重庆市国省干线公路重载状况及影响分析

钟志明+王庆珍+赵桂香

摘 要：为分析国省干线公路交通量、重载现状及对路面病害、疲劳寿命的影响，基于重庆市历年统计数据，分析了重载交通与路面病害的相关性，探讨了路面疲劳寿命的影响因素。结果表明：干线公路超载重载现象普遍且严重；疲劳寿命随轴载增加呈负幂函数关系，当轴载由100 kN增大至300 kN时，疲劳寿命折减约97%；重载是引起重庆地区国省干线公路路面破坏、缩短路面使用寿命的主要因素之一。

关键词：干线公路；超载重载；疲劳寿命；疲劳方程

中图分类号：U416.217 文献标志码：B

文章编号：1000-033X（2016）05-0043-04

Abstract： In order to study the impact of traffic volume and heavy-loaded situation on pavement diseases and fatigue life of trunk roads， heavy traffics relevance to the pavement diseases was analyzed based on historical statistics data of Chongqing， and the impact on fatigue life was explored. The results show that the overload problem of trunk roads is very common and serious. When the axle load increases from 100 kN to 300 kN， the fatigue life plummets by 97%， indicating a relationship of negative power function in between. Overload is deemed to be the main factor that causes pavement damage and shortens the service time of trunk roads in Chongqing.

Key words： trunk road； overload； fatigue life； fatigue equation

0 引 言

随着交通运输业迅速发展，车辆向重型化、大型化、快速化的方向演化[1-2]。虽然盘活了运输市场，带动周边区域经济发展，但是，运输市场无序的竞争导致超载重载现象日益突出，加速路面早期破坏，降低沥青路面使用性能和服务质量，缩短路面建管养周期，增加了养护维修成本。

截止到2015年底，重庆市公路总里程约14万km，其中国省干线公路里程达到了1.75万km，占重庆市整个公路网里程的12.5%[3]。随着干线公路建设的迅猛发展，重载运输现象日益突出，路面早期破损严重，建设、养护及维修成本大幅增加[4-6]。为此，本文结合重庆市136个连续式交调站及80个超载超限检测站的实测资料，选取能全面反映重庆市干线公路运输整体状况的8个路段进行交通量和轴载谱分析，研究重载交通对沥青路面疲劳寿命、周边经济布局的影响，从而为制定相关的治超对策和政策提供理论依据。

1 数据选取与分析方法

1.1 数据来源与筛选

截至2015年底，重庆市国省干线公路共设136个连续式交调站及80个超载超限检测站，24 h连续收集交通数据，并实时联网传输。选取2013年10月至2015年12月共27个月的统计数据，主要包括车辆轴载、轴数、超载率、限载情况及各类车型的交通量信息等。部分路段数据是由专家库补充而来，轴载数据因称重过程中存在数据记录错误等原因需进行可靠性筛选。

1.2 代表路段选取

结合交通测点的布置情况，对37个区县55条干线公路，合计154个路段的2014年交通量分布状况进行统计，如图1所示。图2为154个路段年平均日交通量区间组成。

从图1、2中可以看出干线公路交通量分布离散性较大： 87%的干线公路年平均日交通量小于7 500 辆，在4 000 辆上下波动；约9%的路段年平均日交通量介于7 500～15 000 辆，基本满足二级公路交通量设计标准；约4%的路段年平均日交通量大于15 000 辆，交通量负担过重。可见，重庆市干线公路整体交通量不高，但存在约13%的路段接近或难以满足二级公路交通量设计要求。

一般情况下，干线公路轴载组成与交通量有一定的关系，交通量大的路段，重型车辆出现的比例高，多轴车辆出现的比例大。为全面分析干线公路交通特征分布，综合考虑所选路段在路网布局中的覆盖率和代表性，分别选取交通量较大的S108（璧山）、S108（荣昌）、S108（永川）、G212（北碚）4个路段和G318（梁平）、G318（万州）、G319（彭水）、S102（开县）4个路段，合计8个路段对其交通量及重载分布特征进行研究，前4个路段代表运输集散地周边等大交通路段的交通状况，后4个路段代表干线公路交通量的整体状况，具有一定的代表性。

1.3 疲劳方程的表征

国内外研究表明，沥青层疲劳开裂的关键原因是沥青层底弯拉应变，寿命预估模型也多以其为预估参数[7-8]。依据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2014），以沥青层底拉应变为指标计算沥青层疲劳寿命为

2 干线公路交通量及重载分布特征

2.1 交通量分布

通过对上述8个路段的6类车型交通量进行统计分析，其交通组成状况见表1。

从表1中可以看出，矿区等运输集散地周边的大交通路段年平均日交通量介于8 000～16 000 辆之间，非矿区等小交通路段介于2 800～5 000 辆之间。所有路段均以中小型货车及中小客车为主，约占70%～85%；重型车比例也基本在16%～50%之间，但是由于运输集散地路段交通量基数大，从而导致重型车通行量远远大于平均交通水平，尤其是璧山、荣昌、永川及北碚等地处煤炭采矿区和建材生产厂区等运输集散地的周边路段，重型车年平均日通行量约为4 000～8 000 辆。可见，大基数的重型车的重载超载问题对路面使用状况的影响异常严重。

2.2 重载分布

根据《超限超载车辆认定标准》划分以下5种车型，不同轴型车辆组成占比及超载状况，见表2。

从表2中可以看出，超载现象十分严重，最大超载率约88%；矿区等大交通路段二轴车、四轴车占比较高，占80%～90%，同时超载率也较高，大多介于50%～90%之间，五轴及以上车型占比低；而非矿区路段二轴、三轴车最多，四轴车次之，五轴及以上车型也存在一定的分布比例，且超载率大多介于20%～80%之间。可见，这些路段车型较复杂，超载运输普遍且严重。

综合以上分析与实地调查发现，干线公路交通轴型较为单一，主要以二轴（单后轴双轮组）、三轴（双联轴双轮组）及四轴（双前轴与后轴双联轴双轮组）为主，占90%左右。货物运输以煤炭、砂石及水泥等建筑材料为主，车型以自卸式整体型货车为主。

3 重载影响及原因分析

3.1 重载与病害的相关性

路面破损状况调查项目主要包括横纵向裂缝、块状裂缝、灌缝、龟裂、坑槽、修补、松散等。图3、4分别列出了重庆市国省干线代表性路段通车1年后和通车2年后的路面病害情况。

从图3、4中可以看出，干线公路病害类型具有相似性，主要为龟裂和松散。通常情况下，沥青路面先出现大规模的龟裂，约1年后出现大面积松散。同样，病害类型及发展趋势也存在差异：矿区等大交通路段在通车1年后就存在大面积块状裂缝和龟裂，约为200～250 m2·km-1、400～500 m2·km-1，通车2年后，路面又出现大面积松散；对比非矿区路段发现，通行2年后，路面病害面积仅有30～60 m2·km-1。可见，超载重载运输是引发路面病害发生与发展的主要原因之一。

3.2 重载对疲劳寿命的影响

路面结构为9 cm沥青面层（1 600 MPa）+25 cm水稳基层（1 500 MPa）+20 cm水稳底基层（1 400 MPa），轴载范围60～300 kN，阶差为20 MPa，计算不同轴载作用下，沥青层疲劳寿命次数，结果见图5。

从图5中可以看出，疲劳寿命与轴载呈显著负幂函数相关性；随着轴载的增大，疲劳寿命急剧下降，以BZZ-100 kN为基准，由轴载增大导致的疲劳寿命衰减幅度见表3。

从表3中可以看出：当轴载由100 kN增至300

kN时，疲劳寿命折减97%；轴载从60 kN或80 kN增至100 kN时，疲劳寿命的折减率分别为437%、109%；轴载为120～160 kN，每增加20 kN，疲劳寿命约折减20%。可见重载交通是引起沥青路面疲劳破坏，缩短使用寿命的主要因素之一。

为进一步分析重载作用下面层厚度对疲劳寿命的影响，统计122个路段的面层厚度，见图6。分别选取厚度h≤9 cm的路段20个、h>9 cm的路段30个，对其使用寿命进行调查跟踪，统计结果见图7。

从图6中可以看出，干线公路面层厚度较为单一，介于8～14 cm之间，其中厚度为9、10 cm的路段分别占68%、24%，其余厚度占比较小，约为8%。由图7可知，h≤9 cm的路段，路面通车1～5年便出现大面积的早期破坏，必须进行大修或改建；而h>9 cm的路段，路面使用年限普遍在3～8年之间。出现这种现象的原因可能是，整体偏薄的面层承受严重的超载重载运输现状，路面早期损坏严重。

4 结 语

（1）根据重庆市国省干线公路136个连续式交调站及80个超载超限检测站为期27个月的数据得出，干线公路交通量分布离散性较大。87%的干线公路年平均日交通量小于7 500 辆，围绕4 000 辆上下波动；约9%左右路段年平均日交通量介于7 500～15 000辆之间；大约4%的路段交通量大于15 000辆。

（2） 重庆市国省干线公路重载、超载现象比较严重，其中重载车比例占16%～50%，超载率达20%～80%。

（3） 重庆地区国省干线公路沥青路面的疲劳寿命随轴载增加呈负幂函数关系，当轴载由100 kN增至300 kN时，路面疲劳寿命折减97%。

（4）路面结构整体偏薄和超载问题是引起干线公路路面早期破坏的重要原因。

参考文献：

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[责任编辑：杜敏浩]