摘要：随着社会经济的快速发展，公路交通运输行业也得到了快速的发展，运输车辆超载现象越来越普遍，超载是导致混凝土路面早期破坏的主要成因，严重影响着混凝土路面的结构。本文根据作者多年工作经验，结合路面破坏实际情况，对超载情况下混凝土路面结构设计进行了详细的分析和阐述。
关键词：超载情况；混凝土路面；结构设计；分析
1、引言
随着国民经济和交通运输事业的发展，运输车辆中大型货运车辆的比重不断增加，而且由于运输经营者为了追求单车运输的经济效益，常常私自把运输车辆加宽、加高，使得交通运输中车辆严重超载已经成为十分普遍的现象。严重的超载造成了混凝土路面结构未达使用年限，甚至在通车后很短的时间内，就出现了严重的板面下沉、裂纹、坑槽等病害。这些病害的出现严重影响了道路的服务能力，增加了养护工作量和困难程度，并造成了巨大的经济损失。
2、汽车超载时混凝土路面结构的力学分析
在额定轴载时，轮胎接地压力可假定为均匀分布，但超载时成为凹形分布，欠载时成为凸型分布，书中以三维有限元分析，计算了不同车型在不同超载或欠载情况下不同路面结构的弯沉值、剪应力及拉应力。表1为黄河JN-150的最大弯沉值l和最大剪应力τm的结果。
表1 不同超载率时，最大弯沉值、最大剪应力计算结果
3、沥青混凝土路面设计参数的敏感性理论分析
参数的变异性和敏感性是可靠度研究的一个分支和发展。路面结构设计控制指标采用路表弯沉、面层底面弯拉应力和基层底面弯拉应力三个指标。路面模式采用多层弹性体系，各层之间连续接触。各层模量、厚度以及荷载认为是随机变量，且服从正态分布，
其余参数为定值。计算分析时，输入各随机变量的均值及其变异系数和确定型参数的值，然后运用蒙特卡罗模拟法对所有的随机变量进行随机模拟，得到随机参数的相应值。然后，用该次模拟产生的随机值进行路面结构计算，得到所需的路面结构设计控制指标的相应值。重复模拟随机参数、应用随机参数计算控制指标的过程。将理论样本与规范规定的设计数值进行比较，就可以得到整个路面结构的可靠度。
沥青路面结构各设计参数的变异水平为[5]：厚度0.07～0.21，模量0.25～0.45，极限抗弯拉强度0.15～0.45，交通量0.2～0.8。具体分析时为确定各设计参数变异的敏感性规律，相应地加大变异系数取值范围。同时，分析某一设计参数的敏感性时，其他设计参数的变异系数保持不变，观察控制指标的变异系数的大小就可以对路面设计中的各个参数对路面可靠度的影响作出定量的评价。
4、以弯沉为控制指标的参数敏感性分析
在双圆荷载作用下的路面结构为多层弹性体系，用以路表实测弯沉为指标的参数敏感性分析方法对其进行分析。从路面参数中选定荷载大小P，各层厚度Hi，各层抗压模量Ei，土基模量Eo共2（i+1）个主要参数，其中，i为路面结构层数；通过依次给其中一个参数设定某一定值的变异系数，比较各次计算得出的路表弯沉值的变异系数的大小，初步确定各参数对路表弯沉ls的影响大小。路面的当量荷载作用次数为4×106次。根据江苏省实际公路等级、累计标准当量轴次、面层和基层类型等参数，可令当量荷载作用次数的变异系数为0.2；由于荷载和荷载作用次数有关，所以，荷载的变异系数取0。
5、以弯拉应力为指标的参数敏感性分析
以弯拉应力为结构设计控制指标时，分别检验了各层层底弯拉应力。研究时根据多层弹性理论，假设层间接触条件为完全连续，计算在双圆荷载作用下的层底最大拉应力。验算沥青混凝土面层及半刚性材料基层、底基层层底拉应力时，分别以单圆底中心点，单圆半径的二分之一点，单圆的内侧边缘点及双圆间隙中心点为计算点，并取最大值作为层底最大拉应力。
在双圆荷载作用下的路面结构为多层弹性体系，用以面层底面弯拉应力和基层底面弯拉应力为指标 的参数敏感性分析方法进行分析：从路面参数中选定 荷载大小P，面层厚度Hi，面层抗弯拉模量liE，基 层厚度Hj，基层抗压模量Ej，土基模量E0共2（i+j+1）个主要参数，其中，i为面层层数，j为基层层数（基层包括底基层和垫层）；通过依次给其中一个参数设定某一定值的变异系数，而其它的参数变异系数取0，比较各次计算得出的面层底面弯拉应力和基层底面弯拉应力的变异系数的大小，确定各参数对面层底面弯拉应力和基层底面弯拉应力的影响大小。
6、路面参数设计
6.1确定路面等级和面层类型
交通量设计年限内累计标准轴次Ne=2.35×107次，由公路沥青路面设计规范，该路交通等级为重交通，高速公路路面等级为高级路面，面层类型为沥青混凝土。
6.2结构组合与材料选取及材料设计参数确定
6.2.1结构组合与材料选取
根据《公路沥青路面设计规范》的建议值确定各结构层设计参数。
6.2.2各层材料抗压模量和襞裂强度
查公路沥青路面设计规范附录E“材料设计参数”表E1“沥青混合料设计参数”及表E2“基层材料设计参数”得到各层材料的抗压强度和襞裂强度，各值均取规范给定的中值。
干燥与中湿状态各层材料的厚度如下表：
潮湿与过湿状态各层材料的厚度如下表：
6.3土基回弹模量的确定
该路段处Ⅳ2区，为普通粉质土。由于设计要求拟定路基处于各种状态下各个结构层的厚度，根据《公路沥青路面设计规范》中稠度的建议值，取干燥，中湿，潮湿，过湿状态的稠度分别为1.15，1.00，0.90，0.80。查表“二级自然区划个土组土基回弹模量参考值”可确定各个状态下的土基回弹模量分别为：干燥状态50.5MPa，中湿状态42.5MPa，潮湿状态36.5MPa，过湿状态31MPa。
7、确定设计层厚度（1）.对于干燥状态
利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为15cm。计算结果：
路面设计弯沉值（0.01mm） 20.13
路面结构的实测弯沉值（0.01mm） 20.04409
设计控制层厚度（cm） 15
第 1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 20.04409
实际路面结构第 1层底最大拉应力（MPa） 0
第 2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 21.85658
实际路面结构第 2层底最大拉应力（MPa） 0
第 3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 24.81918
实际路面结构第 3层底最大拉应力（MPa） 0
第 4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 29.05592
实际路面结构第 4层底最大拉应力（MPa） 3.636201E-02
第 5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 15.88779
实际路面结构第 5层底最大拉应力（MPa） 0 .1312245
第 6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 161.9449
土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 180.8829
满足要求
8、对于中湿状态
利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥稳定碎石基层厚度为19cm。计算结果：
路面设计弯沉值（0.01mm） 20.13
路面结构的实测弯沉值（0.01mm） 20.09849
设计控制层厚度（cm） 18.30001
第 1结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 20.09849
实际路面结构第 1层底最大拉应力（MPa） 0
第 2结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 21.85131
实际路面结构第 2层底最大拉应力（MPa） 0
第 3结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 24.6571
实际路面结构第 3层底最大拉应力（MPa） 0
第 4结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 28.55337
实际路面结构第 4层底最大拉应力（MPa） 0 .0389909
第 5结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 14.95647
实际路面结构第 5层底最大拉应力（MPa） 0 .1245208
第 6结构层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 183.7254 土基层顶面施工控制弯沉（0.01mm） 219.1875满足要求。
9、结束语
公路货车超载造成路面结构的强度破坏及使用寿命的严重降低。在路面结构设计过程中，要做好里面的超载设计。
参考文献：
[1]施瑞欣.超载情况下混凝土路面结构设计分析[J].公路交通技术Technocogy of Highway and Transport，2003年01期.
[2]王宇阳.旧水泥混凝土路面结构改造的设计与计算分析[J]. 山东大学，山东省，211工程院校，985工程院校，教育部直属院校.
论文作者:林炽助
论文发表刊物:《基层建设》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/6
标签：路面论文; 应力论文; 结构论文; 参数论文; 面层论文; 荷载论文; 基层论文; 《基层建设》2017年第25期论文;