所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:211
副标题#e#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。|
超载车辆换算当量作用次数 | ||||
|
轴载 |
标准轴载 |
超重轴载1 |
超重轴载2 |
超重轴载3 |
|
单轴轴载（KN) |
100 |
130 |
150 |
180 |
|
轴载次数（次） |
1000 |
1000 |
1000 |
1000 |
|
换算当量次数（次） |
1000 |
3130 |
5834 |
12895 |
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#p#副标题#e#的剪应力τ0,使其小于沥青混合料的容许剪应力τＲ,即τ0≤τＲ.然而,我国现行的《沥青路面设计规范》(ＪＴＪ032—94)中对沥青混合料的抗剪强度缺乏相应的控制指标(目前在国际上大多数设计规范对沥青混合料路面也无抗剪强度规定值),建议模拟路面结构中沥青混合料的实际受力状态,采用三轴试验方法来确定抗剪强度指标.
三、重载作用下沥青路面设计
关于沥青路面的设计,首先要做好合理的材料设计,选择适合的结合料、集料以及混合料,并且有最佳的配合比,这样才能提高沥青混合料的强度和密实度;其次是合理的结构设计,使各结构层的层位与厚度达到抗剪能力高的目的.针对重载作用条件下,剪应力是引起路面损坏的主要原因,应该有针对性地进行沥青混合料设计和路面结构设计,以减少或避免路面的早期损坏,保证路面的使用寿命.
3.1沥青混合料设计
现行的沥青混合料设计方法为马歇尔法,这种经验方法是根据其稳定度、流值、密度及空隙率等指标来确定配合比.但是这种方法不能恰当地评估沥青混合料的抗剪强度,也不能反映路面材料的实际受力状态,不适应重载交通路面的要求.对此,不少人认为对沥青混合料的设计方法应作改进,改进的内涵包括:(1)按材料的抗剪强度设计;(2)受力模式的确定应模拟路面的实际受力状态;(3)选用物理意义明确,能够反映实际路用性能的指标.
3.2路面结构设计
我国的高等级公路的路面大部分为半刚性基层沥青路面结构.选用优质原材料,调整混合料级配,完善配合比设计,合理选择沥青面层厚度,加强结构层之间的粘结,提高基层强度和路面结构的承载能力,这些都可以改善路面对重载交通的适应性.然而这种路面的缺点是疲劳寿命对轴重的敏感性强,在重载作用下,会使路面很快损坏,因此有必要探求对重载适应性强的新型的路面结构型[5].
近年来,全厚式路面结构在国外已经取得了成功,并正在推广使用.全厚式路面结构的特点是按功能合理设置路面结构层,要求路面结构的面层具有抗车辙、不透水和抗磨耗的能力,中间层要具有良好的耐久性,基层要具有抗疲劳和耐久的能力.实践表明,这种全厚路面对重载有着良好的适应性,尤其适合我国重载车辆较严重的状况.
全厚式路面的设计理念代表了国外高等级公路路面结构选择和设计的新趋势,具有一定的合理性.这种路面的总厚度比常用基层的沥青路面结构层更薄,同时还具有减少路面疲劳裂缝的可能性,将路面可能发生的破坏限制在路面结构的上部,即使路面的破坏达到某一临界水平,也只需更换表面层,而无需改变路面标高,因此这是一种经济性好的路面.针对我国重载车辆较严重的现状,引入全厚式路面结构是合理的和必要的.
四、结语
重载对沥青路面的影响很大,是路面结构早期破坏,降低使用年限的主要原因.在进行沥青路面设计时,特别要慎重考虑轴载转换系数、沥青混合料的抗剪强度的取值范围和路面结构层的安排.关于沥青混合料的抗剪强度的取值,要依据模拟路面结构中其混合料的受力状况,采用三轴试验方法来确定.关于路面结构,应引入全厚式路面结构,按功能合理布置路面结构层.
参考文献:
[1]交通部公路规划设计院.《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)[Ｓ]北京:人民交通出版社,2006
[2]王选仓.重载路面轴载换算方法研究[Ａ]第三届国际道路和机场路面技术大会论文集[Ｃ].北京:人民交通出版社,1998.148151
[3]刘朝晖.汽车超载对沥青路面结构的影响分析[Ｊ]长沙交通学院学报,1999,15(2)
[4]交通部公路科学研究所.JTGF40—2004公路沥青路面施工技术规范[Ｓ].北京:人民交通出版社,2004
[5]杨群.沥青稳定基层与半刚性基层疲劳设计分析[Ｊ].公路交通科技,2001,18(06):58.12