超重载作用下交通参数调查及其对路面的影响分析

徐 卿，谢 鹏，蒋小旦，赵俊明，陈红斌

（1.常州市公路管理处，江苏 常州 213024；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

超重载作用下交通参数调查及其对路面的影响分析

徐 卿1，谢 鹏1，蒋小旦1，赵俊明2，陈红斌2

（1.常州市公路管理处，江苏 常州 213024；2.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

超重载是引起路面结构损害的关键因素之一。文章通过对某干线公路交通量、典型车辆类型和轴载的调查，得出了典型货车的轴载和轮胎接地压强。通过BISAR3.0程序分析了超重载作用下沥青混凝土路面结构内的压应力和剪应力，为超重载作用下沥青混凝土路面病害成因分析和结构设计提供了重要的依据。

超重载；交通量；轴载；压应力；剪应力；路面结构

随着经济的高速发展，许多地区运输车辆的轴载远大于国家规定的轴限标准，超重载交通已经严重影响了路面正常使用性能，大大缩短了路面的使用寿命，造成较大的经济损失和不良的社会影响。但现行的沥青路面设计方法仅适用于标准轴载的情况，当轴重过大时，仅根据实际情况经论证选用设计计算参数存在一定盲目性［1］。因此，有必要调查道路实际轴载和胎压，分析路面结构应力特征，为超重载作用下路面结构设计提供重要的依据。

1 工程概况

江苏省某干线公路是主要的南北通道，沿线密布厂矿，交通量大，超载严重，车辙病害明显，车辙最深达18 cm，路面结构采用4 cmSMA-13+8 cmSup-20+ 32 cm水泥稳定碎石+20 cm石灰土。

2 交通量调查与分析

交通量调查主要对象为对路面有明显力学损耗的车辆（中型以上货车），按轴型分类,统计不同轴型车辆交通量。根据公路管理部门提供的交通量观测记录，货车以及特大货车的流量在8∶00～11∶00和13∶30～16∶00分布比较均匀，此期间的交通量具有代表性。某路段通行的典型货车包括石料车、水泥罐车、拖挂车、集装箱车，作为超重载交通量调查的典型横断面，平均日交通量见表1。

表1　 平均日交通量

从表1中可以看出，中货以上车辆有效日均交通量为16 322辆，大货车和特大载货车所占比例高达70%。进一步将中型以上货车细分为2轴车（C2）、3轴车（C3）、4轴车（C4）、6轴车（C6）。各类轴型超载车辆比例分布见图1。

图1　 各类轴型超载车辆比例分布图

3 轴载调查与分析

车辆通过车轴两端的轮胎对路面施加力的作用，分配到每根轴或轴组的重量称为车轴的轴载，其中单轴每侧双轮胎轴载限定值10 t，双联轴每侧双轮胎轴载限定值18 t，三联轴每侧双轮胎轴载限定值22 t。结合交通量调查，随机抽取各类轴型（C2、C3、 C4、C6）货车，进入超限超载检测站，测试货车的超载及轴重超重情况。轮胎胎压测试采用手持式胎压计。轮胎接地面积测量：将米格纸铺在地面上，轮胎上刷墨汁，慢速前行，米格纸上留有轮迹，测量轮迹的长度和宽度。各类车型轴载及接地参数见表2。

从表2中可以看出：

（1）结合图2分析，各轴型货车普遍超载90%以上，其中3轴车超载最大，达174%；4轴车次之，超载达118%，表明超载现象严重；

（2）各轴型货车轴重普遍大于限定值，超重66%以上，其中4轴车轴重高达32.68 t；2轴车轴重达28.9 t（限定值10 t），超重达189%；

（3）各轴型货车大量采用高强轮胎，加厚钢簧，使得货车轮胎压力普遍超过0.7 MPa，其中2轴车达1.083 MPa。

表2　 各类车型轴载及接地参数

在分析轴重与路面内应力、应变的关系之前，必须先探讨轴重与轮压、轮胎接地面积的关系。现场轴载实验数据能定性地反映轮压随轴载增大而增大的特性，但很难运用于实际胎压预测；另外由于现场试验轮胎接地面积参数均是用米格纸手工量测的，难免跟实际接地参数有出入［2］。为此，引入比利时设计方法中的轮载与轮压、接地面积关系的经验公式，计算得出各轴型货车的轮压见表3。

4 超重载对沥青路面结构应力的影响分析

超重载对路面的影响主要表现为应力增大和作用时间延长，对于半刚性基层的沥青混凝土路面，车辙主要由于沥青混合料的压密和剪切造成的。因此，本文主要就超重载作用对路面剪切和压密变形的影响进行理论分析［3-5］。

4.1 计算参数

本文采用弹性层状体系理论计算程序Bisar3.0，对沥青混凝土面层内部不同深度处的剪应力和压应力进行计算。超重载货车取4轴车（现场统计分布最多车型）实测最大轴载对应轮压值1.05 MPa，路面结构计算参数见表4。

表3　 轴重与轮压、接地面积关系

表4　 路面结构层计算参数

4.2 计算结果及分析

不同轴载作用下压应力随深度变化见图2，不同轴载作用下轮中心处剪应力随深度变化见图3。

图2　 不同轴载作用下压应力随深度变化

图3　 不同轴载作用下轮中心处剪应力随深度变化

从图2和图3可以看出：

（1）随轴载增加，下面层压应力增大速率要远大于上面层增大速率。标准轴载（0.7 MPa）时，下面层层底压应力为0.411 MPa；而荷载为1.05 MPa时，下面层层底压应力达到了0.810 MPa，提高幅度达96.8%。

（2）随着轴载增加，剪应力峰值逐渐向下面层扩展。标准轴载（0.7 MPa）时，最大剪应力为0.207 MPa，发生在下面层上部；而荷载为1.05 MPa时，最大剪应力为0.245 MPa，发生在下面层下部。

（3）当超重载作用时，下面层的压应力和最大剪应力超过标准轴载作用，反映了超重载对路面的危害更大，易产生路面病害。

5 结论

（1）通过调查轴载和胎压，得出了典型超载车型、轴重和胎压，并依据经验公式计算出各轴型的轮胎接地压强，分析了本项目超重载的分布特征。结果表明，各类货车超载现象严重，3轴车超载高达174%；轮胎接地压强普遍大于0.7 MPa，2轴车接地压强高达1.083 MPa。

（2） 4轴车在各轴型货车中占36%，超重载取其实测最大轴载对应轮压值1.05 MPa，为超重载作用下路面结构设计提供了重要的依据。

（3）通过Bisar3.0程序分析了路面结构内的压应力和剪应力，探讨了超重载对路面结构应力分布规律的影响，为路面车辙病害成因分析提供了重要的理论依据。

［1］童言白，李长来，赵振家.浅析超载车辆对路面的影响［J］.公路，1999（12）：77-79.

［2］邓学钧.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2008.

［3］彭波，姚祖康.车辆超限对公路路面损坏的影响分析［J］.上海公路，1999（B11）：15-20.

［4］高英，曹荣吉.超重交通荷载作用下沥青路面的应力分析［J］.公路交通科技，2001（6）：25-27.

［5］孙立军，张宏超，刘黎萍，等.沥青路面初期损坏特点和机理分析（重交通沥青路面设计方法之一）［J］.同济大学学报，2002（4）：416-421.

Investigation of Traffic Parameter and Effect on Pavement Structure under Overload

Xu Qing1, Xie Peng1, Jiang Xiaodan1, Zhao Junming2, Chen Hongbin2
（1.Changzhou Highway Administration Department, Changzhou 213024, China; 2. JSTI Group, Nanjing 210017, China）

Overload was one of the key factors for pavement disease. Based on the investigation of the traffic volume and typical vehicle types, the axle load and tire ground pressure of typical vehicle were obtained. By the use of BISAR3.0 program, the compressive stress and the shear stress were calculated in the asphalt pavement structure, which was important to find the cause of pavement disease and the design of pavement structure.

overload; traffic volume; axle load; compressive stress; shear stress; pavement structure

U416.217

A

1672-9889（2016）04-0059-03

徐卿（1981-），男，江苏常州人，工程师，主要从事公路建设管理工作。

2015-09-23）