一种超载情况下柔性路面适用范围的判别方法

摘要

本发明超载情况下柔性路面适用范围的判别方法公开了一种引入了柔性路面，改变了传统的只采用半刚性路面并增加基层厚度应对超载的方法。在相同交通流量、超载率、超载额情况下，通过半刚性路面及柔性路面疲劳使用年限大小的对比，判断何时采用柔性路面或半刚性路面。本发明改变了传统的只采用半刚性路面并增加基层厚度应对超载的方法，引入了柔性路面；在相同交通流量、超载率、超载额情况下，通过半刚性路面及柔性路面疲劳使用年限长短的对比，提出柔性路面及半刚性路面的适用范围；在相同条件下，对于超载率、超载额较大的城市道路，路面结构应采用柔性路面结构，以避免超载导致的早期破坏，同时减少后期养护的成本，延长疲劳使用年限。

说明书

技术领域

本发明涉及公路与城市道路工程技术领域，尤其涉及一种超载情况下柔性路面适用范 围的判别方法。

背景技术

近几年来，为了解决由超载带来的半刚性基层沥青路面早期破坏这一日益突出的问 题，我国开始借鉴国外经验开始进行柔性路面的相关研究，并建成了一些试验路，但由于 我国超载交通实际情况与国外有所不同，大多为重、超载复合型交通，因此对于柔性路面 结构能否代替半刚性基层路面以应对我国超载这一问题，需要通过理论和实际的双重论 证。

目前我国城市道路及公路运输中超载情况严重，为了应对超载，交警部门一般采取的 措施是限制车辆的轴载，设计单位一般采取的措施是在传统的半刚性路面的基础上增加基 层厚度，一方面导致工程造价增加，另一方面则不能有效延缓早期破坏的产生。

国外已经开展了长寿命柔性路面的研究，部分道路已经建成柔性路面，但中国实际采 用柔性路面的道路较少，尤其是超载情况下；对于超载情况下的路面结构形式，我国目前 一般采用刚性路面或半刚性路面，不采用柔性路面。

对于半刚性路面及柔性路面的适用范围，在不同超载率及超载额情况下，目前尚未有 系统的研究，也未有系统的判别方法，导致柔性路面在超载情况下的优越性能得不到应有 的认可。因此，研究超载情况下柔性路面适用范围的判别方法，指导现行设计，具有非常 重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种超载情况下柔性路面适用范围的判别方法，以解 决现有技术中的不足。

为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

一种超载情况下柔性路面适用范围的判别方法，其中，包括下列步骤：

a.收集代表车型、交通量数据，计算未超载情况下累计标准轴次Ne；确定超载额及超 载率，并计算超载条件下代表车型当量轴载换算系数；

b.根据道路等级、面层基层类型、土基回弹模量、累计标准轴次Ne进行路面结构设计， 拟定半刚性路面结构及柔性路面结构；

c.计算超载条件下基于不同设计指标的设计道路日当量标准轴载作用次数：对于半刚性 路面结构，计算以路表弯沉为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_1w，计算以半刚 性基层底拉应力为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_1c；对于柔性路面结构，计 算以路表弯沉为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_2w，计算以柔性基层底拉应力 为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_2c；

d.根据日当量标准轴载作用次数、N_1w、N_1c，确定半刚性路面结构以路表弯沉为指标的 疲劳使用年限Y_1w，以半刚性基层底拉应力为指标的疲劳使用年限Y_1c；根据日当量标 准轴载作用次数、N_2w、N_2c，确定柔性路面结构以路表弯沉为指标的疲劳使用年限Y_2w， 以半刚性基层底拉应力为指标的疲劳使用年限Y_2c；

e.对于半刚性路面结构，比较Y_1w及Y_1c的大小，取其中值小者作为半刚性路面结构的 疲劳使用年限Y1；对于柔性路面结构，比较Y_2w及Y_2c的大小，取其中值小者作为柔 性路面结构的疲劳使用年限Y2；

f.比较半刚性路面结构的疲劳使用年限Y1及柔性路面结构的疲劳使用年限Y2的大小， 若Y1＞Y2，确定超载情况下采用半刚性路面结构；若Y2＞Y1，确定超载情况下采用 柔性路面结构。

上述超载情况下柔性路面适用范围的判别方法，其中，超载条件下代表车型当量轴载 换算系数的计算过程如下：

设超载额为γ，当量轴载换算系数N按下式计算：

1)以弯沉或柔性基层底拉应力为指标时，超载额为γ时，当量轴载换算系数N：

$N=\underset{i=1}{\overset{K}{\Sigma }}{C}_1{C}_2{\left(\frac{\gamma P_i}{P}\right)}^a---\left(1\right)$

式中：N——当量轴载换算系数；

P——单轴双轮组100kN；

P_i——被换算代表车型的单轴i的轴载(kN)；

C₁——轮组系数；

C₂——轴数系数。

a——γP_i<130KN，a＝4.35；γP_i>130KN，a＝5；

2)以半刚性基层底拉应力为指标时，超载额为γ时某代表车型的当量轴载换算系数N：

$N=\underset{i=1}{\overset{K}{\Sigma }}{C}_1{C}_2{\left(\frac{\gamma P_i}{P}\right)}^b---\left(2\right)$

式中：N——当量轴载换算系数；

P——单轴双轮组100kN；

P_i——被换算代表车型的单轴i的轴载(kN)；

C₁——轮组系数；

C₂——轴数系数；

b——γP_i<130KN，b＝8；γP_i>130KN，b＝9。

与已有技术相比，本发明的有益效果在于：

--改变了传统的只采用半刚性路面并增加基层厚度应对超载的方法，引入了柔性路面； 在相同交通流量、超载率、超载额情况下，通过半刚性路面及柔性路面疲劳使用年限长短 的对比，提出柔性路面及半刚性路面的适用范围；

--在相同条件下，对于超载率、超载额较大的城市道路，路面结构应采用柔性路面结构， 以避免超载导致的早期破坏，同时减少后期养护的成本，延长疲劳使用年限。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例 及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明超载情况下柔性路面适用范围的判别方法的逻辑流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实 施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组 合。

本发明超载情况下柔性路面适用范围的判别方法引入了柔性路面，改变了传统的只采 用半刚性路面并增加基层厚度应对超载的方法。在相同交通流量、超载率、超载额情况下， 通过半刚性路面及柔性路面疲劳使用年限大小的对比，判断何时采用柔性路面或半刚性路 面。其中，超载的主要控制因素采用超载额及超载率，半刚性路面及柔性路面疲劳使用年 限对比指标：层底拉应力、弯沉。超载率为超载车辆数占所有车辆数的百分比，改建路面 可根据现场道路轴载调查获得，新建道路可根据现状周边路网轴载调查结论获得。超载额 改建路面为现场道路轴载调查得到的超载车轴载总重超过其对应代表车型轴载的百分比， 新建道路可根据现状周边路网轴载调查结论获得。

为应对超载情况，引入柔性路面，对比半刚性路面。在相同的交通量、超载率、超载 额情况，通过计算当量标准轴载次数，半刚性路面及柔性路面对应的疲劳使用年限，判别 两种路面结构的疲劳使用年限长短，确定采用柔性路面还是半刚性路面。

参照图1，本发明超载情况下柔性路面适用范围的判别方法，包括下列步骤：

g.收集代表车型、交通量数据，计算未超载情况下累计标准轴次Ne；确定超载额及超 载率，并计算超载条件下代表车型当量轴载换算系数；

h.根据道路等级、面层基层类型、土基回弹模量、累计标准轴次Ne进行路面结构设计， 拟定半刚性路面结构及柔性路面结构；

具体设计流程完全按照《城镇道路路面设计规范》(CJJ 169-2012)和《公路沥青路面 设计规范》(JTG D50-2006)进行，本部分内容属于本领域技术人员所熟悉，具体描述 如下：

(1)根据设计要求，按弯沉或层底拉应力指标分别计算设计年限内一条车累计标准 轴次Ne，确定道路等级，分别对应半刚性路面结构及柔性路面结构两种类型结构计算相 应的设计弯沉值及容许拉应力；(2)根据道路等级确定路基回填模量设计值；(3)根据 地区经验分别对应半刚性路面结构及柔性路面结构两种类型结构各自拟定几种可行的路 面结构组合与厚度方案，根据工程选用的材料确定各结构层材料的抗压回弹模量、劈裂强 度等，确定各结构层设计参数；(4)根据计算指标采用多层弹性体系理论设计程序计算 或验算路面厚度。

i.计算超载条件下基于不同设计指标的设计道路日当量标准轴载作用次数：对于半刚性 路面结构，计算以路表弯沉为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_1w，计算以半刚 性基层底拉应力为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_1c；对于柔性路面结构，计 算以路表弯沉为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_2w，计算以柔性基层底拉应力 为指标的单车道累计当量轴载作用次数N_2c；

j.根据日当量标准轴载作用次数、N_1w、N_1c，确定半刚性路面结构以路表弯沉为指标的 疲劳使用年限Y_1w，以半刚性基层底拉应力为指标的疲劳使用年限Y_1c；根据日当量标 准轴载作用次数、N_2w、N_2c，确定柔性路面结构以路表弯沉为指标的疲劳使用年限Y_2w， 以半刚性基层底拉应力为指标的疲劳使用年限Y_2c；

k.对于半刚性路面结构，比较Y_1w及Y_1c的大小，取其中值小者作为半刚性路面结构的 疲劳使用年限Y1；对于柔性路面结构，比较Y_2w及Y_2c的大小，取其中值小者作为柔 性路面结构的疲劳使用年限Y2；

l.比较半刚性路面结构的疲劳使用年限Y1及柔性路面结构的疲劳使用年限Y2的大小， 若Y1＞Y2，确定超载情况下采用半刚性路面结构；若Y2＞Y1，确定超载情况下采用 柔性路面结构。

其中，超载条件下代表车型当量轴载换算系数的计算过程如下：

设某代表车型的超载额为γ，当量轴载换算系数N按下式计算：

1)以弯沉或柔性基层底拉应力为指标时，超载额为γ时，当量轴载换算系数N：

$N=\underset{i=1}{\overset{K}{\Sigma }}{C}_1{C}_2{\left(\frac{\gamma P_i}{P}\right)}^a---\left(1\right)$

式中：N——当量轴载换算系数；

P——单轴双轮组100kN；

P_i——被换算代表车型的单轴i的轴载(kN)；

C₁——轮组系数；

C₂——轴数系数。

a——γP_i<130KN，a＝4.35；γP_i>130KN，a＝5；

2)以半刚性基层底拉应力为指标时，超载额为γ时某代表车型的当量轴载换算系数N：

$N=\underset{i=1}{\overset{K}{\Sigma }}{C}_1{C}_2{\left(\frac{\gamma P_i}{P}\right)}^b---\left(2\right)$

式中：N——当量轴载换算系数；

P——单轴双轮组100kN；

P_i——被换算代表车型的单轴i的轴载(kN)；

C₁——轮组系数；

C₂——轴数系数；

b——γP_i<130KN，b＝8；γP_i>130KN，b＝9。

本发明改变了传统的只采用半刚性路面并增加基层厚度应对超载的方法，引入了柔性 路面；在相同交通流量、超载率、超载额情况下，通过半刚性路面及柔性路面疲劳使用年 限长短的对比，提出柔性路面及半刚性路面的适用范围。另外，在相同条件下，对于超载 率、超载额较大的城市道路，路面结构应采用柔性路面结构，以避免超载导致的早期破坏， 同时减少后期养护的成本，延长疲劳使用年限。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但本发明并不限制于以上描述的具体实 施例，其只是作为范例。对于本领域技术人员而言，任何等同修改和替代也都在本发明的 范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作出的均等变换和修改，都应涵盖在 本发明的范围内。