国家级论文发表重载交通对沥青路面的影响分析

来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文
发布时间：2015-01-16浏览：26次

　　摘要：公路运输中重载交通的情况愈趋普遍，严重破坏了路面结构、缩短了路面的使用寿命。本文结合津围公路历年交通量和轴载谱特点，分析了重载交通(主要指汽车超重/超限)对沥青路面的影响，阐述了重载交通沥青路面设计方法。

　　关键词：国家级论文发表,重载交通,路面影响,设计方法

　　随着我国社会经济的迅猛发展，我国各地的交通量也呈现出不断上涨的趋势。这导致公路运输中重载交通(主要指汽车超重/超限)的情况愈趋普遍。据不完全统计，在我国所有运输车辆中，大约有80% 的车辆处于超载运输中，而其中 70% 左右的车辆又同时属于超限运输。严重的超载超限的运输情况不但存在一定的运输安全隐患，同时也严重破坏了路面结构、缩短了路面的使用寿命。例如津围公路交通量自2010年―2013年，折合数平均超过2万辆/日。(详见表1)表中的数据显示，2010―2013年津围公路运输量折合数呈不断增加的趋势。由于重载交通的原因，我国大部分沥青路面均出现了不同程度的车辙、沉陷、疲劳开裂等病害，不但降低了路面的使用功能，同时也在无形之中增加了路面的养护费用。

　　表1现状津围公路历年交通量组成表(辆/日)

　　一、重载作用对沥青路面的影响

　　1、缩短了路面的使用年限。重载交通对路面结构的影响主要来自于车辆对路面重复性的疲劳破坏。我国现在用于计算沥青路面中轴载换算的公式为:

　　在此公式中:N 代表标准的轴载当量的轴次;N1表示想要计算车辆的实际轴载作用次数;P 表示标准的载轴(单位为 kN);P1表示想要计算车辆(车型)的各级轴载(单位为 kN);n 表示轴载换算的标准系数。在单轴轴载小于或等于 130kN 及双轴轴载小于或等于220kN 的交通条件下，对于弯沉等效，n 取 4. 35，对于验算半刚性基层层底拉应力，n 取 8. 0。

　　在实际当中，如果路面处于重载交通的情况下，该计算公式中 n 的大小也会随着轴重的增大而大于常规计算数值。笔者通过查阅资料发现，利用回归曲线可以得到路面弯沉以及车辙等效的 n 值。因为要考虑到超载以及弯沉等效性，因此通过线性分析得到的 n 值大概在 5. 0-5. 8之间。该项计算结果与国内外其他关于轴载换算关系的计算结果具有一定的相似性。因此，我们可以看出在实际应用中，n 的取值范围往往要高于公式中规定的数值。因此路面在处于重载交通的情形下，会在比较短的时间内就达到了当初计算设计时标准轴次。这也导致路面使用寿命减少的一大原因。通过理论分析结果，笔者发现:如果超载达到了 100%，那么高速公路的使用年限只有1. 2 年，一级公路的使用年限大概为 1. 4 年，二级公路的使用年限在1.47 年左右。

　　2、产生路面疲劳开裂和形成车辙

　　路面疲劳开裂是重载交通对沥青路面造成的最为常见的破坏形式。其疲劳产生的主要原因是因为路面内部材料在摊铺时存在一定的缺陷或者是不均匀。这导致路面在外界环境以及重载交通的双重影响下，因为局部应力过大，从而导致路面出现了微裂缝隙。大量的理论分析结果以及相关研究均表明:双轮处于静止状态时，四周的路面会因此出现相对较大的剪切应力，而车辆在行驶是，双轮边缘的纵向区域会因为剪切应力过大而产生疲劳作用，从而导致路面出现纵向裂缝。另外因为轮载在发生作用的时候，其并不是完全具有明确的方向性，其在大部分时间都是随机的，再加上剪应力大的地方在双轮作用的区域内因此。路面往往容易出现网状的裂缝。随着经济的不断发展，我国公路运输量也在不断增加，其运输车也逐渐向重型化不断发展。尤其对于高级别的公路交通运行而言，沥青路面上的永久性变形 (车辙)往往是因为重载交通所造成的。深究其原因，车辙形成的原理主要分为以下两种:一种是因为路面各个结构层不断密实加厚所致的压密变形(其往往出现在交通早期);另一种是由于沥青混合料上层的剪应力过大从而产生的塑性变形(该种变形是车辙出现的主要原因)。

　　图1不同p值情况下剪应力随温度变化图

　　二、重载交通沥青路面设计方法

　　1、重载交通沥青路面设计标准

　　依据分析，在标准轴载作用下，应用现行规范设计指标体系进行沥青路面结构厚度计算时，路表弯沉指标起控制作用，整体性结构层(包括基层与面层) 的层底拉应力验算指标在厚度设计时通常起不到作用。然而路表弯沉指标而且存在显著的缺陷。大量的计算分析表明，土基顶面压应变与路表弯沉之间具有很好的相关关系。经过相关关系可以由路表弯沉推算到土基顶面压应变，把路表弯沉与土基顶面压应变准则结合起来，就能够一起利用土基顶面压应变准则非常合理与方便路表弯沉量测的优点。所以，建议仍将路表弯沉作为一个设计指标。在重载车辆作用下，疲劳破坏是沥青路面最容易出现的病害之一。疲劳破坏主要和路面各层的应力有关，所以，沥青路面各结构层层底拉应力仍需要作为设计指标。超重车对沥青路面的车辙破坏影响较大，与疲劳破坏相同，重载沥青路面上车辙也是主要的破坏形式。尽管规范设计指标没有考虑车辙，然而依据重载沥青路面的受力特征，需要考虑车辙破坏。所以，建议将车辙作为重载沥青路面的一个设计指标。

　　2.津围公路路面结构设计方法

　　以85%的车辆最大单轴重为设计轴载，根据津围公路轴载谱特点(如图1、图2)，选择130KN为设计轴载，按照长寿命设计方法，控制沥青层底面拉应变70με，水泥稳定级配碎石底面层拉应力0.14Mpa，土基顶面竖向压应变200με。沥青层材料采用最不利条件下的动模量，胶结料和土基采用回弹模量。力学模型中荷载圆半径为11.17cm。

　　图1 津围公路邱庄站(天津―蓟县)轴载谱图2 津围公路邱庄站(蓟县―天津)轴载谱

　　由于重载车辆比较多，要求中上面层采用改性沥青混凝土，提高抗车辙能力。上面层沥青采用PG76-28，中面层沥青等级不低于上面层，采用 PG76-22。沥青层间设置黏层，水稳基层和碎石灰土基层间设置透层沥青，水稳基层上设下封层。水泥稳定碎石基层和碎石灰土基层选用骨架密实性结构，适当提高沥青碎石层的沥青用量，以提高其抗疲劳性能。

　　3、沥青路面的结构设计

　　现如今，我国大部分高级别的公路均采用半刚性基层沥青路面结构。原材料的好坏、沥青混合料是否合乎比例、配比设计是否合理、沥青层的厚度等均会对其结构的稳定性造成一定影响。为了提高重载交通环境下路面的强度以及结构的最大承载力。加大对上述方面的控制力度，并提高路面基层的强度以及结构层之间的粘结性可以在一定程度上改善沥青路面对重载交通适应性。但是该种效果并不具有长期效用，因此加大力度探究可以适应重载交通的路面结构十分重要。

　　4、沥青混合料的设计

　　现在针对沥青路面中混合料的配比设计主要采用马歇尔法，这种配比方式属于经验方法。其主要是根据混凝土的稳定度、流值、密度及空隙率等来进行比例的调配。但是这种配比方法也存在一定的缺陷，就是不能准确考虑到配比好的沥青混合料具有多大的抗剪强度，同时用这种方法也不能明确计算出该材料的实际受力状态。因此非常容易出现铺设好的路面不能很好适应重载交通对路面强度的要求。对于这种现象，很多人认为沥青混合料的设计方法要做出一定的改进，比如说可以利用计算出混合材料准确的抗剪强度;可以根据受力模式来确定路面的实际受力状况;设计中的各项物理性指标均能反应出路面实际应用过程中的各项受力指标。

　　5、沥青路面厚度设计

　　国外的沥青路面设计通常以沥青混凝土面层的弯拉应力作为设计控制指标，并且以路标弯沉与基层底面拉应力作为验算指标，例如AI设计法、 Shell设计法等，这些方法都是符合国外的粒料基层结构或全厚式结构的特征。路面设计弯沉是我国沥青路面设计规范的主要控制指标，对高等级路面的半刚性基层与面层验算其层底拉应力。然而按照相关研究，在当前半刚性基层应用非常普遍的情况下，基层的层底拉应力能够比较好反映荷载对结构的疲劳损耗要求，同时在进行高等级的路面结构设计时，常常是路标弯沉值满足要求，而基层底面拉应力验算无法通过，所以基层底面拉应力指标更具有控制意义。依据国内外经验，在重载沥青路面设计中，通常采取半刚性基层厚度增加、沥青面层强度改变、沥青面层厚度增加与土基增强等方法。

　　结束语

　　重载交通对沥青路面会产生十分严重的不良影响，其也是造成路面过早破坏、使用年限锐减的主要原因。因此在修建沥青路面的时候，一定要考虑并仔细计算轴载转换系数，除此之外，也要精确沥青混合料所能达到的抗剪强度(最低强度以及最高强度)以及如何合理安排路面的结构层。在计算沥青混合料抗剪强度的时候，一定要将路面结构中混合料在不同环境、不同车型下的受力状况考虑进来(一般会利用三轴试验法)。本文对重载交通对沥青路面的主要影响作出了简要分析，并据此提出了相关的解决措施，以期可以在一定程度上减缓重载交通对路面的影响。

　　参考文献

　　[1]杨群，沥青稳定基层与半刚性基层疲劳设计分析[J].公路交通科技，2011，(25) .

　　[2]苑红凯，钱振东，宋小平. 重载作用对沥青路面的影响及路面设计[J].徐州建筑职业技术学院学报，2010，10(12).

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