网站首页
教育杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
医学杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
经济杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
金融杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
管理杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
科技杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
工业杂志
CSSCI期刊 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊 知网收录期刊 维普收录期刊 万方收录期刊 SCI期刊(美)
SCI杂志
中科院1区 中科院2区 中科院3区 中科院4区
全部期刊
公務(wù)員期刊網(wǎng) 論文中心 正文

重載道路路面設(shè)計(jì)問(wèn)題淺析

前言:想要寫(xiě)出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了重載道路路面設(shè)計(jì)問(wèn)題淺析范文,希望能給你帶來(lái)靈感和參考,敬請(qǐng)閱讀。

重載道路路面設(shè)計(jì)問(wèn)題淺析

摘要:以某新建繞城高速為例,在進(jìn)行其未來(lái)交通量預(yù)測(cè)后將其定性為重載交通路段,并對(duì)重載道路路面車(chē)輛荷載作用機(jī)理進(jìn)行屬性分析,為提升重載道路路面路用性能和使用壽命,從臨界荷載、軸載的換算、彎沉值確定、瀝青路面面層結(jié)構(gòu)及輪載作用等方面進(jìn)行了其重載道路路面設(shè)計(jì)探討,望能為同類(lèi)工程挺借鑒。

關(guān)鍵詞:重載道路;路面;臨界荷載;彎沉值;設(shè)計(jì)

0引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的加快,道路所承受的交通荷載不斷增大?,F(xiàn)有研究成果大多集中在重載道路受力結(jié)構(gòu)方面,對(duì)于重載道路交通特性研究較少,所以基于新建道路工程分析重載道路交通特征以及重載道路路面設(shè)計(jì)問(wèn)題對(duì)于指導(dǎo)道路設(shè)計(jì)規(guī)劃和交通管理具有重要意義。

1擬建重載道路概況

根據(jù)預(yù)測(cè),擬建環(huán)繞某市區(qū)的繞城高速交通構(gòu)成情況復(fù)雜,對(duì)其交通量分類(lèi)統(tǒng)計(jì)后,將統(tǒng)計(jì)結(jié)果換算成標(biāo)準(zhǔn)車(chē),結(jié)果顯示,道路投運(yùn)后,重型貨車(chē)、集裝箱貨車(chē)等交通量會(huì)逐年增大,大客車(chē)和大貨車(chē)占比有降低趨勢(shì);環(huán)線路段車(chē)輛荷載等級(jí)均較大,且大部分車(chē)輛為三軸及以上載重量至少30t的貨車(chē),少數(shù)嚴(yán)重超載貨車(chē)的最大載重量甚至達(dá)到200t。重載道路荷載規(guī)范為10~40t[1],且對(duì)重載交通量有較嚴(yán)格限制,載重貨車(chē)因行駛速度緩慢,安全隱患突出,因此成為導(dǎo)致道路路面破壞及影響道路安全行駛的主要因素,大部分路段交通量飽和度在0.8以上,道路擁堵,屬三級(jí)服務(wù)水平。

2重載道路路面車(chē)輛荷載作用機(jī)理

車(chē)輛荷載對(duì)道路路面的作用主要通過(guò)輪壓體現(xiàn),一般情況下輪壓和道路路面接觸面積小,而重載道路接觸面積和局部作用荷載顯著增加,這種影響主要包括彎曲效應(yīng)、剪切效應(yīng)、疲勞效應(yīng)和車(chē)轍效應(yīng)。

2.1彎曲效應(yīng)

行車(chē)對(duì)路面的作用整體來(lái)看屬于一次性彎曲作用,路面在彎曲變形的影響下,如果材料性能不佳或面層厚度不足,便會(huì)使荷載作用下的彎拉應(yīng)力超出結(jié)構(gòu)承載力極限值,造成路面底部開(kāi)裂;車(chē)輛對(duì)道路路面的作用既包含靜力部分,又包含因路面平整度不佳、車(chē)輛振動(dòng)等所引起的動(dòng)力沖擊效應(yīng),在重載條件下上述效應(yīng)尤為明顯。

2.2疲勞效應(yīng)

疲勞是道路路面結(jié)構(gòu)性能的具體體現(xiàn),根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),大多數(shù)道路路面發(fā)生裂縫等病害均與其疲勞性能直接相關(guān),車(chē)輛反復(fù)加載及卸載使道路路面在材料極限情況下提前產(chǎn)生裂縫;道路路面在持續(xù)荷載作用下的損傷效應(yīng)是疲勞效應(yīng)的基礎(chǔ),在重載作用下軸載噸位增加,疲勞損傷便以指數(shù)形式遞增[2],疲勞損傷加劇。

2.3剪切推移效應(yīng)

行車(chē)剎車(chē)、上下坡、轉(zhuǎn)彎等操作下其車(chē)輪不可避免地會(huì)對(duì)路面造成剪切推移影響,重載情況下這種剪切推移更加顯著,會(huì)直接導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)層破損,引發(fā)路面推移、擁包等病害。

2.4車(chē)轍效應(yīng)

瀝青路面結(jié)構(gòu)的瀝青材料具有高溫軟化特性,在高溫、大載重量等情況下發(fā)生車(chē)轍病害的可能性較大。

3重載道路路面設(shè)計(jì)

考慮到重載道路路面設(shè)計(jì)的特殊性和困難性,需在最大服役荷載調(diào)研的基礎(chǔ)上明確該重載道路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中使用荷載臨界情況以及軸載換算,根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)交通量進(jìn)行路面設(shè)計(jì),依據(jù)服役荷載最大值進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。

3.1臨界荷載

車(chē)輛荷載只有達(dá)到一定噸位和碾壓次數(shù)才能對(duì)道路路面產(chǎn)生累積損傷影響,對(duì)于噸位不足及碾壓次數(shù)較少的車(chē)輛可忽略不計(jì),所以臨界荷載值的確定對(duì)保證設(shè)計(jì)效率、提升設(shè)計(jì)方案針對(duì)性十分重要。當(dāng)前相關(guān)規(guī)范和工程實(shí)踐中均以50%的應(yīng)力水平為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行臨界荷載值的確定,在瀝青路面設(shè)計(jì)時(shí),不考慮單軸設(shè)計(jì)軸載小于20kN及雙軸軸載小于40kN的情況。

3.2軸載的換算

軸載強(qiáng)度體現(xiàn)的是車(chē)輛荷載對(duì)道路路面結(jié)構(gòu)一次性破壞的程度,在軸載反復(fù)累計(jì)作用下引起道路路面結(jié)構(gòu)損傷即為路面疲勞,車(chē)轍也是車(chē)輪反復(fù)作用的結(jié)果。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范,瀝青混凝土路面以路面彎沉為設(shè)計(jì)控制指標(biāo),以底部拉應(yīng)力為失效判定標(biāo)準(zhǔn),所以本重載道路路面設(shè)計(jì)分別以彎沉等效和拉應(yīng)力等效進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)軸載換算。該公路重載路段路面設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)按照雙輪組單軸載100kN確定,并采用瀝青混凝土路面行駛,車(chē)道系數(shù)按0.45確定,設(shè)計(jì)使用壽命15a,按照《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD50—2017)進(jìn)行軸載換算[3],具體公式如式(1):N''=∑i=1kC'C'2ni(P)iPb(1)式中:N''為標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次;ni為待換算車(chē)輛各級(jí)軸載作用次數(shù);C'為軸數(shù)系數(shù);C'2為輪組系數(shù),雙輪組取6.4,單輪組和四輪組取0.38;Pi為待換算車(chē)輛軸載;P為設(shè)計(jì)軸載,取100kN;b為換算指數(shù)。本重載道路路面設(shè)計(jì)累計(jì)當(dāng)量軸次比分別以設(shè)計(jì)彎沉值與瀝青層層底拉應(yīng)力、半剛性基層層底拉應(yīng)力、剛性基層層底拉應(yīng)力三部分內(nèi)容為軸載換算設(shè)計(jì)指標(biāo),車(chē)道日平均當(dāng)量軸次設(shè)計(jì)結(jié)果分別為3840次/d、4255次/d、6630次/d。在設(shè)計(jì)年限內(nèi),交通量增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)值和實(shí)際值存在一定出入,為此必須進(jìn)行累計(jì)當(dāng)量軸次的分段計(jì)算,以調(diào)整預(yù)測(cè)交通量增長(zhǎng)率。最終確定該路面病害路段屬于重載交通路段。

3.3彎沉值確定

重載瀝青道路路面設(shè)計(jì)指標(biāo)主要有車(chē)轍、基層層底拉應(yīng)力、路標(biāo)彎沉等,但是根據(jù)類(lèi)似工程既有經(jīng)驗(yàn),車(chē)轍預(yù)估模型在實(shí)際應(yīng)用中面臨較大的局限,故本道路主要基于重載路面受力及損壞特性采用彎沉值設(shè)計(jì)控制指標(biāo),以底基層層底彎拉應(yīng)力及半剛性基層為最終檢驗(yàn)指標(biāo),計(jì)算其最大軸載應(yīng)力。彎沉值按式(2)[4]確定:ld=600N-0.2eAcAsAb(2)式中:ld為彎沉值(×10-2mm);Ne為設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)單車(chē)道當(dāng)量軸次,即以層底拉應(yīng)力及彎沉值為設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)的當(dāng)量軸次;Ac為道路等級(jí)系數(shù);As為道路面層類(lèi)型系數(shù);Ab為道路路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型系數(shù)。將所得出的設(shè)計(jì)彎沉值進(jìn)行修正,修正系數(shù)按照式(3)取值:F=1.63(l)s/2000δ0.38(E)0P0.36(3)式中:F為設(shè)計(jì)彎沉值修正系數(shù);ls為道路路面計(jì)算彎沉值,取0.01mm;δ為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型輪胎當(dāng)量圓半徑;E0為土基抗壓回彈模量;P為標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型輪胎接地壓強(qiáng)。3.4路面設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行重載道路路面設(shè)計(jì)前必須根據(jù)其實(shí)際荷載范圍選用設(shè)計(jì)方法,首先考慮道路承擔(dān)大量貨物及專(zhuān)項(xiàng)物資運(yùn)輸?shù)念l次,再根據(jù)軸重儀實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行路面設(shè)計(jì)。在重載道路路面設(shè)計(jì)的同時(shí)還應(yīng)根據(jù)換算軸載確定疲勞應(yīng)力,進(jìn)行路面疲勞效應(yīng)和一次性破壞效應(yīng)的驗(yàn)證。現(xiàn)有的公路路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要采用臨界疲勞應(yīng)力和臨界溫度疲勞應(yīng)力組合的控制標(biāo)準(zhǔn),并應(yīng)將其控制在道路路面層材料彎拉強(qiáng)度范圍內(nèi)。還應(yīng)進(jìn)行道路路面服役極限荷載調(diào)研,并據(jù)此進(jìn)行路面結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生一次性斷裂失效的驗(yàn)證。考慮到瀝青混凝土路面具有較好的平整性、低噪聲、抗高溫和耐老化等性能,本道路路面應(yīng)采用長(zhǎng)壽命瀝青路面設(shè)計(jì),自上而下分別為高質(zhì)量瀝青混凝土面層、高彈性模量抗車(chē)轍瀝青混凝土中間層、高柔性抗疲勞瀝青混凝土HMA基層。在重載交通作用下,車(chē)輪和路面接觸面以下100~150mm范圍受力最大,也是多種病害發(fā)生概率最大的區(qū)域,所以該區(qū)域承載面層必須采用高質(zhì)量瀝青混凝土材料;車(chē)輪荷載經(jīng)由面層向下部中間層擴(kuò)散,并應(yīng)與上部面層存在有效連接,防止出現(xiàn)車(chē)轍病害,所以下部中間層應(yīng)使用高模量抗車(chē)轍瀝青混凝土材料;車(chē)輪荷載最后傳遞至路面拉彎應(yīng)力最大的HMA基層區(qū)域,該區(qū)域?qū)r青混凝土材料抗彎拉性能有較高要求,故采用高柔性抗疲勞瀝青混凝土材料,確保其具備足夠的抵抗性,避免發(fā)生由下至上的開(kāi)裂和破壞。

4結(jié)語(yǔ)

該擬建環(huán)繞某市區(qū)的繞城高速于2018年初開(kāi)工,2019年末建成投運(yùn),運(yùn)行至今其道路路面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好,實(shí)際交通量與道路建設(shè)前所預(yù)測(cè)的交通量基本吻合,路面設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理。本文所進(jìn)行的重載道路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究結(jié)果對(duì)類(lèi)似工程具有參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn):

[1]陳廣浩.淺析重載道路路面的設(shè)計(jì)方法[J].城市道橋與防洪,2014(8):27-29.

[2]陳文甫.重載道路路面設(shè)計(jì)方法分析[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2021(6):81-82.

[3]中交路橋技術(shù)有限公司.公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范:JTGD50—2017[S].北京:人民交通出版社股份有限公司,2017.

[4]孟琦.重載交通路段的道路路面設(shè)計(jì)方法探析[J].公路交通科技(應(yīng)用技術(shù)版),2017(10):156-157.

作者:郭東亮 單位:江西省市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

免责声明

本站为第三方开放式学习交流平台,所有内容均为用户上传,仅供参考,不代表本站立场。若内容不实请联系在线客服删除,服务时间:8:00~21:00。

AI写作,高效原创

在线指导,快速准确,满意为止

立即体验
文秘服务 AI帮写作 润色服务 论文发表