王祥彪

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

淺談車輛超載對瀝青路面設計厚度的影響

王祥彪

(安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

近些年來，隨著國家基礎設施的大力建設，交通設施發(fā)展迅速，國家路網(wǎng)也越來越趨于完善，交通量的增加更加迅猛。在現(xiàn)有交通量的構(gòu)成中，中型以上的貨車所占的比例很大，受經(jīng)濟利益驅(qū)使，載貨貨車中多存在超載現(xiàn)象，依據(jù)瀝青路面現(xiàn)行設計方法，結(jié)合案例計算，淺談車輛超載對瀝青路面設計厚度的影響。

車輛超載；瀝青路面；設計厚度

1 車輛超載現(xiàn)狀

改革開放以來，公路事業(yè)有了較大發(fā)展，特別是高等級公路的發(fā)展更快。然而伴隨著公路的發(fā)展，交通量的增加更加迅猛。在現(xiàn)有交通量的構(gòu)成中，中型以上載貨車輛占60%～70%，且有繼續(xù)增長的趨勢。

由于受經(jīng)濟利益的驅(qū)動，載貨車輛中，除空車外，80%有超載現(xiàn)象，車輛超載率從50%～200%不等。正是這部分超載車輛加速了路面的破壞，使得公路大修期變短，養(yǎng)護費增高。

交通部門認識到了超載車輛對道路的危害，提出了一些限制車輛超載的規(guī)定，但由于執(zhí)法不嚴，收效甚微。所以，分析超載車輛對路面的影響，引起全社會的關注是十分必要和迫切的[1]。

2 超載對路面設計彎沉值及厚度影響

以設計彎沉值為路面整體剛度的控制指標[2]，采用多層彈性層狀理論公式進行計算，并以BZZ-100為設計標準軸[3]。各種車輛采用下式進行軸載換算，即

(1)

其中，N為以設計彎沉值和瀝青層層底拉應力為指標時的標準軸載的當量軸次(次/d)；ni為被換算車型的各級軸載作用次數(shù)(次/d)；P為標準軸載(kN)；Pi為被換算車型的各級軸載(kN)；C1為被換算車型的軸數(shù)系統(tǒng)；C2為被換算車型的輪組系數(shù)，雙輪組為1.0，單輪組為6.4，四輪組為0.38；K為被換算車型的軸載級別。

(2)

其中，Ne為設計年限內(nèi)一個車道的累計當量軸次(次/車道)；t為設計年限(a)；N1為營運第一年雙向日平均當量軸次(次/d)；γ為設計年限內(nèi)交通量的平均年增長率(%)；η為車道系數(shù)。

路面設計彎沉值Ld是表征路面整體剛度大小的指標，是路面厚度計算的主要依據(jù)[4]。設計彎沉值應根據(jù)公路等級、設計年限內(nèi)累計標準當量軸次、面層和基層類型計算確定。即

(3)

其中，ld為設計彎沉值(0.01 mm)；Ne為設計年限內(nèi)一個車道累計當量軸次(次/車道)；Ac為公路等級系數(shù)，高速公路、一級公路為1.0，二級公路為1.1，三、四級公路為1.2；As為面層類型系數(shù)，瀝青混凝土面層為1.0，熱拌和冷拌瀝青碎石、瀝青貫入式路面(含上拌下貫式路面)、瀝青表面處治為1.1；Ab為路面結(jié)構(gòu)類型系數(shù)，半剛性基層瀝青路面為1.0，柔性基層瀝青路面為1.6。

從上述公式可以看出，決定路面設計彎沉值大小的最主要因素為設計年限內(nèi)一個車道累計當量軸次Ne，而Ne的大小主要取決于設計年限內(nèi)各車型的各級軸載Pi[5]，Pi在現(xiàn)行路面設計軟件中均按每種車型的額定噸位計列，未考慮超載現(xiàn)象，其計算出的路面厚度往往與實際情況存在差異，下面將以案例計算分析車輛超載對路面設計厚度的影響。

3 案例計算

假設某二級公路項目路面采用瀝青混凝土路面，基層和底基層分別采用水泥穩(wěn)定碎石和低劑量水泥穩(wěn)定碎石[6]，道路設計年限t為12 a，車道系數(shù)η取0.65，設計年限內(nèi)交通量平均年增長率γ為5%[7]，2017年預測車輛日平均交通量分布見表1所列。

表1 2017年車輛分布數(shù)

各車型額定噸位如表2所列[8]。

表2 各車型額定噸位

上述累計當量軸次為非超載情況下計算所得，實際情況中大貨車多有超載現(xiàn)象，假設本項目大貨車中有30%車輛超載50%，則超載大貨車噸位及數(shù)量如表3所列。

表3 超載大貨車噸位及數(shù)量

再次帶入上述公式計算，設計年限內(nèi)一車道累計當量軸次Ne=7.4×106(次/車道)，對應設計彎沉值為Ld=27.9(0.01 mm)。

假設路面結(jié)構(gòu)采用：4 cmAC-13+6 cmAC-20+？cm水泥穩(wěn)定碎石+20 cm低劑量水泥穩(wěn)定碎石，現(xiàn)針對上述兩個彎沉值分別推算所需基層水泥穩(wěn)定碎石的厚度[9-10]，推算如下：

(1) 不考慮超載時(設計彎沉值Ld=31.4)：

公路等級:二級公路

新建路面的層數(shù):4

標準軸載:BZZ-100

路面設計彎沉值:31.4 (0.01 mm)

路面設計層層位:3

設計層最小厚度:150 (mm)

H(3)= 165 mmLS= 34.8 (0.01 mm)

H(3)= 215 mmLS= 29.9 (0.01 mm)

H(3)= 199 mm(僅考慮彎沉)

路面設計層厚度:H(3)=199 mm(僅考慮彎沉)

數(shù)值取整，水穩(wěn)基層采用20 cm，則該路面結(jié)構(gòu)總厚度為50 cm。

(2) 考慮超載時(設計彎沉值Ld=27.9)：

路面設計彎沉值:27.9 (0.01 mm)

路面設計層層位:3

設計層最小厚度:150 (mm)

H(3)=200 mmLS=31.3(0.01 mm)

H(3)=250 mmLS=27.2(0.01 mm)

H(3)=241 mm(僅考慮彎沉)

路面設計層厚度:H(3)=241 mm(僅考慮彎沉)

數(shù)值取整，水穩(wěn)基層采用25 cm，則該路面結(jié)構(gòu)總厚度為55 cm。

針對上述計算結(jié)果，比較見表4所列。

表4 不考慮超載和考慮超載對比

從表4可以看出，在考慮大貨車中30%車輛有超載現(xiàn)象，按超載率50%計，在相同的筑路材料下，路面設計厚度至少需增加5 cm，而實際情況是超載車輛的比例往往遠大于30%，且超載率也通常在50%以上，因此超載車輛對路面結(jié)構(gòu)設計厚度的影響問題已越來越不可忽視。

4 結(jié)束語

影響路面厚度的因素是多樣且復雜的，本文僅從因超載引起的設計彎沉值的變化進而導致路面設計厚度的變化，雖具有一定的局限性，但已足以證明車輛超載對路面結(jié)構(gòu)的設計厚度影響是巨大的，而在路面設計過程中對設計年限內(nèi)累計標準軸載的準確預測往往難度很大，這就要求路面設計人員在開展設計前，需進一步加強交通量調(diào)查及資料收集工作，合理利用公路部門交通量觀測站及收費站提供的車輛軸載分別數(shù)據(jù)，盡量做到預測交通量與實際相符，從而避免道路路面在設計年限內(nèi)因厚度不足而提前破壞。

[1] 李 瑾.淺析超載車輛對瀝青路面的影響[J]．山西交通科技，2002(S1)：39～40.

[2] JTG D50-2006, 公路瀝青路面設計規(guī)范[S]．

[3] JTJ 002-87,公路工程名詞術語[S]．

[4] JTG F40-2004,公路瀝青路面施工技術規(guī)范[S]．

[5] JTG/T F20-2015,公路路面基層施工技術細則[S]．

[6] 嚴家伋.道路建筑材料(第3版)[M]．北京：人民交通出版社，2001.

[7] JTG B01-2014,公路工程技術標準[S]．

[8] JTG H10-2009，公路養(yǎng)護技術規(guī)范[S]．

[9] JTG E51-2009,公路工程無機結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗規(guī)程[S]．

[10] JTG E42-2005,公路工程集料試驗規(guī)程[S]．

2016-10-26；修改日期：2016-10-31

王祥彪(1983-)，男，安徽淮南人，安徽省交通規(guī)劃設計研究總院股份有限公司工程師，天津大學碩士生．

U416.217

A

1673-5781(2016)05-0645-03