刘洋

摘要：重载道路是社会基础设施建设的重要组成部分，运行车辆的荷载较高，载重超过30t，对路面损伤较大，为了提高重载道路的行车安全性，有必要对其路面设计相关方法进行深入分析，强化路面结构。本文首先阐述了重载道路路面的交通特点和运维情况，明确了重载道路路面车辆荷载作用机理，并结合各方面实际情况，对重载道路路面的相关设计方法进行了分析，旨在为相关工作人员提供参考。

关键词：重载道路  路面设计  方法

引言：

随着我国社会经济发展水平逐渐提升，社会基础建设方面也有了长足的进步，在该时代背景下，各种超限、重载车辆层出不穷。重载道路路面设计主要是针对重载车辆，所以基于新建道路工程分析重载道路交通特征以及重载道路路面设计问题对于指导道路设计规划和交通管理具有重要意义。

1、重载道路路面的交通特点

通过调查和测试发现，重载道路轴载分布范围大，大部分轴重均超出规范所规定的轴重限值，这种情况并非完全由大型运输车辆所造成，而是因为普通载货汽车盲目改造，使用高强轮胎过量超载等，使车辆轮胎压力超出0.7MPa。对于改造货车而言，轴重增大后接地面积和接地半径随之增大，但是其轮胎间距并不会随之变化，常规的通过提高轴重、增大轮胎接地面积但假定轮胎压力不变而进行路面结构分析的做法显然与实际情况不符，采用现有路面荷载标准进行重载道路路面结构设计的做法不尽合理。

2、运维情况

进行重载道路路面设计时，设计人员应综合考虑重载交通路段的实际运维情况。在我国，重载道路大多位于经济较发达地区，经过长时间的使用后，道路的路基和路面常面临着边坡失稳、局部塌陷以及路基沉陷等问题，与此同时，还存在着严重的破损、坑洼、裂缝等病害。一旦未能及时修复，会导致这些病害的进一步发展，不仅会使病害范围扩大，还有可能导致更严重的病害问题，严重影响道路通行的安全性。

3、重载道路路面车辆荷载作用机理

车辆荷载对道路路面的作用主要通过轮压体现，一般情况下轮压和道路路面接触面积小，而重载道路接触面积和局部作用荷载显著增加，这种影响主要包括弯曲效应、剪切效应、疲劳效应和车辙效应[1]。

3.1弯曲效应

行车对路面的作用整体来看属于一次性弯曲作用，路面在弯曲变形的影响下，如果材料性能不佳或面层厚度不足，便会使荷载作用下的弯拉应力超出结构承载力极限值，造成路面底部开裂;车辆对道路路面的作用既包含静力部分，又包含因路面平整度不佳、车辆振动等所引起的动力冲击效应，在重载条件下上述效应尤为明显。

3.2疲劳效应

疲劳是道路路面结构性能的具体体现，根据设计经验，大多数道路路面发生裂缝等病害均与其疲劳性能直接相关，车辆反复加载及卸载使道路路面在材料极限情况下提前产生裂缝;道路路面在持续荷载作用下的损伤效应是疲劳效应的基础，在重载作用下轴载吨位增加，疲劳损伤便以指数形式递增，疲劳损伤加剧。

3.3剪切推移效应

行车刹车、上下坡、转弯等操作下其车轮不可避免地会对路面造成剪切推移影响，重载情况下这种剪切推移更加显著，会直接导致路面结构层破损，引发路面推移、拥包等病害。

3.4车辙效应

沥青路面结构的沥青材料具有高温软化特性，在高温、大载重量等情况下发生车辙病害的可能性较大。

4、路面结构设计

首先要完成路面系数分析，之后需拟定路面结构，选择合适材料，使路面弯沉值与最大拉应力符合要求[2]。考虑到重载道路的特殊性，沥青路面的典型结构包括四类，从下至上的路面结构顺序如下：①土基层、石灰土层、水泥稳定级配碎石层、沥青混凝土层;②土基层、二灰土或石灰土层、二灰碎石层、沥青混凝土层;③土基层、二灰土层、水泥石灰稳定级配碎石/砾石层、沥青混凝土层;④石灰土层、水泥碎石层、振碾式混凝土层、沥青混凝土层。设计人员可根据实际状况计算各类型路面结构的弯沉值与最大拉应力等参数，选择某一典型路面结构，也可根据典型路面结构的各个层次，重新排列组合，最大限度提高路面结构性能。

在路面结构的自由组合中，基底层可选用的材料包括石灰土、二灰土、碎石灰土等;基底层上方材料可选择水泥碎石、二灰碎石或水泥稳定碎石等;基层材料可选择贫混凝土、粗粒式沥青混凝土、连续配筋混凝土等，面层材料以沥青混凝土或水泥混凝土为主。

5、路面厚度计算

明确路面结构后，设计人员需根据设计弯沉值计算各层路面结构的厚度，并通过弯拉应力、车辙等参数验算，评估路面结构类型与参数的合理性，如符合标准要求，即可完成路面设计。反之，则需调整路面结构类型与各层路面结构厚度。在实际设计中，建议设计人员采用试算法，首先明确路面结构各个面层的厚度容许范围，再确定最佳路面厚度，具体流程如下：根据路面结构设计结果，选择合适的基层类型与各层路面原材料，初步估计其面板厚度，再根据材料厚度、路面结构各层强度及弹性模量，明确基层顶面，并计算回弹模量;最后根据相关标准规范，计算荷载应力，并评估其是否符合规范要求。

6、具体设计过程

进行一般路面和重载道路路面划分时，主要是考虑其荷载范围，所以，应在实际选用设计方法的过程中充分考虑以下2个标准：（1）应考虑道路本身是否会承担大量的大件货物以及专项物质的運输工作;（2）要充分考虑轴重仪实际测试结果，假设会有特重型轴重车辆（单轴轴重在13t以上，双轴轴重则在26 t以上）于道路上通过，同时，其超载现象较为严重。在对重载道路路面进行设计的过程中，设计人员需要对路面的疲劳效应以及一次性破坏效应进行验证。针对疲劳效应，需要在换算轴载的基础上对疲劳应力进行确定，同时，还要对相关设计标准进行对比分析。路面进行对一次性破坏验证时，要对路面服务的极限载荷进行详细分析，并判断路面面层是否会在相应的荷载作用下产生一次性断裂失效。在轮载作用下，沥青路面面层结构主要包括3部分：高质量沥青混凝土面层、高弹性模量抗车辙性能沥青混凝土中间层、高柔性抗疲劳沥青混凝土热拌沥青混合料基层。

首先，车轮同路面接触面向下约10～15cm为高受力区域，该区域是常出现病害的位置，所以，设计过程中应尽可能地采用高质量沥青混凝土作为该区域的铺筑材料，以达到提升其承载能力的目的。其次，来自路面的车轮荷载会通过面层扩散至下部结构中，因此，应确保下部结构同上部面层之间的连接效果，可采用高弹性模量沥青混凝土作为中间层，有效规避因上下层结构错位而产生路面断裂等病害。最后，路面基层可选用高柔性抗疲劳沥青混凝土材料，并保障该铺筑层的厚度符合相关规范和标准的要求。设计人员需要在路面各层受力特点的基础上选用与之相符合的结构构造处理方式和材料，以保障路面层在受力与变形方面具有更强的可靠性、安全性以及合理性，满足重载交通路段的相关要求，切实提升重载道路本身的服役性能，为后续行车安全创造良好的条件。

7、结语

综上所述，设计人员应在明确重载道路交通特点以及运维情况的基础上进行设计工作，同时，还应转变以往将荷载作为唯一依据的设计思路，选择更加科学的路面设计指标，进而实现重载道路路面设计水平的提升，最大限度地延长我国重载道路路面的使用年限。