浙江省交通规划设计研究院勘察设计事务所 浙江杭州 310006
摘要：设计弯沉的确定对所设计的路面能否达到要求的使用寿命和是否经济是至关重要的。同时，在路面施工中，弯沉值也是检验路面施工质量能否达到设计要求的重要指标。本文结合项目实例从设计的角度，对设计弯沉的应用进行研究论述。
关键词：沥青路面；弯拉应力；设计弯沉
The analysis of design deflection of asphalt pavement design index
HONG Yuan
（Zhejiang Provincial Institute of Communications Planning，Design& Research，Hangzhou 310006，China）
Abstract：It is important to determine whether the designed pavement meets the requirement of service life and economy.At the same time，in the pavement construction，the deflection value is also an important index to measure whether the construction quality of the pavement can meet the design requirements or not. This paper focuses on the research of the application on deflection design from the point of design by project examples .
Key words：asphalt pavement；design deflection；flexural-tensile stress
弯沉是指车轮荷载作用下路表产生的垂直位移，在相同荷载、土基承载条件下，弯沉值越小，表明总体刚度越大，因此它的抗变形能力与抗压入、抗弯曲能力也大。弯沉值用0.01毫米即微米作计算单位。
1 弯沉的分类
1.1 设计弯沉
路面结构在经受设计使用期累计通行标准轴载次数后，路面状况优于各级公路极限状态标准时，所必须具有的路表回弹弯沉值，称作设计弯沉值ld[1]。设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型有以下方程式计算确定：Ld =600Ne-0.2 AcAsAb
式中：Ld-设计弯沉值（0.01mm）；Ne -设计年限内一个车道累计当量轴次；Ac-公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；As-面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；中、低级路面为1.2；Ab-路面结构类型系数，对半刚性基层Ab=1.0；柔性基层Ab=1.6；
1.2 容许弯沉
允许弯沉值的定义为：路面在设计使用年限末期的最不利季节，在标准轴载作用下容许出现的最大回弹弯沉值。该值是设计弯沉在经历了路面强度不断衰减的变化值，从理论上来说其是一个最低值。
从另一角度理解，允许弯沉实际上是路面处于临界状态所测弯沉的代表弯沉值，是结构层强度允许的最大变形弯沉值，即应力在容许应力范围内最大时，结构没有破坏[2]。该值的计算公式为：LR = 720Ne-0.2 AcAs
1.3 计算弯沉
计算弯沉值主要分为检测计算值和理论计算值两种。
检测计算值主要通过对路面、路基和原有路面进行弯沉检测，然后通过整理计算后获取的代表值。其作用主要是评定路基路面状况和作补强设计之用。沥青路面弯沉是逐年变化的，且在路面竣工后的二三年之间路表弯沉值最小，即路面整体结构达到了最大刚度状态[3]。
计算弯沉值，是满足道路车辆荷载所应当达到的弯沉值，是结构设计的依据。
2 设计弯沉的应用分析
我国现行《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）采用路表面回弹弯沉值、沥青混凝土层的层底拉应力及半刚性材料层的层底拉应力作为主要设计指标，进行沥青路面结构设计[4]。沥青路面在车轮荷载作用下，双轮轮隙中心处的路表回弹弯沉值的大小可以充分反映路基路面结构的整体强度和变形能力。
结合浙江丽水缙云县G330国道大中修工程中的路面改造设计方案，即水泥路面碎石化加铺沥青面层以及泡沫沥青路面加铺面层，以设计弯沉值作为路面整体强度的设计指标，计算路面结构厚度，从设计角度对弯沉的应用进行实例论述。
首先参考经验值，拟定路面结构层厚度，然后通过程序软件HDPS2011，进行验收弯沉值和层底最大拉应力的验算。设计弯沉值的计算需要引入两个数值即累计当量轴次N和一个车道上的累计当量轴次Ne。
2.1 累计当量轴次的确定
根据缙云县公路管理局提供的交通量调查结果。各种车型的不同轴载应换算成BZZ-100标准轴载的当量轴次。计算公式如下：
式中：N—以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次（次/d）；ni—被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；P—标准轴载（kN）；Pi—被换算车型的各级轴载（kN）；C1—被换算车型的轴数系数（kN）；C2—被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；K—被换算车型的轴载级别。
当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3m 时，双轴或多轴的轴数系数按下列公式计算：
2.2 一个车道上累计当量轴次的确定Ne
设计交通量是根据不同公路等级的设计年限、第一年双向日平均当量轴次（N1）、年平均交通量增长率、车道系数及该公路交通特点，计算的设计年限内一个方向一个车道的累计当量轴次，计算公式如下：
式中：Ne-设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次（次）；t-设计年限（年），设计年限取15年；N1 -路面营运第一年双向日平均当量轴次（次／日）；r-基准期内交通量的平均年增长率（%）。综合公路近几年的年均增长率，本次设计按年均2%的增长率进行预测；T1 -车道系数，双向四车道取值为0.4，双向两车道取值为0.6。
计算得到一条车道上设计年限内总累计交通量Ne为2072893（轴次／车道）。
2.3 弯沉计算
设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按下式计算确定：
路面结构系数Ab为1.0；柔性结构层大于30cm，路面结构系数Ab为1.6；柔性结构层为18-30cm之间，路面结构系数Ab可线形内插。
碎石化路段：ld=600×2072893-0.2×1.0×1.0×1.6=52.39（0.01mm）。
泡沫沥青段：ld=600×2072893-0.2×1.0×1.0×1.1=36.02（0.01mm）。
2.4 计算过程：
（1）轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算：
表1
设计年限 15 车道系数 0.4 交通量平均年增长率 2 ％
当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：821；设计年限内一个车道上累计当量轴次：2072893。
当进行半刚性基层层底拉应力验算时：路面竣工后第一年日平均当量轴次：814。设计年限内一个车道上累计当量轴次：2055219
泡沫沥青路段：公路等级 一级公路；公路等级系数 1；面层类型系数 1；基层类型系数 1.1。路面设计弯沉值：36.02（0.01mm）。
表2
计算改建路面各加铺层顶面竣工验收弯沉值：第1层路面顶面交工验收弯沉值LS=23.4（0.01mm）；第2层路面顶面交工验收弯沉值LS=26.5（0.01mm）；第3层路面顶面交工验收弯沉值LS=40.8（0.01mm）。每层层底最大拉应力σm见表4。
碎石化路段：公路等级一级公路；新建路面的层数4；标准轴载：BZZ-100
表5
计算改建路面各加铺层顶面竣工验收弯沉值：第1层路面顶面竣工验收弯沉值LS=39.9（0.01mm）；第2层路面顶面竣工验收弯沉值LS=48.5（0.01mm）；第3层路面顶面竣工验收弯沉值LS=64（0.01mm）；第4层路面顶面竣工验收弯沉值 LS=71.6（0.01mm）。每层层底最大拉应力σm见表5。
通过理论程序软件验算，可以得到ls≤ld，σm≤σr，即初步拟定的路面结构厚度的方案是符合设计要求的。
3 结语：
（1）弯沉值可以从整体上反映路面各个层次的强度，若弯沉值偏大，变形将会变得更加严重，各层面容易发生破裂产生路面病害，由此可见做好设计弯沉值分析对确保公路工程质量来说意义重大。
（2）在荷载轻、交通量小，或者路面等级低、结构简单的路况下，采用路表弯沉作为路面结构设计的指标，显然是较简便的方法之一，不会给设计带来矛盾或不协调的结果。然而，对于承受重载的高等级路面来说，路面结构层组合和材料类型都可选用不同的方案，呈现出多样化。这时，再采用路表弯沉作为主要设计指标，就会暴露出一定的不足，甚至会得到相互矛盾的设计结果，需要专业人员更进一步的设计研究。
参考文献
[1]邓学钧. 路基路面工程[M]. 北京：人民交通出版社，2005．
[2]刘培文，董开宏. 我国公路沥青混凝土路面设计弯沉指标回顾和应用分析[J]. 公路，2008，（07）：358.
[3]冯志慧，薛鹏涛，王荣华，王钊. 华南地区沥青路面设计弯沉计算方法[J].长安大学学报，2013，33（6）：30.
[4]JDG D50-2006，公路沥青路面设计规范[S].
论文作者:洪渊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/1
标签：路面论文; 当量论文; 车道论文; 系数论文; 公路论文; 应力论文; 结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;