重载交通长寿命路面结构设计研究

重载交通长寿命路面结构设计研究

【摘 要】针对我国当前面临的重载交通引起的高速路面损坏严重问题，本文详细阐述了重型货运汽车对沥青路面结构损坏以及车辙性能损坏的研究，研究发现对路面损坏和车辙影响最大的就是剪应力作用。本文研究了在重载交通作用下剪应力的分布情况，并且从路面结构组合、路面材料和路面厚度设计方面提出了相应的建议，对于长寿命路面的设计和施工具有深远意义。

【关键词】重载交通；沥青路面；长寿命路面；结构设计

随着我国经济的不断发展，交通运输业、物流业迎来空前盛况，随之而来的是重型货运汽车的数量和载货量越来越多，甚至车辆超载现象也明显增加。据统计，超载引起的路面损坏程度相当于汽车标准荷载损坏程度的几倍甚至几十倍之多。在这种高强度的重压之下，路面的半刚性基层备破坏，使路面出现褶皱甚至裂痕，极大地缩短路面寿命，造成较大的经济损失。本文将从路面结构组合、路面材料选择和路面厚度设计三个方面对长寿命路面进行探讨：

1 重载交通对路面损坏机理研究

研究表明，重载交通对道路的破坏可以分为以下几种：路面裂缝破坏和车辙变形类破坏，其中前者又可以分为路面纵向的裂缝破裂和路面网状龟裂两种。针对以上几种路面的损坏分析如下：

（1）对现有的道路来说，路面基层大多是水泥混凝土基层，其在硬化过程中难免会出现变形的情况，变形容易使路面出现收缩产生裂痕，时间久了就会成为反射裂缝，到了多雨的季节，雨水就会通过裂缝直达基层，造成基层的水损坏，如果没有得到及时修复，久而久之就会对路基造成损坏，埋下安全隐患。

（2）在我国，道路轴载标准大约为100KN，但是现在道路上出行的车辆都远远超过现有标准，有的甚至载重在100t，在这种高强度超载情况下，驾驶员必然会增加轮胎的胎压，这样就会造成轮胎和路面的接触面减小，从而使路面受力更加集中，研究表明，超载车辆轮胎边缘的触地压力更可达到轮胎设计压力的三倍以上，这就会使路面基底应力剧增，明显降低路面疲劳寿命，甚至造成路面凹陷等等。

2 长寿命路面简介

现阶段，我国的传统路面的设计使用寿命一般在15年左右，我们可以采取适度增加路基强度和增加沥青混合料基层厚度的措施，获得使用寿命在40年以上的路面，就是我们俗称的“长寿命路面”。长寿命路面在欧美国家已经基本普及，但在我国仍处于研究阶段，该路面建筑初期费用较高，但是日后维护保养费用较低，加之其使用寿命长达40年，因此，经济效益相对较高，是今后公路设计的研究方向。

3 重载交通下长寿命路面结构设计

我国高速公路路面结构型式主要有沥青混凝土路面、水泥混凝土路面与复合式路面三种，三种路面结构各有利弊。

经调查得知，在复合式路面中，沥青混凝土和水泥混凝土结合的路面结构独树一帜，倍受青睐。这种路面“刚中有柔、以刚为主”，综合了沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两者的优点，我国公路路面在设计上应借鉴此思路，设计出合理的能承重载、寿命长的公路。我国公路路面的设计理论是“强基薄面稳土基”，后来又补充提出长寿命路面的设计理论，主要包括四方面内容，即路面结构组合设计、材料设计、厚度设计和路基路面综合设计，本文重点讨论长寿命路面的结构组合设计、材料设计和厚度设计。

3.1 重载交通下长寿命路面结构组合设计

实践证明，SAC是各种矿料级配中抗高温永久变形能力最强、水破坏最少的一种级配，所以，可在路面表面层和下面层分别采用SAC-16和SAC-25矿料作为紧密骨架结构。并在公路表面层采用改性沥青，提高表面层抗载、抗高温、抗变形能力。在表面层下设置粘结防水层，保证表面层与下面层粘结良好，同时防止自由水进入下面层，减少路面水破坏。沥青面层的基础应为水泥砼面层和2层石灰粉煤灰土底基层，并在水泥砼面层和2层石灰粉煤灰土底基层之间修筑沥青膜防水联接层，它不但能起到防水和保护基层的作用，而且有效地联接了基层和水泥砼面层，分散水泥面层和基层之间的应力，减轻了水泥砼面层对基层的冲击与磨损。因此，联接层的设置，大大降低了基层破坏、面板脱空、唧泥等病害发生的可能性，并保护基层免遭施工车辆的损坏。压实路基也分为灰化或固化剂处理路床和冲击压实处理路床两部分，其中冲击压实处理路床处在最底层，影响深度也较深，为公路的使用提供稳定的基础。

综上所述，路面结构组合大致如下：

此结构设计原理主要由水泥混凝土板、灰土或固化剂处理路床和冲击压实处理路床来提供持久、强大的承载力，而沥青混合料面层主要保证行车的安全性和舒适性。

3.2 长寿命路面材料设计

路面材料设计即对组成路面结构的原材料进行选择，然后检测研究其性能是否达标，并最终确定材料的取舍或提出有效地改善措施。对于沥青面层所用的沥青和矿料，除了要满足以往的沥青指标，还要通过反复试验做出其粘温曲线，以确定沥青混合料的施工温度，避免因温度不适引起沥青粘度降低，进而导致路面寿命缩短。对于SAC矿料系列的检测指标也比原来增加了不少，如要测试各个粒

级集料的毛体积密度、表干密度，并计算吸水率，还要测试烘干粗集料的干捣实密度，计算干捣实孔隙率等。传统上，对于沥青混合材料是采用马歇尔试验进行混合料设计，并根据各实验消耗的原料体积确定最佳油石比。但随着重型货流量和载重的不断增加，传统试验设计方法已不再适用于当今交通状况。所以，针对长寿命沥青路面，在进行沥青混合料压实试验时应采用旋转压实仪SGC。

除了对沥青及其混合材料的选择设计要增加指标，对路面结构中水泥砼面层、灰土或固化剂处理路床所需水泥、混凝土等原料的选择也要谨慎。如路面建设中所需混凝土要选择拉弯强度在6.0MPa以上的，并采用先进的滑模摊铺技术进行水泥混凝土面板施工，以增强公路抗压能力，进而延长公路在承受重载交通条件下寿命。

3.3 重载交通路面结构厚度设计

重载交通路面结构厚度的设计原理是根据拟建公路交通状况，计算出拟建公路可能承受的交通压力，根据可能交通压力计算出设计弯沉值和层底拉应力，然后以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，以层底拉应力为沥青混凝土面层和半刚性材料基层、底基层的验算指标，结合经济高效的原则，推算出路面结构各层面的厚度。其具体步骤如下：

首先，求助于当地交通部门，根据当地交通情况和调查资料， 计算初始年的当量轴次和设计年限内的累计当量轴次。

其次，根据重载交通路面结构组合设计原则文中设计的路面基本结构形式， 结合当地实际情况。

再次，综合考虑疲劳强度标准和极限强度标准，验算路面结构厚度。

最后，审核路面结构方案的经济性能并着手施工。

4 结语

总之，路面结构的设计和施工是保证公路使用寿命的两大关键因素，科学、合理的设计是高效施工的前提，也是保证公路质量的先决条件。随着经济发展和交通运输业的崛起，人们对公路质量和寿命的要求也不断增加，公路一旦被破坏需要维修或重建，将严重影响货物或其他资本的流通，给我国经济带来不可估量的损失。但由于重载交通压力不断增大，公路承受的单次负荷和车流频次日益增加，导致公路极易受到破坏。所以，必须针对我国地形、车流特点，采用当今先进技术和设计理念，从路面结构组合、材料选择检测、厚度等方面出发，设计并建设出对于寿命长、可承受重载的公路，保证我国整个经济体制正常运行。

参考文献：

[1]薛振华.重载交通长寿命路面结构设计研究[J].公路与汽运，2013（3）.

[2]赵瑞.重载交通下的不同半刚性与柔性基层沥青路面结构适应性分析[J].科技传播，2014（2）.

[3]蒋亮.重载交通下基于长寿命路面理念的典型路面结构[J].公路交通科技，2012（12）.