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摘 要

施工期超載運(yùn)輸可能對(duì)路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)發(fā)生早期破壞。從施工車(chē)輛的軸載調(diào)查入手，分析了施工期車(chē)輛超載情況下耐久性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)層各層的應(yīng)力狀況，并根據(jù)路面材料特性提出建議，可供公路建設(shè)管理單位參考。

關(guān)鍵詞 道路工程 | 超載運(yùn)輸 | 路面結(jié)構(gòu) | 軸載調(diào)查 | 路面損傷

0、引言

車(chē)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(duì)營(yíng)運(yùn)期高速公路路面在重載或超載作用條件下的受力狀況進(jìn)行了大量的計(jì)算分析[1-3]，然而根據(jù)調(diào)查結(jié)果，施工過(guò)程中混合料運(yùn)輸車(chē)輛均為超載車(chē)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(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了公路路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，施工期超載運(yùn)輸?shù)拇嬖跁?huì)導(dǎo)致尚未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的路面結(jié)構(gòu)過(guò)早產(chǎn)生微裂縫等結(jié)構(gòu)性損傷瀝青網(wǎng)sinoasphalt.com。目前規(guī)范上也沒(méi)有對(duì)施工車(chē)輛的荷載進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)定，也沒(méi)有考慮超載車(chē)輛對(duì)施工期路面結(jié)構(gòu)層的影響[4-5]。

本文從施工車(chē)輛的軸載調(diào)查入手，分析了施工期車(chē)輛不同荷載情況下，耐久性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)層各層的應(yīng)力狀況，并根據(jù)路面材料的強(qiáng)度特性提出相關(guān)建議，供公路建設(shè)管理單位參考。

1、路面施工期軸載狀況調(diào)查

1.1 施工運(yùn)輸車(chē)輛類型及超載調(diào)查分析

為分析施工期超載車(chē)輛對(duì)路面結(jié)構(gòu)層的影響，對(duì)廣東云羅高速公路路面施工車(chē)輛進(jìn)行了稱重調(diào)查。該高速公路路面混合料運(yùn)輸車(chē)輛為目前國(guó)內(nèi)典型的重型自卸運(yùn)輸汽車(chē)(前橋?yàn)閱屋S單輪，后橋?yàn)殡p聯(lián)軸每側(cè)雙輪組)，如圖1所示。

對(duì)滿載的混合料運(yùn)輸車(chē)輛進(jìn)行稱重，然后對(duì)其雙后軸進(jìn)行稱重，稱重結(jié)果見(jiàn)表1。

車(chē)輛通過(guò)車(chē)軸兩端的輪胎對(duì)路面施加力的作用分配到每根軸或軸組的重量稱為車(chē)軸的軸載(軸組輪胎重量的總和)，稱重結(jié)果表明，雙聯(lián)軸雙輪軸的最大值達(dá)到476kN，超過(guò)限定值180kN的164%，說(shuō)明施工車(chē)輛超載比較嚴(yán)重。

1.2 輪壓超載情況分析

對(duì)超載超壓情況進(jìn)行計(jì)算分析時(shí)，輪胎的接地壓強(qiáng)接地面積計(jì)算主要有四種計(jì)算圖式，分別為K、I、L、M圖式，簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)際，因?yàn)槌袚?dān)越重貨物運(yùn)輸?shù)能?chē)，統(tǒng)計(jì)上越有采用高強(qiáng)高壓輪胎的趨勢(shì)(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(dá)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(shí)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(shí)I圖式接地面積與軸重經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式對(duì)不同軸載條件下輪胎壓力和接地面積進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，隨著軸載的增加，輪胎的接地壓強(qiáng)也逐漸增大。如果施工運(yùn)輸車(chē)輛單個(gè)后軸重達(dá)到240kN時(shí)，輪胎接地壓強(qiáng)達(dá)到0.95MPa，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)輪壓0.7MPa的35.7%，而云羅高速公路路面施工混合料運(yùn)輸車(chē)輛單個(gè)后軸的荷載普遍在200~240kN之間，輪胎壓強(qiáng)在0.91~0.955MPa之間，說(shuō)明輪胎接地壓強(qiáng)超載嚴(yán)重。

2、施工車(chē)輛超載對(duì)耐久性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力影響分析

2.1 路面結(jié)構(gòu)及加載過(guò)程

2.1.1路面結(jié)構(gòu)參數(shù)

本文主要針對(duì)目前正在研究的耐久性基層瀝青路面進(jìn)行分析，路面結(jié)構(gòu)及參數(shù)見(jiàn)表3。

2.1.2加載方式及計(jì)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(jì)算施工期各層底的應(yīng)力。荷載圖式采用雙圓荷載，其中0.7MPa時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)加載模式，其它輪壓下采用I圖式的加載模式。

我國(guó)瀝青路面設(shè)計(jì)以路表回彈彎沉和層底拉應(yīng)力為設(shè)計(jì)指標(biāo)，對(duì)于重載交通路面宜驗(yàn)算瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度[4]，各層層底拉應(yīng)力超過(guò)材料的容許拉應(yīng)力，意味著結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生荷載裂縫，路面產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞。

采用彈性層狀體系理論計(jì)算程序?qū)x定的荷載條件及路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行路面各層拉應(yīng)力及瀝青面層剪應(yīng)力計(jì)算，層間接觸條件設(shè)定為完全連續(xù)體系。

2.2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.2.1施工期路面各層底拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果及分析

施工期不同荷載條件下基層、底基層層底的拉應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4~表6。

由計(jì)算結(jié)果可知，施工期底基層層底所受的拉應(yīng)力較大，特別是施工下基層時(shí)標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，底基層的拉應(yīng)力達(dá)到0.4216MPa，當(dāng)運(yùn)輸車(chē)輛軸載超載40%，底基層的拉應(yīng)力達(dá)到0.5816MPa，接近了水泥穩(wěn)定碎石材料劈裂強(qiáng)度的上限0.6MPa，因此從保證底基層底的拉應(yīng)力不超過(guò)材料極限值的角度考慮，下基層施工時(shí)混合料運(yùn)輸車(chē)輛單后軸載不應(yīng)超過(guò)120kN，雙后軸載不應(yīng)超過(guò)240kN。

施工期下基層的受力條件較為有利，在各層施工過(guò)程中，下基層底的拉應(yīng)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(yīng)力也較大，在下面層施工時(shí)，碾壓混凝土上基層的受力條件最為不利。在標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下，碾壓混凝土上基層底的拉應(yīng)力為0.6935MPa，當(dāng)運(yùn)輸車(chē)輛的軸載超載140%，碾壓混凝土上基層底的拉應(yīng)力高達(dá)1.62MPa，剛性基層對(duì)軸載敏感性較大，當(dāng)剛性基層材料所受的拉應(yīng)力較大時(shí)，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(yīng)力不應(yīng)過(guò)大的角度考慮，瀝青面層施工過(guò)程中碾壓混凝土上基層底的拉應(yīng)力按不超過(guò)1.0MPa控制。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，下面層施工運(yùn)輸車(chē)輛單后軸載不應(yīng)超過(guò)150kN，中面層施工運(yùn)輸車(chē)輛單后軸載不應(yīng)超過(guò)160kN，上面層施工運(yùn)輸車(chē)輛單后軸載不應(yīng)超過(guò)180kN。

2.2.2瀝青層剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果及分析

瀝青面層混合料的剪應(yīng)力超過(guò)混合料的抗剪強(qiáng)度，高溫條件下瀝青路面易產(chǎn)生車(chē)轍、擁包等剪切破壞。施工期不同荷載條件下瀝青層內(nèi)最大剪應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7，同時(shí)也計(jì)算了瀝青各層層底的拉應(yīng)力情況，計(jì)算結(jié)果表明，施工過(guò)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(nèi)最大剪應(yīng)力均逐漸增大，最不利的情況是上面層施工，標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下瀝青層內(nèi)的最大剪應(yīng)力為0.275MPa，當(dāng)軸載超載140%，瀝青層內(nèi)的最大剪應(yīng)力達(dá)到0.343MPa。國(guó)內(nèi)瀝青混合料抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明:60℃條件下瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度在0.8~1.0MPa之間[6]，單純從瀝青面層層內(nèi)剪應(yīng)力不能說(shuō)明超載對(duì)瀝青層抗剪損傷的影響，但是瀝青表面所受的壓應(yīng)力隨著軸載的增加逐漸增加。當(dāng)夏季施工時(shí)，瀝青層內(nèi)溫度可能大于60℃，從保證瀝青面層在施工過(guò)程中接地壓強(qiáng)不大于0.8MPa，相應(yīng)的單軸軸載不應(yīng)大于140kN。

3、結(jié)語(yǔ)

(1)施工車(chē)輛軸載稱重的結(jié)果表明，雙聯(lián)軸的最大荷載值達(dá)到476kN，超過(guò)限定值180kN的164%，施工車(chē)輛軸載超載比較嚴(yán)重。目前，路面施工混合料運(yùn)輸車(chē)輛單個(gè)后軸的荷載普遍在200~240kN之間，輪胎壓強(qiáng)在0.91~0.95之間，輪胎接地壓強(qiáng)超載嚴(yán)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(yīng)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(nèi)最大剪應(yīng)力均逐漸增大，標(biāo)準(zhǔn)軸載作用下瀝青層內(nèi)的最大剪應(yīng)力為0.275MPa。超載140%時(shí)，瀝青層內(nèi)的最大剪應(yīng)力達(dá)到0.343MPa。當(dāng)路面溫度大于60℃時(shí)，瀝青層表面接地壓強(qiáng)不應(yīng)大于0.8MPa，相應(yīng)的單軸軸載不應(yīng)大于140kN。

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