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2020年第21期
胡 凯1，刘金鑫2，3，周 珂2，3
(1.中国葛洲坝集团路桥工程有限公司，湖北 宜昌 443002；2.防灾减灾湖北省重点实验室（三峡大学），湖北 宜昌
443002；3.三峡大学土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002）摘 要：新建水泥混凝土路面使用管理不当，会造成路面过早破坏。其中，车辆超载是水泥混凝土路面早期破坏的一个重要影响因素。为了解超载对路面早期破坏的影响，文章以福建龙岩某新建水泥混凝土路面破坏为例，结合路面状况调查分析、超载运输情况统计、超载车辆轴载作用分析及路面作用效应计算分析发现，大型货车超载运输是导致其道路路面早期破坏的主要原因。
关键词：水泥混凝土路面；车辆超载；路面早期破坏中图分类号：U418.6 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）21-0135-03
作者简介：胡凯，男，高级工程师，研究方向为道路与桥梁工程施工技术及管理。
我国高速公路水泥混凝土路面的设计使用年限一般为30年，普通混凝土路面的使用年限为20年，但统计表明，由于车辆超载，多数公路在使用3～5年后即需大修[1]。这是因为在我国公路建设快速发展的同时，车辆超载运输的情况也日益严重，致使新建水泥混凝土路面遭受严重损坏，减少了公路原本的
使用寿命，不仅危及公路安全，还给国家造成了巨大的经济损失。
福建龙岩某公路便是一条典型的因车辆严重超载而使混凝土路面被损坏的道路。该公路设计等级为二级，设计速度为40km/h ，路线全长20.16km ；路面设计采用普通水泥混凝土路面结构，层厚为24cm ；以双轮组单轴轴载100kN 为标准轴载（BZZ-100）；交通量按中等交通等级（N e =1.188×106次）进行计算，设计基准期为20年；水泥混凝土路面材料设计弯拉强度f r =5.0MPa ，弯拉弹性模量为3.1×104MPa 。
1 路面损坏状况调查
汽车公告查询1.1 代表路面损坏情况统计
结合该道路实际情况，选取代表性路段展开路面损坏情况调查，调查板数总计为200块。调查路段损坏统计如图1所示。由统计可知，该路段路面出现的主要损坏类型为裂缝和接缝料损坏，其次为断板、断角及接缝碎裂。裂缝及断板类病害达到了调查总板数的67%，调查路段路面损毁情况较严重。
1.2 路面状况调查与分析
（1）路面结构层参数调查与分析。混凝土路面结构层及力学参数抽样检测结果表明，调查路段内各面层厚度和强度均符合设计要求，并满足项目验收规范要求，施工质量能保证设计需要，可初步排除因
施工质量问题造成的路面损坏。
（2）板底脱空状况检测及分析。对代表路段进行脱空检测统计可以发现，在该路段内未出现明显的板底脱空现象。
（3）接缝传荷能力检测及分析。检查水泥混凝土路面接缝发现，现场混凝土面板接缝平稳可靠，接缝平齐，接缝处未见明显的板边缝隙损毁，接缝状况良好。
（4）路面排水调查与分析。该项目全线整体排水设施良好，路面排水沟槽和排水管道数量能够满足雨季排水需要，故可排除地表水渗入路面结构造成的路面破坏。1.3 路段载重货车通行情况调查与分析
该公路全线交工通车时间为2018年7月1日。通车以来，路面交通以拉运石灰石、重钙、煤矸石等大密度矿物为主，车辆多为四轴后八轮自卸重型货车。调查区间路段设有超载检查站，根据治超检查站过磅数据资料，仅2018年8月至2019年7月间，载重超过50t 以上的车辆就有12104辆，重型货车严重超载最大车重达132t ，超载车辆总数超1.5万辆，对道路安全和正常使用造成很大威胁。
分析该路段超载车辆通行规律发现，超载车辆数量存在明显增长趋势。另外，经实地调查证实，超载车辆为逃避打击，常利用中午和夜间时段结伴通行，而且部分车辆会利用加装、改装的方式以提高运输量，这样集中通行和改装更加重了超载对路面的损害。
2 超载车辆统计与轴载作用
2.1 代表路段交通量和轴载称量调查
对代表路段进行交通量调查分析，调查主要内容包括交通量数据、车流量数据、超载量统计等。按照相关车型分类标准，并结合监控资料分析交通量情况，可获得代表路段单日交通量调查结果。结果显示，该路段交通量相对不大，主要以重型货车为主（五类车），中小型客车货车较少（二、三类车），道路交通情况一般，但大型货车超载情况特别严重，车辆载重远超国家规定的货运车辆载重标准及有关规定，使道路提前进入了超负荷运输的状态。车流量调查数据如表1所示。
图
1 调查路段损坏类型柱状图
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轴重大小关系到路面结构的设计承载力与结构强度，文章通过查询工业和信息化部汽车公告查询系统的公开数据，统计通行该路段的各类车型的轴型和载荷分布情况，采用以轴型为基础的轴载当量换算系数法，进行轴载作用次数的计算。
2.2 超载车辆轴载作用次数计算
按我国现行《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）中采用16次方对轴载
进行换算，并以BZZ-100为设计标准轴[2]。其计算公式如下；
（1）
按检查站提供的超载车辆详细通行记录和载重情况
信息，对2018年8月至2019年7月间共15115辆、达70种车型的超载车辆，进行详细轴载作用次数计算。得到调查期间内超载车辆累计标准轴载作用次数为1.39×1015次，已远超设计轴载次数（N e =1.188×106）。考虑实际路段情况，车道分配系数取值1.0，方向分配系数取值0.5，得到累计轴载作用次数为6.93×1014次。由此可见，超载对路面的破坏程度是十分大的。2.3 累计轴载次数对比
在超载车辆的作用下，轴载作用次数异常大，其主要原因是该路段通行的二轴类超载货车。该路段二轴货车通行数量虽不多，但超载情况极其严重，远超其他轴型车辆载重。其各轴轴重，尤其是后轴分担轴重更大，采用规范中16次方计算时，其结果已远超设计值，即使排除其他影响，该路段实际作用轴载次数依然偏大，无法满足设计使用要求。
为此，考虑了在现有交通情况下车辆不超载（即按公路管理规定的车辆满载不超载状态）情况下的轴载作用次数，结果为1.27×106次，也超过设计累计轴载作用次数。这充分说明，该公路路面虽然未达到设计使用年限，但实际作用在其上的轴载作用次数已超过其设计使用寿命期所能承受的轴载作用次
数；按现有交通状况，即使大型货车没有超载，按照满载状态，该道路也无法满足使用要求，道路破坏受重型货运车辆影响非常大，路面损坏属于正常的疲劳破坏。2.4 超载车辆轴载次数换算讨论
采用《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）推荐的标准轴载计算公式得到的结果偏大，分析水泥混凝土路面破坏的原因不具有代表性，因此还需借鉴有关文献和方法对超载车辆的轴载次数进行换算。
严军等[3]针对国内车辆严重超载情况导致混凝土路面提前破坏的现状，提出了水泥混凝土路面在超载作用下的设计方法，直观地分析了四轴类车辆的轴载效应。对一
辆总重量为796kN 的四轴类货车，换算得到的标准轴载当量次数为2.38×105次，结果显然偏大。对于文章研究路段，统计得到超过该载重的四轴车辆就有2952辆，因此，考虑超载车辆采用不同方法进行轴载当量换算的结果依然偏大。针对道路现有交通状况，进行轴载次数换算，该道路依然无法满足其设计基准期规定的累计标准轴载次数要求，超载车辆对路面的实际破坏作用更严重。
3 超载对路面作用效应的计算与分析
从道路情况调查与超载车辆轴载作用结果可以看出，道路破坏受车辆超载和交通状况影响较大，与施工工艺和质量无太大联系。为此，需进一步考虑超载对水泥混凝土路面的作用效应并进行分析。3.1 计算与分析思路
根据该公路路面的结构参数，采用弹性地基双层板模型[4]进行计算分析，按《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）求出板在重复荷载（100kN ）作用下的荷载疲劳应力σpr 、温度疲劳应力σtr ，以及板在不同轴型车辆单次最重荷载（一次性作用，＞100kN ）作用下的最大荷载应力σp,max ，与最大温度应力σ
t,max 。最后，将这些计算结果代入公式（2
）与（3）中进行路面破坏的设计状态验证。
（2）
（3）
公式（2）与（3）分别代表两种极限破坏状态，即
板在重复荷载作用下产生疲劳断裂与板在单次最重荷载作用下产生突然断裂。若两种状态的计算值均大于路面材料设计弯拉强度f r （5MPa ），则证明该路段在超载车辆作用下，路面设计厚度无法满足使用要求。3.2 计算结果分析
（1）疲劳破坏验算结果。可靠系数γr 取1.06，计算得到σpr 为10.90MPa ，σtr 为0.518MPa ，代入公式得到结果为12.105MPa ，已超过水泥混凝土弯拉强度标准值5MPa 。
（2）单次最重荷载破坏验算结果。在该路段中，超载车辆轴型较多，不同车辆的单次最重轴载悬殊较大，需进行不同轴型的单次最重荷载破坏验算。计算结果如表2所示。
表1 代表路段调查统计日平均交通量 单位：辆
车型数量
备注
一类车仅统计超限车，大型货车空载未计入
二类车
5.89
三类车四类车 1.37五类车44.23总计
51.48
表2 板在不同轴型车辆作用下的计算结果
轴载/kN 最大荷载应力/MPa
计算结果备注330 4.772 6.1454轴车最大单轴重409 5.8387.7083轴车最大单轴重720
9.935
12.051
2轴车最大单轴重
由表2可得，在二轴、三轴及四轴型超载车辆作用下，板在单次最重轴载作用下的破坏荷载都超过了水泥混凝土弯拉强度标准值（5MPa ）。
由两种验算结果可知，该路段在超载车辆作用下，路面的面层厚度24cm 显然无法满足超重道路交通情况下的使用，进一步证明超载车辆对新建水泥混凝土路面的破坏效应是十分显著的。
4 结论
研究表明，大型货车超载运输是导致该道路路面结
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构破坏的直接原因。该路段原本设计交通等级过低，且车辆严重超载，必然导致初期路面设计无法满足正常使用要求而被提前破坏。因此，针对该道路使用状况，后期需提高道路设计等级，以满足重载交通状况使用条件，并加强对新建水泥混凝土路面的管理和控制，缓解前期超载对混凝土道路路面的压力，延长道路使用年限。
参考文献：
[1]李道欣，朱金鹏.准兴高速公路重载路面使用寿命预估[J].
Analysis on the Influence of Overload on Early Damage of New Cement Concrete
Pavement
Abstract ：Improper use and management of new cement concrete road will lead to premature failure of pavement, and vehicle overload is an important factor affecting the early damage of cement concrete road. In order to understand the influence of overload on the early damage of pavement, this paper takes the pavement damage of a new cement concrete road in Longyan, Fujian Province as an example.It is concluded that the overload transportation of large trucks is the main reason for t
he early damage of the road surface combined with the investigation and analysis of pavement conditions, the statistics of overload transportation, the axle load analysis of overloaded vehicles, and the calculation and analysis of pavement effect.Key Words ：cement concrete pavement, vehicle overload, early pavement damage
Hu Kai 1, Liu Jinxin 2,3,Zhou Ke 2,3
(1. China Gezhouba Group Road & Bridge Engineering Co., Ltd., Yichang, Hubei 443002;
2. Hubei Key Laboratory of Disaster Prevention and Mitigation, China Three Gorges University, Yichang, Hubei 443002;
3. College of Civil Engineering & Architecture, China Three Gorges University, Yichang, Hubei
443002)北方交通,2015(8):72-76.
[2]中交公路规划设计院有限公司.公路水泥混凝土路面设计
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通出版社股份有限公司,2009.
图9 立柱安装
（上接第11页）都有浆液挤出，保证坐浆密实。将挤出砂浆清理干净，并将砂浆面与档浆板抹平，如图9所示。
柱的灌浆作业可参考盖梁工艺进行操作。
3 小结
文章以城市高架桥的施工为研究对象，对其当前的结构形式、施工工艺进行讨论分析，并重点对高架桥的装配式施工展开研究，得到了如下结论：（1）目前城市高架桥的桥梁形式仍以梁式桥为主；（2）高架桥的施工方法逐渐由现场浇筑发展到预制构件的装配式；（3）城市高架桥的装配式不仅仅局限在上部梁板结构的预制，下部盖梁、立柱也逐渐向预制装配式技术发展。
参考文献：
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.
第六，立柱现场灌浆作业。为了更快捷地完成预制构件的装配安装，充分实现一体化施工的目标，现场整合了快速安装集成系统，主要包括汽车吊、拌浆机、灌浆机、调节千斤顶、发电机、高压清洗组合设备等。立
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