重載車輛對(duì)瀝青路面疲勞壽命的影響分析

李佳，任桂嬌，董宇

(1.撫順市公路管理局，遼寧 撫順 113006； 2．遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034； 3．撫順市公路管理局，遼寧 撫順 113006)*

重載車輛對(duì)瀝青路面疲勞壽命的影響分析

李佳1，任桂嬌2，董宇3

(1.撫順市公路管理局，遼寧 撫順 113006； 2．遼寧城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110034； 3．撫順市公路管理局，遼寧 撫順 113006)*

以G202黑大線遼寧撫順段交通量調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)該路段重載車型種類及數(shù)量進(jìn)行對(duì)比分析.在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了重載車輛對(duì)瀝青路面使用壽命及疲勞壽命的影響分析.對(duì)于進(jìn)一步研究瀝青路面發(fā)生使用破壞與疲勞破壞，制定維修防治對(duì)策具有重要價(jià)值.

重載車輛;瀝青路面;疲勞壽命;使用壽命

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和公路運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，各條公路的交通量逐年增長(zhǎng)，運(yùn)輸車輛中大型客貨車比例不斷增加，重載運(yùn)輸越來(lái)越嚴(yán)重，由此加快了路面使用性能的衰減速度，路面使用壽命及疲勞壽命大大減小，因此研究重載車輛對(duì)公路路面使用壽命和疲勞壽命的影響顯得尤為重要.

本文主要分析在公路設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，重載車輛對(duì)黑大線(撫順段)路面疲勞壽命的影響.首先調(diào)查了此路段的交通量，并對(duì)軸重、當(dāng)量軸次進(jìn)行了換算，在此基礎(chǔ)上分析了重載車輛對(duì)G202黑大線的瀝青混凝土路面的使用壽命和疲勞壽命的影響.

1 交通量調(diào)查與分析

本次調(diào)查以G202黑大線英額門(mén)、北三家、方曉、驛馬四個(gè)交通量調(diào)查站點(diǎn)的監(jiān)測(cè)路段為研究對(duì)象，G202黑大線(撫順段)交通量調(diào)查站點(diǎn)具體情況如下表1所示.

表1 黑大線(撫順段)交通量調(diào)查站點(diǎn)明細(xì)

交通量調(diào)查結(jié)果如下：

(1)國(guó)道G202(英額門(mén))日平均交通量為3 725輛，其中大型、特大型貨車997輛，占交通流量的26.8%，中型貨車、大客車855輛，占交通流量的22.9%;

(2)國(guó)道G202(北三家)日平均交通量4 673輛，其中大型、特大型貨車467輛，占交通流量的10%，中型貨車、大客車432輛，占交通流量的9.24%;

(3)國(guó)道G202(方曉)日平均交通量14 261輛，其中大型、特大型貨車2 599輛，占交通流量的21.4%，中型貨車、大客車2 400輛，占交通流量的19.8%;

(4)國(guó)道G202(驛馬)日平均交通量為7 587輛，其中大型、特大型貨車1 969輛，占交通流量的31.1%，中型貨車、大客車1 400輛，占交通流量的22.1%.

就上述的調(diào)查結(jié)果可以看出，黑大線交通量介于3 000～13 000輛之間，其中大型、特大型貨車比列為10%～62%之間，中小型客車比例介于25%～75%之間，大型客車所占比列介于4%～10%之間，中型貨車介于4%～16%之間,小型貨車介于5%～40%之間.

2 重載車輛的軸載換算

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和公路交通運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展，運(yùn)輸車輛中大型、特大型貨車、集裝箱車的數(shù)量不斷增加.由于車輛軸重是決定路面厚度的重要依據(jù)，過(guò)大的軸重是造成路面早期破壞的重要因素.因此，根據(jù)交通量的調(diào)查分析結(jié)果，將其折算成當(dāng)量軸載.對(duì)路面正常運(yùn)行狀態(tài)影響較大的車型主要是：載貨拖掛汽車(特大型貨車大于14 t)，大型貨車(大于7 t小于14 t)、大型客車和中型貨車(大于19座和載重質(zhì)量大于2 t小于7 t).由于道路行駛的各種車型組成不盡相同，為方便統(tǒng)計(jì)計(jì)算，本文在我國(guó)現(xiàn)有68種車型中，選擇具有代表性的軸重作為研究對(duì)象，選定的具體車型及載重情況見(jiàn)表2、表3.

表2 軸載車型分類

表3 車輛軸載代表車型及軸載

上述兩個(gè)換算公式，分別考慮了單軸軸載小于130kN和單軸軸載大于130kN小于300kN的情況.本文將兩公式進(jìn)行合并處理，得到如下公式

式中,k1+1 ～k2為軸載大于130kN的軸載級(jí)別.本文主要研究重載對(duì)路面的影響，重載車輛主要是中型以上貨車及大客車，故本文以中型以上貨車及大客車為研究對(duì)象.將相關(guān)數(shù)據(jù)代入標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量軸次計(jì)算公式，計(jì)算累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次，計(jì)算結(jié)果如表4所示:

表4 重載車輛滿載情況下標(biāo)準(zhǔn)軸次與累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次

表5 在重載作用下瀝青路面結(jié)構(gòu)使用壽命

表5中，剩余使用壽命根據(jù)設(shè)計(jì)使用年限，設(shè)計(jì)年限內(nèi)設(shè)計(jì)當(dāng)量軸次，及目前公路實(shí)際交通量換算出的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次等數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比計(jì)算得出.從表5中可以看出，G202線黑大線(撫順段)的英額門(mén)交通量調(diào)查站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍K1 111+924至K1 145+800路段；方曉交通量調(diào)查站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍K1 233+459至K1 267+350路段；驛馬交通量調(diào)查站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍K1 202+471至K1 233+459路段；三個(gè)路段內(nèi)的重載車輛較多，且在重載車輛影響下的路面剩余使用壽命介于3.4～5.7年之間.北三家交通量調(diào)查站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍K1 202+471至K1 145+800之間，重載車輛比例為19.24%，受到重載車輛影響下的剩余使用壽命影響也較大.同時(shí)可以看出，同一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的公路路面使用壽命，隨著重載車輛所占比例的增加，使用壽命縮減比率增加，路面剩余使用壽命逐漸降低.因此，重載對(duì)路面使用壽命具有很大影響.

3 重載車輛對(duì)公路路面疲勞壽命的影響分析

在重載的作用下，瀝青路面主要的疲勞破壞類型表現(xiàn)為裂縫.由于車輛的重載作用，致使瀝青路面面層或半剛性基層內(nèi)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于其容許疲勞強(qiáng)度而發(fā)生疲勞破壞.黑大線撫順段路面基層為水泥穩(wěn)定半剛性基層，黑大線(撫順段)的路面面層結(jié)構(gòu)為4cm細(xì)粒式瀝青混凝土+6cm中粒式瀝青混凝土+25cm含4%水泥的穩(wěn)定基層，是典型的瀝青混凝土面層+半剛性基層路面結(jié)構(gòu).采用相同的損壞標(biāo)準(zhǔn)和相同的氣候條件下，路面結(jié)構(gòu)類型的不同，路面結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)思想不同并不是影響核心疲勞方程的關(guān)鍵因素.故選取半剛性基層疲勞方程為[3]

lgNf=1.449-3.236lgε

式中,Nf為疲勞壽命，ε為容許拉應(yīng)變.

瀝青混凝土路面疲勞方程為[2]

lgNf=3.659-2.47lgε

根據(jù)G202黑大線設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)代入半剛性基層疲勞方程及瀝青混凝土路面疲勞方程，其中疲勞壽命根據(jù)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)計(jì)算得出.剩余疲勞壽命以黑大線交通量調(diào)查數(shù)據(jù)及車型構(gòu)成換算出運(yùn)營(yíng)期間累計(jì)當(dāng)量軸次與設(shè)計(jì)年限內(nèi)的疲勞壽命(車輛容許作用次數(shù))進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6、表 7.

表6 瀝青路面基層疲勞壽命

表7 瀝青路面面層疲勞壽命

從上表可以看出，在設(shè)計(jì)年限內(nèi)水泥穩(wěn)定基層的疲勞壽命大于瀝青面層的疲勞壽命.英額門(mén)、北三家、驛馬三個(gè)交通量調(diào)查站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的二級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)路段，隨著交流量中重載車輛作用的增加，剩余疲勞壽命逐漸減少.方曉交通量調(diào)查站點(diǎn)，監(jiān)測(cè)范圍K1 233+459至K1 267+350路段為一級(jí)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，路面面層、基層疲勞壽命均比其余路段大，因其路段內(nèi)重載車輛多，在一定累計(jì)重軸載作用下，剩余疲勞壽命明顯變小.

4 結(jié)論

(1)在重載車輛作用下，G202黑大線各調(diào)查路段剩余使用壽命僅為3.4～5.7年,與實(shí)際相符合.說(shuō)明G202黑大線路面受重載影響嚴(yán)重，根據(jù)具體情況可適當(dāng)增加路面厚度，以提高路面使用壽命;

(2)瀝青混凝土路面在重載作用下，隨著重載車輛的增多，作用軸次隨之增加，瀝青路面剩余疲勞壽命明顯減小，路面出現(xiàn)疲勞裂縫的機(jī)率增加，需進(jìn)一步研究路面運(yùn)行狀況從而為采取有效措施預(yù)防路面損壞;

(3)公路交通量的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)路面分析具有重要意義.由實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)可以清晰的掌握車輛在各條公路上的通行情況，從而掌握各個(gè)檢測(cè)路段的路面運(yùn)行狀況，最終制定合理的養(yǎng)護(hù)維修方案;

(4)對(duì)同一種水泥穩(wěn)定基層材料，當(dāng)車輛重載增加時(shí)，其剩余疲勞壽命明顯降低.在同一載重作用下，瀝青路面的疲勞壽命明顯低于水泥穩(wěn)定類基層的疲勞壽命，說(shuō)明疲勞破壞發(fā)生在路面面層的機(jī)率高于路面基層.

[1]中華人民共和國(guó)交通部.JTGD50-2006 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[2]謝軍.重載條件下瀝青路面疲勞響應(yīng)及設(shè)計(jì)方法研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

[3]孫立軍.瀝青路面的疲勞設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2006.

[4]鄧學(xué)鈞.路基路面工程[M],3版.北京：人民交通出版社，2008.

Effect of Heavy Vehicles on Asphalt Pavement Fatigue Life

LI Jia1,RENG Guijiao2,DONG Yu3

(1.The Administration of FuShun Highway,Fushun 113006,China; 2.LiaoNing Urban Construction Technical College,Shenyang 110027,China; 3.The Administration of FuShun Highway,Fushun 113006,China)

Based on the traffic survey data of HeiDa Road Fushun segment,the type and quantity of road heavy duty vehicles are analyzed and the impact of heavy vehicles on asphalt pavement service life and fatigue life is discussed for further research and making prevention and control strategy of asphalt pavement damage and fatigue damage.

heavy vehicles;asphalt pavement;fatigue life;service life

1673- 9590(2017)03- 0092- 04

2016- 06- 20

李佳(1983-),男，工程師,碩士，主要從事公路運(yùn)輸與養(yǎng)護(hù)安全的研究E-mail:51392495@qq.com.

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