淺談車輛超載對瀝青路面設(shè)計厚度的影響

王祥彪

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

淺談車輛超載對瀝青路面設(shè)計厚度的影響

王祥彪

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

近些年來，隨著國家基礎(chǔ)設(shè)施的大力建設(shè)，交通設(shè)施發(fā)展迅速，國家路網(wǎng)也越來越趨于完善，交通量的增加更加迅猛。在現(xiàn)有交通量的構(gòu)成中，中型以上的貨車所占的比例很大，受經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使，載貨貨車中多存在超載現(xiàn)象，依據(jù)瀝青路面現(xiàn)行設(shè)計方法，結(jié)合案例計算，淺談車輛超載對瀝青路面設(shè)計厚度的影響。

車輛超載；瀝青路面；設(shè)計厚度

1 車輛超載現(xiàn)狀

改革開放以來，公路事業(yè)有了較大發(fā)展，特別是高等級公路的發(fā)展更快。然而伴隨著公路的發(fā)展，交通量的增加更加迅猛。在現(xiàn)有交通量的構(gòu)成中，中型以上載貨車輛占60%～70%，且有繼續(xù)增長的趨勢。

由于受經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)動，載貨車輛中，除空車外，80%有超載現(xiàn)象，車輛超載率從50%～200%不等。正是這部分超載車輛加速了路面的破壞，使得公路大修期變短，養(yǎng)護(hù)費增高。

交通部門認(rèn)識到了超載車輛對道路的危害，提出了一些限制車輛超載的規(guī)定，但由于執(zhí)法不嚴(yán)，收效甚微。所以，分析超載車輛對路面的影響，引起全社會的關(guān)注是十分必要和迫切的[1]。

2 超載對路面設(shè)計彎沉值及厚度影響

以設(shè)計彎沉值為路面整體剛度的控制指標(biāo)[2]，采用多層彈性層狀理論公式進(jìn)行計算，并以BZZ-100為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)軸[3]。各種車輛采用下式進(jìn)行軸載換算，即

(1)

其中，N為以設(shè)計彎沉值和瀝青層層底拉應(yīng)力為指標(biāo)時的標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量軸次(次/d)；ni為被換算車型的各級軸載作用次數(shù)(次/d)；P為標(biāo)準(zhǔn)軸載(kN)；Pi為被換算車型的各級軸載(kN)；C1為被換算車型的軸數(shù)系統(tǒng)；C2為被換算車型的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為6.4，四輪組為0.38；K為被換算車型的軸載級別。

(2)

其中，Ne為設(shè)計年限內(nèi)一個車道的累計當(dāng)量軸次(次/車道)；t為設(shè)計年限(a)；N1為營運第一年雙向日平均當(dāng)量軸次(次/d)；γ為設(shè)計年限內(nèi)交通量的平均年增長率(%)；η為車道系數(shù)。

路面設(shè)計彎沉值Ld是表征路面整體剛度大小的指標(biāo)，是路面厚度計算的主要依據(jù)[4]。設(shè)計彎沉值應(yīng)根據(jù)公路等級、設(shè)計年限內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次、面層和基層類型計算確定。即

(3)

其中，ld為設(shè)計彎沉值(0.01 mm)；Ne為設(shè)計年限內(nèi)一個車道累計當(dāng)量軸次(次/車道)；Ac為公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2；As為面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌和冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式路面(含上拌下貫式路面)、瀝青表面處治為1.1；Ab為路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6。

從上述公式可以看出，決定路面設(shè)計彎沉值大小的最主要因素為設(shè)計年限內(nèi)一個車道累計當(dāng)量軸次Ne，而Ne的大小主要取決于設(shè)計年限內(nèi)各車型的各級軸載Pi[5]，Pi在現(xiàn)行路面設(shè)計軟件中均按每種車型的額定噸位計列，未考慮超載現(xiàn)象，其計算出的路面厚度往往與實際情況存在差異，下面將以案例計算分析車輛超載對路面設(shè)計厚度的影響。

3 案例計算

假設(shè)某二級公路項目路面采用瀝青混凝土路面，基層和底基層分別采用水泥穩(wěn)定碎石和低劑量水泥穩(wěn)定碎石[6]，道路設(shè)計年限t為12 a，車道系數(shù)η取0.65，設(shè)計年限內(nèi)交通量平均年增長率γ為5%[7]，2017年預(yù)測車輛日平均交通量分布見表1所列。

表1 2017年車輛分布數(shù)

各車型額定噸位如表2所列[8]。

表2 各車型額定噸位

上述累計當(dāng)量軸次為非超載情況下計算所得，實際情況中大貨車多有超載現(xiàn)象，假設(shè)本項目大貨車中有30%車輛超載50%，則超載大貨車噸位及數(shù)量如表3所列。

表3 超載大貨車噸位及數(shù)量

再次帶入上述公式計算，設(shè)計年限內(nèi)一車道累計當(dāng)量軸次Ne=7.4×106(次/車道)，對應(yīng)設(shè)計彎沉值為Ld=27.9(0.01 mm)。

假設(shè)路面結(jié)構(gòu)采用：4 cmAC-13+6 cmAC-20+？cm水泥穩(wěn)定碎石+20 cm低劑量水泥穩(wěn)定碎石，現(xiàn)針對上述兩個彎沉值分別推算所需基層水泥穩(wěn)定碎石的厚度[9-10]，推算如下：

(1) 不考慮超載時(設(shè)計彎沉值Ld=31.4)：

公路等級:二級公路

新建路面的層數(shù):4

標(biāo)準(zhǔn)軸載:BZZ-100

路面設(shè)計彎沉值:31.4 (0.01 mm)

路面設(shè)計層層位:3

設(shè)計層最小厚度:150 (mm)

H(3)= 165 mmLS= 34.8 (0.01 mm)

H(3)= 215 mmLS= 29.9 (0.01 mm)

H(3)= 199 mm(僅考慮彎沉)

路面設(shè)計層厚度:H(3)=199 mm(僅考慮彎沉)

數(shù)值取整，水穩(wěn)基層采用20 cm，則該路面結(jié)構(gòu)總厚度為50 cm。

(2) 考慮超載時(設(shè)計彎沉值Ld=27.9)：

路面設(shè)計彎沉值:27.9 (0.01 mm)

路面設(shè)計層層位:3

設(shè)計層最小厚度:150 (mm)

H(3)=200 mmLS=31.3(0.01 mm)

H(3)=250 mmLS=27.2(0.01 mm)

H(3)=241 mm(僅考慮彎沉)

路面設(shè)計層厚度:H(3)=241 mm(僅考慮彎沉)

數(shù)值取整，水穩(wěn)基層采用25 cm，則該路面結(jié)構(gòu)總厚度為55 cm。

針對上述計算結(jié)果，比較見表4所列。

表4 不考慮超載和考慮超載對比

從表4可以看出，在考慮大貨車中30%車輛有超載現(xiàn)象，按超載率50%計，在相同的筑路材料下，路面設(shè)計厚度至少需增加5 cm，而實際情況是超載車輛的比例往往遠(yuǎn)大于30%，且超載率也通常在50%以上，因此超載車輛對路面結(jié)構(gòu)設(shè)計厚度的影響問題已越來越不可忽視。

4 結(jié)束語

影響路面厚度的因素是多樣且復(fù)雜的，本文僅從因超載引起的設(shè)計彎沉值的變化進(jìn)而導(dǎo)致路面設(shè)計厚度的變化，雖具有一定的局限性，但已足以證明車輛超載對路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計厚度影響是巨大的，而在路面設(shè)計過程中對設(shè)計年限內(nèi)累計標(biāo)準(zhǔn)軸載的準(zhǔn)確預(yù)測往往難度很大，這就要求路面設(shè)計人員在開展設(shè)計前，需進(jìn)一步加強(qiáng)交通量調(diào)查及資料收集工作，合理利用公路部門交通量觀測站及收費站提供的車輛軸載分別數(shù)據(jù)，盡量做到預(yù)測交通量與實際相符，從而避免道路路面在設(shè)計年限內(nèi)因厚度不足而提前破壞。

[1] 李 瑾.淺析超載車輛對瀝青路面的影響[J]．山西交通科技，2002(S1)：39～40.

[2] JTG D50-2006, 公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S]．

[3] JTJ 002-87,公路工程名詞術(shù)語[S]．

[4] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S]．

[5] JTG/T F20-2015,公路路面基層施工技術(shù)細(xì)則[S]．

[6] 嚴(yán)家伋.道路建筑材料(第3版)[M]．北京：人民交通出版社，2001.

[7] JTG B01-2014,公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[8] JTG H10-2009，公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范[S]．

[9] JTG E51-2009,公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S]．

[10] JTG E42-2005,公路工程集料試驗規(guī)程[S]．

2016-10-26；修改日期：2016-10-31

王祥彪(1983-)，男，安徽淮南人，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計研究總院股份有限公司工程師，天津大學(xué)碩士生．

U416.217

A

1673-5781(2016)05-0645-03