淺析道路與橋梁中的超限運(yùn)輸

近年來，公路橋梁建設(shè)質(zhì)量隨著科技的進(jìn)步、施工水平的提高以及管理的逐步規(guī)范化有了明顯的改善，但仍有些公路在質(zhì)量合格、甚至質(zhì)量?jī)?yōu)良的情況下仍不能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限，甚至有的道路只能達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的八分之一或十分之一。例如廈漳高速公路廈門段，該段高速公路長11．85km，1997年12月建成通車，使用1年后就發(fā)現(xiàn)部分路段路面發(fā)生開裂現(xiàn)象。通過技術(shù)部門的檢測(cè)、調(diào)查和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，廈門往漳州方向（下行線）車道通車以來，路況基本良好，裂縫較少。而漳州往廈門方向（上行線）車道部分路段出現(xiàn)橫向裂縫、網(wǎng)狀裂縫、局部出現(xiàn)車轍和凹陷、唧泥。病害的主要特征，一是橫向裂縫集中在行車道，一般沒有伸入超車道；二是縱向裂縫主要集中在行車道，以及超車道右側(cè)附近；三是網(wǎng)狀裂縫主要集中在行車道及超車道右劃線附近區(qū)域，呈現(xiàn)細(xì)小分布較廣；四是主車道局部路段有明顯車轍和凹陷。主車道這種車轍是由于行車荷載作用、路表開裂后的滲水引起的不可恢復(fù)的永久變形，而不是常見的高溫引起的車轍。
就我國南方道路設(shè)施而言，現(xiàn)有高速公路橋梁、城市主干道的路面大多是采用瀝青混凝土路面，屬于柔性路面半干性基礎(chǔ)，是一種以礦物料作骨料和以具有彈塑性的粘結(jié)料混合，經(jīng)鋪裝和碾壓而成的路面結(jié)構(gòu)層，其強(qiáng)度主要來源于骨料顆粒問摩阻力和粒料與結(jié)合料之間的粘聚力，是靠相鄰顆粒傳遞應(yīng)力的路面結(jié)構(gòu)層。它的工作特點(diǎn)是抗彎強(qiáng)度低，依靠抗壓和抗剪強(qiáng)度來抵抗車輪所施加的作用力，在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生一定的變形。但若因重荷載重復(fù)作用且作用時(shí)間長（超限車輛車速慢），將導(dǎo)致殘余彎沉值越來越大，使路面結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生陡深的彎沉盆，路面承重層處于最不利的彎拉狀態(tài)，使路面結(jié)構(gòu)層能夠承受彈性變更形的次數(shù)（即車輛行駛次數(shù)）大為減少，路面的壽命也就大為縮短。
據(jù)河北省交通廳公路局統(tǒng)計(jì)測(cè)算，一條設(shè)計(jì)使用年限15年的公路，如果行駛車輛超限100％，那么其實(shí)際使用年限僅為設(shè)計(jì)使用年限的10％左右，更何況實(shí)際上超限都在100％以上，甚至有的車輛超限達(dá)300％!
綜上所述，行駛的超限運(yùn)輸車輛是導(dǎo)致道路、橋梁短期損壞是主要原因之一。
二、超限運(yùn)輸車輛對(duì)公路的破壞原因分析
隨著我國改革和建設(shè)的不斷發(fā)展，社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的建立和完善，公路建設(shè)、公路運(yùn)輸、汽車制造正處在一個(gè)新發(fā)展時(shí)期?；?、電力、油田、礦山、水利等行業(yè)，引進(jìn)、制造、采用了許多大型設(shè)備和大噸位運(yùn)輸車輛，道路運(yùn)輸部門為了適應(yīng)公路貨運(yùn)量猛增的需要，也添置了許多大型車輛。同時(shí)，為測(cè)定車輛超標(biāo)準(zhǔn)，各種試驗(yàn)相繼而出。
通過靜荷載加載變形試驗(yàn)，可以了解道路在運(yùn)輸車輛荷載的重復(fù)作用下路面荷載與路面變形關(guān)系，當(dāng)荷載小于一定數(shù)值時(shí)，路面變形隨荷載的增加而成正比例增加，荷載與變形之間呈直線關(guān)系。在這段內(nèi)路面主要產(chǎn)生彈性壓縮。當(dāng)荷載超過一定數(shù)值時(shí)，荷載與路面變形間不再是直線關(guān)系，路面內(nèi)發(fā)生局部剪切變形，當(dāng)繼續(xù)增強(qiáng)荷載至大于臨界時(shí)，變形急劇增加，路面強(qiáng)度喪失，產(chǎn)生塑性流動(dòng)，路面破壞。
1958年美國各州公路工作者協(xié)會(huì)（AASHO）在研究了不同汽車軸載質(zhì)量對(duì)各種結(jié)構(gòu)及材料修筑的路面的破壞情況后，提出了反映汽車軸載質(zhì)量與公路路面之間破壞關(guān)系的“四次方法則”，即汽車對(duì)路面的破壞作用與汽車軸載質(zhì)量的n次方成正比，用公式表示為：EF=（p/p0）u，式中：p0一為標(biāo)準(zhǔn)軸載質(zhì)量；p為任一軸載質(zhì)量；EF為P對(duì)路面的破壞作用次數(shù)換算成P。
對(duì)路面的重復(fù)作用次數(shù)的換算系數(shù)，也可稱為破壞系數(shù)。這一著名研究成果已被各國道路工程界所采用。各國所取的標(biāo)準(zhǔn)軸載質(zhì)量及指數(shù)n取值各不相同。