鐘志明+王慶珍+趙桂香

摘 要：為分析國省干線公路交通量、重載現(xiàn)狀及對路面病害、疲勞壽命的影響，基于重慶市歷年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了重載交通與路面病害的相關(guān)性，探討了路面疲勞壽命的影響因素。結(jié)果表明：干線公路超載重載現(xiàn)象普遍且嚴(yán)重；疲勞壽命隨軸載增加呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系，當(dāng)軸載由100 kN增大至300 kN時(shí)，疲勞壽命折減約97%；重載是引起重慶地區(qū)國省干線公路路面破壞、縮短路面使用壽命的主要因素之一。

關(guān)鍵詞：干線公路；超載重載；疲勞壽命；疲勞方程

中圖分類號(hào)：U416.217 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1000-033X（2016）05-0043-04

Abstract： In order to study the impact of traffic volume and heavy-loaded situation on pavement diseases and fatigue life of trunk roads， heavy traffics relevance to the pavement diseases was analyzed based on historical statistics data of Chongqing， and the impact on fatigue life was explored. The results show that the overload problem of trunk roads is very common and serious. When the axle load increases from 100 kN to 300 kN， the fatigue life plummets by 97%， indicating a relationship of negative power function in between. Overload is deemed to be the main factor that causes pavement damage and shortens the service time of trunk roads in Chongqing.

Key words： trunk road； overload； fatigue life； fatigue equation

0 引 言

隨著交通運(yùn)輸業(yè)迅速發(fā)展，車輛向重型化、大型化、快速化的方向演化[1-2]。雖然盤活了運(yùn)輸市場，帶動(dòng)周邊區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但是，運(yùn)輸市場無序的競爭導(dǎo)致超載重載現(xiàn)象日益突出，加速路面早期破壞，降低瀝青路面使用性能和服務(wù)質(zhì)量，縮短路面建管養(yǎng)周期，增加了養(yǎng)護(hù)維修成本。

截止到2015年底，重慶市公路總里程約14萬km，其中國省干線公路里程達(dá)到了1.75萬km，占重慶市整個(gè)公路網(wǎng)里程的12.5%[3]。隨著干線公路建設(shè)的迅猛發(fā)展，重載運(yùn)輸現(xiàn)象日益突出，路面早期破損嚴(yán)重，建設(shè)、養(yǎng)護(hù)及維修成本大幅增加[4-6]。為此，本文結(jié)合重慶市136個(gè)連續(xù)式交調(diào)站及80個(gè)超載超限檢測站的實(shí)測資料，選取能全面反映重慶市干線公路運(yùn)輸整體狀況的8個(gè)路段進(jìn)行交通量和軸載譜分析，研究重載交通對瀝青路面疲勞壽命、周邊經(jīng)濟(jì)布局的影響，從而為制定相關(guān)的治超對策和政策提供理論依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)選取與分析方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與篩選

截至2015年底，重慶市國省干線公路共設(shè)136個(gè)連續(xù)式交調(diào)站及80個(gè)超載超限檢測站，24 h連續(xù)收集交通數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)傳輸。選取2013年10月至2015年12月共27個(gè)月的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，主要包括車輛軸載、軸數(shù)、超載率、限載情況及各類車型的交通量信息等。部分路段數(shù)據(jù)是由專家?guī)煅a(bǔ)充而來，軸載數(shù)據(jù)因稱重過程中存在數(shù)據(jù)記錄錯(cuò)誤等原因需進(jìn)行可靠性篩選。

1.2 代表路段選取

結(jié)合交通測點(diǎn)的布置情況，對37個(gè)區(qū)縣55條干線公路，合計(jì)154個(gè)路段的2014年交通量分布狀況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如圖1所示。圖2為154個(gè)路段年平均日交通量區(qū)間組成。

從圖1、2中可以看出干線公路交通量分布離散性較大： 87%的干線公路年平均日交通量小于7 500 輛，在4 000 輛上下波動(dòng)；約9%的路段年平均日交通量介于7 500～15 000 輛，基本滿足二級(jí)公路交通量設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；約4%的路段年平均日交通量大于15 000 輛，交通量負(fù)擔(dān)過重?？梢姡貞c市干線公路整體交通量不高，但存在約13%的路段接近或難以滿足二級(jí)公路交通量設(shè)計(jì)要求。

一般情況下，干線公路軸載組成與交通量有一定的關(guān)系，交通量大的路段，重型車輛出現(xiàn)的比例高，多軸車輛出現(xiàn)的比例大。為全面分析干線公路交通特征分布，綜合考慮所選路段在路網(wǎng)布局中的覆蓋率和代表性，分別選取交通量較大的S108（璧山）、S108（榮昌）、S108（永川）、G212（北碚）4個(gè)路段和G318（梁平）、G318（萬州）、G319（彭水）、S102（開縣）4個(gè)路段，合計(jì)8個(gè)路段對其交通量及重載分布特征進(jìn)行研究，前4個(gè)路段代表運(yùn)輸集散地周邊等大交通路段的交通狀況，后4個(gè)路段代表干線公路交通量的整體狀況，具有一定的代表性。

1.3 疲勞方程的表征

國內(nèi)外研究表明，瀝青層疲勞開裂的關(guān)鍵原因是瀝青層底彎拉應(yīng)變，壽命預(yù)估模型也多以其為預(yù)估參數(shù)[7-8]。依據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2014），以瀝青層底拉應(yīng)變?yōu)橹笜?biāo)計(jì)算瀝青層疲勞壽命為

2 干線公路交通量及重載分布特征

2.1 交通量分布

通過對上述8個(gè)路段的6類車型交通量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其交通組成狀況見表1。

從表1中可以看出，礦區(qū)等運(yùn)輸集散地周邊的大交通路段年平均日交通量介于8 000～16 000 輛之間，非礦區(qū)等小交通路段介于2 800～5 000 輛之間。所有路段均以中小型貨車及中小客車為主，約占70%～85%；重型車比例也基本在16%～50%之間，但是由于運(yùn)輸集散地路段交通量基數(shù)大，從而導(dǎo)致重型車通行量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均交通水平，尤其是璧山、榮昌、永川及北碚等地處煤炭采礦區(qū)和建材生產(chǎn)廠區(qū)等運(yùn)輸集散地的周邊路段，重型車年平均日通行量約為4 000～8 000 輛?？梢?，大基數(shù)的重型車的重載超載問題對路面使用狀況的影響異常嚴(yán)重。

2.2 重載分布

根據(jù)《超限超載車輛認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)》劃分以下5種車型，不同軸型車輛組成占比及超載狀況，見表2。

從表2中可以看出，超載現(xiàn)象十分嚴(yán)重，最大超載率約88%；礦區(qū)等大交通路段二軸車、四軸車占比較高，占80%～90%，同時(shí)超載率也較高，大多介于50%～90%之間，五軸及以上車型占比低；而非礦區(qū)路段二軸、三軸車最多，四軸車次之，五軸及以上車型也存在一定的分布比例，且超載率大多介于20%～80%之間?？梢?，這些路段車型較復(fù)雜，超載運(yùn)輸普遍且嚴(yán)重。

綜合以上分析與實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，干線公路交通軸型較為單一，主要以二軸（單后軸雙輪組）、三軸（雙聯(lián)軸雙輪組）及四軸（雙前軸與后軸雙聯(lián)軸雙輪組）為主，占90%左右。貨物運(yùn)輸以煤炭、砂石及水泥等建筑材料為主，車型以自卸式整體型貨車為主。

3 重載影響及原因分析

3.1 重載與病害的相關(guān)性

路面破損狀況調(diào)查項(xiàng)目主要包括橫縱向裂縫、塊狀裂縫、灌縫、龜裂、坑槽、修補(bǔ)、松散等。圖3、4分別列出了重慶市國省干線代表性路段通車1年后和通車2年后的路面病害情況。

從圖3、4中可以看出，干線公路病害類型具有相似性，主要為龜裂和松散。通常情況下，瀝青路面先出現(xiàn)大規(guī)模的龜裂，約1年后出現(xiàn)大面積松散。同樣，病害類型及發(fā)展趨勢也存在差異：礦區(qū)等大交通路段在通車1年后就存在大面積塊狀裂縫和龜裂，約為200～250 m2·km-1、400～500 m2·km-1，通車2年后，路面又出現(xiàn)大面積松散；對比非礦區(qū)路段發(fā)現(xiàn)，通行2年后，路面病害面積僅有30～60 m2·km-1?？梢?，超載重載運(yùn)輸是引發(fā)路面病害發(fā)生與發(fā)展的主要原因之一。

3.2 重載對疲勞壽命的影響

路面結(jié)構(gòu)為9 cm瀝青面層（1 600 MPa）+25 cm水穩(wěn)基層（1 500 MPa）+20 cm水穩(wěn)底基層（1 400 MPa），軸載范圍60～300 kN，階差為20 MPa，計(jì)算不同軸載作用下，瀝青層疲勞壽命次數(shù)，結(jié)果見圖5。

從圖5中可以看出，疲勞壽命與軸載呈顯著負(fù)冪函數(shù)相關(guān)性；隨著軸載的增大，疲勞壽命急劇下降，以BZZ-100 kN為基準(zhǔn)，由軸載增大導(dǎo)致的疲勞壽命衰減幅度見表3。

從表3中可以看出：當(dāng)軸載由100 kN增至300

kN時(shí)，疲勞壽命折減97%；軸載從60 kN或80 kN增至100 kN時(shí)，疲勞壽命的折減率分別為437%、109%；軸載為120～160 kN，每增加20 kN，疲勞壽命約折減20%?？梢娭剌d交通是引起瀝青路面疲勞破壞，縮短使用壽命的主要因素之一。

為進(jìn)一步分析重載作用下面層厚度對疲勞壽命的影響，統(tǒng)計(jì)122個(gè)路段的面層厚度，見圖6。分別選取厚度h≤9 cm的路段20個(gè)、h>9 cm的路段30個(gè)，對其使用壽命進(jìn)行調(diào)查跟蹤，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖7。

從圖6中可以看出，干線公路面層厚度較為單一，介于8～14 cm之間，其中厚度為9、10 cm的路段分別占68%、24%，其余厚度占比較小，約為8%。由圖7可知，h≤9 cm的路段，路面通車1～5年便出現(xiàn)大面積的早期破壞，必須進(jìn)行大修或改建；而h>9 cm的路段，路面使用年限普遍在3～8年之間。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是，整體偏薄的面層承受嚴(yán)重的超載重載運(yùn)輸現(xiàn)狀，路面早期損壞嚴(yán)重。

4 結(jié) 語

（1）根據(jù)重慶市國省干線公路136個(gè)連續(xù)式交調(diào)站及80個(gè)超載超限檢測站為期27個(gè)月的數(shù)據(jù)得出，干線公路交通量分布離散性較大。87%的干線公路年平均日交通量小于7 500 輛，圍繞4 000 輛上下波動(dòng)；約9%左右路段年平均日交通量介于7 500～15 000輛之間；大約4%的路段交通量大于15 000輛。

（2） 重慶市國省干線公路重載、超載現(xiàn)象比較嚴(yán)重，其中重載車比例占16%～50%，超載率達(dá)20%～80%。

（3） 重慶地區(qū)國省干線公路瀝青路面的疲勞壽命隨軸載增加呈負(fù)冪函數(shù)關(guān)系，當(dāng)軸載由100 kN增至300 kN時(shí)，路面疲勞壽命折減97%。

（4）路面結(jié)構(gòu)整體偏薄和超載問題是引起干線公路路面早期破壞的重要原因。

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[責(zé)任編輯：杜敏浩]