重载交通沥青路面荷载图式探讨

张 涓 / 湖南工程学院建筑工程学院

重载交通沥青路面荷载图式探讨

张 涓 / 湖南工程学院建筑工程学院

我国的重载交通通常以车辆的超限、超载为特点，重载车辆指单轴单轮轴重大于6t、单轴双轮轴重大于10t、双联轴双轮组轴重大于18t的车辆。超重车载对沥青路面结构的荷载作用方式和破坏作用有其独特的现象和规律，本文推荐了适合我国道路交通的荷载计算图式和计算模型。

重载交通；沥青路面；荷载图式

重载交通或称重任务交通（Heavy Duty Traffic）在国外道路科研部门是这样规定的：道路在投入运营后的交通量或者累计当量标准轴次远大于一般水平，并且相对于路面正常发展过程性能下降很快的现象。重载交通在发达国家主要表现为货运集装箱、大型化、多轴化。

而在我国，习惯上的重载交通主要包含两个方面的含义，即超限运输和超载运输。我国的重载交通通常以车辆的超限、超载为特点，即指道路上的车辆轴重超过了道路所规定的限值，对道路的一次性破坏比较严重，与现行规范中的重交通概念不同，后者主要按照交通量分级确定。根据《超限运输车辆行驶公路管理规定》，重载车辆指单轴单轮轴重大于6t、单轴双轮轴重大于10t、双联轴双轮组轴重大于18t的车辆。重载交通沥青路面的破损分析研究主要是针对大中型货运交通而言的，由于客车及小型货车对路面造成的危害相对较小，可以不作为考虑的重点。

当前，我国公路上的车辆超载、超限情况十分普遍，重载车辆日益增加。经调查，我国大多数高速公路车辆超载严重，其突出表现是：车辆后轴轴载超出100kN的限定值，有的达到180kN以上；轮胎充气压力超出0.7MPa的额定值，有的超出0.9MPa以上。这些超载、超限现象极大地降低了路面的服务功能和使用寿命，增加了公路的维护成本。重载对沥青路面造成的影响主要是使路面产生疲劳开裂和车辙损坏，而路面疲劳开裂、车辙等病害在很大程度上是路面剪应力作用的结果。面层是剪应力作用的主要集中区域，垂直荷载和水平荷载的综合作用是路面结构受力的最不利状态。

超重车载往往大大超过了常规的道路荷载限值，与一般荷载对沥青道路路层结构的荷载作用方式和破坏作用不一样，有其独特的现象和规律，需要加以专门研究。现行沥青路面设计规范中以设计车道通过标准轴载BZZ-100的常规荷载的标准图式，即双轮双圆，接地半径为10.65cm，圆心距等于3倍接地半径，轮胎的接地压力等于0.7MPa。该图式以设计车道通过标准轴载BZZ-100的常规荷载的日作用次数为基础，适用于单轴轴载小于130kN，双轮组双轴轴载小于320kN的一般车辆荷载。由重载车辆的作用特点可知，该计算荷载图式不可以代表超重车辆对路面的作用。图1中，图式K、I、L、M不同程度反映了超载时路面的受力情况。其中图式I最接近于重载车辆行驶时路面受力的实际情况；图示L和M则反映了两种极端情况——气压与轴重等比例增加以维持接地面积不变，接地压力不变，轮胎随轴重增加而塌落；图示I、L、M涵盖了重载车的所有使

用范围；K图式是当前路面设计规范中所使用的标准荷载图式，但实际上是不存在的，分析时起到对照和验证作用。由于非中心对称荷载力学计算的复杂性，布载仍采用了当量圆方法。以下为四种图式及其说明。

图1 计算荷载图式

（2）I图式：轮压和接地面积均随轴载的增加而增加，圆中心距保持不变。

（3）L图式：接地半径与圆中心距保持不变，轮压随轴重等比例增减。

（4）M图式：轮压与圆中心距保持不变，接地半径随轴重增加而增加。

其中I图式最符合超重载车辆的实际情况，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。但由于国内缺乏这方面的调查资料，我们引入了比利时方法中的轮载与轮压、轮胎接地面积关系的经验公式。

比利时方法中，所采用的标准轴载为80kN，即标准轮载为20 kN，但他们考虑了轮载的接地面积随轮胎性质和路面状况而异。高压胎与路面接触面积小，能承担较大的荷载；低压胎与路面接触面积达，故牵引力大，而且还受路面状况和冲击力的影响，所以该方法不象其他设计方法那样假定轮载增大而轮压基本不变，而是根据路上的实际调查得出以下统计公式：

式中：A——轮胎接地面积（cm2）；

P——每一个轮胎的荷载（N）；

±70和±90为保证率达到95 %的离差范围。

在此公式的基础上，再假定轮载P均匀分布在该接触面积的圆面积上，圆半径为δ，并求得接地压力p：

根据我国道路的实际情况，采用如下形式：

计算结果见下表1：

表1 轮重与轮压、轮胎接地面积关系

综上所述，图示I和式4比较适合我国道路交通的具体情况，反映了随着轴重增加，轮压和轮胎接地面积变化的正确规律，即轮压和接地面积均随轴载的增及而增加，圆中心距保持不变的变化规律。因而在以后的分析及超重载道路路面结构设计中，建议采用图示I和式4作为研究的力学图式和基本模型。

[1]李嘉，丁连棣.汽车超载严重危害道路运输[J].湖南现代道路交通,2000.1（71）：26～27

[2]张洪亮，许金良，郭荣庆等.重载沥青路面基于实测荷载图式的轴载换算研究[J].武汉理工大学学报( 交通科学与工程版),2010.34.(1):110-112+129

[3]陈国强，张永平，潘学政.重载沥青路面荷载图式研究[J].公路交通科技（应用技术版），2009(12):34-37

湖南工程学院2010年校级青年科研项目（xj1027）。