公路路面设计关键技术研究

摘 要： 伴随公路建设里程的不断增加，道路交通行车数量、载重也随之增多，路面早期病害愈加突显。如车辙、沉陷等。此类病害的长期存在，将大大减短路面使用年限，对行车舒适性、安全性影响较大。重载下为有效防治或减少病害产生，必须通过实地调查、理论分析等从多角度研究公路路面设计关键技术。

关键词： 公路工程；路面设计；重载

一、路面破坏原因分析

为了解路面破坏原因，必须计算分析路面受力后表征路面破坏的所有指标、参数，并及时找出影响路面质量、导致结构损坏的直接因素。以两种重载下典型半刚性路面结构分析，按照从下到上的顺序具体为

高速公路路面结构：土基+30cm二灰砂砾+40cm二灰碎石+18cm沥青混凝土；

二级公路路面结构：土基+30cm二灰砂砾+30cm二灰碎石+10cm沥青混凝土。

按照路面结构类型，在各轴载作用下，对路面结构破坏原则、影响因素进行分析。分析得出，轴载与沥青面层指标成正比关系。即不断增加轴载，沥青面层各项指标也会随之增加。常规荷载作用下，常规设计指标竖向弯沉、基层层底拉应力基本不变，但在重载下，差值、增长速度增加幅度较大。于土基顶面压应变、面层剪应力同样具有类似作用。此外，因以上两种路面结构厚度存有差异，则其力学指标也不尽相同，则表明破坏路面的主要因素也包含路面结构厚度。为此，重载下不断增加轴载，路面弯沉值也会随之增加，进而减短路面使用年限，导致路面损坏程度加重。

二、重载交通沥青路面设计方法

与常规路面设计相比，重载沥青路面设计存在不同之处，主要体现在均在超载形式下产生路面受力特征及破坏机理。而相比常规荷载作用效果，其不同之处主要表现为交通特征、荷载图式、轴载换算等方面。为此设计重载沥青路面，必须调整及研究重载作用下路面设计的各方面内容，且以常规路面设计方法为前提，选取科学、有效的设计措施。

1、交通参数

路面设计的基础就是调查、统计及总结交通参数，其对交通量多少、轴载换算方式等内容起决定作用，为此，于路面设计而言，交通参数影响较大。

（1）获取交通资料。统计交通量时，可按照以下公式进行车道设计年限内累计标准当量轴次计算：

其中，一个车道设计年限内累计标准当量轴次可由Ne表示；

设计年限可由t表示；

路面运营首年双向日平均当量轴次可由N1表示；

设计年限内交通量平均增长率可由γ表示；

车道系数可由 表示。具体如表1所示。

在调查交通量时，路段实时观测可利用观测站、临时站点进行观测，观测时间各不相同，可依据积累的经验，通过一定换算系数进行观测数据结果调整，并以此作为此路段年平均日交通量。交通量利用观测站获取的情况下，主要是利用概率统计方法进行车型选择，随后换算轴载，此方式获取的累计抽次可适用于常规荷载道路，但针对轴载谱对设计的影响并未考虑。在重载沥青路面设计过程中，如不对轴载谱内重载车辆的影响因素进行充分考虑，将导致路面实际使用寿命和理论设计之间存在极大差异。

基于此，设计前，应做好交通资料调查、统计工作，而不仅要统计交通总量数据，还必须对整个交通构成做好分类，也就是统计、调查轴载谱，随后进行统计、轴载换算，最后将全部车辆各轴载累计作用次数计算出来。

2、重载交通沥青路面结构组合及厚度设计

按照路用材料特征，在路面结构设计时，需合理选用结构层材料及厚度。沥青面层按照从上到下的顺序，可分为上下或上中下2～3层。路面结构层厚应与各项指标相符。设计重載沥青路面时，可适量增加厚度，如表2所示。

按照上述分析，按照从下到上的顺序，此次拟定沥青路面四种结构，以此为重载沥青路面结构设计提供依据，具体如下：

结构一：土基+水泥（石灰）粉煤灰土+水泥稳定碎石+沥青混凝土；

结构二：土基+二灰土（石灰土）+二灰碎石+沥青混凝土；

结构三：土基+石灰土+水泥粉煤灰碎石+贫混凝土+沥青混凝土；

结构四：土基+水泥稳定碎石+级配碎石+沥青混凝土。

三、工程案例分析

1、沥青路面状况

因重载、流量大及渠化交通问题，严重影响了公路路面结构强度及服务性能。本文以沥青路面为例，对沥青路面路况进行调查，如表3所示。

由此可见，路面损坏较为严重的路线为G102、S301；已满足重建要求，实际应用中，局部路段已翻修。

2、工程实例

本文以G102段为例，路面设计可选用路用材料作为参数分析。主要材料包括石料、沥青材料、土基等。该工程为2010年大修工程，整体长度为10.8km，路面结构为碎石化底基层+水泥稳定碎石基层+沥青混凝土。15年为其设计年限，以5年为一个阶段划分其交通量增长率，分别为8%、7%、5%，路面结构层可通过HPDS2011-UR-S路面设计程序计算，仅以路表弯沉、层底拉应力作为设计考虑因素。

（1）常规设计法

第一，累计标准轴载作用次数（指标为弯沉、弯拉等效）如下：

第二，设计层厚度（指标为弯沉值）如下：

因此，以561mm作为设计层厚度。

（2）重载路面设计计算法

第一，累计标准轴载作用次数（指标为弯沉、弯拉等效）如下：

第二，设计层厚度（指标为弯沉值）如下：

因此，以611mm作为设计层厚度。由此可见，相比常规设计方法，重载路面设计法设计厚度较大。可利用重载轴载换算法对其所有指标下的累计标准轴载作用次数进行准确计算，并向设计指标公式代入，以此获取控制指标数值。如设计厚度与验算指标相符，则无需调整其厚度，如不符，需再次进行调整。

四、结束语

综上所述，作为我国社会物资运输的主要方式之一，道路交通在整个运输行业占据着重要位置。据相关数据显示，我国公路货物运输量于2015年11月已达到3224844万吨，相比2014年同期增长了106.2%，且比例仍旧呈现出上升趋势。不断增长的货物运输吨位，必然会增加整个道路系统重载交通量比例，进而对公路质量、等级提出了更高要求。为此，在公路建设规模不断扩大的过程中，必须满足重载交通下路面使用需求。长期经重载车辆碾压，路面病害问题愈加严重，尤其是沥青路面裂缝、车辙问题尤为突出。为此，必须根据具体情况，采取科学有效的设计方法，有效提升路面质量。

参考文献

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作者简介：王建勋 男 19830426 河南周口，本科 研究方向：公路城市道路设计，工程师。