范曉燕 侯忠非

(中交瑞通路橋養(yǎng)護(hù)科技有限公司，陜西西安 710075)

近年來，隨著經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，我國高速公路交通狀況也發(fā)生了較大變化，不僅交通量的增長較快，而且重載超載現(xiàn)象也比較普遍，受交通荷載的影響，我國不少高速公路瀝青路面在使用初期就出現(xiàn)了不同形式的早期病害，造成較大的經(jīng)濟損失和不良社會影響。為充分認(rèn)識重載交通的危害，本文從多方面分析研究了重載交通對路面的影響。

1 重載交通

在我國，重載交通主要包含有兩個方面含義，即超限運輸和超載運輸。

超限運輸是指在公路上行駛的運輸車輛，其裝載貨物的尺寸、車貨總質(zhì)量或車輛軸載質(zhì)量任一方面超過國家法律、法規(guī)所規(guī)定的限值而進(jìn)行的公路運輸行為。超載運輸是指車輛所裝載的貨物超過車輛額定載貨質(zhì)量。超載且超限的車輛對路面的使用壽命有很大的影響，有的甚至超過路面結(jié)構(gòu)的極限承載力，使路面出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞。

2 重載交通的主要危害

1)縮短道路使用壽命。重載交通對路面結(jié)構(gòu)的破壞主要是指車輛軸載對路面的重復(fù)疲勞破壞作用。我國現(xiàn)行路面設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為單軸雙輪胎，標(biāo)準(zhǔn)軸載為100 kN，車輛的換算軸載是按照滿載時的車輛各級軸載進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)量軸次進(jìn)行計算。如一輛單軸超限200%的貨車，換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的當(dāng)量作用次數(shù)時是BZZ-100的119倍。重載交通使車輛的當(dāng)量軸載作用次數(shù)急劇增加，從而使車道實際累計當(dāng)量軸次提前達(dá)到路面的設(shè)計累計當(dāng)量軸次，引起路面疲勞破壞，從而縮短了道路的使用壽命。2)危及行車安全。重載交通還容易引發(fā)道路交通事故，車輛超限超載一方面容易使車輛制動系統(tǒng)出現(xiàn)異常，在普通路段尤其是長大縱坡及急彎路段緊急制動時易引起交通事故;另一方面容易造成車軸斷裂、爆胎等故障，車輛在緊急停車帶上?？烤S修會影響車輛正常運行，同時也存在很大的安全隱患。3)引起路面結(jié)構(gòu)破壞的同時加速路面使用性能衰減。在重載交通作用下，按標(biāo)準(zhǔn)軸載條件下計算得到的路面結(jié)構(gòu)整體強度及路面各層的抗疲勞開裂性能都無法滿足實際要求，從而造成路面結(jié)構(gòu)提前破壞。路面結(jié)構(gòu)破壞引起多種路面病害，致使路面破損、路面平整度等其他使用性能急劇衰減。

3 重載交通危害路面的技術(shù)分析

3.1 靜態(tài)軸載超限對路面影響分析

我們平常所指的軸載是車輛的靜態(tài)軸載，車輛軸載超限是破壞公路路面的主要原因。其對路面的破壞主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)性破壞和面層行駛質(zhì)量下降兩個方面。我國高速公路是以雙輪組單軸載10 t為標(biāo)準(zhǔn)軸載進(jìn)行設(shè)計的，因此，當(dāng)車輛進(jìn)行超限運輸時，其輪胎壓力驟增，輪胎與路面作用時間大大延長，超過路面承受能力，加速對路面的破壞。美國于1958年就軸載對路面破壞提出了著名的“四次方法則”，即:汽車對路面的破壞作用與汽車軸載的n次方成正比，在美國，n取4，我國推薦n取4.55，公式如下:

其中，P為任一軸載質(zhì)量;P0為標(biāo)準(zhǔn)軸載，取10 t;EF為P對路面破壞作用次數(shù)換算成P0對路面重復(fù)作用次數(shù)的換算系數(shù)，也稱破壞系數(shù)。上式計算結(jié)果如表1所示。

表1 軸載質(zhì)量對公路路面破壞系數(shù)(EF)表

由表1可見，當(dāng)車輛的超限率達(dá)到50%時，其每通過路面一次相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)軸載車輛通過6.6次，而當(dāng)車輛的超限率達(dá)到100%時，這個數(shù)字增大到了23.4。隨著車輛超限程度的增加，其對路面破壞程度急劇上升。

3.2 動態(tài)軸載超限對路面影響分析

動態(tài)軸載是指車輛在行駛過程中對路面施加的荷載。各國目前對汽車軸載質(zhì)量的限值均為靜態(tài)軸載，然而，路面承受的卻是車輛產(chǎn)生的靜態(tài)軸載與動態(tài)軸載之和。

當(dāng)車輛行駛在高速公路上，由于本身的振動，作用在路面上的軸載時大時小，其動態(tài)變動近似服從正態(tài)分布，變差系數(shù)與車速、路面平整度、車輛振動性能密切相關(guān)。當(dāng)車輛超限時，其原有懸掛系統(tǒng)與減振裝置難以匹配，車輛振動的變差系數(shù)增大，其對路面產(chǎn)生的動態(tài)荷載急劇增加，對路面的沖擊力也就大大增強，加速了對路面的損壞。路面的損壞使其平整度變差，車輛產(chǎn)生的動態(tài)軸載進(jìn)一步增加。如此形成惡性循環(huán)，使得路況越來越差。

4 交通荷載對路面使用性能的影響

4.1 對路面強度的影響

高速公路瀝青路面以路表面回彈彎沉、瀝青混凝土層底拉應(yīng)力及半剛性材料層的層底拉應(yīng)力為設(shè)計指標(biāo)。路面結(jié)構(gòu)層厚度的確定應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)整體剛度與瀝青路面各結(jié)構(gòu)層抗疲勞開裂的要求。

根據(jù)規(guī)范要求，對路面剛度要求為路表計算彎沉Ls應(yīng)不大于設(shè)計彎沉Ld，即Ls≤Ld;

由上式可知設(shè)計Ne偏小，就會使Ld偏大，即標(biāo)準(zhǔn)偏低，計算得到的路面厚度偏小，路面強度不能達(dá)到設(shè)計年限內(nèi)實際交通要求，勢必會造成路面早期破壞。

另一方面，在重軸載作用下，路面實際彎沉?xí)笥谠O(shè)計彎沉，容易產(chǎn)生路面開裂及沉陷等病害。以深汕高速公路西段為例(按標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下計算得到的設(shè)計彎沉為0.246 7 mm)，針對不同軸重計算的路表彎沉見表2。

表2 不同軸載作用下路表彎沉值

路表彎沉隨軸載變化趨勢圖見圖1。

圖1 路表彎沉隨軸載變化趨勢圖

4.2 對路面其他性能的影響

規(guī)范要求，為防止路面結(jié)構(gòu)層疲勞開裂，設(shè)計采用彎拉指標(biāo)控制瀝青面層和基層底面的彎拉應(yīng)力σm，其應(yīng)不大于結(jié)構(gòu)層的容許彎拉應(yīng)力σR，即σm≤σR，計算關(guān)系式如下:

其中，σSP為瀝青混合料抗彎拉強度;KS為瀝青面層的抗拉強度結(jié)構(gòu)系數(shù);Ag為瀝青混合料級配系數(shù);Ac為公路等級系數(shù)。

由上式可知:Ne偏小會使計算的σR偏大，由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)降低，計算的路面層底拉應(yīng)力σm可能會大于結(jié)構(gòu)層所能承受的拉應(yīng)力σm，導(dǎo)致路面產(chǎn)生由下向上發(fā)展趨勢的疲勞開裂。

車輛超限對瀝青路面的破壞主要有以下幾種現(xiàn)象:1)結(jié)構(gòu)性破壞產(chǎn)生的疲勞開裂，如網(wǎng)裂、龜裂及橫向裂縫等;2)車轍;3)剪切破壞產(chǎn)生的推移、壅包等，從而使路面結(jié)構(gòu)提前破壞。病害的產(chǎn)生會明顯降低路面損壞評價結(jié)果，影響行車安全，同時勢必影響到路面平整度，從而導(dǎo)致路面綜合使用性能急劇下降。通過對多條高速公路分析，當(dāng)其他條件相同時，交通軸載越大，安全使用性能衰減越快;交通軸載越小，則衰減越慢。

5 重載交通經(jīng)濟分析

以廣東省為例，已建成的高速公路中，較早建成的幾條高速公路已提前進(jìn)入大修期。比較典型的如深汕高速公路東段2005年開始大修，耗資20億元。比設(shè)計提前21年?？梢娪沙捱\輸車輛引發(fā)的養(yǎng)護(hù)費用的增加額是巨大的。

為定量分析重載交通引起的養(yǎng)護(hù)費用的增加，依據(jù)相關(guān)研究成果，通過對養(yǎng)護(hù)補償費用和車軸超限程度進(jìn)行擬合分析，可得以下回歸模型:

其中，Y為補償費率，元/車;X為超載率。

通過上式，可得出不同超載程度下增加的養(yǎng)護(hù)費用平均值，見表3。

表3 不同超載程度下的養(yǎng)護(hù)費用補償費率

6 結(jié)語

通過以上分析可知:1)重載車輛會造成瀝青路面結(jié)構(gòu)強度不足、層底應(yīng)力大幅增加，從而使路面損壞過程加快，大大縮短路面使用壽命。2)超限運輸會加速路面使用性能衰變速率，影響行車安全。3)超限運輸會使公路養(yǎng)護(hù)費用大幅增加。因此，充分認(rèn)識重載車輛對公路的嚴(yán)重破壞，在設(shè)計階段充分考慮超載因素的影響，運營階段加大超限超載措施力度，多方面減小重載交通對瀝青路面的破壞。

［1］深汕高速公路西段交通量及荷載對路面影響驗算分析報告［R］.2007.

［2］王振清.公路超限運輸概論［M］.北京：人民交通出版社，2009.

［3］何兆益，許茂增.基于公路增量投資的重慶市干線公路超限車輛的補償費分析［J］.重慶交通學(xué)院學(xué)報，2002(4)：29-30.

［4］JTG H20-2007，公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)［S］.

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