超載對瀝青路面結構力學的影響研究

張爐井 林 前

（杭州市城建設計研究院有限公司，浙江 杭州 310009）

超載與路面結構穩定性之間聯系密切，相關管理部門應加大對路面結構穩定與超載關系的研究力度，了解二者之間關系，只有這樣，才能實現對瀝青路面結構的全面優化，讓公路處于有序運營狀態。為了全面分析超載對瀝青路面產生的影響，相關人員應明確超載對路面彎沉、路基頂壓變的影響。最后，工作人員還要通過具體的分析方法確定合理的路面結構模式以及計算位置，便于得到最終的分析結論。

1 分析方法

當車輛軸重增加后，輪胎接地半徑以及接地面積也會增大，但在車輛輪胎間距方面，與雙輪荷載固定中心距離存在直接關系。大多數情況下，輪胎承受壓力在0.7MPa 以上，針對超載現象，輪壓、輪胎接觸面積與超載之間存在何種關系需要明確。為了方便研究，本文所選擇的路面結構為半剛性基層結構，針對瀝青面層內應力變化，采用BISAR3.0 程序進行分析研究。該分析過程能讓層間接觸狀態差異得以呈現。BISAR3.0 程序最早出現于20 世紀60 年代，其基礎在于多層彈性層狀理論，在道路工程建設中得到全面應用。

2 路面結構模式以及計算位置

為了做到對瀝青路面結構力學受超載情況的影響全面展示，將半剛性基層瀝青路作為研究對象。該路面在高速公路建設上應用較多，具備極強的代表性，對應的參數情況如表1 所示。在軸載設定方面，最為常見的數值有220、200、180、160kN 等。工作人員可以依靠軸載數據進行分析，獲得具體的荷載圓半徑、輪壓等數據。

表1 結構模式和參數值

3 研究分析

本文研究中，指標內容主要有面層層底拉應力、路表彎沉和路基頂應變。

3.1 超載與路面彎沉

從以往分析結果中能夠看出，無論層間接觸處于哪種狀態，當超載率增加后，路表彎沉情況出現概率同樣會大幅提升，并呈現出線性分布特點，路面彎沉很容易受到車輛超載影響。根據研究數據，當超載率達到100%，對應的路表彎沉荷載同樣會在100% 以上。

通過擬合比較曲線，基層和面層原本處于連續狀態，之后會向完全光滑狀態逐漸轉變，此時，曲線斜率大幅提升，證明路表彎沉能夠隨著路肩狀態發生變化。如果層間處于完全滑移狀態，路表彎沉現象就會越來越明顯，證明層間接觸不夠良好，超載對路表彎沉影響更加突出。相比之下，半剛性基層以及瀝青面層的應用材料不一致，再加上環境因素以及施工因素差異性，導致基層以及面層完全連續狀態難以實現。當不完全滑移不在基層和面層之間，超載狀態下的路表彎沉很難對層間狀態帶來影響。

3.2 超載與瀝青面層層底拉應力

在進行瀝青路面設計時，會將層底彎拉應力作為重要指標。很多時候，如果彎沉指標不夠完善，路面設計能夠對其進行彌補，保證面層層底拉應力與超載之間的關系得以展示。圖1 為面層層底拉應力變化率與超載率之間的關系圖。從圖1 中能夠看出，軸載在瀝青面層的層底拉應力作用極為明顯，當超載率為100% 時，層底拉應力也會提高，最高能提升100%。與此同時，層間接觸狀態同樣會出現改變，具體變化趨勢與超載率變化同步，具備線性增長特點。上述分析結果證明，瀝青面層內部結構容易受到超載問題影響，導致相關結構開裂速度大幅提升，縮短道路的使用年限。從圖1 中還能了解到，當基層和瀝青面層之間的接觸狀態出現變化，面層層底拉應力也會改變，二者具備明顯的正比例關系。針對標準荷載狀態下的完全滑移，面層層底拉應力明顯提升，其大小是滑移之前層底拉應力的1.2 倍。如果超載率提升到100%，當完全滑移狀態出現后，面層層底拉應力的增加數值將會變為1.4 倍。實際上，瀝青路面呈現出的結構層穩定性，與基層和瀝青層面接觸水平存在直接關系，再加上瀝青路面往往會受到超載問題破壞，接觸狀態會發生改變，并朝著惡化方向發展，致使相關問題越來越明顯。因此，想要確保瀝青路面始終處于穩定狀態，面層與基層的充分接觸顯得尤為重要。

圖1 面層層底拉應力變化率與超載率變化關系圖

3.3 超載以及路基頂壓變

路基頂壓研究往往集中在瀝青路面的早期問題，如車轍等。實際上，路面結構穩定與路基強度存在直接關系。因此，為了保證研究有針對性，需要對路基頂壓應變、層間接觸狀態以及超載現象之間的關系進行明確。從研究中能夠看出，超載率增加后，路基頂壓應變數值明顯提升，二者間關系變化具備明顯的線性特點。當超載率達到100% 后，路基頂壓的增長幅度同樣也會接近100%。倘若超載率處于持續提升狀態，頂壓應變往往也會朝著極限值方向發展。因此，為了更好地維護路面性能以及路基狀態，超載現象的全面控制顯得十分重要。

路基頂壓應變過程中，基層和面層處于完全滑移狀態時，所展示出的應變數值很小，與層間完全接觸相比，占比為80%。出現這種情況主要是由于層間為部分連續狀態時，路基頂部正應力往往較高。如果層間為光滑狀態，基層與面層存在的剪應力等數值進一步增加。倘若層間處于完全接觸狀態，受超載問題影響，豎向應力應變下的路基頂部傳遞也會變得更加簡單。如果是在層間完全滑移狀態下，主體應力傳遞過程將會變得十分復雜。此時，如果出現更大超載層間滑移問題，其影響力也將持續下降。從路基穩定性研究角度來說，要想發揮更好的穩定性特點，基層與瀝青層面的接觸條件顯得尤為重要。相關人員通過對路基頂壓應變規律研究，發現當層間滑移問題出現后，整個路面系統內的應力傳遞過程也會變得更加復雜，路面結構整體性容易受到影響。在拉應力以及壓應力作用下，路基頂部往往會出現更多的綜合作用力，此時，路基頂部應變對于超載靈敏度的反應更為強烈。在瀝青路面結構應用中，路基能夠為路面行車荷載提供強有力支撐，確保路基正常工作時不出現任何問題。

由于基層與瀝青層面基礎和路基頂部應力應變存在直接關系，為了確保路基始終處于穩定狀態，在半剛性基層瀝青路面工程建設時，應通過相關措施，讓基層與瀝青面層間保持良好接觸。只有這樣，才能讓面層與基層間成功噴入黏層油，以維護主體瀝青路面結構的穩定。

3.4 超載剪切效應對路面安全的影響

受超載問題影響，路面往往會出現明顯的剪切效應。如果超載數量達到一定限度，如200t 以上的車輛等，其軸載作用的剪切效應極為明顯，所產生的破壞力較高。另外，由于車道內的車輛種類和型號不同，這也使得不同車道的使用壽命和性能存在差異性。為了讓車道結構和壽命差距縮小，可以根據車道荷載情況，進行相對應的道路結構性能差異化設計。

4 瀝青路面超載現象的預防措施

4.1 加強司機的安全教育

解決汽車超載問題，司機安全意識教育尤為重要。只有司機認識到超載問題所帶來的嚴重危害，才能真正降低超載出現的概率。相關部門可以通過講座、宣傳等方式，提升司機的專業素養。相關部門還需要在貨物運輸考試中加入超載安全教育內容，讓司機能夠理解安全運輸的意義，強化對交通法規的深入了解，從源頭著手，降低超載行駛問題出現的概率。

4.2 降低公路收費

從以往研究中能夠看出，汽車超載運輸問題出現的主要原因是運輸成本的提升。因此，相關部門應根據具體需求，制定新的運輸收費標準。例如，可適當降低運輸車輛的過路費用。從辯證角度來看，我國道路過路費用收取，主要是用于公路建設與養護，讓公路處于安全運行狀態。但通過相關研究結果來看，部分公路的相關費用已經收繳完畢，對應的過路費標準卻沒有下降。更為重要的是，該類費用收取對象，是以全體車輛為目標，導致收費策略的制定不夠合理。為了解決該類問題，相關部門可以通過實地考察，制定合適的過路費下調政策。從運輸車輛角度來說，過路費下調后，成本得到降低，同時可減少超載問題的出現，實現良性循環。針對于公路亂收費現象，有關部門也應加大懲處力度，讓公路治理措施更加完善。

4.3 加大超載問題的懲處力度

要保證汽車運輸中超載管理工作的全方位落實。相關部門應針對該問題提高重視，依靠宏觀調控等形式，讓超載問題得到合理解決。首先，相關部門應適當增加立法內容，以現有法規政策為基礎，制定更加全面的運輸法案，加大對違規問題的處理力度。其次，在懲罰內容制定上，做好細分處理。例如，針對企業超載行為，除了罰款外，還要要求其承擔相關責任，并將超載違法納入到企業運營記錄中，與企業誠信經營體系相結合，提升超載行為的約束效果。另外，針對個人超載行為，相關部門可以對司機進行扣分、罰款等處理，對于超載情況嚴重的司機，可吊銷其駕駛證，或進行短期拘役懲罰。在嚴格的管理策略約束下，司機能夠意識到超載行為帶來的嚴重后果，對法律規章制度產生敬畏之心，主動避免超載行為。

5 結語

從我國交通運輸行業發展角度來說，陸路運輸占據重要地位。在此過程中，公路運輸所呈現出的價值極高。但受超載問題影響，公路路面穩定性很難保持。因此，在后續公路工程建設上，相關人員需要對瀝青路面結構以及超載現象間的關系進行深入了解，降低超載問題出現的可能性。