮胎接地压强可达0.8～1.1MPa，最高达1.6MPa，相应接地面积也有一定增加。

目前我区多数城市主干路都处于“重载”状态。

从路面所受作用角度讲，重载可从以下4个方面来描述：①轴载作用次数多；②车轴载荷越来越重；③轮胎与路面接触应力显著增大，且空间分布更加不均匀；④动力效应明显增大。

二、重载交通作用下沥青路面破坏现象分析
大的载重量和交通量必然对路面结构产生不利影响，其突出的特点是破损期提前、损坏严重。

其主要的破损现象表现为车辙、网裂、推移、拥包、裂缝等。

而且还可能造成路面一次性极限破坏。

分析认为，产生车辙的主要原因是沥青混合料的高温稳定性不良，在轮带处出现相对其两侧的较大变形。

在重载交通作用
下，这种变形出现得更早，变形量就更大，并同时伴随着面层的推移、拥起以及面层自上而下的开裂；网裂是由于结构层的弯拉疲劳开裂和半刚性基层的收缩开裂反射引起的，重载交通沥青路面网裂破损往往是因水平力形成的，且按自上而下的规律发展，路面表面以下3cm左右的深度范围内较为明显。

推移拥包是在车辆经常启动和制动的路段上，路面受到较大的水平荷载作用而引起的，在温度高时，当荷载产生的剪应力或拉应力大于材料的抗剪或抗弯拉强度时，面层材料沿行车方向发生剪切或拉裂破坏而出现推挤和拥起。

重载交通下，毫无疑问，产生推移的可能性和破坏程度大大增加，同时会出现各种裂缝。

三、重载交通下沥青路面的设计
从目前我区的交通运输现状来看，交通量日益增大，超载现象普遍存在，路面动力破坏作用逐渐增加，道路使用寿命正在不断缩短。

针对目前交通运输现状，道路的技术状况和通行能力已不能满足与大型、重型车同步发展和提高的需要。

因此，一方面应采取必要的行政和经济手段限制超载现象，另一方面，必须有针对性地开展与重载交通相适应的沥青路面结构设计的研究。

3.1 对重载交通为主的道路，应根据实际情况单独建立计算模型，经论证选用合理的计算参数
《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）》中路面设计采用双轮组单轴载100kN作为标准轴载；路面结构设计采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算；即标准荷载为双轮双圆、两轮中心距为1.5倍单轮传压面当量圆直径、轮胎接地压强为0.7MPa。

在重载交通下，这种计算模式并不能真实反应车轮对路面作用的实际情况，故应根据实际情况，通过交通分析对大型重载车为主的道路，应实测汽车的轴重、轮胎压力，建立轮胎接地计算模型，经论证单独选用设计计算参数。

如在重载车辆作用下，车辆轮胎的接地形状并不接近于圆形而更接近于矩形，如图1所示。

对重载车辆为主的道路，按此矩形荷载进行路面结构设计更能符合路面实际受力情况。

3.2 针对重载交通，提高标准单轴轴载，建立合适的轴载换算公式
按《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）》，各种车型的不同轴载应换算
成BZZ-100标准轴载的当量次数，高等级道路以路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力作为路面结构设计的两个控制指标。

即沥青路面设计的两个控制性设计指标是按标准的单轴双轮组轴载100kN BZZ-100的累计作用次数计算的。

长安大学提出的“重载沥青路面研究”报告表明：“沥青路面弯沉、弯拉应力曲线随轴重的增加呈非线性增加，轴重50～130kN为线性，轴重大于130kN 呈非线性，考虑非线性特点，当轴重大于130～300kN时按弯沉设计的轴载换算公式n值可达5.0～5.8，推荐n值为5.0，弯拉应力的轴载换算公式中n值为9.0”。

对轴重小于130kN时仍用《公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）》中轴载换
算公式，对轴重130～220kN，轴载换算公式中n值参考长安大学研究成果执行。

根据目前国内道路交通实际情况，现在普遍存在货运车辆轮胎直径加大、轮数增加、轴载大于130kN的情况。

因此，在重载交通条件下，对于主要行驶重型车的道路，应以重型车为标准车。

行驶多种重型车的道路，应以主要重型车为标准车。

行驶多种主要重型车的道路，应以后轴重最大的主要重型车为标准车。

当少量重型车与较多其它各类汽车混合行驶时，宜以其它各类汽车中的后轴重最大的汽车为标准车。

即适当增加标准轴载的重量，研究适合重载交通条件下轴载换算公式，以适应车辆大型多轴化重载交通发展的趋势。

3.3 提高沥青混合料动稳定度指标要求，以提高沥青混合料高温稳定性
重载交通是高温季节产生车辙、推移及变形的重要原因。

据现场调查，沥青混合料的推移、变形主要产生在中面层，少数下面层也产生流动。

据理论分析，路面剪应力主要分布在路面5-8cm范围内，路面剪应力的大小与轮载和路面纵坡、行车速度有关。

故产生车辙的外因是：重载交通下，在纵坡上行驶速度慢，轴载越重，沥青面层与半刚性基层的界面剪应力和沥青层的剪应力也越大；夏季持续高温会使沥青混合料呈塑性状态，抗剪强度降低，当剪应力大于沥青混合料的剪切强度时路面可能产生剪切变形。

内因是：沥青混合料设计或施工不当，级配中细集料偏多，空隙率偏小，沥青用量偏大，沥青稠度偏低等都会使剪切强度下降。

因此，表面层、中面层的混合料设计应充分考虑高温稳定性，提高沥青混合料动稳定度指标要求，以提高沥青路面的使用寿命。

四、结束语
随着我区经济的不断发展，交通运输的规模也将越来越大，交通的组成形式也将更多地表现为重交通，所以对重载条件下的道路路面结构和材料类型的研究具有重大的现实意义。

目前，国内外对于重载交通沥青路面的研究已取得了一定的成果，这对重载交通公路建设起到了有益的指导作用。

但这些研究都是在一般交通路面结构设计方法和常规路面材料的基础上展开的，或偏重于设计理论，或偏重于结构组合，没能很紧密地考虑重载交通特点，没能很好地解释结构设计材料设计与路面出现早期病害的内在联系。

因此在全面进行路面交通状况调查的基础上，通过加强重载交通情况下沥青路面结构设计方法的研究来提高沥青路面承载能力将是今后理论研究的一个主要方向。

参考文献：
[1]公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）
[2]邓学均路基路面工程北京：人民交通出版社2003
[3]交通部公路科学研究所重载沥青路面设计规范研究报告北京：交通部公路科学研究所2003
[4]赵俐重交通下对选用较为合理路面结构的探讨太原：山西科技2009年第
4期
[5]杨果岳王恒张家生车辆载重对沥青混凝土路面结构影响的研究公路工程2008年第3期。