超重載作用下交通參數(shù)調(diào)查及其對路面的影響分析

徐 卿，謝 鵬，蔣小旦，趙俊明，陳紅斌

（1.常州市公路管理處，江蘇 常州 213024；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

超重載作用下交通參數(shù)調(diào)查及其對路面的影響分析

徐 卿1，謝 鵬1，蔣小旦1，趙俊明2，陳紅斌2

（1.常州市公路管理處，江蘇 常州 213024；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017）

超重載是引起路面結(jié)構(gòu)損害的關(guān)鍵因素之一。文章通過對某干線公路交通量、典型車輛類型和軸載的調(diào)查，得出了典型貨車的軸載和輪胎接地壓強(qiáng)。通過BISAR3.0程序分析了超重載作用下瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，為超重載作用下瀝青混凝土路面病害成因分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的依據(jù)。

超重載；交通量；軸載；壓應(yīng)力；剪應(yīng)力；路面結(jié)構(gòu)

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，許多地區(qū)運(yùn)輸車輛的軸載遠(yuǎn)大于國家規(guī)定的軸限標(biāo)準(zhǔn)，超重載交通已經(jīng)嚴(yán)重影響了路面正常使用性能，大大縮短了路面的使用壽命，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會影響。但現(xiàn)行的瀝青路面設(shè)計方法僅適用于標(biāo)準(zhǔn)軸載的情況，當(dāng)軸重過大時，僅根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)論證選用設(shè)計計算參數(shù)存在一定盲目性［1］。因此，有必要調(diào)查道路實(shí)際軸載和胎壓，分析路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力特征，為超重載作用下路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供重要的依據(jù)。

1 工程概況

江蘇省某干線公路是主要的南北通道，沿線密布廠礦，交通量大，超載嚴(yán)重，車轍病害明顯，車轍最深達(dá)18 cm，路面結(jié)構(gòu)采用4 cmSMA-13+8 cmSup-20+ 32 cm水泥穩(wěn)定碎石+20 cm石灰土。

2 交通量調(diào)查與分析

交通量調(diào)查主要對象為對路面有明顯力學(xué)損耗的車輛（中型以上貨車），按軸型分類,統(tǒng)計不同軸型車輛交通量。根據(jù)公路管理部門提供的交通量觀測記錄，貨車以及特大貨車的流量在8∶00～11∶00和13∶30～16∶00分布比較均勻，此期間的交通量具有代表性。某路段通行的典型貨車包括石料車、水泥罐車、拖掛車、集裝箱車，作為超重載交通量調(diào)查的典型橫斷面，平均日交通量見表1。

表1　 平均日交通量

從表1中可以看出，中貨以上車輛有效日均交通量為16 322輛，大貨車和特大載貨車所占比例高達(dá)70%。進(jìn)一步將中型以上貨車細(xì)分為2軸車（C2）、3軸車（C3）、4軸車（C4）、6軸車（C6）。各類軸型超載車輛比例分布見圖1。

圖1　 各類軸型超載車輛比例分布圖

3 軸載調(diào)查與分析

車輛通過車軸兩端的輪胎對路面施加力的作用，分配到每根軸或軸組的重量稱為車軸的軸載，其中單軸每側(cè)雙輪胎軸載限定值10 t，雙聯(lián)軸每側(cè)雙輪胎軸載限定值18 t，三聯(lián)軸每側(cè)雙輪胎軸載限定值22 t。結(jié)合交通量調(diào)查，隨機(jī)抽取各類軸型（C2、C3、 C4、C6）貨車，進(jìn)入超限超載檢測站，測試貨車的超載及軸重超重情況。輪胎胎壓測試采用手持式胎壓計。輪胎接地面積測量：將米格紙鋪在地面上，輪胎上刷墨汁，慢速前行，米格紙上留有輪跡，測量輪跡的長度和寬度。各類車型軸載及接地參數(shù)見表2。

從表2中可以看出：

（1）結(jié)合圖2分析，各軸型貨車普遍超載90%以上，其中3軸車超載最大，達(dá)174%；4軸車次之，超載達(dá)118%，表明超載現(xiàn)象嚴(yán)重；

（2）各軸型貨車軸重普遍大于限定值，超重66%以上，其中4軸車軸重高達(dá)32.68 t；2軸車軸重達(dá)28.9 t（限定值10 t），超重達(dá)189%；

（3）各軸型貨車大量采用高強(qiáng)輪胎，加厚鋼簧，使得貨車輪胎壓力普遍超過0.7 MPa，其中2軸車達(dá)1.083 MPa。

表2　 各類車型軸載及接地參數(shù)

在分析軸重與路面內(nèi)應(yīng)力、應(yīng)變的關(guān)系之前，必須先探討軸重與輪壓、輪胎接地面積的關(guān)系?，F(xiàn)場軸載實(shí)驗數(shù)據(jù)能定性地反映輪壓隨軸載增大而增大的特性，但很難運(yùn)用于實(shí)際胎壓預(yù)測；另外由于現(xiàn)場試驗輪胎接地面積參數(shù)均是用米格紙手工量測的，難免跟實(shí)際接地參數(shù)有出入［2］。為此，引入比利時設(shè)計方法中的輪載與輪壓、接地面積關(guān)系的經(jīng)驗公式，計算得出各軸型貨車的輪壓見表3。

4 超重載對瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響分析

超重載對路面的影響主要表現(xiàn)為應(yīng)力增大和作用時間延長，對于半剛性基層的瀝青混凝土路面，車轍主要由于瀝青混合料的壓密和剪切造成的。因此，本文主要就超重載作用對路面剪切和壓密變形的影響進(jìn)行理論分析［3-5］。

4.1 計算參數(shù)

本文采用彈性層狀體系理論計算程序Bisar3.0，對瀝青混凝土面層內(nèi)部不同深度處的剪應(yīng)力和壓應(yīng)力進(jìn)行計算。超重載貨車取4軸車（現(xiàn)場統(tǒng)計分布最多車型）實(shí)測最大軸載對應(yīng)輪壓值1.05 MPa，路面結(jié)構(gòu)計算參數(shù)見表4。

表3　 軸重與輪壓、接地面積關(guān)系

表4　 路面結(jié)構(gòu)層計算參數(shù)

4.2 計算結(jié)果及分析

不同軸載作用下壓應(yīng)力隨深度變化見圖2，不同軸載作用下輪中心處剪應(yīng)力隨深度變化見圖3。

圖2　 不同軸載作用下壓應(yīng)力隨深度變化

圖3　 不同軸載作用下輪中心處剪應(yīng)力隨深度變化

從圖2和圖3可以看出：

（1）隨軸載增加，下面層壓應(yīng)力增大速率要遠(yuǎn)大于上面層增大速率。標(biāo)準(zhǔn)軸載（0.7 MPa）時，下面層層底壓應(yīng)力為0.411 MPa；而荷載為1.05 MPa時，下面層層底壓應(yīng)力達(dá)到了0.810 MPa，提高幅度達(dá)96.8%。

（2）隨著軸載增加，剪應(yīng)力峰值逐漸向下面層擴(kuò)展。標(biāo)準(zhǔn)軸載（0.7 MPa）時，最大剪應(yīng)力為0.207 MPa，發(fā)生在下面層上部；而荷載為1.05 MPa時，最大剪應(yīng)力為0.245 MPa，發(fā)生在下面層下部。

（3）當(dāng)超重載作用時，下面層的壓應(yīng)力和最大剪應(yīng)力超過標(biāo)準(zhǔn)軸載作用，反映了超重載對路面的危害更大，易產(chǎn)生路面病害。

5 結(jié)論

（1）通過調(diào)查軸載和胎壓，得出了典型超載車型、軸重和胎壓，并依據(jù)經(jīng)驗公式計算出各軸型的輪胎接地壓強(qiáng)，分析了本項目超重載的分布特征。結(jié)果表明，各類貨車超載現(xiàn)象嚴(yán)重，3軸車超載高達(dá)174%；輪胎接地壓強(qiáng)普遍大于0.7 MPa，2軸車接地壓強(qiáng)高達(dá)1.083 MPa。

（2） 4軸車在各軸型貨車中占36%，超重載取其實(shí)測最大軸載對應(yīng)輪壓值1.05 MPa，為超重載作用下路面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了重要的依據(jù)。

（3）通過Bisar3.0程序分析了路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，探討了超重載對路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布規(guī)律的影響，為路面車轍病害成因分析提供了重要的理論依據(jù)。

［1］童言白，李長來，趙振家.淺析超載車輛對路面的影響［J］.公路，1999（12）：77-79.

［2］鄧學(xué)鈞.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］彭波，姚祖康.車輛超限對公路路面損壞的影響分析［J］.上海公路，1999（B11）：15-20.

［4］高英，曹榮吉.超重交通荷載作用下瀝青路面的應(yīng)力分析［J］.公路交通科技，2001（6）：25-27.

［5］孫立軍，張宏超，劉黎萍，等.瀝青路面初期損壞特點(diǎn)和機(jī)理分析（重交通瀝青路面設(shè)計方法之一）［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2002（4）：416-421.

Investigation of Traffic Parameter and Effect on Pavement Structure under Overload

Xu Qing1, Xie Peng1, Jiang Xiaodan1, Zhao Junming2, Chen Hongbin2
（1.Changzhou Highway Administration Department, Changzhou 213024, China; 2. JSTI Group, Nanjing 210017, China）

Overload was one of the key factors for pavement disease. Based on the investigation of the traffic volume and typical vehicle types, the axle load and tire ground pressure of typical vehicle were obtained. By the use of BISAR3.0 program, the compressive stress and the shear stress were calculated in the asphalt pavement structure, which was important to find the cause of pavement disease and the design of pavement structure.

overload; traffic volume; axle load; compressive stress; shear stress; pavement structure

U416.217

A

1672-9889（2016）04-0059-03

徐卿（1981-），男，江蘇常州人，工程師，主要從事公路建設(shè)管理工作。

2015-09-23）