重载车辆对沥青路面疲劳寿命的影响分析

李佳，任桂娇，董宇

(1.抚顺市公路管理局，辽宁 抚顺 113006； 2．辽宁城市建设职业技术学院，辽宁 沈阳 110034； 3．抚顺市公路管理局，辽宁 抚顺 113006)*

重载车辆对沥青路面疲劳寿命的影响分析

李佳1，任桂娇2，董宇3

(1.抚顺市公路管理局，辽宁 抚顺 113006； 2．辽宁城市建设职业技术学院，辽宁 沈阳 110034； 3．抚顺市公路管理局，辽宁 抚顺 113006)*

以G202黑大线辽宁抚顺段交通量调查数据为基础，对该路段重载车型种类及数量进行对比分析.在此基础上，进行了重载车辆对沥青路面使用寿命及疲劳寿命的影响分析.对于进一步研究沥青路面发生使用破坏与疲劳破坏，制定维修防治对策具有重要价值.

重载车辆;沥青路面;疲劳寿命;使用寿命

0 引言

随着国民经济和公路运输事业的迅速发展，各条公路的交通量逐年增长，运输车辆中大型客货车比例不断增加，重载运输越来越严重，由此加快了路面使用性能的衰减速度，路面使用寿命及疲劳寿命大大减小，因此研究重载车辆对公路路面使用寿命和疲劳寿命的影响显得尤为重要.

本文主要分析在公路设计使用年限内，重载车辆对黑大线(抚顺段)路面疲劳寿命的影响.首先调查了此路段的交通量，并对轴重、当量轴次进行了换算，在此基础上分析了重载车辆对G202黑大线的沥青混凝土路面的使用寿命和疲劳寿命的影响.

1 交通量调查与分析

本次调查以G202黑大线英额门、北三家、方晓、驿马四个交通量调查站点的监测路段为研究对象，G202黑大线(抚顺段)交通量调查站点具体情况如下表1所示.

表1 黑大线(抚顺段)交通量调查站点明细

交通量调查结果如下：

(1)国道G202(英额门)日平均交通量为3 725辆，其中大型、特大型货车997辆，占交通流量的26.8%，中型货车、大客车855辆，占交通流量的22.9%;

(2)国道G202(北三家)日平均交通量4 673辆，其中大型、特大型货车467辆，占交通流量的10%，中型货车、大客车432辆，占交通流量的9.24%;

(3)国道G202(方晓)日平均交通量14 261辆，其中大型、特大型货车2 599辆，占交通流量的21.4%，中型货车、大客车2 400辆，占交通流量的19.8%;

(4)国道G202(驿马)日平均交通量为7 587辆，其中大型、特大型货车1 969辆，占交通流量的31.1%，中型货车、大客车1 400辆，占交通流量的22.1%.

就上述的调查结果可以看出，黑大线交通量介于3 000～13 000辆之间，其中大型、特大型货车比列为10%～62%之间，中小型客车比例介于25%～75%之间，大型客车所占比列介于4%～10%之间，中型货车介于4%～16%之间,小型货车介于5%～40%之间.

2 重载车辆的轴载换算

随着国民经济和公路交通运输的不断发展，运输车辆中大型、特大型货车、集装箱车的数量不断增加.由于车辆轴重是决定路面厚度的重要依据，过大的轴重是造成路面早期破坏的重要因素.因此，根据交通量的调查分析结果，将其折算成当量轴载.对路面正常运行状态影响较大的车型主要是：载货拖挂汽车(特大型货车大于14 t)，大型货车(大于7 t小于14 t)、大型客车和中型货车(大于19座和载重质量大于2 t小于7 t).由于道路行驶的各种车型组成不尽相同，为方便统计计算，本文在我国现有68种车型中，选择具有代表性的轴重作为研究对象，选定的具体车型及载重情况见表2、表3.

表2 轴载车型分类

表3 车辆轴载代表车型及轴载

上述两个换算公式，分别考虑了单轴轴载小于130kN和单轴轴载大于130kN小于300kN的情况.本文将两公式进行合并处理，得到如下公式

式中,k1+1 ～k2为轴载大于130kN的轴载级别.本文主要研究重载对路面的影响，重载车辆主要是中型以上货车及大客车，故本文以中型以上货车及大客车为研究对象.将相关数据代入标准轴载当量轴次计算公式，计算累计标准轴次，计算结果如表4所示:

表4 重载车辆满载情况下标准轴次与累计标准轴次

表5 在重载作用下沥青路面结构使用寿命

表5中，剩余使用寿命根据设计使用年限，设计年限内设计当量轴次，及目前公路实际交通量换算出的累计标准轴次等数据进行对比计算得出.从表5中可以看出，G202线黑大线(抚顺段)的英额门交通量调查站点，监测范围K1 111+924至K1 145+800路段；方晓交通量调查站点，监测范围K1 233+459至K1 267+350路段；驿马交通量调查站点，监测范围K1 202+471至K1 233+459路段；三个路段内的重载车辆较多，且在重载车辆影响下的路面剩余使用寿命介于3.4～5.7年之间.北三家交通量调查站点，监测范围K1 202+471至K1 145+800之间，重载车辆比例为19.24%，受到重载车辆影响下的剩余使用寿命影响也较大.同时可以看出，同一设计标准的公路路面使用寿命，随着重载车辆所占比例的增加，使用寿命缩减比率增加，路面剩余使用寿命逐渐降低.因此，重载对路面使用寿命具有很大影响.

3 重载车辆对公路路面疲劳寿命的影响分析

在重载的作用下，沥青路面主要的疲劳破坏类型表现为裂缝.由于车辆的重载作用，致使沥青路面面层或半刚性基层内产生的拉应力大于其容许疲劳强度而发生疲劳破坏.黑大线抚顺段路面基层为水泥稳定半刚性基层，黑大线(抚顺段)的路面面层结构为4cm细粒式沥青混凝土+6cm中粒式沥青混凝土+25cm含4%水泥的稳定基层，是典型的沥青混凝土面层+半刚性基层路面结构.采用相同的损坏标准和相同的气候条件下，路面结构类型的不同，路面结构组合设计思想不同并不是影响核心疲劳方程的关键因素.故选取半刚性基层疲劳方程为[3]

lgNf=1.449-3.236lgε

式中,Nf为疲劳寿命，ε为容许拉应变.

沥青混凝土路面疲劳方程为[2]

lgNf=3.659-2.47lgε

根据G202黑大线设计基础数据，将基础数据代入半刚性基层疲劳方程及沥青混凝土路面疲劳方程，其中疲劳寿命根据设计原始数据计算得出.剩余疲劳寿命以黑大线交通量调查数据及车型构成换算出运营期间累计当量轴次与设计年限内的疲劳寿命(车辆容许作用次数)进行对比计算，计算结果如表6、表 7.

表6 沥青路面基层疲劳寿命

表7 沥青路面面层疲劳寿命

从上表可以看出，在设计年限内水泥稳定基层的疲劳寿命大于沥青面层的疲劳寿命.英额门、北三家、驿马三个交通量调查站点监测的二级公路设计标准路段，随着交流量中重载车辆作用的增加，剩余疲劳寿命逐渐减少.方晓交通量调查站点，监测范围K1 233+459至K1 267+350路段为一级公路设计标准，路面面层、基层疲劳寿命均比其余路段大，因其路段内重载车辆多，在一定累计重轴载作用下，剩余疲劳寿命明显变小.

4 结论

(1)在重载车辆作用下，G202黑大线各调查路段剩余使用寿命仅为3.4～5.7年,与实际相符合.说明G202黑大线路面受重载影响严重，根据具体情况可适当增加路面厚度，以提高路面使用寿命;

(2)沥青混凝土路面在重载作用下，随着重载车辆的增多，作用轴次随之增加，沥青路面剩余疲劳寿命明显减小，路面出现疲劳裂缝的机率增加，需进一步研究路面运行状况从而为采取有效措施预防路面损坏;

(3)公路交通量的实际调查数据对路面分析具有重要意义.由实际调查数据可以清晰的掌握车辆在各条公路上的通行情况，从而掌握各个检测路段的路面运行状况，最终制定合理的养护维修方案;

(4)对同一种水泥稳定基层材料，当车辆重载增加时，其剩余疲劳寿命明显降低.在同一载重作用下，沥青路面的疲劳寿命明显低于水泥稳定类基层的疲劳寿命，说明疲劳破坏发生在路面面层的机率高于路面基层.

[1]中华人民共和国交通部.JTGD50-2006 公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[2]谢军.重载条件下沥青路面疲劳响应及设计方法研究[D].上海：同济大学，2006.

[3]孙立军.沥青路面的疲劳设计标准[D].上海：同济大学，2006.

[4]邓学钧.路基路面工程[M],3版.北京：人民交通出版社，2008.

Effect of Heavy Vehicles on Asphalt Pavement Fatigue Life

LI Jia1,RENG Guijiao2,DONG Yu3

(1.The Administration of FuShun Highway,Fushun 113006,China; 2.LiaoNing Urban Construction Technical College,Shenyang 110027,China; 3.The Administration of FuShun Highway,Fushun 113006,China)

Based on the traffic survey data of HeiDa Road Fushun segment,the type and quantity of road heavy duty vehicles are analyzed and the impact of heavy vehicles on asphalt pavement service life and fatigue life is discussed for further research and making prevention and control strategy of asphalt pavement damage and fatigue damage.

heavy vehicles;asphalt pavement;fatigue life;service life

1673- 9590(2017)03- 0092- 04

2016- 06- 20

李佳(1983-),男，工程师,硕士，主要从事公路运输与养护安全的研究E-mail:51392495@qq.com.

A