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超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策

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翻新时间:2022-11-03

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

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