【毕业设计论文】重交通公交停靠区路面结构设计

毕业设计（论文）题目重交通公交停靠区路面结构设计院别汽车与交通学院专业班级交通工程112学生姓名学号指导教师2015年5月日摘要重交通公交停靠区是城市道路的一部分，也是城市道路建设中重要的一环。公交停靠区专为公交车辆起停之用，车轮荷载作用位置相对集中，受力状况和普通城市道路路面有明显的区别，路面结构承受很大的剪切推移力，从而对路面结构与材料的抗剪性能有更严格的要求。本文针对重交通公交停靠区的路面使用状况进行了调查分析。在现行交通量及车型调查的基础上进行预测，结合路面出现的各种病害，分析了路面结构在轮载作用下的受力状况，并着重阐述了沥青路面结构在重载作用下的破坏机理。在停靠区典型路面结构的基础之上，结合受力特点，依据路面结构的设计方法，提出现行重交通公交停靠区的改进方案，并进行工程方案评价。关键词重交通，公交停靠区，路面结构，ABSTRACTHEAVYTRAFFICBUSSTOPAREAISPARTOFTHECITYROADS,THECITYISALSOANIMPORTANTPARTOFROADCONSTRUCTIONDESIGNEDFROMTHEBUSSTOPAREATOSTOPTHEUSEOFBUSES,WHEELLOADPOSITIONRELATIVECONCENTRATIONOFTHESTRESSSTATEANDTHEGENERALURBANROADPAVEMENTHADOBVIOUSDIFFERENCES,THEROADSTRUCTUREGOESUNDERALOTOFSHEARFORCE,ANDTHUSTHEPAVEMENTSTRUCTUREANDMATERIALSSHEARPERFORMANCEMORESTRINGENTREQUIREMENTSINTHISPAPER,HEAVYROADTRAFFICUSAGEBUSSTOPAREAWEREINVESTIGATEDBEBASEDONTHECURRENTTRAFFICSURVEYANDTHEFORECASTMODELS,COMBINEDWITHTHEEMERGENCEOFVARIOUSDISEASESPAVEMENT,ANALYZESTHEPAVEMENTSTRUCTUREUNDERWHEELLOADSOFTHESITUATIONBYFORCE,ANDFOCUSESONTHEFAILUREMECHANISMOFTHEASPHALTPAVEMENTSTRUCTUREUNDERTHEHEAVYLOADOFONTHEBASISOFTYPICALPAVEMENTSTRUCTURESLANDINGZONE,COMBININGTHEMECHANICALCHARACTERISTICS,ACCORDINGTOTHEPAVEMENTSTRUCTUREDESIGNMETHODISPROPOSEDTOIMPROVETHEEXISTINGPROGRAMAREASOFHEAVYTRAFFICTHEBUSSTOP,ANDPROGRAMEVALUATIONPROJECTSKEYWORDSHEAVYTRAFFIC,BUSSTOPAREAS,ROADCONSTRUCTION目录第一章绪论111问题的提出及研究意义112国内外研究现状113本文的主要研究内容2第二章青岛开发区重交通路段公交停车区交通荷载和路面使用状况调查321青岛开发区自然环境及重交通路段公交停车区交通特点322重交通路段公交停车区路面结构现状调查9第三章公交停车区路面病害原因及破坏机理分析1031重交通公交停靠区路面病害原因分析1032重载交通沥青路面破坏机理分析14第四章重交通沥青路面结构设计方法2041重载交通沥青路面轴载换算方法2042重交通沥青路面结构设计方法23第五章路面结构改进方案探讨2551结构设计软件介绍25第六章路面结构评价2961重交通沥青路面疲劳寿命预估29结论及进一步研究的建议32参考文献32致谢32第一章绪论11问题的提出及研究意义随着我国社会经济飞速发展,城市化进程逐步加快,机动化水平明显提高,城市交通资源供给与需求矛盾日益突出,进而在很大程度上制约着城市的可持续发展。近年来随着公共交通的城市交通优化方案的普及，公共交通得到迅速发展，公交停车区的病害问题引起了越来越多的重视。重交通路段公交车的频繁启停，导致公交停车区路面极易发生剪切变形等病害；重交通路段的累积轴载作用次数较普通路段频繁，极易产生疲劳破坏；公交停车区域产生裂缝现象普遍，特别是网状裂缝屡见不鲜，这就会严重影响路面的使用性能，影响行车的安全性和舒适性；公交停车区要求路面能提供较长时间的路用性能，所以必须保证道路材料选取的合理性以及路面结构设计的合理性，若选取不当会导致路面提前出现病害；此外，还要保证路面在使用过程中承受各种轴载和环境的作用等，要求路面结构具有稳定性和耐久性。综上，有必要进行研究重交通停车区的路面结构并进行专门设计，以减少病害发生，保证公交停车区的正常使用和安全性。通过对青岛开发区重交通路段的公交停车区进行调研，调查重交通路段公交停车区的现状，分析其病害和产生机理，进而在借鉴国内外先进经验的基础上，对公交停车区路面结构进行合理设计。从而保证重交通停车区的路面在设计使用年限内不会发生过大的破坏，延长路面的使用寿命，保证路面能提供良好的使用性能，这对于缓解城市快速交通具有积极的意义。12国内外研究现状121沥青路面结构力学的研究路面结构力学是数学力学知识在工程领域的实际应用，分析和计算道路结构内部在外部作用下的应力、应变和位移,并验算路面材料的强度及抗力能力。模型分析法是路面结构力学计算研究中的常用方法。建模是对道路结构进行力学简化。在大量调查分析的基础上,总结抽象出路面结构,根据实践要求进行模型的简化,应用力学知识导出模型的控制方程,然后运用数学理论求解,得到路面结构在外部作用下的应力和位移的解答,对解答进行参数分析,最后把分析结果解释成工程参量,与测试结果对比寻求在公路工程中有实用价值的解答。沥青路面应力分析,从古典应力分析、层状体系理论分析发展到现在广泛使用的有限元理论和运用电子计算机的各种非线性分析和动力分析,考虑了各种变形情况和边界条件,从微分方程到有限元、矩阵分析越来越复杂,越来越细致,越来越全面。122路面动力响应理论的研究现状路面动力响应是路面结构性能研究的热点。所采用的路面力学模型有无限长梁、无限大板、弹性半空间体等等。其中HERTZ的液体支承板和JBOUSSINESQ的弹性半空间体课题对路面力学理论的发展具有重要意义。FREEMAN等则应用层状体系理论给出路面应力的全解方程。AEHLOVE计算了半空间体在均布圆载荷作用下的近似解,松村孙治提出了双层弹性体系。KENIS、MONISMITH、ULLIDTZ等则采用了弹性层状体系理论,修正了载荷频率及车辆速度对静态分析结果的影响。SIAAHARTHAN和ZAFIRE利用连续基有限层路面模型分析移动载荷下的路面响应。HUANG开发的KENLAYER软件、MONISMITH的SAPSL软件和SIDDHARTHAN编制的3DMOVE软件己成为广泛应用的路面层状体系分析软件。1我国路面动力响应方面的研究业已取得巨大成果。谢水友等用有限元理论研究了车辆载荷对路面应力响应的影响。黄晓明利用粘弹性WINKLER地基板推导了任意动载荷下路面结构的挠度表达式。钟阳则推导出了轴对称半空间层状弹性体系动态反应的理论解。倪光乐考虑了地基非线性特性进行计算分析,计算结果大为改善且更接近于实际。郝大力、王秉刚不仅对各种结构组合情况的路面动力有限元模型进行了求解,并对路面结构仿真的动态参数进行了反分析。董忠红采用三维粘弹性微分型本构关系,结合小变形连续体的平衡方程和几何方程,建立了移动载荷下粘弹性层状体系动力响应模型。2123水平力对沥青路面响应的影响路面各结构层之间的剪应力是国内外设计规范中涉及较少的内容。而从实际情况看,路面结构在垂向和水平载荷的共同作用下,层间剪应力是不容忽视的,这也是造成路面层间滑移的主要原因之一。贺雨田运用有限元软件对水平载荷和垂直载荷作用下,层间剪应力分布规律进行了研究。宋田兴以BISAR程序为计算工具,分析了基面层间剪应力分布规律及影响因素,研究认为重载、层间接触不良及公路线性标准偏低时引起层间剪切滑移一的根本原因。苏凯通过研究认为面层的厚度、模量的增大能减小路面基而层间剪应力仁而基层的模量增大,则会增大层间剪应力,基层厚度对层间剪应力的影响不显著。李秀飞用ABAQUS软件分析了弹性、粘弹性及粘弹塑性状态下各层间的剪应力分布状态,并分析了沥青混合料中加入纤维对沥青路面理学性能的改善作用。路面层间有较大的剪应力,而对层间抗剪切性能的研究也逐渐成为热点。路面结构层之间的抗剪切强度,是影响路面层间破坏的重要指标。TCHEG梦们通过楔型构件对试件施加一定的垂直力和水平力,研究了不同粘结层材料的断裂破坏性能。ROMANOSCHI采用直剪试验得到了不同温度、不同竖向载荷下的剪切强度。MOHANLMAD、等利用SUPERPAVOSHEARTESTER研究了粘层材料类型、喷洒率和试验温度对层间剪切强度的影响。GOODMAN等人利用扭剪原理研发了快速检测剪切强度的仪器IN一SITUSHEASTIFFNESSTEST,用来检测机场和道路的层间粘结强度。韩晓刚详细介绍了路面层间性能检测仪器拉拔仪、剪切仪及相关软件的开发,张培森、贺雨田等利用该仪器在河南某城际路上进行了拉拔剪切试验。刘细军设计了直接剪切仪并进行了直剪试验,研究了级配、沥青用量、温度以及加载速度对沥青混合料内如抗剪性能的影响。武建民在沥青路面推移破坏的实地调查基础上,结合了路面材料剪切仪进行的剪切试验和BISAR计算的路面层间剪应力分析了路面层间滑移与超载、纵坡、基面层材料结构及施工工艺有关,并提出了解决措施。王正文采用长安大学公路学院和亚星土木仪器有限公司联合开发的JHYA型桥面防水层电动剪切仪对粘结层进行剪切试验,确定粘结材料中沥青含量和最佳洒布量,并分析了温度、水、面层沥青混合料的压实度对层间抗剪性能的影响。13本文的主要研究内容本设计针对这种函待解决的问题，以青岛经济技术开发区重交通路段公交停车区路面的实际使用情况及自然特征为依据，对黄岛地区筑路材料性能、路面状况及交通特性进行调查，通过利用车辆轴载控制法，以及参考重载沥青路面的各种材料劈裂试验、回弹模量试验,对重载沥青路面的荷载图式、破坏机理、轴载换算、重载参数、设计指标、结构组合等方面进行系统的研究，提出适合于青岛开发区重交通路段公交停车区的设计。本文研究的主要内容包括以下几个方面1、公交停车区路面使用状况及轴载调查对公交停车区路段的路面使用状况进行调查，并进行轴载测试，绘出轴载谱,得出最大轴载等该路段的交通特性,为设计提供依据。2、公交停车区路面破坏机理研究通过对车辆轴载条件下荷载对路表弯沉、层底拉应力的影响,以及重载作用下车辙特性的研究,建立轴载变化与结构层底拉应力、路表弯沉车辙间的变化关系。依据车辆与沥青路面的作用特点,提出适用于停车区沥青路面的力学图式。1、路面结构层剪切强度研究通过对停靠区路面破坏机理的调查，并对路面结构层之间的剪切强度进行研究，分析剪力在重交通路段的作用及破坏机理，从而对路面设计提出相应的控制指标。2、结构层厚度以及各层材料的选择取用各项控制指标，在道路实际使用的状况下进行材料的选择，并确定各结构层的厚度，并最终确定出符合技术经济指标的路面结构方案。第二章青岛开发区重交通路段公交停车区交通荷载和路面使用状况调查21青岛开发区自然环境及重交通路段公交停车区交通特点211青岛开发区自然环境条件青岛开发区属暖温带半湿润季风气候。由于经常受到海洋季风和海流、水团的直接影响，空气湿润，雨量充沛，温度适中，四季分明，有明显的海洋气候特点。春季气温回升缓慢，较内地相差近1个月，多东南风和海雾。夏季气温高而不燥，降水较集中，湿润多雨而无酷暑。秋季天高气爽，气温下降比较缓慢，雨量骤减。冬季雨雪偏少，干旱，气温下降较迟，比内地偏高，多风，无严冬。有春寒、夏凉、秋爽、冬暖之说。开发区内第四级沉积物无分布面积较广泛，沉积物类型多样，但其厚度不大。按其成因类型主要有海积、冲洪积和残坡积，其次是少量沼泽沉积和人工填积。开发区内上部地层全新统滨海相和现代潮滩沉积的粉质粘土、粉土及粉细砂。下部地层为晚更新统冲洪积或残坡积的砂土和粘性土，基地为燕山期花岗岩、安山岩等。开发区属于丘陵地形，按照公路自然区划开发区属于东部温润季冻区。该区路面结构突出的问题是防止冻胀和翻浆。翻浆的轻重度取决于路基的潮湿状态，可根据不同的路基潮湿状态采取措施。3212重交通路段公交停车区交通特点公交停靠区承受的车轮荷载影响因素主要有车型、载客量，在不同的时间段内还受公交车的发车频次等影响。通过调查青岛开发区主要的3个公交停靠区一天内各时区段的车辆数，得出的数据信息为表21主要站点时间段内车辆数中国人保财险站家佳源站黄海学院站时间段车辆数时间段车辆数时间段车辆数6317002963170024631700770173037701730277017309731800457318003273180010801830378018303080183088319004183190028831900790193039901930309019308931100042931100031931100091001103040100110302810011030710311100451031110030103111007110111304311011130321101113061131120047113112003011311200812011230411201123027120112308123113004012311300301231130091301133038130113303013011330813311400361331140031133114001014011430351401143030140114308143115003714311500281431150071501153036150115302715011530715311600341531160031153116008160116303716011630301601163081631170041163117003316311700917011730461701173030170117309173118004317311800291731180071801183040180118302818011830618311900381831190030183119008190119303519011930311901193081931200033193120002819312000920012030372001203030200120307通过此3个典型的公交停靠区的车辆数分析，在每个时间段内停靠的车辆数大致相当，通过查询发车处的信息可以获知导致每个时区段车辆数不同是由于每辆公交车的路线、信号灯等待时间以及乘客上下车延误所导致的。所以可以推导出每辆公交车所产生的轴载差别主要是载客人数及车型的不同导致的。以中国人保财险站为例，将东1路、15路、25路车的客流量变化统计如下，其中半小时内，15路发车6次，东1路发车5次，25路发车4次。表22东1路、15路、25路车客流量统计东1路、15路、25路车客流量统计时间段东1路时间段15路时间段25路63170053631700486317003070173098701730102701730587318001437318001887318001008018301898018302208018301218319002238319002398319009690193016590193019590193084931100017293110002109311000751001103018710011030215100110308710311100206103111002181031110096110111301771101113020011011130681131120023111311200235113112001031201123019612011230194120112309212311300176123113002051231130087130113301301301133018513011330941331140014513311400216133114001031401143016014011430200140114309614311500152143115001861431150084150115301381501153020415011530861531160015315311600198153116007916011630136160116301941601163091163117001651631170017416311700951701173018517011730240170117307417311800196173118002051731180010018011830142180118301841801183078183119001301831190016818311900821901193012519011930185190119306719312000120193120001051931200058200120308820012030732001203047此3路公交车的人数变化如下图所示，各辆公交车的人数早高峰、午高峰及晚高峰人数达到最大值，其中15路车在晚高峰时段人数达到上限240人，平均每车次40人。以15路车为参考，现将各个高峰时段的每车具体人数绘制如下表所示。图2115路车一天内各时间段人数统计306912508246317803190131201340135601378013920人数统计时间段人数东1路5路路图2215路车831900各车次人数统计20350651234568319027534632437第X辆车人数图2315路车11311200各车次人数统计203506512345617017303542362351第X辆车人数图2415路车17011730各车次人数统计20350651234561312037411524232第X辆车人数可见，即使在同一时间段同一路车上，乘客人数的变化还是相当大的。在设计时考虑不同车次人数都是最大值的小概率事件，取最大人数的75作为各设计车辆的乘客人数。以中国人保财险站为例，各公交车辆的乘客人数如下表所列表23人保财险站各公交车一天内发车次数路线东1路1路3路22路25路27路日发车次数200次30次120次85次155次90次设计乘客人数40358182325路线29路30路51路803路806路15路日发车次数62次160次40次60次60次185次设计乘客人数1827415540公交车的车型差别也是影响车轮荷载作用的因素之一，开发区的现有公交车大部分已更新换代为清洁新能源电车，还有一小部分为柴油汽车，典型车辆信息统计如下表24调查典型车辆参数典型车辆参数车型人数总质量（KN）前轮重（KN）后轮重KN中通LGK6115HQGN31/97131424886海格KLQ6128GC28/971324785金龙XMQ6119BGN535/901163977申沃SWB6121SC30/971387448939亚星JS6936GH33/861003070申沃SWB6850Q30/97123540583213停车区交通流预测（1）发生与吸引交通量的预测4发生于吸引交通量的预测方法分原单位法、增长率法、交叉分类法和函数法。1、原单位法利用原单位法预测发生与吸引交通量时，首先需要分别计算发生原单位和吸引原单位，然后根据发生原单位和吸引原单位与人口、面积等属性的乘积预测得到发生与吸引交通量的值，可用下式表示。（21）JJIICXDBO式中OI小区I的发生交通量；B某出行目的的单位出行发生次数（次/（日人）；X常住人口、白天人口、从业人口、土地利用差别、面积等属性变量；DJ小区J的吸引交通量；C某出行目的的单位出行吸引次数（次/（日人）；I,J交通小区。若各小区的发生交通量或吸引交通量之和不等于交通生成总量。可以用总量控制法和调整系数法进行调整。2、增长率法增长率法考虑了原单位随时间变动的情况，它使用其他指标的增长率乘以原单位求出将来交通生成量的方法。（22）INIOF式中FI发生与吸引交通量的增长率，例如，FIII。其中，I目标年度小区I预测人口/基准年度小区I的人口；I目标年度小区I的人均车辆拥有率/基准年度小区I的人均车辆拥有率。（2）公交车辆的计算我国城市道路交通规划设计规范（GB5022095）中规定，城市公共汽车和电车的规划拥有量，大城市应每8001000人一辆标准车，中、小城市应每12001500人一辆标准车。公共交通标准车以车身长度710M的640型单节公共汽车为标准车。其他各种型号的车辆，按其不同的车身长度，分别乘以相应的换算系数，折算成标准车数。计算一条营业线路全日客运周转量（人公里），即可估算完成这些客运任务所需运营车数（W行）为（23）HM营日行MLW式中W行所需运营车辆数（辆）；ML全日客运周转量（人公里）；M车辆平均定员；日一天的平均满载率；营运营速度（KM/H）；H一辆车一天工作小时数。（3）以中国人保财险公交停靠区为例进行交通量的预测依据青岛开发区城市规划，未来15年各交通小区的人口数量将增加20左右，未来开发区发展模式以旅游业为主，以旅游和购物为出行目的的人数将增加25。依据增长率法按照比例来进行计算，发生与吸引交通量比例将提高25。由于现行公交车的满载率并没有达到设计上限指标，依照公式23，当ML提高25，满载率提高10，则可以计算出所需运营的公交车辆数将增加136。22重交通路段公交停车区路面结构现状调查开发区重交通公交停靠区路面在使用过程中有的损坏严重，有的使用状况良好。对于较好的路面，由于路面结构刚经过整修或者重新铺筑，路面未出现破坏现象。出现损坏现象的路面，各个停靠区的损坏类型各不相同，横缝是共同的重要病害形式。下图为调查员所得到的青岛开发区公交停靠站的路面损坏比例。图25开发区路面损害比例221路面结构形式开发区重交通公交停车区的路面结构形式主要是半刚性基层沥青路面及原有路面基础之上重新加铺水泥混凝土的路面结构形式，现将所调查的路面结构情况汇总于表。表25典型公交停靠区路面结构家佳源中国人保财险黄海学院材料厚度（MM）材料厚度MM材料厚度MM普通混凝土面层200细粒式沥青混凝土40中粒式沥青混凝土50碾压混凝土150中粒式沥青混凝土50粗粒式沥青混凝土60水泥稳定粒料180粗粒式沥青混凝土60水泥粉煤灰碎石180石灰粉煤灰土150石灰粉煤灰碎石300石灰土240新建路基新建路基新建路基222路面结构病害特征分析在所调查的公交站点中，各路面结构均出现了不同程度的路面损害现象，现将各个站点的通车时常及所出现的主要病害统计如下表26典型公交站通车时间及病害站点名称通车时常（Y）主要病害家佳源站2横缝灵山卫枢纽站35车辙、横缝黄海学院站45横缝、车辙、纵缝西门外站4,5横缝、车辙、剥落中国人保财险站55横缝、车辙、纵缝保税区东门站55横缝、车辙、纵缝开发区管委2横缝随着通车市场的增加，路面所显现的病害种类增多，在通车前期停靠区的路面结构基本不会出现路面病害。例如，在家佳源站由于通车时间短，路面仅出现少许横缝，但是在人保财险站点，承受的累积轴载作用次数较多，前期设计的路面结构不在满足现行车辆的需求，路面破坏现象就比较要重。第三章公交停车区路面病害原因及破坏机理分析31重交通公交停靠区路面病害原因分析在调查中发现，路面病害的种类较多，有横缝、纵缝、网裂、车辙等，有的地方还出现坑槽现象。现将所调查的停靠区出现的病害情况统计如下表31典型公交站病害统计站点名称路面形式横缝数纵缝数量是否有网是否有车量裂辙家佳源站水泥混凝土531无无灵山卫枢纽站沥青混凝土81无有黄海学院站沥青混凝土52有有中国人保财险站沥青混凝土141有有西门外站沥青混凝土51有有开发区管委水泥混凝土681无无重交通公交停靠站路面各病害现象所占比例为图31公交停靠区路面病害比例路面病害比例9042横缝纵缝网裂车辙311车辙原因分析车辙发生于沥青混凝土的表面，在渠化交通的重交通道路上尤为明显。当沥青路面所采用的基层类型为半刚性基层时，车辙发生在沥青表面。依据车辙的形成起因，结合重交通公交停靠区的交通特点，所调查路面的车辙为失稳型车辙和结构性车辙。失稳型车辙是沥青路面结构层在车轮荷载的作用下，内部材料流动，产生横向位移而引起的，发生在轮迹处。结构性车辙是由于路面结构在车轮荷载作用下产生永久变形而引起的，表现为路基变形传递到面层而产生。在排水井边上产生的车辙就是结构性车辙。由于排水井在设计时单独设计，在排出路面积水时，水分深入到边缘的路面结构中，致使基层遭到水分侵蚀，结构稳定性遭到破坏，在受到荷载作用时，产生由基层到面层的结构变形。在中国人保财险站的5处车辙中，有3处发生在进出口处，平均深度3厘米。有2处发生在排水井处，深度均大于5厘米，通过分析和测试，认为停靠区产生车辙的主要原因有如下几点（1）作用轴载及次数较高。对于上下客流量较大的公交停靠站，在同一时刻就会有超过5辆车同时停靠，显然路面结构所承担的累积轴次就比较大。（2）沥青混凝土的矿料级配不合适。有些公交停靠区并没有进行专门的设计，而是和行车道一起设计的，显然行车道的路面结构不合适公交停靠区的交通特性，在高温季节路面承受较大的作用力时极易导致车辙的发生。（3）路面排水不良。一是路面本身设计时，没有做好路面排水和路基排水的工作，导致雨水不能尽快的排出。二是雨水集中于车辙处，特别是在排水口附近，雨水聚集在此容易导致松散，剥落等病害。（4）路面板衔接处设计不合理。两侧的结构层设计不合理，会导致两侧产生不同程度的沉降，影响路面使用性能。图32人保财险站车辙312水损害原因分析有沥青路面的损坏特征可以看出，水损坏主要分布在个别设计不合理的停靠区地点，总体来说有一下几点原因（1）路基路面的防排水工作设计不合理。（2）沥青混凝土的孔隙率较大，特别是表面层沥青混凝土实际孔隙率较大，降水很容易进入表面层，引起沥青结合料和集料的分离等导致水损坏。（3）面层裂缝的产生。在半刚性基层之上的面层，特别是AC表面的早期裂缝，雨水通过裂缝下渗，在层间停留排出不净，在行车荷载的反复作用之下沥青就会从集料的表面剥落，导致水损坏。车辙深度达7CM图33西门外站路面坑槽313裂缝原因分析（1）横向裂缝在所调查的公交停靠区内，沥青路面的横缝数量比较多，灵山卫枢纽站平均15米会有一条比较长的裂缝，缝隙宽约34毫米，平均在78米就会有较短裂缝，宽约12毫米。中国人保财险站路面横缝数量比较多，相隔34米就会产生一条较长裂缝，缝隙宽度大于5毫米，并伴随宽度57厘米的网状裂缝长带。其他公交站会的横向裂缝宽度在2毫米左右。水泥混凝土的横向裂缝数量较沥青路面更多，在每块25米的水泥面板之上会有68条的裂缝存在，每条裂缝宽约12毫米。在所调查的站点之中，水泥路面呈现出的基本是横缝形式。图34停靠区路面横缝（2）纵向裂缝停靠区所产生的纵向裂缝数量很少，在水泥混凝土路面之上只有伴随在横缝边缘的较细纵缝。考虑到所调查区域水泥路面的使用期较短，路面结构可能枢纽站横缝佳家园站水泥路面横缝雨水侵入导致面层结构破坏严重人保财险站横缝会产生的病害现象还未显露出来，暂且不考虑水泥路面所产生的纵缝现象。在沥青混凝土路面之上会有12处的纵缝产生，平均宽度约为23毫米。突出表现为轮迹处和衔接处的纵向裂缝，产生的原因主要是表面层剪应力过大，沥青面层在剪应力的反复作用之下产生纵向裂缝，裂缝从表面开裂，然后逐步向下发展。图35路面纵缝（3）网状裂缝网状裂缝一方面是由于路面结构的整体强度不足引起的，另一方面试由于路面出现横缝后未能及时的进行修复，致使水分下渗，在重载的作用下，加速了路面的破坏。网裂的出现严重影响行车的安全性及乘客的舒适性。在人保财险站就出现了3出网裂现象，最大的一个地方碎为14块，小的碎块50CM70CM,大的碎块150CM100CM，以严重影响到行车质量。图36路面网裂路面纵缝并伴随有网裂的产生32重载交通沥青路面破坏机理分析321轴重的增加对路面破坏的影响针对我国目前广泛使用的半刚性基层沥青路面结构，并结合我国公路沥青路面设计规范JTGD502006选取的路面结构及各结构层的计算参数见表32。选用路面力学计算分析程序BISAR30对所选的路面结构进行计算分析。表32路面结构及计算参数层号材料类型厚度（CM）计算模量（KPA）泊松比1AC1641200032AC2051200033AC2561000034水泥稳定砂砾基层3013600255水泥稳定砂砾底基层2012000256土基50035下面是研究人员使用路面结构计算程序计算路面在不同的轴载作用下基层和底基层拉应力的变化。计算结果如37所示图37基层层底和底基层层底拉应力变化中国人保财险站路面出现较大的网状裂缝从上表和上图中可以看出，随着轴载的增加，基层层底拉应力和底基层层底拉力都大大增加，底基层层底的拉应力增加得更快；当轴载增加到140KN时，基层层底的拉应力为标准轴载作用下拉应力的14倍，数值上达到018MPA。当轴载增加到200KN时，底基层层底的拉应力为标准轴载作用下的近2倍，数值上达到了025MPA，而水泥稳定砂砾材料的容许拉应力仅在02026MPA之间，这样，在重载下，有可能一次的作用就造成路面基层层底的开裂，引起结构性破坏。322剪力对路面破坏的影响下图为标准荷载作用下同一深度最大剪应力与深度的关系图图38标准荷载下剪应力与深度关系图从图38中可以看出最大剪应力随着深度的增加,变化趋势是先增大后减小。从路表往下,最大剪应力迅速增大,在面层的中上部剪应力达到最大值。随着深度再往下,最大剪应力会减小,而且减小的幅度较大。图39为路面结构中最大剪应力与荷载的变化图图39最大剪应力与荷载关系随着轴重的增加,表面层的剪应力基本成比例增加。并且，沥青面层内部各层最大剪应力也随着轴重的增大而增大。对比沥青混凝土的拉应力和剪应力，可以发现，在任何轴载水平下，沥青混凝土面层底部基本处于受压状态，而面层表面存在较大的拉应力。其次，无论是面层表面还是面层底部都存在较大的剪切应力，而且剪应力水平明显大于同层位的拉应力。图310为沥青混凝土面层表面拉应力和剪应力随荷载水平变化的曲线。310拉应力和剪应力随荷载水平变化曲线随着荷载水平的增加表面的拉应力和剪应力都近乎线性增加,从曲线的斜率看,剪应力的斜率大于拉应力,也就是说,随着荷载水平增加,剪应力不仅在数值上大于拉应力而且增长率也大于拉应力。由此看出,在荷载作用下,沥青面层内部以承受剪切应力为主,特别是面层表面的剪应力水平较高。对于重载交通条件下,沥青混凝土表面在较大的剪应力和拉应力的综合作用下将首先产生破坏,这与路上实际观测的病害现象相一致沥青路面的纵向裂缝首先产生在轮迹带位置,而且从上向下逐渐发展。（重载交通沥青路面受力机理及结构组合设计隋园园）针对半刚性基层沥青路面面层剪应力分布规律的研究，结合我国公路沥青路面设计规范JTGD502006选取的路面结构及各结构层的计算参数，计算得到标准轴载作用下不同层位最大剪应力分布规律。对所选的路面结构的计算点进行剪应力计算，分别对Z0、1、2、4、6、8、10、14CM深度的层进行了剪应力计算。对计算结果整理分析得到各层位计算点的最大剪应力分布特点见图311。311各层位计算点的最大剪应力分布从不同层位剪应力的分布状况图中可以得出以下几点（1）在距路表02CM深度处的层位上剪应力在轮的边缘有很大的应力集中现象，见图311中的（A）、（B）、C，并且最大剪应力分布在轮的边缘。（2）在距路表8C15CM深度层位的地方应力集中现象已经不太明显，并且最大剪应力分布在当量圆的圆心附近，见图311的（F）、（G）、H。对标准轴载和130KN的轴载进行了各层位最大剪应力的计算和分析，从不同层位中找出最大剪应力和其所处的位置，见表33、34和图312及图313。表33标准轴载作用下不同层位做大剪应力峰值及所处的位置深度Z（CM）0010513581014最大剪应力（MPA）0177402353023302312022780220602108018920138最大剪应力距圆心距离CM1068106310581038962802062062022表34130KN轴载作用下不同层位做大剪应力峰值及所处的位置深度Z（CM）0010513581014最大剪应力（MPA）023170306603048030180296902874027470246601794最大剪应力距圆心距离CM1066106310581038962802052052102图312不同轴载应力分布规律图313距离当量圆心距离从表33和表34及图312和图313中可以看出（1）不论是重载还是标准轴载最大剪应力均分布在距路表03CM之间的某一深度处，并且在距路表08CM深度处的沥青面层内剪应力的峰值维持较高的数值。（2）沥青面层内的剪应力随深度增加有一个先增大后减小的变化规律，且在沥青面层内最大剪应力的位置随深度增加不断向当量圆的圆心靠近，见图45。（3）重载作用下（轴载130KN）沥青面层的最大剪应力比标准轴载作用下要增大30（即增大00713MPA）。（4）重载作用下（轴载130KN）沥青面层在08CM的层位上剪应力的峰值均维持较高的数值（大于027MPA），比标准轴载作用下的剪应力的最大值（02353）还要大。这就充分说明重载对路面的破坏是比较大的。因此对于重载交通道路结构设计要考虑各方面的因素，优化结构组合，对中上面层剪应力比较大的层位优先选用改性沥青或高温稳定性较好的沥青混合料以提高路面的抗车辙能力。第四章重交通沥青路面结构设计方法41重载交通沥青路面轴载换算方法设计交通量的计算是将不同轴重的各种车辆换算成BZZ100标准轴重的当量轴次。公路沥青路面设计规范JTGD502006中对轴载换算的研究以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标及以半刚性材料层的拉应力为设计指标进行轴载换算。美国各州公路工作者协会简称AASHTO通过环道试验，研究了重载对路面结构的破坏作用，得出如下结论车辆对路面的破坏性与轴载的M次方成正比，即（41）MIIPN0式中N0、P0分别为标准车的通行次数及轴载NI、PI分别为某一种车的通行次数及轴载；M为试验系数，沥青路面结构，N4。我国路面设计规范根据等效疲劳损坏原理，采用弹性理论分析荷载应力与轴载的关系结合公路上实测不同轴载汽车的弯沉对比，疲劳试验以及直槽测试验证，提出了不同轴载车辆对路面的损坏程度不同，并且提出按弯沉等效以及半刚性材料层拉应力等效的轴载换算公式。当按照设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时轴载换算公式为423540210PCNII式中N0、P0分别为标准车的通行次数及轴载，P0100KN；NI、PI分别为某一种车的通行次数及轴载；C1为轴载系数，当轴间距大于3M时，应该按照一个轴载计算，当轴间距小于3M时，双轴或者多轴的轴数系数按公式C1112M1计算；C2为轮组系数，双轮组为10，单轮组为64，四轮组为038。当按照半刚性材料层的拉应力为设计指标时，各级轴载均应按下公式换算（43）80210PCNII式中N0、P0分别为标准车的通行次数及轴载，P0100KN；NI、PI分别为某一种车的通行次数及轴载；为轴载系数，当轴间距大于3M时，应该按照一个轴载计算，当轴间1C距小于3M时，双轴或者多轴的轴数系数按公式C1112M1计算；为轮组系数，双轮组为10，单轮组为185，四轮组为009。2C但是，这是在我国当时的轴载情况下得出来的结论，这个公式的应用是有条件的，即适用于单轴轴载小于或等于130KN。而在重载情况下，随着轴重的增加，N的取值将远大于规范规定的数值。王选仓教授发表的重载路面轴载换算方法研究上分析了不同路面结构的轴载换算系数与轴载的关系，发现轴载换算系数N主要与轴载有关，可以利用回归分析得到路面弯沉、弯拉以及车辙等效的轴载换算系数N的取值范围。考虑超载，弯沉等效时，N取5058，线性分析结果为N50，非线性分析结果N55；半刚性层拉应力等效时，一般半刚性基层路面N80，考虑超载时N90；车辙等效时，N取4045。此结果与国内外其他关于轴载换算关系的研究成果基本一致。因此，本文取超载下轴载换算公式如下弯沉等效（44）50210PCNII半刚性材料层拉应力等效（45）90210II若以开发区15路公交车为例，其前轴轴载为448KN，后轴轴载939KN，整备重量139T，最大载客人数，座30人站67人。分别按照15路公交车空乘，乘客人数30人、60人、77人及97人进行轴载换算，按平均每人700N计。人数质量分担到前轴1/3，后轴2/3。轴间距大于3米。当后轴轴载小于130KN时，按32、33式计算，当后轴轴载大于130KN时，按34、35进行计算。表41乘客人数后轴轴载弯沉等效换算系数弯拉等效换算系数09390760613010791391846012192374887712983118069713926171962整理表中数据，整理成下图图41图42从表32可以看出若是按照15路车型空载计算的话，15路车作用一次，按照弯沉等效相当于标准车作用076次，按照半刚性材料层层底拉应力计算相当于标准车作用061次。如果有乘客30人次，后轴轴载达到1079KN，根据式32可以算出其弯沉等效换算系数为139，半刚性基层层底拉应力等效换算系数为184，也就是说，15路车载客30人时，按弯沉等效相当于标准车作用次数的139倍，按半刚性材料层拉应力等效相当于标准车作用184次；同理，如果载客60人，按弯沉等效相当于标准车作用237次，按半刚性材料层拉应力等效相当于标准车作用488次；若满载97人次，按弯沉等效相当于标准车作用617次，按半刚性材料层拉应力等效相当于标准车作用1962次。可以看出，随着车辆载客人数的上升，弯沉和弯拉等效换算系数是急剧上升的，这也就是说，半刚性基层沥青路面的寿命是急剧减少的。很显然，在重载的情况下N的取值大于规范规定的数值，这将使得路面在重载交通条件下，在较短时间内便达到设计的累计标准轴次，导致道路使用寿命急剧地下降。考虑设计公交车车型以及选用设计乘客数目的不同，现将各路公交车按照设计乘客人数，结合第二章当中对人保财险站的交通量预测，进行标准轴载的换算，结果如表42、43所示表42弯沉等效换算下的各公交车当量轴载路线东1路1路3路22路25路27路当量轴载68457134132243187路线29路30路51路803路806路15路当量轴载443622911075760表43弯拉等效换算下的各公交车当量轴载路线东1路1路3路22路25路27路当量轴载148274114248274268路线29路30路51路803路806路15路当量轴载265541714271191742重交通沥青路面结构设计方法路面设计方法,是以轴载对路面产生的有效应力为根据的。对于常规路面结构,由于重载车数量少,汽车载重对路面结构设计影响不大。对于承受重载的路面结构,若按额定荷载情况进行路面的结构设计,所得路面结构很难满足路面使用寿命的要求若按最大荷载来进行设计,则会使路面过厚,从而造成造价过高而不经济。现行沥青混凝土设计规范设计方法仅适用于单轴载小于130NK,双轴轴载小于220NK的常规荷载。因此有必要在重载交通沥青路面交通特性、荷载图式、应力分析及轴载换算方法等研究的基础上,系统地提出适合于重交通公交停靠区沥青路面结构设计方法。421设计指标由目前的路面结构研究现状可知,重载沥青路面设计应采用多指标体系,包括路表弯沉、基层层底拉应力以及车辙。由于车辙预估模型还不尽完善,暂不考虑车辙验算指标。因此,根据重交通沥青路面的受力和损坏特点,建议仍以设计弯沉值作为路面厚度设计的控制指标,以半刚性基层和底基层层底弯拉应力作为检验指标,同时,根据重载作用下的沥青路面受力特点,建议对最大轴载进行半刚性基层和底基层极限弯拉应力验算。设计弯沉仍采用下式（46）BSCANEL20D6式中NE一设计年限内一个车道上标准轴载累计当量轴次；AC一公路等级系数,高速公路、一级公路为10，二级公路为11，三、四级公路为12；AS一面层类型系数，沥青混凝土面层为10；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面为11；沥青表面处治为12；中、低级路面为13；AB一基层类型系数,对半刚性基层、底基层总厚度等于或大于20C时，AB取L0若面层与半刚性基层间设置等于或小于15CM级配碎石层、沥青贯入碎石、沥青碎石的半刚性基层结构时，AB可取10；柔性基层、底基层ABL6，当柔性基层厚度大于15CM、底基层为半刚性下卧层时,AB可取16。沥青面层和基层层底拉应力作为沥青路面结构设计的第二项设计控制指标。沥青路面在车轮反复多次作用之下，沥青面层和刚性、半刚性基层的层底拉应力超过极限，形成初试裂缝并逐步扩展至断裂的过程，属于疲劳断裂损伤。承受一次加载断裂的极限弯拉应力与受多次加载后达到同样断裂所施加的疲劳应力之间的比值与加载次数之间存在如下相关关系（47）SSPKR式中路面结构材料的极限抗拉强度（MPA）；SP路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限次加REN载的疲劳弯拉应力（MPA）；抗拉强度结构系数。SK422交通参数同常规路面设计一样,车辆荷载是影响路面使用寿命的关键因素之一。在路面设计时,设计使用期内标准轴载的累计作用次数是需考虑的主要参数。交通参数的采集及统计、停靠区交通量的预估增长量、车辆标准轴载及轴载换算等交通参数前面章节以叙述。423重载交通沥青路面结构组合设计和厚度计算通过对现有重载停靠区的使用状况调查可知,停靠区路面上的裂缝、车辙等现象严重。同时,由重载沥青路面破坏机理分析可知,在重载情况下,路表弯沉、层底弯拉应力随着轴重的增加急剧增加,故重载对公交停靠区路面的破坏作用远大于常规轴载。因此,进行重载沥青路面设计时,对路面结构组合的要求高于一般行车道沥青路面。沥青混凝土面层直接承受行车荷载及自然因素的作用,在公交停靠区除了考虑面层结构需要的稳定性及耐久性以外，特别还要考虑路面的舒适性。基层是主要的承重层,对其强度和水稳定性要求较高。调查表明石灰土基层由于水稳定性较差,强度不是太高,在重载车辆荷载和自由水的作用下易松散、强度降低,不适于作重载道路基层。一般宜选择水泥稳定粒料和二灰稳定粒料等强