超載車輛對水泥路面使用壽命的影響

摘要：按照現(xiàn)行《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，通過疲勞應(yīng)力分析，討論超載車輛對水泥混凝土路面使用壽命的影響，提出相應(yīng)的對策建議。

關(guān)鍵詞：超載；水泥路面；使用壽命

1公路概況

1.1設(shè)計(jì)情況。某改建三級公路設(shè)計(jì)路基寬度7.5米，路面寬度6.5米，水泥混凝土路面橫縫間距4.0米，混凝土板尺寸為3.25米×4.0米。路段屬公路自然區(qū)劃V1區(qū)，設(shè)計(jì)路面結(jié)構(gòu)為：20厘米厚3.0Mpa水泥穩(wěn)定砂礫路面基層，25厘米厚5.0Mpa水泥混凝土路面面層，路基回彈模量取42Mpa。

1.2交通狀況。該路交通量以公路沿線生產(chǎn)企業(yè)拉運(yùn)原材料及成品的車輛為主，大部分車輛超載嚴(yán)重。經(jīng)實(shí)地調(diào)查，該路日交通流量中拉運(yùn)礦料的單后軸雙輪組貨車單向流量為平均578輛/日，95%以上車輛均存在超載現(xiàn)象，其中65%-70%載重20-28噸，后軸重達(dá)18-23噸，30%-35%的車輛載重29-30噸，后軸重達(dá)25-27噸。

2水泥混凝土板在超載交通下疲勞應(yīng)力分析

按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，水泥混凝土路面設(shè)計(jì)以100KN的單軸-雙輪組荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，不同軸-輪型和軸載的作用次數(shù)，按下式確定不同軸型級位的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)：

kp，ij=δij(Pij/100)16

kp，ij——不同軸型級位的標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量換算系數(shù)；δij——i種軸型j級軸載的軸-輪系數(shù)，單軸-雙輪組取1.0；Pij——i種軸型j級軸載的軸重（KN）

通過上式可見，按照等效疲勞斷裂原理，對于單軸-雙輪組的超載車輛，當(dāng)后軸重量為20噸（約200KN）時，通過水泥混凝土路面一次相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)車輛通過65536次，當(dāng)后軸重量為25噸時，相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)車輛通過2328306次，對路面的破壞作用超乎尋常。超載100%，載重為標(biāo)準(zhǔn)軸載的2倍時，其作用并不等于標(biāo)準(zhǔn)軸載通行2次，而是65536次。為簡化計(jì)算，只考慮拉運(yùn)礦料的單后軸雙輪組貨車的作用，統(tǒng)一按偏低的后軸重20噸計(jì)算，可算得該路單車道設(shè)計(jì)初期的標(biāo)準(zhǔn)軸載日作用次數(shù)為37879808次，交通量年平均增長率按5%計(jì)，車輛輪跡橫向分布系數(shù)取0.54（行車道寬度6.5米），計(jì)算可得兩年內(nèi)一個車道的標(biāo)準(zhǔn)軸載累計(jì)當(dāng)量作用次數(shù)為1.53*1010次。按照《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》，分析水泥混凝土板臨界荷位處的荷載疲勞應(yīng)力σpr及溫度疲勞應(yīng)力σtr，目標(biāo)可靠度γr取1.06，可計(jì)算得：γr(σpr+σtr）=1.06(3.867+0.971）=5.13 Mpa

大于水泥混凝土路面設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度fr=5.00Mpa。也就是說，按照目前的交通狀況，新改建成的水泥混凝土路面將可能在兩年內(nèi)即開始出現(xiàn)斷裂破壞，而實(shí)際交通情況是軸重超過20噸的車輛占85%以上，路面將受到的破壞作用更加明顯。

3其他因素分析

3.1在車輛荷載作用下，水泥混凝土路面不同部位承受壓應(yīng)力不同，基層產(chǎn)生累計(jì)塑性變形也不同。路基由于地質(zhì)、施工缺陷等原因不可避免存在剛度不均勻性。在超載車輛強(qiáng)烈的震動、沖擊作用下，由于水泥混凝土路面板塊變形增大，基層頂面累計(jì)塑性變形亦迅速增加，局部處會產(chǎn)生板低脫空，從而具備了早期破壞的先決條件。3.2超載車輛可加速基層頂面產(chǎn)生松散顆粒，降低基層強(qiáng)度。松散顆粒在車輛荷載作用下被擠出后，板底產(chǎn)生脫空，加速路面破壞。3.3超載車輛其重量過大，有可能一次作用就使水泥混凝土路面因承受過大的剪應(yīng)力或拉應(yīng)力而產(chǎn)生微裂縫，使路面產(chǎn)生破壞。

４結(jié)語。通過理論分析，可以判定，該三級公路在現(xiàn)有的交通狀況下，如不采用有效措施，在交付使用后，可能在兩年內(nèi)即開始出現(xiàn)斷板破壞，在三至四年內(nèi)即出現(xiàn)明顯的路面病害并影響正常交通。

在工程設(shè)計(jì)中，我們不可能不考慮造價因素而無限的加厚路面厚度或強(qiáng)度來滿足超載交通現(xiàn)狀，因此，應(yīng)采取政府干預(yù)提高運(yùn)輸單價，保證在準(zhǔn)載噸位下的運(yùn)輸利潤；設(shè)置治理超限墩，使超載車輛無法上路行使；提倡采用雙后軸車輛運(yùn)輸，并保證軸載不超限；采取嚴(yán)厲措施，加強(qiáng)執(zhí)法力度，對超載車輛毫不留情。

參考文獻(xiàn)

[1]《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D40-2002