超載車輛對(duì)高速公路瀝青路面破壞原因的分析及對(duì)策

1、超載車輛對(duì)高速公路瀝青路面破壞原因的分析及對(duì)策超載車輛對(duì)高速公路瀝青路面破壞原因的分析及對(duì)策摘要：過(guò)量超載的車輛是造成高速公路瀝青路面開(kāi)裂、凹陷、唧泥、使用壽命驟減的主要原因。以廈漳高速公路廈門(mén)路段為例，對(duì)該路段瀝青路面進(jìn)行路況調(diào)查、鉆芯取樣試驗(yàn)、實(shí)際交通量分析、路面各層彎拉應(yīng)力、剪應(yīng)力驗(yàn)算，并提出修補(bǔ)方案以及防止損壞的措施。關(guān)鍵詞：超載；高速公路；路面；損壞；分析廈漳高速公路于1997年12月建成通車，使用一年后部分路段發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，為此，1999年5月至2000年4月對(duì)損壞的情況進(jìn)行了全面的檢查、鉆芯取樣觀察、彎沉測(cè)定、理論分析計(jì)算和修補(bǔ)方法的探索。認(rèn)為造成路面局部開(kāi)裂、凹陷、唧泥

2、的原因主要來(lái)源于運(yùn)輸煤炭、水泥的車輛過(guò)量超載（載重5t車裝運(yùn)13t18t），使瀝青路面所承受的剪應(yīng)力過(guò)大而破壞。1廈漳高速公路路面設(shè)計(jì)情況廈漳高速公路路面設(shè)計(jì)交通量，依據(jù)1993年OD調(diào)查結(jié)果推算，竣工第一年的標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ100型日平均當(dāng)量軸次為1300次?日，交通量增長(zhǎng)率為98，使用年限15年，一個(gè)車道累計(jì)當(dāng)量軸次為742萬(wàn)軸次，設(shè)計(jì)容許彎沉值Lr0359mm。路面設(shè)計(jì)以交通部JTJ01486公路柔性路面設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定為依據(jù)。瀝青路面結(jié)構(gòu)從下到上為：20cm厚水泥石灰綜合穩(wěn)定土基層，33cm厚5水泥穩(wěn)定碎石基層，1cm瀝青表處下封層，6cmAC25下面層，4cmAC16中面層，4cm多

3、碎石SAC16抗滑表面。2路況調(diào)查結(jié)果廈門(mén)至漳州（稱下行線）通車一年半來(lái)，路況基本保持完好，裂縫很少。而漳州至廈門(mén)（稱上行線）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：橫向裂縫集中在行車道，一般沒(méi)有伸入超車道；縱向裂縫主要集中在行車道，以及超車道右側(cè)附近；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；主車道局部路段有較明顯車轍和凹陷。主車道這種車轍是由于行車荷載作用、路表開(kāi)裂后的滲水引起的不可恢復(fù)的永久變形，而不是常見(jiàn)的高溫引起的車轍。凹陷、唧泥是在車轍的位置，經(jīng)荷載反復(fù)作用，雨水浸入造成。從路況調(diào)查表明：因上行線和下行線車輛載重的差異，行車

4、一年半后的路況不同，病害狀況也不同。從而同一斷面或同一地段下行線沒(méi)有橫向、縱向裂縫，上行線有橫向、縱向裂縫的情況分析，可以排除因路基不均勻沉陷，半剛性基層裂縫往上反射的可能性。3鉆芯取樣試驗(yàn)結(jié)果廈門(mén)高速公路有限公司委托長(zhǎng)沙交通學(xué)院交通設(shè)計(jì)研究所（以下稱長(zhǎng)沙交研所）對(duì)出現(xiàn)病害的路段進(jìn)行鉆芯取樣觀察和芯樣試驗(yàn)。長(zhǎng)沙交研所對(duì)上行線網(wǎng)裂和凹陷部位的鉆芯試樣10個(gè)，停車道和路面完好部位的鉆芯樣4個(gè)，開(kāi)裂處鉆芯樣2個(gè)，并同時(shí)對(duì)嚴(yán)重凹陷的挖孔進(jìn)行了觀察。31對(duì)芯樣和挖孔觀測(cè)（1）網(wǎng)裂和凹陷的部位鉆取的芯樣，表面層和中面層層間粘接良好，中面層與底面層易分開(kāi)；底面層AC25混合料水損害嚴(yán)重，中面層與底面層之間幾

5、乎已沒(méi)有瀝青；半剛性基層表層的1cm2cm有軟化現(xiàn)象；（2）凹陷嚴(yán)重部位挖開(kāi)觀察，33cm分二次攤鋪的半剛性基層，上層16cm已完全松散，下層17cm完好。這是面層開(kāi)裂后地表水滲入半剛性基層表面并在行車沖擊作用下引起的；（3）緊急停車道和路面完好部位鉆孔表明半剛性基層板結(jié)良好。32芯樣實(shí)測(cè)孔隙率及抽提篩分試驗(yàn)（1）表面層混合料在緊急停車道上鉆孔試件孔隙率明顯比行車道上大；（2）中面層混合料空隙率對(duì)比表明，緊急停車道和行車道混合料差異不太顯著，但有明顯追密趨勢(shì)；（3）抽提篩分試驗(yàn)表明，混合料級(jí)配均未發(fā)現(xiàn)任何異常，而其中一組油石比較低，是由于面層開(kāi)裂，地表水滲透、沖刷及車載沖擊作用，使部分集料表面

6、的瀝青被水剝落，唧泥時(shí)帶走，使得下面層AC25混合料油石比偏底。在停車道和完好路面鉆芯樣試驗(yàn)，證實(shí)油石比正常，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。從上述取芯試驗(yàn)調(diào)查分析，各面層混合料配合比設(shè)計(jì)、施工配合比控制及現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)情況基本正常，可以排除因施工質(zhì)量造成路面損壞的疑問(wèn)。4標(biāo)準(zhǔn)軸載計(jì)算及分析41交通量調(diào)查和分析根據(jù)收費(fèi)車輛流量分析。2000年4月和5月二個(gè)月通過(guò)該路段日平均交通量一類車（載重2500kg以下）4875輛次；二類車（載重2500kg7000kg）5940輛次；三類車（載重7000kg15000kg）1248輛次；四類車（載重15000kg20000kg）615輛次。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)超載車輛調(diào)查，超載的主要是二

7、類車，且二類車以東風(fēng)牌超載居多，核定載重5000kg，一般都載重10000kg至15000kg，甚至18000kg。夜間超載比率高，上行線占重載車80，下行線占重載車10。本文分析時(shí)，設(shè)定三類車按黃河JN150標(biāo)準(zhǔn)載重?fù)Q算，四類車按日野ZM440標(biāo)準(zhǔn)載重?fù)Q算，二類車按東風(fēng)EQ140換算，按上行線60重載，40空載，其中重載車30按標(biāo)準(zhǔn)載荷，40載荷10000kg，20載荷13000kg，10載荷15000kg，一般情況下80行駛在行車道，20行駛在超車道；下行線空載60，重載40，超載10按載重10000kg計(jì)算。42軸載當(dāng)量作用次數(shù)換算按現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的各級(jí)軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的

8、公式，將各類車輛軸載換算為標(biāo)準(zhǔn)軸載當(dāng)量作用次數(shù)。作為探討，對(duì)大于130kN軸載仍按規(guī)范推薦的公式進(jìn)行換算。經(jīng)換算各類車型的換算系數(shù)作用軸次和當(dāng)量作用次數(shù)如表1。按以上方法計(jì)算，上行線行車道BZZ100標(biāo)準(zhǔn)日平均當(dāng)量軸次3931次，是原設(shè)計(jì)日平均當(dāng)量軸次1300?2650次?日的605倍；下行線行車道BZZ100標(biāo)準(zhǔn)日當(dāng)量軸次1941次，是原設(shè)計(jì)日平均當(dāng)量軸次的299倍。如交通量年增長(zhǎng)率98，則上行線設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)當(dāng)量軸次為3551萬(wàn)次，下行線設(shè)計(jì)年限內(nèi)累計(jì)當(dāng)量軸次為1753萬(wàn)次，分別為原設(shè)計(jì)行車道累計(jì)當(dāng)量軸次742的479倍和236倍。由此可見(jiàn)，原OD調(diào)查對(duì)轉(zhuǎn)移交通量和車輛超載因素考慮不足，路

9、面出現(xiàn)早期破壞則在所難免。5路面設(shè)計(jì)容許彎沉值剪切應(yīng)力分析51路面設(shè)計(jì)彎沉值原設(shè)計(jì)容許彎沉值0359mm；現(xiàn)考慮車輛超載因素之后，上行線行車道設(shè)計(jì)容許彎沉值0177mm，這與原設(shè)計(jì)相差甚大。1999年1月（通車13個(gè)月）委托交通部公路工程檢測(cè)中心對(duì)廈門(mén)段k236320k248170（1185km）進(jìn)行了路面工程質(zhì)量的檢測(cè)評(píng)價(jià)。彎沉：測(cè)試?yán)锍虨殡p向4車道共474km，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)13500，滿足彎沉值0359mm的占971，代表彎沉平均值02mm。1999年11月30日對(duì)已使用二年的路面進(jìn)行第二次彎沉測(cè)定。上行線行車道共測(cè)定1176個(gè)點(diǎn)，彎沉值小于或等于0177mm的有818個(gè)點(diǎn)，占696，平均代表

10、彎沉值0278mm；超車道測(cè)定242個(gè)點(diǎn)，彎沉值小于或等于0177mm的有216個(gè)點(diǎn)，占893。兩次彎沉測(cè)定表明：超載車行駛較少的超車道和下行線行車道的實(shí)測(cè)彎沉值均較小，整體強(qiáng)度高；上行線的行車道彎沉值明顯大于超車道，也就是行車道的路面結(jié)構(gòu)在過(guò)量超載車輛的作用下，整體強(qiáng)度下降，不能滿足考慮超載因素之后的容許彎沉值，應(yīng)采取措施恢復(fù)其整體強(qiáng)度。52剪切應(yīng)力分析長(zhǎng)沙交研所參照彎拉強(qiáng)度驗(yàn)算方法，對(duì)剪切強(qiáng)度進(jìn)行了驗(yàn)算，從計(jì)算結(jié)果分析表明：在超載車的作用下產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力是容許彎拉強(qiáng)度R的2倍3倍，瞬時(shí)最大剪應(yīng)力接近各層瀝青混合料臨界開(kāi)裂彎拉強(qiáng)度值。雙輪靜態(tài)時(shí)，當(dāng)量圓四周均會(huì)出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力，車輛行進(jìn)時(shí)

11、，雙輪邊緣以外某一縱向區(qū)域內(nèi)形成高剪切應(yīng)力的疲勞作用，因此產(chǎn)生縱向裂縫。關(guān)于網(wǎng)狀裂縫，由于輪載作用時(shí)并不完全帶有方向性，很大程度上都是隨機(jī)的，高剪應(yīng)力區(qū)為雙輪作用區(qū)域，并非作用線，因此網(wǎng)裂自然形成。地表水的滲漏，造成中、下面層深度疲勞作用加速破壞，必然引起凹陷、唧泥的結(jié)果。所以，廈漳高速公路由于過(guò)量超載車輛產(chǎn)生的剪應(yīng)力，是造成瀝青路面縱橫向裂縫、凹陷的主要原因。6路面病害處理方案61修補(bǔ)方法路面損壞的特征主要是裂縫和凹陷這二種類型。維修應(yīng)根據(jù)類型采取不同的方法。對(duì)有裂縫而沒(méi)有凹陷的地段，用針筒灌注乳化瀝青2遍3遍，特別是氣溫高的情況下盡量多灌一些，防止雨水浸入軟化水泥穩(wěn)定碎石基層，加速面層疲勞

12、破壞。對(duì)凹陷的地段修補(bǔ)，用切割機(jī)切開(kāi)瀝青面層，為防止修復(fù)后雨水沿著切割縫隙下浸，表面層切割范圍應(yīng)寬于中面層5cm10cm，以便鋪設(shè)防水卷材。用風(fēng)鎬整齊挖去凹陷的瀝青面層和已損壞的基層。用C25干硬性水泥混凝土現(xiàn)場(chǎng)拌制填補(bǔ)基層，用垂直振動(dòng)夯錘夯實(shí)，待2h后，灑上一層乳化瀝青作為粘層油，先鋪瀝青下面層和中面層夯實(shí)，在中面層表面新舊瀝青的接縫處鋪設(shè)防水卷材再鋪上面層混合料，壓實(shí)后開(kāi)放交通。這種處理方法的效果較好，通車后未發(fā)現(xiàn)修補(bǔ)坑槽的二次損壞。缺點(diǎn)是施工較麻煩。62路面補(bǔ)強(qiáng)方案對(duì)上行線行車道彎沉不足且損壞較嚴(yán)重的路段，銑刨8cm，分二層采用7PE改性的AC16型混合料鋪筑至原路面標(biāo)高；對(duì)上行線行車道

13、其他路段，均銑刨4cm，用改性的AC16型混合料鋪筑至原路面標(biāo)高。全路段用4cm7PE改性AK13A型加上3cm5SBS改性SMA10型混合料進(jìn)行全幅罩面；對(duì)下行線除出現(xiàn)裂縫或網(wǎng)裂的地段進(jìn)行特殊修補(bǔ)處理外，不作銑刨處理，用4cm5SBS改性SMA10型混合料進(jìn)行全幅罩面；在全幅罩面之前，對(duì)銑刨的邊緣均用20cm25cm寬的防水卷材粘貼在瀝青層接縫上。7防止超載車輛損壞高速公路路面的措施71路政管理由于高速公路路面維修困難、費(fèi)用高、影響行車安全等特性，過(guò)量超載造成路面迅速損壞，僅收點(diǎn)通行費(fèi)得不償失?？紤]到高速公路收費(fèi)還貸問(wèn)題，以免交通量驟減影響收費(fèi)，對(duì)數(shù)量最大的二類車來(lái)說(shuō)，在管理的 措施上，采取入口嚴(yán)格稽查的辦法，不允許載貨量超過(guò)交通部2000年2號(hào)令第三