朱神吉

摘 要：本文從力學(xué)分析入手，主要從負(fù)載方面針對性地討論重載車輛對路面的影響，以闡明當(dāng)下重載交通路面簡單參照國標(biāo)設(shè)計的不足之處。

關(guān)鍵詞：重載交通；瀝青路面；破壞；力學(xué)分析

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1.研究概況

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)公路瀝青路面設(shè)計是100kN為基準(zhǔn)雙輪組軸載，各種大小的軸載車輛通過軸載換算公式進(jìn)行換算。在道路上超過標(biāo)準(zhǔn)軸載以及單輪組重載的車輛越來越多，本文著重討論了重載交通的情況，選取幾組超限軸載數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。

2.瀝青路面輪載作用分析

2.1輪載作用計算圖式

根據(jù)文獻(xiàn)，若以標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ-100為基準(zhǔn)，其計算的圖式如圖1所示。先假定軸載與輪壓和接地面積都呈正向關(guān)聯(lián)關(guān)系，圓心距確定為一定值31.95cm，在重載的情況下，此時計算采用這種更符合實際情況的重載圖式，如圖2所示。

2.2輪載對輪壓以及輪胎接地面積的影響

在此根據(jù)某份比利時接地面積與軸重的經(jīng)驗報告，推導(dǎo)出以下關(guān)系式，以作為計算重載作用下路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力的參數(shù)：

A為輪胎接地面積，單位為cm2 ；

P為每一個輪胎的荷載，單位為N；

±70為保證率達(dá)到95%時的離差范圍值，單位為cm2。

根據(jù)公式，再假定輪載P對接觸面的作用力是均勻的，圓半徑值為δ，以此可以計算得出接地壓力 P：P/ πδ2。

3.路面各結(jié)構(gòu)層在重載情況下的力學(xué)計算分析

3.1路表彎沉

針對不同的軸載參數(shù)，應(yīng)分別進(jìn)行計算，得到的路表彎沉值不同，經(jīng)計算該值與軸載關(guān)系如圖3所示。整個圖像幾乎呈一條直線，彎沉值￡與軸載 P存在著明顯的正向關(guān)聯(lián)性， 彎沉值增長時，軸載 P也會增長，在200kN的情況下， 此時彎沉值是標(biāo)準(zhǔn)軸載100kN時作用下的彎沉值的 2.008倍；而在240kN的情況下，此時彎沉值是標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下的彎沉值的2.53倍。在重載作用下時，其彎沉值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計彎道值的標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計彎沉值是指按標(biāo)準(zhǔn)軸載作用的情況下的計算所得的路表彎沉值），在宏觀上則表現(xiàn)為坑槽、網(wǎng)裂等早期損壞現(xiàn)象。

3.2 各層拉壓應(yīng)力

遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)軸載的車輛以及單輪組車輛對于路面破壞明顯。這些車輛會碾壓面層導(dǎo)致底部產(chǎn)生過大的拉應(yīng)力，而對上部產(chǎn)生壓應(yīng)力。下部拉應(yīng)力超過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計值，造成面層凹陷開裂破壞。而原本在基層、墊層的拉、壓應(yīng)力隨著深度的增加而減小，并未超過其限值。由于面層的破壞開裂，雨水的滲入，使得基礎(chǔ)、墊層拉、壓應(yīng)力限值降低，無法承受車輛的荷載造成公路結(jié)構(gòu)性的破壞。

針對不同軸載作用下計算出路面各結(jié)構(gòu)層的壓應(yīng)力值，再加上半剛性基層會有應(yīng)力擴(kuò)散，所以傳到底基層和土頂層的壓應(yīng)力較小，隨著軸載的增大，其增大的幅度會越來越小，而面層的壓應(yīng)力會大得多，壓密變形由此產(chǎn)生。在這種重載交通的情況下，瀝青面層產(chǎn)生壓密變形的現(xiàn)象也就不足為奇了。

3.3剪應(yīng)力

選取距路表不同的縱向深度的點，作為剪應(yīng)力的各個計算點，計算出各點在不同重載的作用下剪應(yīng)力的值，該值與軸載的關(guān)系如圖4所示。根據(jù)圖4分析可知，在不同軸載的情況下，剪應(yīng)力值與縱向深度在一定范圍內(nèi)都呈正向關(guān)聯(lián)性，但當(dāng)?shù)竭_(dá)某一峰值后剪應(yīng)力會開始逐漸減小，隨著軸載的增大，峰值位置的深度會加深。例如，當(dāng)在 軸載100kN的情況下，此時剪應(yīng)力的峰值會在深 7cm處達(dá)到，而當(dāng)在軸載250kN的情況下，剪應(yīng)力達(dá)到峰值的位置相應(yīng)地增大到了9cm（在標(biāo)準(zhǔn)軸載時，縱向4cm～9cm范圍內(nèi)平均的剪應(yīng)力值為 0.21MPa，而在2.5倍標(biāo)準(zhǔn)軸載作用的情況下，平均剪應(yīng)力值這時候就提高到了 0.26MPa）。此時上面層底部和中面層內(nèi)所產(chǎn)生應(yīng)力達(dá)到最大值。在重車載的作用情況下，只要瀝青混凝土的抗剪強(qiáng)度小于其所受的剪應(yīng)力時，瀝青混凝土就容易產(chǎn)生剪切變形的情況，巨大的負(fù)載通過車輪，往下向兩側(cè)推移，輪跡帶下陷變形，兩側(cè)的瀝青混凝土發(fā)生推擠而向上鼓起，最終導(dǎo)致轍槽等病害的產(chǎn)生。

結(jié)語

對于重載車輛較多路段的瀝青路面的設(shè)計，簡單參照國標(biāo)不可取，有必要進(jìn)行針對性的設(shè)計，具體問題具體分析，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計以滿足重載交通對瀝青公路的結(jié)構(gòu)整體剛度、瀝青層或抗疲勞開裂以及抗變形等多個性能方面的要求，才能有效地應(yīng)對重載車輛對瀝青公路的早期破壞情況。

參考文獻(xiàn)

[1] JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2] JTJ014—97，公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范[S].

[3]陶宏亮，陳晨.瀝青混合料和集料基本性能的比對試驗研究[J].福建建材，2011（2）：5-8.

[4]鄧學(xué)鈞，陳榮生.剛性路面設(shè)計（第2版）[M].北京：人民交通出版社，2005.endprint