浅析超载车辆对路面的影响
浅析超载车辆对路面的影响
路面使用寿命的长短，主要取决于3个方面的因素，其一为结构的合理性；其二为施工质量的优劣；其三为运营车辆的型式是否与设计要求车型相一致。有关结构与施工质量对路面的影响，已有大量的文章进行剖析，这里仅对第三个问题，即超载车辆对路面的影响进行讨论。
近20年来，特别是改革开放以来，公路事业有了较大的发展，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，引起全社会的关注十分必要和迫切。
一、超载车辆对路面设计弯沉值和厚度的影响
现行《公路沥青路面设计规范》是以设计弯沉值为路面整体刚度的控制指标，对高速公路、一级公路的沥青面层、半刚性基层、底基层进行弯拉应力验算；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。各种车辆采用下式进行轴载换算：
k
N= ∑ C1×C2×n1 (P1/P)4.35
i=1
式中：N—标准轴载的当量轴次；
n1—被换算车型的各级轴载作用次数(次／日)； P —标准轴载；
P1—被换算车型的各级轴载；
C1—轴数系数；
C2—轮组数(单轮组为6.4，双轮组为1，四轮组为0.38)。 (1)
公式中除P1以外均为定数，P1的变化，是随车辆所拉货物的重量而变的。一辆额定吨位的东风EQ-140载重汽车折算为BZZ-100标准轴的数量为： n＝1×1×(69.2／100) 4.35＝0.2016(次)
而一辆额定吨位的黄河jn-150载货汽车折算为bzz-100标准轴的数量为： n＝1×6.4×(49／100)4.35＋1×1×(101.6／100)4.35＝1.3589(次)
尽管黄河JN-150额定吨位较东风EQ-140额定吨位只多3.26吨，但折算为标准轴时，一辆黄河车却是一辆东风车的7.3倍。
近年来，载货汽车的超载情况日趋严重，造成P1增大，按超载50％、100％、200％用公式 (1)进行当量轴次换算时，当车辆超载50％时，标准轴的数量 增大约3倍，当车辆超载一倍时，标准轴的数量增大6～7倍，当车辆超载两倍时，标准轴的数量增大23～25倍。可见车辆的超载对折算后标准轴数量影响很大。 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，采用下式计算：
Ld = 600 Ne–0.2 •Ac• As• Ab (2)
式中：Ne—设计车道的累计当量标准轴次；
Ac—为公路等级系数；
As—为面层类型系数；
Ab—为基层类型系数。
当路面结构确定之后，其ld的大小主要取决于累计轴次Ne的大小。
二、车辆超载对结构层弯拉应力的影响
依据设计弯沉值进行路面厚度计算时，应对面层及半刚性基层、底基层的拉应力进行验算，以此最终确定路面的设计厚度。目前，就全国来讲，基层几乎均为半刚性材料，底基层也多为半刚性材料，对高等级公路均需进行层底拉应力验算。为此，应先采用下式进行当量轴次的换算：
k 8N′= ∑ C1×C2×n1 (P1/P)
(3) i=1
公式中各项参数含义同式(1)。
按超载50％、100％、200％用公式(3)对车辆进行当量轴次换算时，一辆超载200％的黄河JN150货车折算为BZZ-100标准轴时为445次，就其疲劳作用来讲，已远超出正常的设计及规范允许的超载规定。由于半刚性基层及底基层产生拉应力的大小完全取决于标准轴的数量，所以直接造成正常设计的路面基层或底基层抗拉强度不足，使其提前在层底产生拉裂，造成路面提前破坏。 三、其他方面的影响
上面两个问题，是路面计算时必须考虑的。此外，还应注意超载车辆对如下3个方面的影响：
1、一次性作用：一辆运输货物的特重车，在正常道路上行驶一次，便可将路面彻底压坏，即一次性破坏作用。如前所述一辆超载200％的货车，就疲劳作用来讲相当于BZZ-100的445次作用效果，事实上这已经超出了规范规定的130kn的轴载限定，即这种重量的车辆已不能只按疲劳作用理论来考虑。由于其重量大，加之车辆的振动冲击作用，很可能一次作用就使基层底面产生微裂缝，造成一次性破坏。
2、车辙作用：沥青路面具有高温软化特性，尽管设计及施工中尽可能降低油石比，最大限度地利用骨料级配增大高温稳定性，但在车辆长期作用下仍要产生车辙。加之高等级公路渠化作用，特重车重量大，速度慢，将会大大加快车辙的形成。
3、剪切推移作用：车辆在刹车、上下坡及转弯过程中，将产生较大的推力，由于重量的加重，这种推力将大大加强，加速沥青面层的剪切破坏。我们在一些沥青路面上，可以看到在重车行驶的车道上，推移、拥包明显增多便是最好的证明。所以超载车辆将加速沥青面层的剪切破坏。
四、结束语
在路面设计中，一方面交通车辆调查资料，是为通行能力服务的，没有考虑到超载的问题，使得设计中得不到准确轴载，造成设计年限内累计标准轴出现与事实不相符的情况。另一方面现行《公路沥青路面设计规范》规定，交通量换算
公式仅适应于轴载小于130kn的各种车型的轴载换算，事实上黄河车超载＞50％，公式将不再适用。这就使设计者在考虑超载时，只能以超载50％为限。这样，对于一些道路而言，从一开始就降低了累计标准轴的数量，使得设计弯沉值偏大，基层、底基层的拉应力偏小，造成路面整体刚度不足，导致路面提前破坏。通过增加路面厚度，使用更优质材料提高路面整体强度可防止路面提前破坏，但这不仅需要大量增加投资，而且，一些问题如车辙仍解决不了。
高速度、大吨位是交通运输总的发展趋势，既要多拉快跑，又要保证路面不被压坏，不仿借鉴国外办法，不一味增加路面厚度，而是通过增加车辆的后轴来改善车辆对路面的作用。为此，一方面应大力发展双后轴及多后轴大型载货车辆，适应长远运输。另一方面对目前已通行的载货车辆有关部门应下决心、花大力气，象抓工程质量一样，抓车辆的超载问题，避免公路的早期破坏。