超載車輛對水泥路面使用壽命的影響

摘要：按照現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》，通過疲勞應(yīng)力分析，討論超載車輛對水泥混凝土路面使用壽命的影響，提出相應(yīng)的對策建議。

關(guān)鍵詞：超載；水泥路面；使用壽命

1公路概況

1.1設(shè)計情況。某改建三級公路設(shè)計路基寬度7.5米，路面寬度6.5米，水泥混凝土路面橫縫間距4.0米，混凝土板尺寸為3.25米×4.0米。路段屬公路自然區(qū)劃V1區(qū)，設(shè)計路面結(jié)構(gòu)為：20厘米厚3.0Mpa水泥穩(wěn)定砂礫路面基層，25厘米厚5.0Mpa水泥混凝土路面面層，路基回彈模量取42Mpa。

1.2交通狀況。該路交通量以公路沿線生產(chǎn)企業(yè)拉運原材料及成品的車輛為主，大部分車輛超載嚴(yán)重。經(jīng)實地調(diào)查，該路日交通流量中拉運礦料的單后軸雙輪組貨車單向流量為平均578輛/日，95%以上車輛均存在超載現(xiàn)象，其中65%-70%載重20-28噸，后軸重達18-23噸，30%-35%的車輛載重29-30噸，后軸重達25-27噸。

2水泥混凝土板在超載交通下疲勞應(yīng)力分析

按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》，水泥混凝土路面設(shè)計以100KN的單軸-雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，不同軸-輪型和軸載的作用次數(shù)，按下式確定不同軸型級位的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)：

kp，ij=δij(Pij/100)16

kp，ij——不同軸型級位的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)；δij——i種軸型j級軸載的軸-輪系數(shù)，單軸-雙輪組取1.0；Pij——i種軸型j級軸載的軸重（KN）

通過上式可見，按照等效疲勞斷裂原理，對于單軸-雙輪組的超載車輛，當(dāng)后軸重量為20噸（約200KN）時，通過水泥混凝土路面一次相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)車輛通過65536次，當(dāng)后軸重量為25噸時，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)車輛通過2328306次，對路面的破壞作用超乎尋常。超載100%，載重為標(biāo)準(zhǔn)軸載的2倍時，其作用并不等于標(biāo)準(zhǔn)軸載通行2次，而是65536次。為簡化計算，只考慮拉運礦料的單后軸雙輪組貨車的作用，統(tǒng)一按偏低的后軸重20噸計算，可算得該路單車道設(shè)計初期的標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為37879808次，交通量年平均增長率按5%計，車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.54（行車道寬度6.5米），計算可得兩年內(nèi)一個車道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計當(dāng)量作用次數(shù)為1.53*1010次。按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》，分析水泥混凝土板臨界荷位處的荷載疲勞應(yīng)力σpr及溫度疲勞應(yīng)力σtr，目標(biāo)可靠度γr取1.06，可計算得：γr(σpr+σtr）=1.06(3.867+0.971）=5.13 Mpa

大于水泥混凝土路面設(shè)計彎拉強度fr=5.00Mpa。也就是說，按照目前的交通狀況，新改建成的水泥混凝土路面將可能在兩年內(nèi)即開始出現(xiàn)斷裂破壞，而實際交通情況是軸重超過20噸的車輛占85%以上，路面將受到的破壞作用更加明顯。

3其他因素分析

3.1在車輛荷載作用下，水泥混凝土路面不同部位承受壓應(yīng)力不同，基層產(chǎn)生累計塑性變形也不同。路基由于地質(zhì)、施工缺陷等原因不可避免存在剛度不均勻性。在超載車輛強烈的震動、沖擊作用下，由于水泥混凝土路面板塊變形增大，基層頂面累計塑性變形亦迅速增加，局部處會產(chǎn)生板低脫空，從而具備了早期破壞的先決條件。3.2超載車輛可加速基層頂面產(chǎn)生松散顆粒，降低基層強度。松散顆粒在車輛荷載作用下被擠出后，板底產(chǎn)生脫空，加速路面破壞。3.3超載車輛其重量過大，有可能一次作用就使水泥混凝土路面因承受過大的剪應(yīng)力或拉應(yīng)力而產(chǎn)生微裂縫，使路面產(chǎn)生破壞。

４結(jié)語。通過理論分析，可以判定，該三級公路在現(xiàn)有的交通狀況下，如不采用有效措施，在交付使用后，可能在兩年內(nèi)即開始出現(xiàn)斷板破壞，在三至四年內(nèi)即出現(xiàn)明顯的路面病害并影響正常交通。

在工程設(shè)計中，我們不可能不考慮造價因素而無限的加厚路面厚度或強度來滿足超載交通現(xiàn)狀，因此，應(yīng)采取政府干預(yù)提高運輸單價，保證在準(zhǔn)載噸位下的運輸利潤；設(shè)置治理超限墩，使超載車輛無法上路行使；提倡采用雙后軸車輛運輸，并保證軸載不超限；采取嚴(yán)厲措施，加強執(zhí)法力度，對超載車輛毫不留情。

參考文獻

[1]《公路水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范》JTG D40-2002