浅谈重载交通对沥青路面设计的影响_论文发表

当前我国高速公路上超载超限情况非常普遍，而且有越来越严重，特别是一些运输煤炭、水泥，钢材的车辆过量超载（载重5t车装运13t～18t），这些超载、超限现象造成路面局部开裂、凹陷、唧泥，对路面的损害非常严重，大大的降低了路面的服务功能和使用寿命，增加了路面的维护成本。
　　重载对路面的主要影响是使路面产生疲劳开裂和车辙损坏，产生这些损坏的根本原因就是沥青面层的抗剪能力不足。
　　一、重载对路面的影响
　　1．1大幅缩短路面的使用年限
　　轴载当量作用次数换算
　　按现行《公路沥青路面设计规范》推荐的各级轴载换算成标准轴载的公式，将各类车辆轴载换算为标准轴载当量作用次数。作为探讨，当以设计弯沉值为为设计指标时,分别对130kN、150KN、180KN的轴载按规范推荐的公式进行换算。经换算各类车型的换算系数作用轴次和当量作用次数如下表所示：
　

　　通过以上数据分析发现，路面在重载交通条件下，在较短的时间内便达到设计的累计标准轴次，导致使用寿命减少。理论分析表明:当超载为100%时,高速公路、一级公路、二级公路的路面结构的使用年限分别只有1.20,1.40,1.47年[1]
　　1.2产生路面疲劳开裂和形成车辙疲劳开裂是在重载作用下,沥青路面最常见的破坏形式之一.疲劳的产生是由于材料内部存在局部缺陷或不均质造成的.路面在车辆荷载以及外界环境因素的影响下,产生局部应力集中,出现微裂隙,承受应力的面积减小,导致有效应力增大,裂隙扩展及应力的反复作用最终导致路面损坏.通过对我国重载作用下沥青面层疲劳裂缝调查分析发现,沥青面层纵向裂缝并不是由面层底部开始的,而是从面层表面向下发展.因此,重载作用下沥青面层疲劳破坏并不一定是层底弯拉应力引起的,而是由表面荷载应力,特别是剪应力造成的.理论分析表明:双轮静态时,当量圆四周的路面均会出现较大的剪切应力;车辆行进时,双轮边缘以外某一纵向区域内的路面因出现高剪切应力的疲劳作用而产生纵向裂缝.由于轮载作用时并不完全带有方向性,很大程度上都是随机的,再加之高剪应力区为双轮作用区域,而非作用线,因此逐渐形成网状裂缝.随着公路运输量日益增长和运输向重型化发展,尤其是高等级公路渠化交通的运行,沥青路面永久变形(车辙)成为重载作用下的突出问题.究其原因,车辙形成的机理主要分为两种,即压密变形和剪切变形.前者通常出现在交通初始阶段,由路面各结构层密实度的进一步增加所形成;后者主要是由沥青混合料上层过大的剪应力产生塑性流动所引起,也是引起车辙损坏的主要原因.在国外,有些国家已将车辙深度指标纳入设计规范,而我国现行的公路沥青路面设计规范尚未建立预估车辙深度的计算模型,仅在《公路沥青路面施工技术规范》(ＪＴＪ032-94)中对高速公路和一级公路沥青混合料的动稳定度作出了具体规定[2].该规范仅从材料性能的角度来控制车辙深度,因此是不全面的,尚需进一步研究和完善.
　　二、沥青面层剪应力分析
　　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.利用ＢＩＳＡＲ程序自距路表2ｃｍ处开始算起.路面结构层剪应力与其深度ｈ之间的关系如图1所示.

　　由图1可知,沥青面层的最大剪应力产生在路表或路表以下较小的深度范围内,随水平荷载的增大而增大,而水平荷载又是造成沥青面层剪应力过大的主要因素.在工程实践中,可计算竖向荷载及水平荷载综合作用下