超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策

摘要：过量超载的车辆是造成高速公路沥青路面开裂、凹陷、唧泥

、使用寿命骤减的主要原因。以厦漳高速公路厦门路段为例，对该路段

沥青路面进行路况调查、钻芯取样试验、实际 交通 量 分析 、路面各层弯

拉应力、剪应力验算，并提出修补方案以及防止损坏的措施。

关键词：超载；高速公路；路面；损坏；分析面出现开裂现象，为此，1999年5月至2000年4月对损坏的情况进行了全

面的检查、钻芯取样观察、弯沉测定、 理论 分析 计算 和修补 方法 的探索

。认为造成路面局部开裂、凹陷、唧泥的原因主要来源于运输煤炭、水

泥的车辆过量超载（载重5t车装运13t～18t），使沥青路面所承受的剪

应力过大而破坏。

1 厦漳高速公路路面设计情况

厦漳高速公路路面设计交通量，依据1993年OD调查结果推算，竣工第一

年的标准轴载BZZ－100型日平均当量轴次为1300次?日，交通量增长率容许弯沉值Lr＝0．359mm。路面设计以交通部JTJ014—86《公路柔性路

面设计规范》的有关规定为依据。

沥青路面结构从下到上为：20cm厚水泥石灰综合稳定土基层，33cm厚5AC－16Ⅰ中面层，4cm多碎石SAC－16抗滑表面。2 路况调查结果

厦门至漳州（称下行线）通车一年半来，路况基本保持完好，裂缝很少

。而漳州至厦门（称上行线）部分路段出现横向裂缝、网状裂缝、局部

出现车辙和凹陷、唧泥。病害的主要特征：横向裂缝集中在行车道，一

般没有伸入超车道；纵向裂缝主要集中在行车道，以及超车道右侧附近

；网状裂缝主要集中在行车道及超车道右划线附近区域，呈现细小分布

较广；主车道局部路段有较明显车辙和凹陷。主车道这种车辙是由于行车荷载作

用、路表开裂后的渗水引起的不可恢复的永久变形，而不是常见的高温

引起的车辙。凹陷、唧泥是在车辙的位置，经荷载反复作用，雨水浸入

造成。

从路况调查表明：因上行线和下行线车辆载重的差异，行车一年半后的

路况不同，病害状况也不同。从而同一断面或同一地段下行线没有横向

、纵向裂缝，上行线有横向、纵向裂缝的情况分析，可以排除因路基不

均匀沉陷，半刚性基层裂缝往上反射的可能性。

3 钻芯取样试验结果

厦门高速公路有限公司委托长沙交通学院交通设计 研究 所（以下称长沙

交研所）对出现病害的路段进行钻芯取样观察和芯样试验。

长沙交研所对上行线网裂和凹陷部位的钻芯试样10个，停车道和路面完

好部位的钻芯样4个，开裂处钻芯样2个，并同时对严重凹陷的挖孔进行

了观察。

3．1 对芯样和挖孔观测

（1）网裂和凹陷的部位钻取的芯样，表面层和中面层层间粘接良好，

中面层与底面层易分开；底面层AC－25－Ⅱ混合料水损害严重，中面层

（2）凹陷严重部位挖开观察，33cm分二次摊铺的半刚性基层，上层16

cm已完全松散，下层17cm完好。这是面层开裂后地表水渗入半刚性基层

表面并在行车冲击作用下引起的；

（3）紧急停车道和路面完好部位钻孔表明半刚性基层板结良好。

3．2 芯样实测孔隙率及抽提筛分试验

（1）表面层混合料在紧急停车道上钻孔试件孔隙率明显比行车道上大；

（2）中面层混合料空隙率对比表明，紧急停车道和行车道混合料差异

不太显著，但有明显追密趋势；

（3）抽提筛分试验表明，混合料级配均未发现任何异常，而其中一组

油石比较低，是由于面层开裂，地表水渗透、冲刷及车载冲击作用，使

部分集料表面的沥青被水剥落，唧泥时带走，使得下面层AC－25－Ⅱ混

合料油石比偏底。在停车道和完好路面钻芯样试验，证实油石比正常，

未发现明显异常。

从上述取芯试验调查分析，各面层混合料配合比设计、施工配合比控制

及现场压实情况基本正常，可以排除因施工质量造成路面损坏的疑问。

4 标准轴载 计算 及 分析

4．1 交通 量调查和分析

根据收费车辆流量分析。2000年4月和5月二个月通过该路段日平均交通

量一类车（载重2500kg以下）4875辆次；二类车（载重2500kg～7000kg）5940辆次；经现场对超载车辆调查，超载的主要是二类车，且二类车以东风牌超载

居多，核定载重5000kg，一般都载重10000kg至15000kg，甚至18000kg

。夜间超载比率高，上行线占重载车80％，下行线占重载车10％。本文

分析时，设定三类车按黄河JN－150标准载重换算，四类车按日野ZM44

0标准载重换算，二类车按东风EQ140换算，按上行线60％重载，40％空g，10％载荷15000kg，一般情况下80％行驶在行车道，20％行驶在超车

道；下行线空载60％，重载40％，超载10％按载重10000kg计算。

4．2 轴载当量作用次数换算

按现行《公路沥青路面设计规范》推荐的各级轴载换算成标准轴载的公

式，将各类车辆轴载换算为标准轴载当量作用次数。作为探讨，对大于

130kN轴载仍按规范推荐的公式进行换算。

经换算各类车型的换算系数作用轴次和当量作用次数如表1。

按以上 方法 计算，上行线行车道BZZ－100标准日平均当量轴次393行车道BZZ－100标准日当量轴次1941次，是原设计日平均当量轴次的2

．99倍。如交通量年增长率9．8％，则上行线设计年限内累计当量轴次

为3551万次，下行线设计年限内累计当量轴次为1753万次，分别为原设

计行车道累计当量轴次742的4．79倍和2．36倍。由此可见，原OD调查

对转移交通量和车辆超载因素考虑不足，路面出现早期破坏则在所难免。

5 路面设计容许弯沉值 剪切应力分析

5．1 路面设计弯沉值

原设计容许弯沉值0．359mm；现考虑车辆超载因素之后，上行线行

车道设计容许弯沉值0．177mm，这与原设计相差甚大。＋320～k248＋170（11．85km）进行了路面工程质量的检测评价。 1999年11月30日对已使用二年的路面进行第二次弯沉测定。上行线

行车道共测定1176个点，弯沉值小于或等于0．177mm的有818个点，占

69．6％，平均代表弯沉值0．278mm；超车道测定242个点，弯沉值小于两次弯沉测定表明：①超载车行驶较少的超车道和下行线行车道的实测

弯沉值均较小，整体强度高；②上行线的行车道弯沉值明显大于超车道

，也就是行车道的路面结构在过量超载车辆的作用下，整体强度下降，

不能满足考虑超载因素之后的容许弯沉值，应采取措施恢复其整体强度。

5．2 剪切应力分析

长沙交研所参照弯拉强度验算方法，对剪切强度进行了验算，从计算结

果分析表明：在超载车的作用下产生的最大剪应力是容许弯拉强度δR

的2倍～3倍，瞬时最大剪应力接近各层沥青混合料临界开裂弯拉强度值

。双轮静态时，当量圆四周均会出现较大的剪切应力，车辆行进时，双

轮边缘以外某一纵向区域内形成高剪切应力的疲劳作用，因此产生纵向

裂缝。关于网状裂缝，由于轮载作用时并不完全带有方向性，很大程度

上都是随机的，高剪应力区为双轮作用区域，并非作用线，因此网裂自

然形成。地表水的渗漏，造成中、下面层深度疲劳作用加速破坏，必然

引起凹陷、唧泥的结果。

所以，厦漳高速公路由于过量超载车辆产生的剪应力，是造成沥青路面

纵横向裂缝、凹陷的主要原因。

6 路面病害处理方案

6．1 修补方法

路面损坏的特征主要是裂缝和凹陷这二种类型。维修应根据类型采取不

同的方法。对有裂缝而没有凹陷的地段，用针筒灌注乳化沥青2遍～3遍

，特别是气温高的情况下尽量多灌一些，防止雨水浸入软化水泥稳定碎

石基层，加速面层疲劳破坏。

对凹陷的地段修补，用切割机切开沥青面层，为防止修复后雨水沿着切

割缝隙下浸，表面层切割范围应宽于中面层5cm～10cm，以便铺设防水

卷材。用风镐整齐挖去凹陷的沥青面层和已损坏的基层。用

C25干硬性水泥混凝土现场拌制填补基层，用垂直振动夯锤夯实，待2h

后，洒上一层乳化沥青作为粘层油，先铺沥青下面层和中面层夯实，在

中面层表面新旧沥青的接缝处铺设防水卷材再铺上面层混合料，压实后

开放 交通 。这种处理 方法 的效果较好，通车后未发现修补坑槽的二次损

坏。缺点是施工较麻烦。

6．2 路面补强方案

①对上行线行车道弯沉不足且损坏较严重的路段，铣刨8cm，分二层采

用7％PE改性的AC－16Ⅰ型混合料铺筑至原路面标高；对上行线行车道

其他路段，均铣刨4cm，用改性的AC－16Ⅰ型混合料铺筑至原路面标高

。全路段用4cm7％PE改性AK－13A型加上3cm5％SBS改性SMA10型混合料

进行全幅罩面；

②对下行线除出现裂缝或网裂的地段进行特殊修补处理外，不作铣刨处

理，用4cm5％SBS改性SMA10型混合料进行全幅罩面；

③在全幅罩面之前，对铣刨的边缘均用20cm～25cm宽的防水卷材粘贴在

沥青层接缝上。

7 防止超载车辆损坏高速公路路面的措施

7．1 路政管理

由于高速公路路面维修困难、费用高、 影响 行车安全等特性，过量超载

造成路面迅速损坏，仅收点通行费得不偿失。考虑到高速公路收费还贷

问题 ，以免交通量骤减影响收费，对数量最大的二类车来说，在管理的

措施上，采取入口严格稽查的办法，不允许载货量超过交通部2000年2

号令第三条第五款规定的车辆进入高速公路，是防止路面过早破坏的最

有效措施。

7．2 设计留有余地

① 分析 交通量时，充分考虑转移交通量和超载的因素，应把超载车辆的

荷载都换算成当量轴次，据此算出容许弯沉值，设计时应留有余地；

②沥青中面层、上面层应采用抗车辙、抗浸水性能较好的改性沥青、S

MA混合料路面。

参考 文献 ［2］中华人民共和国行业标准：公路沥青路面设计规范，北京：人民交通出版社