摘 要

施工期超载运输可能对路面结构产生影响，进而影响路面结构发生早期破坏。从施工车辆的轴载调查入手，分析了施工期车辆超载情况下耐久性基层沥青路面结构层各层的应力状况，并根据路面材料特性提出建议，可供公路建设管理单位参考。

关键词 道路工程 | 超载运输 | 路面结构 | 轴载调查 | 路面损伤

0、引言

车辆超载是影响沥青路面早期损坏的因素之一，道路研究人员主要针对营运期高速公路路面在重载或超载作用条件下的受力状况进行了大量的计算分析[1-3]，然而根据调查结果，施工过程中混合料运输车辆均为超载车辆，后轴从额定的100kN增加到180kN以上，轮胎充气压力从额定的0.7MPa增加到0.9MPa以上，远远超过了公路路面设计标准，施工期超载运输的存在会导致尚未达到设计强度的路面结构过早产生微裂缝等结构性损伤沥青网sinoasphalt.com。目前规范上也没有对施工车辆的荷载进行严格规定，也没有考虑超载车辆对施工期路面结构层的影响[4-5]。

本文从施工车辆的轴载调查入手，分析了施工期车辆不同荷载情况下，耐久性基层沥青路面结构层各层的应力状况，并根据路面材料的强度特性提出相关建议，供公路建设管理单位参考。

1、路面施工期轴载状况调查

1.1 施工运输车辆类型及超载调查分析

为分析施工期超载车辆对路面结构层的影响，对广东云罗高速公路路面施工车辆进行了称重调查。该高速公路路面混合料运输车辆为目前国内典型的重型自卸运输汽车(前桥为单轴单轮，后桥为双联轴每侧双轮组)，如图1所示。

对满载的混合料运输车辆进行称重，然后对其双后轴进行称重，称重结果见表1。

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(轴组轮胎重量的总和)，称重结果表明，双联轴双轮轴的最大值达到476kN，超过限定值180kN的164%，说明施工车辆超载比较严重。

1.2 轮压超载情况分析

对超载超压情况进行计算分析时，轮胎的接地压强接地面积计算主要有四种计算图式，分别为K、I、L、M图式，简述如下:

(1)K图式:双轮双圆，圆中心距等于3倍接地半径，接地压力0.7MPa(标准图式)。

(2)I图式:轮压和接地面积均随轴载的增加而增加，圆心距保持31.95cm不变，这种图式最符合实际，因为承担越重货物运输的车，统计上越有采用高强高压轮胎的趋势(A=0.008P+152±70;其中，A为接地面积，c㎡;P为轮胎荷载，N;±70为保证率达到90%的离差范围)。

(3)L图式:接地半径与圆心距保持10.65cm和31.95cm，轮压随轴重等比例增减。

(4)M图式:轮压与圆心距保持0.7MPa和31.95cm，接地半径随轴重增加而增加。

上述四种荷载图式中，比利时的I图式最能代表超载情况下轮胎压力与接地面积的情况，采用比利时I图式接地面积与轴重经验关系式对不同轴载条件下轮胎压力和接地面积进行计算，计算结果见表2。

由表2可知，随着轴载的增加，轮胎的接地压强也逐渐增大。如果施工运输车辆单个后轴重达到240kN时，轮胎接地压强达到0.95MPa，超过标准轮压0.7MPa的35.7%，而云罗高速公路路面施工混合料运输车辆单个后轴的荷载普遍在200~240kN之间，轮胎压强在0.91~0.955MPa之间，说明轮胎接地压强超载严重。

2、施工车辆超载对耐久性基层沥青路面结构应力影响分析

2.1 路面结构及加载过程

2.1.1路面结构参数

本文主要针对目前正在研究的耐久性基层沥青路面进行分析，路面结构及参数见表3。

2.1.2加载方式及计算方法

假定单轴双轮组分别为100kN、120kN、140kN、160kN、180kN、200kN的轴载作用，计算施工期各层底的应力。荷载图式采用双圆荷载，其中0.7MPa时采用标准加载模式，其它轮压下采用I图式的加载模式。

我国沥青路面设计以路表回弹弯沉和层底拉应力为设计指标，对于重载交通路面宜验算沥青混合料的抗剪强度[4]，各层层底拉应力超过材料的容许拉应力，意味着结构层产生荷载裂缝，路面产生结构性损坏。

采用弹性层状体系理论计算程序对选定的荷载条件及路面结构进行路面各层拉应力及沥青面层剪应力计算，层间接触条件设定为完全连续体系。

2.2 计算结果及分析

2.2.1施工期路面各层底拉应力计算结果及分析

施工期不同荷载条件下基层、底基层层底的拉应力计算结果见表4~表6。

由计算结果可知，施工期底基层层底所受的拉应力较大，特别是施工下基层时标准轴载作用下，底基层的拉应力达到0.4216MPa，当运输车辆轴载超载40%，底基层的拉应力达到0.5816MPa，接近了水泥稳定碎石材料劈裂强度的上限0.6MPa，因此从保证底基层底的拉应力不超过材料极限值的角度考虑，下基层施工时混合料运输车辆单后轴载不应超过120kN，双后轴载不应超过240kN。

施工期下基层的受力条件较为有利，在各层施工过程中，下基层底的拉应力均较小(小于0.1MPa)。

施工期上基层碾压混凝土层底的荷载拉应力也较大，在下面层施工时，碾压混凝土上基层的受力条件最为不利。在标准轴载作用下，碾压混凝土上基层底的拉应力为0.6935MPa，当运输车辆的轴载超载140%，碾压混凝土上基层底的拉应力高达1.62MPa，刚性基层对轴载敏感性较大，当刚性基层材料所受的拉应力较大时，刚性基层易发生疲劳破坏。

从保证碾压混凝土上基层层底拉应力不应过大的角度考虑，沥青面层施工过程中碾压混凝土上基层底的拉应力按不超过1.0MPa控制。根据计算结果，下面层施工运输车辆单后轴载不应超过150kN，中面层施工运输车辆单后轴载不应超过160kN，上面层施工运输车辆单后轴载不应超过180kN。

2.2.2沥青层剪应力计算结果及分析

沥青面层混合料的剪应力超过混合料的抗剪强度，高温条件下沥青路面易产生车辙、拥包等剪切破坏。施工期不同荷载条件下沥青层内最大剪应力计算结果见表7，同时也计算了沥青各层层底的拉应力情况，计算结果表明，施工过程中沥青各层底均为受压。

由表7可知，随轴载的增加，不论是中面层、上面层施工还是完工后，沥青层内最大剪应力均逐渐增大，最不利的情况是上面层施工，标准轴载作用下沥青层内的最大剪应力为0.275MPa，当轴载超载140%，沥青层内的最大剪应力达到0.343MPa。国内沥青混合料抗剪强度试验结果表明:60℃条件下沥青混合料的抗剪强度在0.8~1.0MPa之间[6]，单纯从沥青面层层内剪应力不能说明超载对沥青层抗剪损伤的影响，但是沥青表面所受的压应力随着轴载的增加逐渐增加。当夏季施工时，沥青层内温度可能大于60℃，从保证沥青面层在施工过程中接地压强不大于0.8MPa，相应的单轴轴载不应大于140kN。

3、结语

(1)施工车辆轴载称重的结果表明，双联轴的最大荷载值达到476kN，超过限定值180kN的164%，施工车辆轴载超载比较严重。目前，路面施工混合料运输车辆单个后轴的荷载普遍在200~240kN之间，轮胎压强在0.91~0.95之间，轮胎接地压强超载严重。

(2)耐久性基层沥青路面施工期底基层及碾压混凝土上基层所受拉应力比较大，下基层的受力条件较为有利。

(3)随轴载的增加，不论是中面层、上面层施工还是完工后，沥青层内最大剪应力均逐渐增大，标准轴载作用下沥青层内的最大剪应力为0.275MPa。超载140%时，沥青层内的最大剪应力达到0.343MPa。当路面温度大于60℃时，沥青层表面接地压强不应大于0.8MPa，相应的单轴轴载不应大于140kN。

(4)耐久性基层沥青路面在施工期荷载作用下，各结构层的受力特点差别较大，建议施工单位应根据本路面结构层材料的受力状况及特点，控制施工车辆的荷载，防止路面结构层在施工过程中发生破坏。

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