CN110042714A - 一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，属于道路建设技术领域。本发明先对拟维修改造旧路就近3～5年的交通情况进行相应的调查，然后调查得到的车辆交通类型转换为车辆轴型类型，并将获取得到的标准车交通量与自然车交通量进行转换，再根据公路的换算系数依次计算计算年限车道日平均当量轴次Nj和初始年设计车道日平均当量轴次N1，然后根据初始年设计车道日平均当量轴次N1设计年限当量设计轴载累计作用次数Ne，最后根据年限当量设计轴载累计作用次数Ne、旧路维修改造系数、路面材料参数等计算设计得到拟维修改造的旧路的路面加铺结构，设计的路面结构切合实际，旧路维修改造后的道路使用寿命与道路设计使用年限相符。

Description

一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法
技术领域
本发明涉及一种路面结构设计方法，特别是一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，属于道路改造建设技术领域。
背景技术
在对城市道路旧路进行维修改造时，施工前期的路面结构设计显得尤为重要。而在对路面结构进行设计时，交通量分析是第一步。在目前的城市道路旧路维修改造设计时，交通分析主要是先进行道路交通量调查及其轴载情况的轴载换算，然后根据交通分析确定交通量平均增长率，再计算路面设计年限内累计标准轴载作用次数，最后根据年限内累计标准轴载作用次数来设计得到路面结构。而在进行标准轴载换算时，需要对各种车辆的各级轴载Pi(包括车辆段前、中、后轴)的作用次数Ni，换算成标准轴载的作用次数N，因此对交通量进行调查时需明确每辆车辆的轴型组合及各轴轴重，以此根据规范中对应的系数计算标准轴载的当量轴次及设计年限内累计标准轴载作用次数。
因此，在对路面结构设计时，旧路的路面交通量的准确性能够影响设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne，而设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne将会直接影响初始年设计车道日平均当量轴次N1，而初始年设计车道日平均当量轴次N1则将会直接影响旧路维修改造的加铺结构。因此，若对旧路的路面交通量计算出现严重误差或无法准确反映该旧路的交通现状，则会使设计的路面结构不切实际，导致旧路维修改造后的道路使用寿命存在较大偏差。
发明内容
本发明的发明目的是，针对上述问题，提供一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，通过改进道路交通量的计算方法，使得到的道路交通量能够真实反映实际，为路面维修改造设计提供强有力的基础，使得路面结构的设计更为合理。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，包括以下步骤：
步骤1：对拟维修改造的旧路进行调查，所述调查的内容包括对拟维修改造的旧路就近3～5年间路面破损情况、周边市政项目建设情况、沿线布置施工围挡情况和沿线地块开发建设情况，根据上述调查的结果确定作为路面交通量设计改造的计算年份j；
步骤2：调查和收集步骤1计算年份j当年，对于拟维修改造的旧路或与拟维修改造的旧路周边相同等级道路平峰日自然车的交通流量结构比例βn，24h的标准车交通量Qd，早/晚高峰小时标准差的标准车交通量Qg以及标准车交通量Qg与早/晚高峰流量占全天流量比例δ；
根据获取的各车型的标准车交通量Qd按照公式1分别转为自然车交通量Qj
其中：kn为对应车型标准车的换算系数；
步骤3：对与拟维修改造的旧路相交或相接的相同等级道路，将城市交通道路上组成的车辆分为10种车辆交通类型，然后根据车辆的轮轴组成将10种车辆交通类型转换为m种车辆轴型类型，最后对拟维修改造的旧路进行实地调查得到各车辆轴型类型所对应的比例αm；
步骤4：将步骤2得到的自然车交通量Qj按步骤3的m种车辆轴型类型及其对应比例分别进行分类，然后根据分类结果将第m类车型在计算年份j当年的日交通量Qm按如下公式计算得到：
Qm＝Qjβnαm 公式2
其中所述m为≥2的整数；
步骤5：首先，根据步骤4计算得到的各类车型的日交通量Qm，按公式3计算计算年份j设计的年限车道日平均当量轴次Nj，
其中，Cm为m类车型满载系数，Ehm为m类车型中满载车的当量设计轴载换算系数，Efm为m类车型中非满载车的当量设计轴载换算系数，α1为车道系数；α2为方向系数；
然后，根据计算得到的年限车道日平均当量轴次Nj计算初始年设计车道的日平均当量轴次N1：
N1＝Nj(1+γ)(1-j) 公式4
其中，γ为交通量年增长系数；
步骤6：根据步骤5得到的初始年设计车道的日平均当量轴次N1，计算设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne：
其中，t为设计使用年限；
步骤7：分别将拟维修改造的旧路的原始路面当量回弹模量、旧路维修改造系数和步骤6计算得到的当量设计轴载累计作用次数Ne输入路面结构计算软件内，计算得到拟维修改造的旧路的路面加铺结构，然后不断修正加铺层厚度反复验证即可。
作为优选实施方式，步骤7中，所述路面加铺结构从上至下包括厚度为H1cm的细粒式沥青层和厚度为H2cm的中粒式沥青混凝土层。
作为优选实施方式，步骤2中，所述自然车的交通流量结构比例βn中的n取1～7的整数，其中β1表示小客车的交通流量结构比例，β2表示出租车的交通流量结构比例，β3表示中客车的交通流量结构比例，β4表示大客车的交通流量结构比例，β5表示公交车的交通流量结构比例，β6表示大货车的交通流量结构比例，β7表示拖挂车的交通流量结构比例。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1.本发明先对拟维修改造旧路就近3～5年的交通情况进行相应的调查，然后调查得到的车辆交通类型转换为车辆轴型类型，并将获取得到的标准车交通量与自然车交通量进行转换，再根据公路的换算系数依次计算计算年限车道日平均当量轴次Nj和初始年设计车道日平均当量轴次N1，然后根据初始年设计车道日平均当量轴次N1设计年限当量设计轴载累计作用次数Ne，最后根据年限当量设计轴载累计作用次数Ne和道路维修改造参数计算设计得到拟维修改造的旧路的路面加铺结构，设计的路面结构切合实际，旧路维修改造后的道路使用寿命与道路设计使用年限相符。
2.本发明对于路面交通量的计算，将能够影响拟维修改造旧路的路面损害情况、道路横断面的优化调整情况、道路施工围挡情况、周边(市政)工程建设等情况考虑其中，使得到的路面交通量数据能准确而真实地反应道路实际运营交通流量，数据真实反应实际，理论依据充分，为路面维修改造设计提供强有力的基础，使得路面结构设计更加合理。
具体实施方式
一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，包括以下步骤：
步骤1：对拟维修改造的旧路进行调查，所述调查的内容包括对拟维修改造的旧路就近3～5年间路面破损情况、周边市政项目建设情况、沿线布置施工围挡情况和沿线地块开发建设情况，根据上述调查的结果确定作为路面交通量设计改造的计算年份j；
步骤2：调查和收集步骤1计算年份j当年，对于拟维修改造的旧路或与拟维修改造的旧路周边相同等级道路平峰日自然车的交通流量结构比例βn，24h的标准车交通量Qd，早/晚高峰小时标准差的标准车交通量Qg以及标准车交通量Qg与早/晚高峰流量占全天流量比例δ；标准车交通量Qg作为是计算道路年限交通量的必要组成的参数。
根据获取的各车型的标准车交通量Qd按照公式1分别转为自然车交通量Qj，
其中：kn为对应车型标准车的换算系数。而所述自然车的交通流量结构比例βn中的n取1～7的整数，其中β1表示小客车的交通流量结构比例，β2表示出租车的交通流量结构比例，β3表示中客车的交通流量结构比例，β4表示大客车的交通流量结构比例，β5表示公交车的交通流量结构比例，β6表示大货车的交通流量结构比例，β7表示拖挂车的交通流量结构比例。
上述步骤2用于将标准车交通量转为自然车交通量，目的在于对自然车按轴载类型进行分类从而计算各类型车辆的当量标准轴载。
步骤3：对与拟维修改造的旧路相交或相接的相同等级道路，将城市交通道路上组成的车辆分为10种车辆交通类型，然后根据车辆的轮轴组成将10种车辆交通类型转换为m种车辆轴型类型，最后对拟维修改造的旧路进行实地调查得到各车辆轴型类型所对应的比例αm。
其中，依据《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2017)关于荷载参数分析中的车型分类，根据车辆构造、轴组组成，10种车辆交通类型分别为：1类(为1-1型)包含小客车、出租车及小型货车；2类(为1-2型客车)包含中、大客车及公交车；3～6类为货车，具体为：3类(1-2型)、4类(1-5型)、5类(1-7型)、6类(1-1-2、1-1-5、1-1-7型)；7～10类为拖挂车：7类(1-2-2、1-2-5型)、8类(1-2-7、1-5-5型)、9类(1-5-7型)、10类(1-1-2-7型)。
而所述m种车辆轴型类型如下表格1：
轴型编号(即m的值) 轴型情况
1 单轴，每侧为单轮胎(单轴单轮组)
2 单轴，每侧为双轮胎(单轴双轮组)
3 双联轴，每侧为单轮胎(双联轴单轮组)
4 双联轴，每侧一个单轮胎一个双轮胎
5 双联轴，每侧为双轮胎(双联轴双轮组)
6 三联轴，每侧为单轮胎(三联轴单轮组)
7 三联轴，每侧为双轮胎(三联轴双轮组)
表1
上述步骤为将车辆交通类型转为车辆轴型类型的处理步骤，以便于用于计算自然车交通量Qj。
步骤4：将步骤2得到的自然车交通量Qj按步骤3的m种车辆轴型类型及其对应比例分别进行分类，然后根据分类结果将第m类车型在计算年份j当年的日交通量Qm按如下公式计算得到：
Qm＝Qjβnαm 公式2
其中所述m为≥2的整数。该步骤用于将自然车交通量Qj转为日交通量Qm的步骤。
步骤5：首先，根据步骤4计算得到的各类车型的日交通量Qm，按公式3计算计算年份j设计的年限车道日平均当量轴次Nj，
其中，Cm为m类车型满载系数，Ehm为m类车型中满载车的当量设计轴载换算系数，Efm为m类车型中非满载车的当量设计轴载换算系数，α1为车道系数；α2为方向系数。
然后，根据计算得到的年限车道日平均当量轴次Nj计算初始年设计车道的日平均当量轴次N1：
N1＝Nj(1+γ)(1-j) 公式4
其中，γ为交通量年增长系数。
步骤6：根据步骤5得到的初始年设计车道的日平均当量轴次N1，计算设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne：
其中，t为设计使用年限。
上述步骤中，当量设计轴载累计作用次数Ne能够作为道路交通等级的划分的标准，决定着旧路路面结构强度评价标准的选取，直接影响了旧路面病害的判定、维修养护标准的选取、旧路补强的结构形式及补强结构厚度计算等，是路面维修与设计的一项重要指标。因此，Ne值的准确性对于路面设计及保证路面的耐久性具有重要作用。而从上述步骤1～5不难得出，Ne的值是否准确或是否具备实际的参考价值，均源于初始年设计车道的日平均当量轴次N1的值，而初始年设计车道的日平均当量轴次N1的值又源于年限车道日平均当量轴次Nj，而年限车道日平均当量轴次Nj的值又源于道路交通量的值，因此本发明对于道路交通量的计算方法的改进使获得的数据准确而真实反映实际，同样能够使最终的维修改造旧路的路面加铺结构合理而准确。
步骤7：分别将拟维修改造的旧路的原始路面当量回弹模量、旧路维修改造系数和步骤6计算得到的当量设计轴载累计作用次数Ne输入路面结构计算软件内，计算得到拟维修改造的旧路的路面加铺结构，然后不断修正加铺层厚度反复验证即可。所述路面结构计算软件具体为现有成熟技术：道路路面设计程序系统(URPDS)或公路路面设计程序系统(HPDS)。
步骤7中，所述路面加铺结构从上至下包括厚度为H1cm的细粒式沥青层和厚度为H2cm的中粒式沥青混凝土层。
现有技术，对于路面交通量的通用计算方法：一是，根据以往调查数据及工程经验预测初始年设计车道日平均当量轴次，存在的缺陷为预测的当量轴次依据不足且主观性很大；二是：设计时进行交通调查及计算，缺陷为工作繁重、需要较大的人力成本；并且无法规避城市道路维修工程中因各种因素对旧路的交通流量及交通量结构组成的影响，不能真实反应维修改造得到的道路实际营运后的交通流量，不能准确为路面结构设计提供依据。本发明在对路面交通量的计算时，先依据考核路面交通量的指标和情况，对拟维修改造的旧路进行调查后，得到的车辆交通类型转换为车辆轴型类型，并将获取得到的标准车交通量与自然车交通量进行转换，再根据公路的换算系数，依次计算所述计算年限车道日平均当量轴次Nj、初始年设计车道日平均当量轴次N1，最后得到设计年限当量设计轴载累计作用次数Ne，此路面交通量的计算和设计过程既简单，并数据准确，为路面加铺结构的设计提供很好的数据基础。
试验例
南宁某城市主干道位于市中心，沿线2016年至今正在进行地铁围挡施工，计划结合地铁线路的开通完成本道路的维修改造提升，由于地铁施工部分交叉口进行了封闭施工，部分路段双向八车道道路施工围挡后维持双向四车道机动车道通行，拥堵严重。当前进行道路提升的路面设计，采用现行记载的交通调查数据，无法真实反应通车初始年实际交通量，也无法根据道路交通量来设计出较为合理的路面加铺结构。本实施例具体描述了一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，包括以下步骤：
步骤1：经调查，2015年所述工程沿线无大规模建设情况，道路状况较好，与本道路相接/相交道路无封闭施工或半封闭施工情况。因此，本实施例进行路面设计时采用的计算年份为2015年，即就近的的前一年。
步骤2：实施例所述的道路交通量采用《2016南宁市综合交通规划(修编)交通大调查报告》中记载的，该道路的24小时标准车交通量Qd为34156pcu(2015年调查结果)，若无Qd数据，可通过Qg、δ计算得出Qd。核查交通流量结构比例βn如下表1所示。根据以上数据及对应车型标准车的换算系数kn，计算得2015年(计算年)24小时机动车交通量(自然车)为26275辆。
表2交通流量结构比例βn值
根据以上表2交通流量结构比例βn值的数值及如下表3的车辆折算系数kn，采用公式1计算得2015年(计算年)24小时机动车交通量Qj(自然车)为26275辆。
表3对应车型标准车的换算系数kn
步骤3：对实施例相交(或相接)的相同等级的某道路货车及拖挂车按轮轴组成类型m(3～10类)及各类型比例am调查，结果如表4所示。
表4车辆轴型分类比例am的值
其中，小货车为2轴4轮的按1类车计。
步骤4：对应上述表4的am，值采用公式2计算2015年(计算年)m类车型日交通量Qm，结果如下表5所示。
车辆轴型分类 1类 2类 3类 4类 5类 6类 7类 8类 9类 10类
日交通量(辆)Qm - 416 845 318 0 382 21 72 24 46
表5各类型车辆交通量Qm
步骤5、根据预测的交通量增长率γ及满载车的当量设计轴载换算系数Ehm、Efm与满载系数Cm以及如下表6的对应数值，将上述数值代入公式3，即计算得2015年设计车道日平均当量轴次Nj为2124次/车道，然后将Nj的数值代入采用公式4，计算得到初始年设计车道日平均当量轴次N1为2675次/车道。
表6换算系数及满载系数
步骤6：根据如下表7所示的交通量年增长系数γ值，根据公式5计算设计使用年限(例如15年)设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne为2240(万次/车道)。
阶段 分段时间 交通增长率γ<sub>i</sub>
第一阶段 5 8％
第二阶段 5 4％
第三阶段 5 1％
表7交通量增长率
本实施例在后续的路面维修设计时，分别将拟维修改造的旧路的原始路面厚度、旧路维修改造参数和步骤6计算得到的当量设计轴载累计作用次数Ne输入路面结构计算软件内，计算得到拟维修改造的旧路的路面加铺结构，然后不断修正旧路维修改造参数即可。
本实施例中，原旧路路面结构厚度为72cm，采用实施例所述方法计算所得当量设计轴载累计作用次数Ne，经路面结构计算软件计算旧路的路面加铺结构从上至下依次为为4cm细粒式沥青玛蹄脂碎石层和6cm厚的中粒式沥青混凝土层，计算所得加铺方案合理。本发明所述方法所用引数据为相关权威的交通调查结果，并且均是针对项目特征的实地调查，数据来源真实，计算过程理论依据充分，用于路面结构设计所得方案合理。
上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (3)

1.一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对拟维修改造的旧路进行调查，所述调查的内容包括对拟维修改造的旧路就近3～5年间路面的破损情况、周边市政项目建设情况、沿线布置施工围挡情况和沿线地块开发建设情况，根据上述调查的结果确定作为路面交通量设计改造的计算年份j；
步骤2：调查和收集步骤1计算年份j当年，对于拟维修改造的旧路或与拟维修改造的旧路周边相同等级道路平峰日自然车的交通流量结构比例βn，24h标准车交通量Qd，早/晚高峰小时标准差的标准车交通量Qg以及标准车交通量Qg与早/晚高峰流量占全天流量比例δ；
根据获取的各车型的标准车交通量Qd按照公式1分别转为自然车交通量Qj，
其中：kn为对应车型标准车的换算系数；
步骤3：对与拟维修改造的旧路相交或相接的相同等级道路，并将城市交通道路上组成的车辆分为10种车辆交通类型，然后根据车辆的轮轴组成将10种车辆交通类型转换为m种车辆轴型类型，最后对拟维修改造的旧路进行实地调查后得到各车辆轴型类型所对应的比例am；
步骤4：将步骤2得到的自然车交通量Qj按步骤3的m种车辆轴型类型及其对应比例分别进行分类，然后根据分类的结果将第m类车型在计算年份j当年的日交通量Qm按如下公式计算得到：
Qm＝Qjβnαm 公式2
其中，所述m≥2的整数；
步骤5：首先，根据步骤4计算得到的各类车型的日交通量Qm，按公式3计算所述计算年份j设计的年限车道日平均当量轴次Nj，
其中，Cm为m类车型对应的满载系数，Ehm为m类车型中满载车的当量设计轴载换算系数，Efm为m类车型中非满载车的当量设计轴载换算系数，α1为车道系数；α2为方向系数；
然后，根据计算得到的年限车道日平均当量轴次Nj计算初始年设计车道的日平均当量轴次N1：
N1＝Nj(1+γ)(1-j) 公式4
其中，γ为交通量年增长系数；
步骤6：根据步骤5得到的初始年设计车道的日平均当量轴次N1，计算设计车道上的当量设计轴载累计作用次数Ne：
其中，t为设计使用年限；
步骤7：分别将拟维修改造的旧路的原始路面当量回弹模量、旧路维修改造系数、路面材料参数和步骤6计算得到的当量设计轴载累计作用次数Ne输入路面结构计算软件内，计算得到拟维修改造的旧路的路面加铺结构，然后不断修正加铺层厚度并反复验证即可。
2.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法,其特征在于：步骤7中，所述路面加铺结构从上至下包括厚度为H1cm的细粒式沥青层、厚度为H2cm的玛蹄脂碎石层和厚度为H3cm的中粒式沥青混凝土层。
3.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路旧路维修改造的路面结构设计方法,其特征在于：步骤2中，所述自然车的交通流量结构比例βn中的n取1～7的整数，其中β1表示小客车的交通流量结构比例，β2表示出租车的交通流量结构比例，β3表示中客车的交通流量结构比例，β4表示大客车的交通流量结构比例，β5表示公交车的交通流量结构比例，β6表示大货车的交通流量结构比例，β7表示拖挂车的交通流量结构比例。
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