中交一公局公路勘察设计院有限公司 北京 100024
摘要：在沥青路面的运营阶段，超载车辆对道路的影响与标准轴载的影响呈倍数增长，本文通过实际算例进行比较，得出超载车辆和标准轴载车辆的影响关系，为今后的工程设计提供了参考。
关键词：超载 弯沉值 路面结构设计
1超载车辆与标准轴载的关系
超载车辆对沥青路面的影响较大，尤其是当超载车辆慢速通行时，较易使沥青路面达到疲劳极限，从而形成永久变形病害，经查看相关数据资料，超载比例与其换算的系数见下图：
由上图可知，超载比例增加时，其换算系数，成几何倍数增长。超载时对沥青路面的影响，不能简单的按照线性系数来考虑，比如，同样的车辆，在超载100%时，不能按照两辆车通行来考虑，超载对路面结构层的集中压应力，为不超载时的20倍。在沥青路面运行早期，沥青混凝土路面的各种性能尚未达到最佳，包括抗弯拉强度、抗冲击强度、整体稳定性等指标，重型车及超载车辆的通行在路面建成投入使用的早起，使结构层所承受的拉应力远远大于沥青面层的抗弯拉强度，从而造成路面结构的破坏。在行车荷载反复作用下，车轮位置的集中碾压，路面结构破坏的逐步严重，而产生车辙病害，路面在车辙的两侧出现沥青混凝土推移拥包，直接导致沥青路面的稳定性破坏。
2 超载车辆对沥青路面的影响
2.1 车辆超载对设计弯沉值的影响
路面结构设计，以《公路沥青路面设计规范》中的规定为基础，在路面结构设计计算时，路面的整体刚度指标为设 计 弯 沉 值 ，弯拉应力验算只对高速公路、一级公路的沥青面层、半刚性基层、底基层进行，并以BZZ-100为设计标准轴载。采用下式进行各种车型与标准轴载之间的换算：
黄河QD351的额定吨位比解放CA340的额定吨位多4.06吨，但折算为标准轴时，黄河的轴次是解放的轴次的13.75倍，可见轴载对于路面的影响，绝非是简单的线性关系。
近年来，由于我国公路路网的逐步完善和经济的发展，重型载货汽车普遍增多，同时，超载情况也越发普遍，超载使车辆的载重量增大，以黄河QD351为例，分别按照超载50％、100％、200％进行轴载换算，以确定轴载的增加和换算轴次的关系见下图：
故将其转换为标准轴载，应为137.63次，是未超载时的118.98倍，其产生的轴载对路面的疲劳破坏作用，远远大于正常的设计允许值。在路面基层和底基层的实际使用研究中发现，换算后标准轴载的数量直接决定弯拉应力的大小，当换算后的标准轴载过大时，直接造成弯拉应力过大，远远超出设计的抗拉强度，从而造成基层底部拉裂，从而在路面上形成反射裂缝，使路面提前破坏。
2.3 其他方面的影响
在路面结构设计当中，除了要考虑设计弯沉值和层底拉应力，还应特别注意超载车辆对于沥青路面病害其他方面的影响：
（1）一次性作用：车辆在道路上行驶一次，即使路面发生彻底破坏，称为一次性作用。这种情况，多发生于满载货物的特重车，如上文所述，一辆超载200％的黄河QD351货车，产生的疲劳作用，相当于标准轴载的138次，相关规范规定的轴载界限为130KN，此时的轴载远远超出了规范规定的范围，也就是说，这种重量的车辆作用下，疲劳作用理论已经不再适用。由于车辆过重的轴载在行驶过程中，对路面压应力、摩擦力、冲击力等的共同作用，有可能仅一次作用能造成基层地面的开裂，这种情况，称之为一次性破坏。
（2）车辙的影响：沥青混凝土中的沥青，对于温度变化较为敏感，造成沥青混凝土与沥青同样具有高温软化的特性，尽管在设计和施工中，采用质地和各种指标较好的集料、采用适当的级配和配合比，从而增加沥青混合料的高温稳定性，但是由于特重型车辆的作用，公路平面交叉的综合影响下，仍然会随着行车荷载的不断增加而产生车辙破坏。
（3）车载作用下的剪切力：由于重型车辆的自重大，而使车轮对地面的摩擦力加大，从而造成沥青混凝土面层内产生剪切应力，尤其对于平面交叉路口位置、上下坡及转弯过程中，将对路面产生较大的推力，这种推力随着车辆载重的加大而增加，由于抗剪切能力不足，而造成剪切破坏。推移、拥包等病害在慢车道（重型载货汽车通行较多）较为多见，证明病害的产生，与重型车辆的通行有关，所以，车辆的超载将使沥青混凝土面层的剪切破坏发生时间更短。
我国路面设计目前采用的设计方法仍存在不足:
（1）沥青路面结构设计，是以力学特性为基础的，但是对于路面的实际使用性能考虑较少，在设计与实际路用性能之间缺乏联系；
（2）设计指标不可控制。沥青混凝土路面在实际使用当中，经行车荷载、自然条件的因素，受到的损坏与设计的预测破坏模式不相符，设计指标形同虚设。疲劳破坏是路面结构设计的指标之一，其主要是为了保证在道路的设计年限内的使用性能，避免路面因交通量荷载而产生疲劳破坏，但是实际道路项目当中，有很多情况，是在实际交通量比远期设计交通量小得多，却出现了路面的早起破坏，这种情况并不少见，所以在很多情况下，路面的疲劳指标，并未起到其应有的作用。
（3）现行的沥青路面结构设计方法，是根据公路等级、交通量以及自然条件和路面材料参照多年来的使用经验提出的路面结构组合及其相应的厚度，再进行路面结构设计计算，并不能保证其使用条件，也无法进行路面结构组合设计的定量验算。
（4）理论验算模型及其使用条件、发生病害各层受力的假定条件不准确。当应用线性沥青路面设计规范的设计指标进行路面结构设计时发现，路面的基层采用的半刚性材料铺筑，在其上设置沥青面层，按照理论模型，此种状态下，沥青面层处于受压状态，在这种状态下，沥青面层不会发生弯拉疲劳破坏。但是在实际项目的施工和使用当中，使沥青层与半刚性基层形成完整的结构体系较为困难，层间界面稳定状态的改变受交通荷载所产生的外力、水等因素的共同作用下，必然造成整体结构的变化，因此，理论验算结果的不准确性，主要是因为假定的条件不与实际情况不相符，从而造成设计偏差。
（5）沥青混凝土中各种材料的强度是保证沥青混凝土强度的基础，但是并不能直接反应其强度，路面设计的理论性较强，但是实际上，各种材料的设计参数，如抗压回弹模量等指标，只是通过室内试验确定，与路面实际状况的差异较大，在路面结构设计时，通常选用的各种材料参数，均为规范推荐的材料特性，也就使路面材料的设计指标与实际施工过程中选用的材料性能存在较大差异，致使路面结构计算过于形式化。
（6）超载对于路面结构计算的影响更为突出，由于超载的原因，致使设计年限内的设计交通荷载与设计值不相符，甚至实际交通荷载远远大于设计值，导致路面由于设计的结构层不合理而使路面出现早期的病害，从而无法满足道路的设计年限使用。
3 结束语
总而言之，超载对于沥青路面的影响较大，无论是在设计阶段，还是在运营阶段，都是必须的考虑因素，研究超载在公路路面工程中的影响，具有重大意义，在设计中充分考虑超载的影响，对于提高公路沥青路面的耐久性和运营使用性能是行之有效的方法之一，而更重要的是在道路运营管理期间，严格控制超载车辆。
参考文献
[1] 王清方 郭培晨 李国志. 车辆超载对广西南梧公路的破坏分析. 公路运输文摘, 2003年5期
[2] 王祥彪.浅谈沥青路面的设计方法.建筑工程技术与设计, 2015年34期
[3] 王铁滨. 公路超载的影响分析. 辽宁省交通高等专科学校学报, 2007年1期
论文作者:吴亚超
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/10
标签：路面论文; 沥青论文; 车辆论文; 沥青路面论文; 面层论文; 荷载论文; 结构论文; 《基层建设》2017年第11期论文;