超载对沥青路面结构力学的影响研究

张炉井 林 前

（杭州市城建设计研究院有限公司，浙江 杭州 310009）

超载与路面结构稳定性之间联系密切，相关管理部门应加大对路面结构稳定与超载关系的研究力度，了解二者之间关系，只有这样，才能实现对沥青路面结构的全面优化，让公路处于有序运营状态。为了全面分析超载对沥青路面产生的影响，相关人员应明确超载对路面弯沉、路基顶压变的影响。最后，工作人员还要通过具体的分析方法确定合理的路面结构模式以及计算位置，便于得到最终的分析结论。

1 分析方法

当车辆轴重增加后，轮胎接地半径以及接地面积也会增大，但在车辆轮胎间距方面，与双轮荷载固定中心距离存在直接关系。大多数情况下，轮胎承受压力在0.7MPa 以上，针对超载现象，轮压、轮胎接触面积与超载之间存在何种关系需要明确。为了方便研究，本文所选择的路面结构为半刚性基层结构，针对沥青面层内应力变化，采用BISAR3.0 程序进行分析研究。该分析过程能让层间接触状态差异得以呈现。BISAR3.0 程序最早出现于20 世纪60 年代，其基础在于多层弹性层状理论，在道路工程建设中得到全面应用。

2 路面结构模式以及计算位置

为了做到对沥青路面结构力学受超载情况的影响全面展示，将半刚性基层沥青路作为研究对象。该路面在高速公路建设上应用较多，具备极强的代表性，对应的参数情况如表1 所示。在轴载设定方面，最为常见的数值有220、200、180、160kN 等。工作人员可以依靠轴载数据进行分析，获得具体的荷载圆半径、轮压等数据。

表1 结构模式和参数值

3 研究分析

本文研究中，指标内容主要有面层层底拉应力、路表弯沉和路基顶应变。

3.1 超载与路面弯沉

从以往分析结果中能够看出，无论层间接触处于哪种状态，当超载率增加后，路表弯沉情况出现概率同样会大幅提升，并呈现出线性分布特点，路面弯沉很容易受到车辆超载影响。根据研究数据，当超载率达到100%，对应的路表弯沉荷载同样会在100% 以上。

通过拟合比较曲线，基层和面层原本处于连续状态，之后会向完全光滑状态逐渐转变，此时，曲线斜率大幅提升，证明路表弯沉能够随着路肩状态发生变化。如果层间处于完全滑移状态，路表弯沉现象就会越来越明显，证明层间接触不够良好，超载对路表弯沉影响更加突出。相比之下，半刚性基层以及沥青面层的应用材料不一致，再加上环境因素以及施工因素差异性，导致基层以及面层完全连续状态难以实现。当不完全滑移不在基层和面层之间，超载状态下的路表弯沉很难对层间状态带来影响。

3.2 超载与沥青面层层底拉应力

在进行沥青路面设计时，会将层底弯拉应力作为重要指标。很多时候，如果弯沉指标不够完善，路面设计能够对其进行弥补，保证面层层底拉应力与超载之间的关系得以展示。图1 为面层层底拉应力变化率与超载率之间的关系图。从图1 中能够看出，轴载在沥青面层的层底拉应力作用极为明显，当超载率为100% 时，层底拉应力也会提高，最高能提升100%。与此同时，层间接触状态同样会出现改变，具体变化趋势与超载率变化同步，具备线性增长特点。上述分析结果证明，沥青面层内部结构容易受到超载问题影响，导致相关结构开裂速度大幅提升，缩短道路的使用年限。从图1 中还能了解到，当基层和沥青面层之间的接触状态出现变化，面层层底拉应力也会改变，二者具备明显的正比例关系。针对标准荷载状态下的完全滑移，面层层底拉应力明显提升，其大小是滑移之前层底拉应力的1.2 倍。如果超载率提升到100%，当完全滑移状态出现后，面层层底拉应力的增加数值将会变为1.4 倍。实际上，沥青路面呈现出的结构层稳定性，与基层和沥青层面接触水平存在直接关系，再加上沥青路面往往会受到超载问题破坏，接触状态会发生改变，并朝着恶化方向发展，致使相关问题越来越明显。因此，想要确保沥青路面始终处于稳定状态，面层与基层的充分接触显得尤为重要。

图1 面层层底拉应力变化率与超载率变化关系图

3.3 超载以及路基顶压变

路基顶压研究往往集中在沥青路面的早期问题，如车辙等。实际上，路面结构稳定与路基强度存在直接关系。因此，为了保证研究有针对性，需要对路基顶压应变、层间接触状态以及超载现象之间的关系进行明确。从研究中能够看出，超载率增加后，路基顶压应变数值明显提升，二者间关系变化具备明显的线性特点。当超载率达到100% 后，路基顶压的增长幅度同样也会接近100%。倘若超载率处于持续提升状态，顶压应变往往也会朝着极限值方向发展。因此，为了更好地维护路面性能以及路基状态，超载现象的全面控制显得十分重要。

路基顶压应变过程中，基层和面层处于完全滑移状态时，所展示出的应变数值很小，与层间完全接触相比，占比为80%。出现这种情况主要是由于层间为部分连续状态时，路基顶部正应力往往较高。如果层间为光滑状态，基层与面层存在的剪应力等数值进一步增加。倘若层间处于完全接触状态，受超载问题影响，竖向应力应变下的路基顶部传递也会变得更加简单。如果是在层间完全滑移状态下，主体应力传递过程将会变得十分复杂。此时，如果出现更大超载层间滑移问题，其影响力也将持续下降。从路基稳定性研究角度来说，要想发挥更好的稳定性特点，基层与沥青层面的接触条件显得尤为重要。相关人员通过对路基顶压应变规律研究，发现当层间滑移问题出现后，整个路面系统内的应力传递过程也会变得更加复杂，路面结构整体性容易受到影响。在拉应力以及压应力作用下，路基顶部往往会出现更多的综合作用力，此时，路基顶部应变对于超载灵敏度的反应更为强烈。在沥青路面结构应用中，路基能够为路面行车荷载提供强有力支撑，确保路基正常工作时不出现任何问题。

由于基层与沥青层面基础和路基顶部应力应变存在直接关系，为了确保路基始终处于稳定状态，在半刚性基层沥青路面工程建设时，应通过相关措施，让基层与沥青面层间保持良好接触。只有这样，才能让面层与基层间成功喷入黏层油，以维护主体沥青路面结构的稳定。

3.4 超载剪切效应对路面安全的影响

受超载问题影响，路面往往会出现明显的剪切效应。如果超载数量达到一定限度，如200t 以上的车辆等，其轴载作用的剪切效应极为明显，所产生的破坏力较高。另外，由于车道内的车辆种类和型号不同，这也使得不同车道的使用寿命和性能存在差异性。为了让车道结构和寿命差距缩小，可以根据车道荷载情况，进行相对应的道路结构性能差异化设计。

4 沥青路面超载现象的预防措施

4.1 加强司机的安全教育

解决汽车超载问题，司机安全意识教育尤为重要。只有司机认识到超载问题所带来的严重危害，才能真正降低超载出现的概率。相关部门可以通过讲座、宣传等方式，提升司机的专业素养。相关部门还需要在货物运输考试中加入超载安全教育内容，让司机能够理解安全运输的意义，强化对交通法规的深入了解，从源头着手，降低超载行驶问题出现的概率。

4.2 降低公路收费

从以往研究中能够看出，汽车超载运输问题出现的主要原因是运输成本的提升。因此，相关部门应根据具体需求，制定新的运输收费标准。例如，可适当降低运输车辆的过路费用。从辩证角度来看，我国道路过路费用收取，主要是用于公路建设与养护，让公路处于安全运行状态。但通过相关研究结果来看，部分公路的相关费用已经收缴完毕，对应的过路费标准却没有下降。更为重要的是，该类费用收取对象，是以全体车辆为目标，导致收费策略的制定不够合理。为了解决该类问题，相关部门可以通过实地考察，制定合适的过路费下调政策。从运输车辆角度来说，过路费下调后，成本得到降低，同时可减少超载问题的出现，实现良性循环。针对于公路乱收费现象，有关部门也应加大惩处力度，让公路治理措施更加完善。

4.3 加大超载问题的惩处力度

要保证汽车运输中超载管理工作的全方位落实。相关部门应针对该问题提高重视，依靠宏观调控等形式，让超载问题得到合理解决。首先，相关部门应适当增加立法内容，以现有法规政策为基础，制定更加全面的运输法案，加大对违规问题的处理力度。其次，在惩罚内容制定上，做好细分处理。例如，针对企业超载行为，除了罚款外，还要要求其承担相关责任，并将超载违法纳入到企业运营记录中，与企业诚信经营体系相结合，提升超载行为的约束效果。另外，针对个人超载行为，相关部门可以对司机进行扣分、罚款等处理，对于超载情况严重的司机，可吊销其驾驶证，或进行短期拘役惩罚。在严格的管理策略约束下，司机能够意识到超载行为带来的严重后果，对法律规章制度产生敬畏之心，主动避免超载行为。

5 结语

从我国交通运输行业发展角度来说，陆路运输占据重要地位。在此过程中，公路运输所呈现出的价值极高。但受超载问题影响，公路路面稳定性很难保持。因此，在后续公路工程建设上，相关人员需要对沥青路面结构以及超载现象间的关系进行深入了解，降低超载问题出现的可能性。