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摘 要

施工期超載運輸可能對路面結構產生影響，進而影響路面結構發(fā)生早期破壞。從施工車輛的軸載調查入手，分析了施工期車輛超載情況下耐久性基層瀝青路面結構層各層的應力狀況，并根據路面材料特性提出建議，可供公路建設管理單位參考。

關鍵詞 道路工程 | 超載運輸 | 路面結構 | 軸載調查 | 路面損傷

0、引言

車輛超載是影響瀝青路面早期損壞的因素之一，道路研究人員主要針對營運期高速公路路面在重載或超載作用條件下的受力狀況進行了大量的計算分析[1-3]，然而根據調查結果，施工過程中混合料運輸車輛均為超載車輛，后軸從額定的100kN增加到180kN以上，輪胎充氣壓力從額定的0.7MPa增加到0.9MPa以上，遠遠超過了公路路面設計標準，施工期超載運輸的存在會導致尚未達到設計強度的路面結構過早產生微裂縫等結構性損傷瀝青網sinoasphalt.com。目前規(guī)范上也沒有對施工車輛的荷載進行嚴格規(guī)定，也沒有考慮超載車輛對施工期路面結構層的影響[4-5]。

本文從施工車輛的軸載調查入手，分析了施工期車輛不同荷載情況下，耐久性基層瀝青路面結構層各層的應力狀況，并根據路面材料的強度特性提出相關建議，供公路建設管理單位參考。

1、路面施工期軸載狀況調查

1.1 施工運輸車輛類型及超載調查分析

為分析施工期超載車輛對路面結構層的影響，對廣東云羅高速公路路面施工車輛進行了稱重調查。該高速公路路面混合料運輸車輛為目前國內典型的重型自卸運輸汽車(前橋為單軸單輪，后橋為雙聯軸每側雙輪組)，如圖1所示。

對滿載的混合料運輸車輛進行稱重，然后對其雙后軸進行稱重，稱重結果見表1。

車輛通過車軸兩端的輪胎對路面施加力的作用分配到每根軸或軸組的重量稱為車軸的軸載(軸組輪胎重量的總和)，稱重結果表明，雙聯軸雙輪軸的最大值達到476kN，超過限定值180kN的164%，說明施工車輛超載比較嚴重。

1.2 輪壓超載情況分析

對超載超壓情況進行計算分析時，輪胎的接地壓強接地面積計算主要有四種計算圖式，分別為K、I、L、M圖式，簡述如下:

(1)K圖式:雙輪雙圓，圓中心距等于3倍接地半徑，接地壓力0.7MPa(標準圖式)。

(2)I圖式:輪壓和接地面積均隨軸載的增加而增加，圓心距保持31.95cm不變，這種圖式最符合實際，因為承擔越重貨物運輸的車，統(tǒng)計上越有采用高強高壓輪胎的趨勢(A=0.008P+152±70;其中，A為接地面積，c㎡;P為輪胎荷載，N;±70為保證率達到90%的離差范圍)。

(3)L圖式:接地半徑與圓心距保持10.65cm和31.95cm，輪壓隨軸重等比例增減。

(4)M圖式:輪壓與圓心距保持0.7MPa和31.95cm，接地半徑隨軸重增加而增加。

上述四種荷載圖式中，比利時的I圖式最能代表超載情況下輪胎壓力與接地面積的情況，采用比利時I圖式接地面積與軸重經驗關系式對不同軸載條件下輪胎壓力和接地面積進行計算，計算結果見表2。

由表2可知，隨著軸載的增加，輪胎的接地壓強也逐漸增大。如果施工運輸車輛單個后軸重達到240kN時，輪胎接地壓強達到0.95MPa，超過標準輪壓0.7MPa的35.7%，而云羅高速公路路面施工混合料運輸車輛單個后軸的荷載普遍在200~240kN之間，輪胎壓強在0.91~0.955MPa之間，說明輪胎接地壓強超載嚴重。

2、施工車輛超載對耐久性基層瀝青路面結構應力影響分析

2.1 路面結構及加載過程

2.1.1路面結構參數

本文主要針對目前正在研究的耐久性基層瀝青路面進行分析，路面結構及參數見表3。

2.1.2加載方式及計算方法

假定單軸雙輪組分別為100kN、120kN、140kN、160kN、180kN、200kN的軸載作用，計算施工期各層底的應力。荷載圖式采用雙圓荷載，其中0.7MPa時采用標準加載模式，其它輪壓下采用I圖式的加載模式。

我國瀝青路面設計以路表回彈彎沉和層底拉應力為設計指標，對于重載交通路面宜驗算瀝青混合料的抗剪強度[4]，各層層底拉應力超過材料的容許拉應力，意味著結構層產生荷載裂縫，路面產生結構性損壞。

采用彈性層狀體系理論計算程序對選定的荷載條件及路面結構進行路面各層拉應力及瀝青面層剪應力計算，層間接觸條件設定為完全連續(xù)體系。

2.2 計算結果及分析

2.2.1施工期路面各層底拉應力計算結果及分析

施工期不同荷載條件下基層、底基層層底的拉應力計算結果見表4~表6。

由計算結果可知，施工期底基層層底所受的拉應力較大，特別是施工下基層時標準軸載作用下，底基層的拉應力達到0.4216MPa，當運輸車輛軸載超載40%，底基層的拉應力達到0.5816MPa，接近了水泥穩(wěn)定碎石材料劈裂強度的上限0.6MPa，因此從保證底基層底的拉應力不超過材料極限值的角度考慮，下基層施工時混合料運輸車輛單后軸載不應超過120kN，雙后軸載不應超過240kN。

施工期下基層的受力條件較為有利，在各層施工過程中，下基層底的拉應力均較小(小于0.1MPa)。

施工期上基層碾壓混凝土層底的荷載拉應力也較大，在下面層施工時，碾壓混凝土上基層的受力條件最為不利。在標準軸載作用下，碾壓混凝土上基層底的拉應力為0.6935MPa，當運輸車輛的軸載超載140%，碾壓混凝土上基層底的拉應力高達1.62MPa，剛性基層對軸載敏感性較大，當剛性基層材料所受的拉應力較大時，剛性基層易發(fā)生疲勞破壞。

從保證碾壓混凝土上基層層底拉應力不應過大的角度考慮，瀝青面層施工過程中碾壓混凝土上基層底的拉應力按不超過1.0MPa控制。根據計算結果，下面層施工運輸車輛單后軸載不應超過150kN，中面層施工運輸車輛單后軸載不應超過160kN，上面層施工運輸車輛單后軸載不應超過180kN。

2.2.2瀝青層剪應力計算結果及分析

瀝青面層混合料的剪應力超過混合料的抗剪強度，高溫條件下瀝青路面易產生車轍、擁包等剪切破壞。施工期不同荷載條件下瀝青層內最大剪應力計算結果見表7，同時也計算了瀝青各層層底的拉應力情況，計算結果表明，施工過程中瀝青各層底均為受壓。

由表7可知，隨軸載的增加，不論是中面層、上面層施工還是完工后，瀝青層內最大剪應力均逐漸增大，最不利的情況是上面層施工，標準軸載作用下瀝青層內的最大剪應力為0.275MPa，當軸載超載140%，瀝青層內的最大剪應力達到0.343MPa。國內瀝青混合料抗剪強度試驗結果表明:60℃條件下瀝青混合料的抗剪強度在0.8~1.0MPa之間[6]，單純從瀝青面層層內剪應力不能說明超載對瀝青層抗剪損傷的影響，但是瀝青表面所受的壓應力隨著軸載的增加逐漸增加。當夏季施工時，瀝青層內溫度可能大于60℃，從保證瀝青面層在施工過程中接地壓強不大于0.8MPa，相應的單軸軸載不應大于140kN。

3、結語

(1)施工車輛軸載稱重的結果表明，雙聯軸的最大荷載值達到476kN，超過限定值180kN的164%，施工車輛軸載超載比較嚴重。目前，路面施工混合料運輸車輛單個后軸的荷載普遍在200~240kN之間，輪胎壓強在0.91~0.95之間，輪胎接地壓強超載嚴重。

(2)耐久性基層瀝青路面施工期底基層及碾壓混凝土上基層所受拉應力比較大，下基層的受力條件較為有利。

(3)隨軸載的增加，不論是中面層、上面層施工還是完工后，瀝青層內最大剪應力均逐漸增大，標準軸載作用下瀝青層內的最大剪應力為0.275MPa。超載140%時，瀝青層內的最大剪應力達到0.343MPa。當路面溫度大于60℃時，瀝青層表面接地壓強不應大于0.8MPa，相應的單軸軸載不應大于140kN。

(4)耐久性基層瀝青路面在施工期荷載作用下，各結構層的受力特點差別較大，建議施工單位應根據本路面結構層材料的受力狀況及特點，控制施工車輛的荷載，防止路面結構層在施工過程中發(fā)生破壞。