公路运输超载现象及其解决对策分析.doc

公路运输超载现象及其解决对策分析张丽娟 , 王端宜(华南理工大学 交通学院 , 广东 广州 510640) 摘 要 通过交通量及交通组成调查 ,利用 HPS 便携式轮重仪进行现场轴重测试 ,得到车辆的轴载谱及超载的可靠数据 。从重载交通的标准轴载换算和累计当量作用次数入手 ,得出超载是水泥混凝土路面结构早期破坏的 重要原因之一 。提出路面结构设计应充分考虑超载运输影响及针对重载交通的公路技术 、汽车技术及管理对策 。 关键词 超载 ; 轴重测试 ; 轴载谱 ; 轴载换算 ; 对策 中图分类号 U 416. 223 文献标识码 A 文章编号 1002 1205 (2004) 02 0079 04Highway Overloa ding and CountermeasuresZHANG Lijuan , WANG Duanyi(College of Traffic and Communications , South China University of Technology , Guangzhou , Guangdong510640 , China) Abstract The distribution of actual axle load and data of overload were obtained through traffic surveysand tests with the HPS portable wheel load scale . By means of conversion to standard axle load and calculation of accumulated applications of the equivalent axle load , it could be concluded that overloading is one of the most important reasons for the premature failure of cement concrete pavement structures. It is proposed that the influence of overloaded vehicles should be emphasized in pavement structure design , along with suggestions of highway technology , automobile technology , and administration for heavy load highways. Key words overload ; axle load test ; axle load distribution ; axle load conversion ; countermeasure办法 。按照公路水泥混凝土路面设计规范1随着国民经济和公路交通运输事业的发展 ,运输车辆中大型货运车辆的比重不断增加 ,有些运输 者片面追求利益 ,公路运输又缺乏有效地执法等原 因 ,车辆超载的现象十分普遍 。车辆的超重行驶加 剧了路面的损害 ,缩短了路面的预期使用寿命 ,危及 桥梁的安全使用 ,大大增加了公路部门的维护和改 建资金的投入 。本文以广东省某国道 ( 水泥混凝土 路面) 的交通量及轴载调查资料为基础 ,掌握当前公 路上实际车型组成 、重车比例及轴载谱 ,提出合理的 轴载换算方法 ,以便公路部门制定正确的决策 。,计算日交通量和车辆组成数据时 ,应剔除 2 轴 4 轮以下的客 、货车辆交通量 。各类车辆的轴型分为单轴 、 双联轴和三联轴 3 种 。单轴 (每侧单轮胎) 、单轴 ( 每侧双轮胎) 、双联轴 (每侧双轮胎) 、双联轴 (每侧各一 单 、双轮胎) 、三联轴 (每侧双轮胎) 的代号为 1 、2 、3 、4 、6 。如单机车 12 代表前轴单轴单轮 、后轴单轴双 轮 ,余此类推 。调查时 ,首先对公路各收费站历年记录资料进行全面分析 ,采用连续式观测方法 ,选取交通量较大 的收费站进行 24 h 连续调查 。由于该国道南下车 道以运煤车为主 ,路面破损严重 ,为了得到可靠 、有代表性的交通量和轴载数据 ,有必要对南下 、北上车辆分别进行调查 ,统计出各时段每类车的数量以及 每类车中各种轴载类型的车辆数 ; 同时利用 HPS 便携式轮重仪 ,将其置于收费车道上 ,对南下 、北上的1 货运超载现状1. 1交通量及轴载调查方法目前 ,我国公路运输部门基本上按下列五类车 型收费 :摩托车 、小型车 、中型车 、大型车 、特大型车 。为利用收费站交通量资料 ,本次调查仍沿用此分类 收稿日期 2004 02 14一个车道的所有除 2 轴 4 轮以下的客 、货车外的车辆进行称重 ,得出公路上行驶车辆的轴载谱 ,掌握货 车的超载情况 。为使数据具有代表性 ,南下 、北上车道分别调查 2 d ,而且这 2 d 不是连续的 ,当中有 1 d以上的间隔时间 。1. 2车辆组成特征 为便于分析公路货运的超载现状 ,本文选取各类车中 比 例 较 大 的 货 车 为 代 表 进 行 研 究 , 见 表 1 。其中二类货车单机车 12 中部分车辆为额载 50 kN 以下的货车 ,这当中有正常额载 50 kN 以下的货车 , 也有大量大载小标的中型以上货车 。这类车的实载 率分布域很广 ,规律性也非常混乱 。表 1 各类车中代表性货车所占比例图 2Figure 2三类单机车 12 货车后轴( 单轴双轮) 轴载谱Distribution of rear axle loads of Class 3 single unit truck 12 ( single axle dual wheels)Ta ble 1Proportion of typical trucks of various vehicles车类车型南下车道%北上车道%二类三类单机车 12单机车 12 单机车 13 半挂车 113 半挂车 13682 . 684 . 658 . 920 . 690 . 388 . 689 . 637 . 226 . 695 . 2四类五类1. 3车辆轴载谱不同重量的轴载给路面结构带来不同程度的损 坏作用 。各类车辆的轴载大小和各级轴载所占的比例 ,称为轴载组成或轴载谱 。轴重测试数据分别按 车类和轴型整理得到相应的轴载谱 。单轴轴载按10 kN 分级 ,双轴轴载和三轴轴载按 20 kN 分级 。各 类车中所占比例最大的货车后轴轴载谱 , 见图 1图 4 。二类货车单机车 12 后轴轴重分布域 ( 变异性) 大 ,有 4049 kN 和 170179 kN 两个峰值 ,他们分 别表征了货流组成的两个主要部分 : 区域内交通和过境交通 (长途货运) ,区域内交通一般不超载 ,过境图 3Figure 3四类单机车 13 货车后轴( 双轴双轮) 轴载谱Distribution of rear axle loads of Class 4 single unit truck 13 (tandem axles dual wheels)图 4Figure 4五类半挂车 136 货车后轴( 三轴双轮) 轴载谱Distribution of rear axle loads of Class 5 semi2tractor trailer 136 (triple axles dual wheels)交通超载严重 ,载货率高 。三类货车单机车 12 一般多为过境车 ,只有一个 180189 kN 的峰值 ,轴重离 散性大 ,超载严重 ,89 . 8 %的轴重在 100299 kN 之 间 。四类货车单机车 13 后轴分布较均匀 ,82 . 4 %轴 重超载 ,其中 300319 kN 、380399 kN 、400419 kN 轴重频率均为 11 . 8 % 。五类货车半挂车 136 后轴轴 重分布域 ( 变异性) 大 , 轴重 640659 kN 出现频率图 1 二类单机车 12 货车后轴( 单轴双轮) 轴载谱Figure 1 Distribution of rear axle loads of Class 2 single unit truck 12 ( single axle dual wheels)最大 ,为 15 . 3 % 。1. 4超载分析我国公路运输部门规定 ,单轴单轮 、单轴双轮 、双轴双轮 、三轴双轮等轴 型 限 重 分 别 为 60 kN 、100kN 、180 kN 、220 kN 。据此 ,可以得到各类车各轴型的 超载比例 ,见表 2 。表 2 货车超载比例Table 2 Proportion of overloaded trucks中轴后轴前轴超载01 倍%车行车类轴型超载01 倍%超载12 倍%超载01 倍%超载12 倍%超载23 倍%超载 3 倍以上%二类三类单机车 12三类单机车 12 单机车 13 半挂车 113 半挂车 1365 . 820 . 855 . 991 . 766 . 745 . 858 . 347 . 158 . 319 . 415. 431. 535. 341. 758. 30. 20. 20 . 61 . 0南下四类91 . 711 . 1五类88 . 913. 95 . 6二类三类 四类单机车 12单机车 12单机车 131 . 17 . 619 . 214 . 318 . 126 . 91. 52. 33. 8北上从表 2 看出 ,由于该国道过境车多 ,南下车辆以运煤车为主 ,回程空载率高 ,南下车辆超载现象比北 上车辆严重得多 。北上车辆后轴超载大多在 01倍之间 ,而南下车辆超载数量 、超载范围极大 ,后轴 超载范围大多在 02 倍之间 ,个别甚至超载 3 倍以 上 。南下车道二类货车单机车 12 后轴 62 %超载 ,其中 0 . 6 %的后轴重 400460 kN 之间 。三类货车 单机车 12 后轴 91 %超载 ,其中 1 . 0 %的后轴重 400470 kN 之间 。四类货车单机车 13 后轴 47 . 1 %超载 0 1 倍 , 35 . 3 %超载 1 2 倍 ; 半挂车 113 货车91 . 7 %的前轴 、中轴超重 ,后轴更为 100 %超载 。五 类半挂车 136 货车 66 . 7 %的前轴 ,100 %中轴超重 ,91 . 6 %后轴超载 ,其中后轴 5 . 6 %的轴重在 1 0001 050 kN 之间 。可见 ,超重车超载比例 、超载范围巨 大 ,严重破坏路面 。于单轴小于 240 kN ,双联轴小于 480 kN 的情况 。2. 2 超载引起的车辆当量轴次计算根据式 (1) 计算的标准轴载当量换算系数 ,把某 类车某轴型各级轴载的作用次数换算为标准轴载的 作用次数 ,然后计算出各级轴载的标准轴载作用次 数的总和 ,再除以总的称重车数 ,就得到该类车该轴 型的当量轴载换算系数 。对于超出式 (1) 计算范围的轴重 ,规范没有给出 相应的计算方法 。王选仓2 、彭波3 等提出重载作用下水泥混凝土路面的轴载等效换算公式 ,但目前 重载交通轴载换算的研究还不是很成熟 。为此 ,我 们仍利用式 (1) ,考虑 3 种情况计算当量轴载换算系数 。A 法是将超公式计算范围的轴重仍套用式 ( 1)进行计算 ;B 法是将超公式计算范围的轴重 ,按公式 允许的最大轴重上限值来考虑 ; C 法考虑各地都在加大打击超载超限车辆的力度 ,相信重载车现象最终将得以解决 ,因此 ,计算各类车辆的当量轴载系数 时 ,限制各轴重超限重 50 % 。即单轴单轮 、单轴双 轮 、双 轴 双 轮 、三 轴 双 轮 的 最 大 限 重 为 90 kN 、150 kN 、270 kN 和 330 kN ,超过此值则按此值计算 。计算 结果 ,见表 3 。从中可见 : 重载车较多的南下车道车辆利用 B 法计算的车辆当量轴载系数比 A 法大 大减小 ;北上车道由于重载车相对较少 ,只有三类单 机车 12 的车辆当量轴载系数变小 。利用 C 法计算 的车辆当量轴载系数普遍比 B 法大为减小 ; 各类超载中 ,对公路影响最大的是单轴超载 。如 ,即使利用 C 法计算 ,南下车道单机车 12 的车辆当量轴载系 数仍然相当大 ,反映重载条件下 ,单轴双轮的轮压过大 ,对水泥混凝土路面的破坏极大 ; 南下半挂车2轴载换算2. 1标准轴载与轴载换算方法规范规定 , 我国水泥混凝土路面设计以重 100 kN 的单轴 - 双轮组荷载作为标准轴载 。各种轴型i 不同轴载级位 j 的标准轴载当量换算系数 kp , ij 按下式计算确定 。16Pijkp , ij = ij(1)100式中 : Pij 为 i 种轴型 j 级轴载的轴重 ,kN ;ij 为 i 种轴型 j 级轴载的轴 轮型系数 ,分别按以下方法计算 。 单轴 双轮组时 ,ij = 1 ; 单轴 单轮时 ,ij = 2. 22 103 P - 0. 43- 3 - 0. 22;双轴 双轮组时 ,ij = 1 . 07 10Pi ;i- 8 - 0. 22三轴 - 双轮组时 ,ij = 2 . 24 10Pi 。该式适用表 3 车辆当量轴载系数表Coefficients of equivalent axle load of vehiclesTable 3南下车道北上车道车类轴型A 法B 法C 法A 法B 法C 法二类车三类车单机车 12单机车 12 单机车 13 半挂车 113 半挂车 1361. 129 E + 081. 619 E + 083. 635 E + 042. 536 E + 041. 607 E + 064 . 109 E + 049 . 589 E + 045 . 825 E + 032 . 068 E + 047 . 310 E + 041 . 922 E + 022 . 979 E + 022 . 596 E + 016 . 650 E + 012 . 568 E + 012. 776 E + 031. 704 E + 042. 136 E + 021. 623 E + 021. 451 E - 022 . 776 E + 036 . 517 E + 032 . 136 E + 021 . 623 E + 021 . 451 E - 023 . 257 E + 014 . 694 E + 014 . 708 E + 002 . 374 E + 001 . 451 E - 02四类车五类车136 主要以运煤车居多 ,车辆当量轴载系数较大 ; 但北上空载车多 ,其值较小 。2. 3超载对路面的损坏根据车辆当量轴载系数 ,计算该国道设计车道 水泥混凝土面层临界荷位处通车以来已承受的标准 轴载累计作用次数 ,如表 4 所示 。从中得出几点结论 : 重载车较多的南下设计车道 3 种计算方法差别较大 ;重载车相对较少的北上设计车道 3 种计算 方法差别稍小 ,特别是 A 法和 B 法 ; 规范规定 ,特重交通等级水泥混凝土路面设计基准期内设计车道 所承受的标准轴载累计作用次数应大于 2 000 万次 。利用 3 种方法计算的设计车道标准轴载累计作用次数均远远大于此值 ,说明车辆超载严重 ,重载车比例 大 ,导致该国道通车仅仅 5 a 多 , 路面损坏严重 , 路面的使用寿命已达到极限 。表 4 通车以来设计车道标准轴载累计作用次数Table 4 Accumulated applications of standard axle load in de2sign lanes since opening to traffic路面面层厚度应达到 2830 cm 。b. 尽快提出适宜的重载路面设计方法 。考虑 提高标准轴载设计标准4 ,从图 1 、图 2 看出 ,我国道路的实际轴载谱整体上大大超过 100 kN 轴载标准 。 对于重载的交通环境 ,国外均通过修建重车专用公路 ( Heavy Duty Truck Way) 的方式来解决 ,设计使用年限 3050 a ,水泥混凝土板厚大于 35 cm 。我国可 以在主要运输干道 、一些特重物资 (如煤矿 、钢材 、水泥等) 公路上修建重车专用公路 ,提高路面承载力 ,满足货物运输的要求 ,而且重车的分流可以减少对 一般路面结构的损坏 。c . 采用合理 、适宜的收费方式 。改革公路过站 收费方式 ,学习和借鉴国外管理高等级公路经验 ,通过重型车辆动态或静态称重和检查系统 ,实施车辆 重量和体积相结合的计费方式 。对于超过一定范围的轴重 ,费用应呈几何级数递增 ,当运输成本大大提高而无利可图时 ,超载现象自然得以解决 。d. 汽车工业应适应社会的发展 。从表 3 可以 看出 ,各类超载中 ,对公路影响最大的是整体式车 , 其中又以单轴超载最严重 。整体式车一般进行超载化改装以适于长途货运 ,这非常不利于汽车制造业 的发展 。在当今强调高效率 、高效益 、高安全运输的时代 ,货车的大型化和多轴化水平代表了货车制造 业的水平 。半挂车比整体式车载货能力和货物适应 性强 、单位货物周转成本低 ,且半挂车比全挂车行驶性能好 、安全 、经济效益高 。我国汽车制造业应尽快 与国际接轨 ,实现汽车业的技术革命 。e . 建立良好的运输管理机制 。各地政府应制定 超限超载运输车辆的管理条例 ,加大执法力度 ,规范 运输市场 。建立现代化信息网络 ,鼓励和促进运输业主开展平等竞争和以优质服务吸引货主 ,提高载货 率 ,降低燃料消耗 ,从而提高限载运输经济效益 。车 道计算方法标准轴载累计作用次数万次A BC9. 691 E + 095. 227 E + 061. 664 E + 04南下设计车道AB9. 645 E + 053. 886 E + 05北上设计车道 C 3 . 579 E + 03 3 解决超载运输对策超载运输车在公路上的运行 , 路面结构将产生 过早破坏 ,路面使用年限大大减短 ,而且极易发生交 通事故 ,其危害性巨大 。但在现行环境未能对车辆严 格限载的情况下 ,考虑到未来几年这种普遍超载的情 况仍将得以继续 ,提高路面的承载能力 ,防止路面过 早断裂成为当务之急 。可以从以下几方面入手 :a . 现 行 路 面 结 构 设 计 应 充 分 考 虑 超 载 影 响 。 刚性路面 (水泥路面) 病害发展和使用寿命对超载运 输特别敏感 。应大力推行加强路面结构的做法 ,对于严重超载运输线路 ,在处理好基层的情况下 ,水泥4结论我国货运车辆超载数量 、超载范围巨大 ,后轴超(下转第 95 页)d. 隔离层的技术要求 。 应能将旧水泥混凝土板与混凝土补强调平层完全分离 ,以达到分离式 加铺的目的 ; 隔离层厚度应尽可能薄 ,以减少路面结构层的总厚度 ; 隔离层应尽可能兼顾防水的 作用 ,防止雨水渗入到旧混凝土路面结构内部 。4 复合式沥青加铺层结构方案4. 1原水泥混凝土路面结构 (见表 6)图 1 水泥混凝土补强调平层结构示意图在结构上是可行的 ,通过计算 ,混凝土加铺层厚度采 用规范的最小值 18 cm 即可满足结构受力的要求 。表 6原水泥混凝土路面结构结构层路面结构材料与厚度5 结论在各种基础资料调查的基础上 ,根据旧水泥混 凝土路面上加铺复合式沥青路面结构设计的原则 , 依据国内外实体工程的实施经验与理论分析结果 , 提出长潭高速公路旧水泥混凝土路面上复合式沥青 加铺层的结构设计方案 ,并对结构方案进行了初步 的分析与论证 。长潭高速公路路面改造工程采用混 凝土加铺层再加铺沥青混凝土表面层 ,在结构上是 可行的 ,有利于结构承载能力的提高与表面使用性 能的改善 。面板基层25 cm 水泥混凝土板20 cm 水泥稳定砂砾4. 2复合式加铺层沥青路面结构方案根据设计目标 、设计原则 ,结合长潭高速公路目 前的实际状况 、投资控制 、施工进度要求 、交通组织与交通安全等各方面的要求 , 结构方案见表 7 。通过分析与计算 ,长潭高速公路路面改造工程采用混 凝土补强调平层再加铺沥青混凝土表面层 ,见图 1 。