浅谈车辆超载对沥青路面设计厚度的影响

王祥彪

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

浅谈车辆超载对沥青路面设计厚度的影响

王祥彪

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

近些年来，随着国家基础设施的大力建设，交通设施发展迅速，国家路网也越来越趋于完善，交通量的增加更加迅猛。在现有交通量的构成中，中型以上的货车所占的比例很大，受经济利益驱使，载货货车中多存在超载现象，依据沥青路面现行设计方法，结合案例计算，浅谈车辆超载对沥青路面设计厚度的影响。

车辆超载；沥青路面；设计厚度

1 车辆超载现状

改革开放以来，公路事业有了较大发展，特别是高等级公路的发展更快。然而伴随着公路的发展，交通量的增加更加迅猛。在现有交通量的构成中，中型以上载货车辆占60%～70%，且有继续增长的趋势。

由于受经济利益的驱动，载货车辆中，除空车外，80%有超载现象，车辆超载率从50%～200%不等。正是这部分超载车辆加速了路面的破坏，使得公路大修期变短，养护费增高。

交通部门认识到了超载车辆对道路的危害，提出了一些限制车辆超载的规定，但由于执法不严，收效甚微。所以，分析超载车辆对路面的影响，引起全社会的关注是十分必要和迫切的[1]。

2 超载对路面设计弯沉值及厚度影响

以设计弯沉值为路面整体刚度的控制指标[2]，采用多层弹性层状理论公式进行计算，并以BZZ-100为设计标准轴[3]。各种车辆采用下式进行轴载换算，即

(1)

其中，N为以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量轴次(次/d)；ni为被换算车型的各级轴载作用次数(次/d)；P为标准轴载(kN)；Pi为被换算车型的各级轴载(kN)；C1为被换算车型的轴数系统；C2为被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；K为被换算车型的轴载级别。

(2)

其中，Ne为设计年限内一个车道的累计当量轴次(次/车道)；t为设计年限(a)；N1为营运第一年双向日平均当量轴次(次/d)；γ为设计年限内交通量的平均年增长率(%)；η为车道系数。

路面设计弯沉值Ld是表征路面整体刚度大小的指标，是路面厚度计算的主要依据[4]。设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型计算确定。即

(3)

其中，ld为设计弯沉值(0.01 mm)；Ne为设计年限内一个车道累计当量轴次(次/车道)；Ac为公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；As为面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面(含上拌下贯式路面)、沥青表面处治为1.1；Ab为路面结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。

从上述公式可以看出，决定路面设计弯沉值大小的最主要因素为设计年限内一个车道累计当量轴次Ne，而Ne的大小主要取决于设计年限内各车型的各级轴载Pi[5]，Pi在现行路面设计软件中均按每种车型的额定吨位计列，未考虑超载现象，其计算出的路面厚度往往与实际情况存在差异，下面将以案例计算分析车辆超载对路面设计厚度的影响。

3 案例计算

假设某二级公路项目路面采用沥青混凝土路面，基层和底基层分别采用水泥稳定碎石和低剂量水泥稳定碎石[6]，道路设计年限t为12 a，车道系数η取0.65，设计年限内交通量平均年增长率γ为5%[7]，2017年预测车辆日平均交通量分布见表1所列。

表1 2017年车辆分布数

各车型额定吨位如表2所列[8]。

表2 各车型额定吨位

上述累计当量轴次为非超载情况下计算所得，实际情况中大货车多有超载现象，假设本项目大货车中有30%车辆超载50%，则超载大货车吨位及数量如表3所列。

表3 超载大货车吨位及数量

再次带入上述公式计算，设计年限内一车道累计当量轴次Ne=7.4×106(次/车道)，对应设计弯沉值为Ld=27.9(0.01 mm)。

假设路面结构采用：4 cmAC-13+6 cmAC-20+？cm水泥稳定碎石+20 cm低剂量水泥稳定碎石，现针对上述两个弯沉值分别推算所需基层水泥稳定碎石的厚度[9-10]，推算如下：

(1) 不考虑超载时(设计弯沉值Ld=31.4)：

公路等级:二级公路

新建路面的层数:4

标准轴载:BZZ-100

路面设计弯沉值:31.4 (0.01 mm)

路面设计层层位:3

设计层最小厚度:150 (mm)

H(3)= 165 mmLS= 34.8 (0.01 mm)

H(3)= 215 mmLS= 29.9 (0.01 mm)

H(3)= 199 mm(仅考虑弯沉)

路面设计层厚度:H(3)=199 mm(仅考虑弯沉)

数值取整，水稳基层采用20 cm，则该路面结构总厚度为50 cm。

(2) 考虑超载时(设计弯沉值Ld=27.9)：

路面设计弯沉值:27.9 (0.01 mm)

路面设计层层位:3

设计层最小厚度:150 (mm)

H(3)=200 mmLS=31.3(0.01 mm)

H(3)=250 mmLS=27.2(0.01 mm)

H(3)=241 mm(仅考虑弯沉)

路面设计层厚度:H(3)=241 mm(仅考虑弯沉)

数值取整，水稳基层采用25 cm，则该路面结构总厚度为55 cm。

针对上述计算结果，比较见表4所列。

表4 不考虑超载和考虑超载对比

从表4可以看出，在考虑大货车中30%车辆有超载现象，按超载率50%计，在相同的筑路材料下，路面设计厚度至少需增加5 cm，而实际情况是超载车辆的比例往往远大于30%，且超载率也通常在50%以上，因此超载车辆对路面结构设计厚度的影响问题已越来越不可忽视。

4 结束语

影响路面厚度的因素是多样且复杂的，本文仅从因超载引起的设计弯沉值的变化进而导致路面设计厚度的变化，虽具有一定的局限性，但已足以证明车辆超载对路面结构的设计厚度影响是巨大的，而在路面设计过程中对设计年限内累计标准轴载的准确预测往往难度很大，这就要求路面设计人员在开展设计前，需进一步加强交通量调查及资料收集工作，合理利用公路部门交通量观测站及收费站提供的车辆轴载分别数据，尽量做到预测交通量与实际相符，从而避免道路路面在设计年限内因厚度不足而提前破坏。

[1] 李 瑾.浅析超载车辆对沥青路面的影响[J]．山西交通科技，2002(S1)：39～40.

[2] JTG D50-2006, 公路沥青路面设计规范[S]．

[3] JTJ 002-87,公路工程名词术语[S]．

[4] JTG F40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S]．

[5] JTG/T F20-2015,公路路面基层施工技术细则[S]．

[6] 严家伋.道路建筑材料(第3版)[M]．北京：人民交通出版社，2001.

[7] JTG B01-2014,公路工程技术标准[S]．

[8] JTG H10-2009，公路养护技术规范[S]．

[9] JTG E51-2009,公路工程无机结合料稳定材料试验规程[S]．

[10] JTG E42-2005,公路工程集料试验规程[S]．

2016-10-26；修改日期：2016-10-31

王祥彪(1983-)，男，安徽淮南人，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司工程师，天津大学硕士生．

U416.217

A

1673-5781(2016)05-0645-03