重交通荷载作用下沥青路面早期破坏研究

[摘要] 本文分析了沥青路面早期破坏的原因，并以高速公路典型结构为例，分析了不同交通轴载作用下对路面结构的影响。从路表弯沉、整体性材料层底拉应力两方面说明重载交通对路面结构破坏性较强，是引起路面早期损坏的主要原因。

[关键词] 沥青路面 早期破坏 重交通荷载

一、引言

沥青路面的早期破坏是指沥青路面在设计寿命期的前1/4～1/3期间，所发生的过早的各种形式的路面破坏。如车辙、波浪、泛油、松散、裂缝、坑槽等。沥青路面的早期破坏。不仅给正常的交通运输造成了较大影响。同时，也给地方政府和相关建设、施工单位造成了一定的社会影响和较大的经济损失。因此，必须从现有的技术力量、设备水平出发，有针对性地采取措施。

二、具体研究

1．沥青路面早期破坏原因分析

沥青路面早期破坏的成因比较复杂，涉及设计、施工、行车荷载及频率等诸多方面。

（1）车辆荷载过重、频率过高是道路早期破坏的主要原因

沥青路面发生不同程度的车辙、坑槽、网裂等早期破坏的最直接的原因是施工质量不到位及离析造成的，而且往往有严重的超限超载的车辆通过。

（2）设计标准偏低是造成路面早期破坏的重要原因

由于设计规范相对滞后，建设资金不足等原因，造成道路设计标准根本适应不了当前交通量剧增、车载加大的现状。目前的行车荷载已达到了设计荷载的3倍以上，完全属于破坏性荷载，这是造成路面早期破坏的重要原因之一

（3）半刚性基层沥青路面是造成路面早期破坏的内在原因

通过多方面分析，开裂、进水且难以排走、对重载车敏感性大是这种结构的致命缺点。

2．重交通荷载作用下沥青路面早期破坏的结构分析

（1）路面结构层的应力验算

在车轮荷载作用下，半刚性基层的底面要产生拉应力。如路面拉应力大于半刚性基层材料的抗拉强度，则半刚性基层的底部就很快开裂。

某高速公路路沥青路面结构有多种形式，但沥青层都是一样，其中有一代表性的路面结构如图1-1所示：

图1-1 高速公路路沥青路面结构该高速公路路设计年限15年，设计年限内BZZ-100累计作用次数Ne=8385491，该路于1998年建成通车。根据JTGD50-2004《公路沥青路面设计规范》，路面容许弯沉值的计算公式可反算出该高速公路每个车道在设计年限内能承受BZZ-100作用10×106次。下面按此交通量进行路面结构验算。

（2）结构层底拉应力计算

根据JTGD50-2004《公路沥青路面设计规范》，该高速公路每个车道在设计年限内能承受BZZ-100作用10×106次，路面设计弯沉值的计算公式如下：

As――面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1，砂石路面为1.2；

Ab――基层类型系数，对半刚性基层1.0。

其他符号含义同前。

根据该公式路面设计弯沉值为23.88×10-2mm。据表3-3可知，该高速公路设计中各结构层底弯拉应力验算都能通过，但计算弯沉ls=25.15×10-2mm，大于设计弯沉 23.88×10-2mm。罩面4cmSMA后，计算弯沉ls=22.13×10-2mm，小于设计弯沉23.88×10-2mm。所以随着交通量的迅速增长，路面产生疲劳破坏的现象要比设计时考虑的严重，说明路面承载能力降低。

（3）车载超限引起路面结构层的弯沉和应力的变化

首先从材料力学的角度对超载形成的破坏进行分析，把沥青面层、半刚性基层、半刚性底基层假设成放在土基上的迭合梁（如图1-2），当轴载（P）不断增大时，对于梁体而言（如图1-3），将发生弯曲变形（弯沉增大），中性轴将不断上升，梁底拉应力不断增大，当超过梁底的拉应力容许值时，梁底将出现裂缝，并将随着P的继续增大，裂缝急剧开展，直至面层，就形成了反射裂缝。因此超载形成的结构破坏，首先是底基层出现裂缝，然后上延至基层、面层，最终路面被破坏。

下面再从实际的计算分析来论证。汽车的总重力通过车轴与车轮传递给路面，所以交通轴载是路面结构设计的主要荷载标准。我国公路与城市道路路面设计规范中均以100KN作为设计标准轴重力，而实际路面上的车辆往往超限行驶，使得实际轴载远远超过标准轴载。有关轴载参数列表如下表1-4、1-5列出了几种车辆超载情况时的路面层计算弯沉和基层底应力值的增加情况。

可以看出，轴载与基层层底拉应力关系为：y=0.0749e0.006x轴载与底基层拉应力关系为：y=0.0165e0.0102x，随着轴载的增加，基层和底基层的拉应力值都在增大，当底基层的拉应力达到0.15MPa时，底基层将被破坏，由上图可以看出，此时相对应的基层底的拉应力值为0.273MPa，小于基层底拉应力容许值0.29MPa，所以基层这时还没被破坏。由此可知，半刚性基层、底基层产生拉应力的大小取决于标准轴载的数量，因此严重超载直接造成正常设计的路面基层抗拉强度不足，使路面结构提前在底基层层底产生拉裂破坏，接着半刚性基层发生疲劳破坏，从而造成路面的提前破坏。

三、结论

通过对重交通荷载作用下半刚性基层沥青路面的结构分析，沥青路面早期破坏，不仅与车辆超载、设计标准有关，而且与半刚性基层沥青路面的内在因素紧密相关，因此，要消灭沥青路面早期破坏这一质量通病，延长沥青路面的使用周期，提高投资效益，需要从设计、施工等方面，分头把关，按照行业规范标准，结合工程实际，严格履行各自职能。

参考文献：

[1]常士骠，张苏民.工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]邓学钧.路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2005.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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