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淺議汽車超載對瀝青路面的影響

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淺議汽車超載對瀝青路面的影響

李健 付英 于旭之

【山東德州建設委員會 253020】


摘 要 隨著公路運輸的發展,運輸車輛超載已成為十分普遍的現象,超載是導致瀝青路面早期破壞的主要成因。本文定量地分析了汽車超載對瀝青路面使用壽命、路面厚度以及其他方面的影響,論證了汽車超載對瀝青路面結構的破壞作用,并提出了相應的合理化建議。
關鍵詞 汽車超載 瀝青路面 使用壽命 路面厚度


1 引言


  隨著國民經濟和交通運輸事業的發展,運輸車輛中大型貨運車輛的比重不斷增加,而且由于運輸經營者為了追求單車運輸的經濟效益,常常私自把運輸車輛加寬、加高,使得車輛超載已經成為十分普遍的現象。嚴重的超載造成了瀝青路面結構未達使用年限,甚至在通車后很短的時間內,就出現了嚴重的車轍、疲勞開裂、坑槽等病害。這些病害的出現嚴重影響了道路的服務能力,增加了養護工作量和困難程度,并造成了巨大的經濟損失。


2 國內外路面設計的標準軸載


  現行公路瀝青路面設計的標準軸載為100KN,而且規范推薦的軸次換算公式僅適用于單軸重130KN以下的車輛換算。我國常見的68種車型中,55種車型單后軸額定軸重不大于100KN,占808%,單后軸重大于130KN的車輛僅為441%,而且均為礦山車輛,極少在一般公路上行駛。因此,如果各種車輛均按額定載重裝載,則公路上行駛的絕大多數單軸重不大于100KN,現行規范規定標準軸載為100KN是合理的,而且是偏于安全的。
國外路面設計的標準軸載多為80~90KN,均小于我國的標準軸載。國外公路對汽車采取嚴厲的控制措施,實行單軸重限制和檢查制度。


3 汽車超載對瀝青路面使用壽命的影響


  在我國的路面設計方法中,都是將各種車輛軸載作用次數換算為某種標準軸載作用次數,分析標準軸載對路面結構的損耗,以此來計算各種車輛軸載對路面結構的損耗。我國《公路瀝青路面設計規范》(JTJ014-97)中以路表彎沉作為設計控制指標,以整體性結構層層底拉應力作為設計驗算指標,并分別以彎沉等效原則和層底拉應力等效原則進行標準軸載的換算。
  進行設計彎沉計算和層底拉應力驗算時采用下式進行標準軸載換算:
  (1)
  式中:N——標準軸載的當量軸次(次/日);
  n1——被換算車型的各級軸載作用次數(次/日);
  P——標準軸載(KN);
  P1——被換算車型的各級軸載(KN);
  C1——軸數系數;
  C2——輪組系數,單輪組為64,雙輪組為1,四輪組為038。
  從該式可以看出,當車輛軸載增加時,標準軸載作用次數不是按比例增加,而是按435次方增加。因此,當汽車超載時,其軸重對路面結構的損壞更為嚴重,其累計標準軸次顯著增加。具體來說,公式中除P1外均為定數,P1的變化是隨車輛所拉貨物的重量而變的。一輛額定噸位的東風EQ-140載重汽車折算為BZZ-100標準軸載的軸次為:
  N=11(692/100)435=02016(次)
  而一輛額定噸位的黃河JN-150載貨汽車折算為BZZ-100標準軸載的軸次為:
  N=164(49/100)435+
    11(1016/100)435=13589(次)
  盡管黃河JN-150額定噸位較東風EQ-140額定噸位只多326t,但折算為標準軸載時,一輛黃河車卻是一輛東風車的73倍。
  近年來,載貨汽車的超載現象日趨嚴重,造成P1增大,按超載50%、100%、200%用公式1進行當量軸次換算時,結果如表1。從表中可以看出,當車輛超載50%時,標準軸的軸次增大約3倍,當車輛超載100%時,標準軸的軸次增大6~7倍,當車輛超載200%時,標準軸的軸次增大23~25倍,可見車輛的超載對換算后標準軸的軸次影響很大。
  比如一條新建公路,建成年有1000輛/日黃河JN-150型車通過,設計年限為15年,車輛按年增長10%計,如果實際使用時通過的黃河JN-150型車平均超載50%,根據:
  (2)
  式中:Ne——設計年限內一個車道上的累計當量軸次(次);
  t——設計年限(年);
  N1——路面竣工后第一年雙向日平均當量軸次(次/日);
  r——設計年限內交通量的平均年增長率(%);
  η——車道系數。
  計算得出實際使用年限僅為851年,而且實際車輛行駛時,還有超載100%或150%的車輛,所以真正的使用年限可能更短。超載車對路面的破壞有兩方面,一是車速慢,通過路面某一點的滯留時間長 (>001~01s);二是對于靠相鄰顆粒傳遞應力的路面結構層來說,若承重層薄,強度不足,路基就會產生過大的垂直壓應變,整個路面結構層產生陡深的彎沉盆,承重層處于最不利的彎拉狀態,由于半剛性基層的剛性不允許產生大的變形,容易被拉斷。


4 汽車超載對路面厚度的影響


  在路面結構設計時,交通量的預測值往往與道路通車后的實測交通量有較大的誤差。另外,超載運輸車的增加使得通車第一年的實際當量作用次數N更大于預測的數值。由于上述情況易導致路面發生早期破壞,因此應從設計方面考慮增加路面厚度。


5 其他方面的影響


  51 一次性作用
  一輛運輸貨物的超載車由于其重量大,加之車輛的震動沖擊作用,在正常道路上行駛一次,很可能使基層底面產生微裂縫或將路面徹底壓壞,即一次性破壞作用。
  5.2 車轍作用
  瀝青路面具有高溫軟化特性,盡管設計施工中盡可能降低石油比,最大限度地利用骨料級配增大高溫穩定性,但在車輛長期作用下仍會產生車轍。
  53 剪切推移作用
  車輛在剎車、上下坡及轉彎過程中,將產生較大的推力,由于超載,這種推力將大大加強,加速瀝青面層的剪切破壞。瀝青路面在重車行駛的車道上,推移、擁包明顯增多,便是最好的證明。所以超載車輛將加速瀝青面層的剪切破壞。

6 汽車超載現狀


  根據天津市公安交管部門統計,25t以上運貨汽車80%~90%超載,以運建材、煤、鋼材等重物的車輛超載最為嚴重。個體戶的貨運汽車有60%私自增加鋼板簧片(最多3~4片),50%的車輛欄板加高50~80cm。有的車輛車輪加大,額定載重88t,實際載重24t,超載1727%。


7 結束語


  71 道路運輸車輛的超載目前已成為普遍現象。解決這一問題,首先應從政策、法規的執行上著手。如對超

載運輸進行處罰,實行限載運輸等。
  72 在路面設計中,交通車輛調查資料是為通行能力服務的,由于沒有考慮到超載的問題,因而在設計中得不到準確的軸載,造成設計年限內累計標準軸次與事實不相符的情況。另一方面,現行《公路瀝青路面設計規范》規定,交通量換算公式僅適用于軸載小于130KN的各種車型的軸載換算,事實上,黃河車超載50%,公式將不再適用。這就使設計者在考慮超載時,只能以超載50%為限。這樣,對于一些道路而言,從一開始,就降低了累計標準軸載的軸次,使設計彎沉值偏大,基層、底基層的拉應力偏小,造成路面整體剛度不足,導致路面提前破壞。因此,一方面要加大治理載貨車輛的超載問題,同時也應通過增加路面厚度來提高路面強度,以防止路面早期破壞。


參考文獻


〔1〕JTJ014-97公路瀝青路面設計規范北京:人民交通出版社,1997
〔2〕王振清公路超限運輸概論北京:人民交通出版社,1997
〔3〕楊士炯汽車嚴重超載損壞道路設施的調查報告公路,1997(3)

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