2023年超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策新编.docx

超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策 ：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 厦漳高速公路于1997年12月建成通车，使用一年后局部路段发现路 面出现开裂现象，为此，1999年5月至2022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－20230型日平均当量轴次为1300次。日，交通量增长率 为9.8％，使用年限15年，一个车道累计当量轴次为742万轴次，设计 容许弯沉值lr＝0.359mm。路面设计以交通部jtj014—86公路柔性路 面设计标准的有关规定为依据。 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5 ％水泥稳定碎石基层，1cm沥青表处下封层，6cmac－25Ⅱ下面层，4cm ac－16Ⅰ中面层，4cm多碎石sac－16抗滑外表。2路况调查结果 厦门至漳州（称下行线）通车一年半来，路况根本保持完好，裂缝很少 。而漳州至厦门（称上行线）局部路段出现横向裂缝、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。 从路况调查说明：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2023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，外表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 与底面层之间几乎已没有沥青；半刚性基层表层的1cm～2cm有软化现象； （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 外表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说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）外表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比照说明，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）抽提筛分试验说明，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 局部集料外表的沥青被水剥落，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 及现场压实情况根本正常，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。2022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； 三类车（载重7000kg～15000kg）1248辆次；四类车（载重15000kg～20220kg）615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2023000kg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2023％。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 载，其中重载车30％按标准载荷，40％载荷2023000kg，20％载荷13000k g，2023％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2023％按载重 2023000kg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标准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轴载仍按标准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－20230标准日平均当量轴次393 1次，是原设计日平均当量轴次1300。2＝650次。日的6.05倍；下行线 行车道bzz－20230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％，那么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缺乏，路面出现早期破坏那么在所难免。 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。 1999年1月（通车13个月）委托交通部公路工程检测中心对厦门段k236 ＋320～k248＋170（11.85km）进行了路面工程质量的检测评价。 弯沉：测试里程为双向4车道共47.4km，数据个数13500，满足弯沉值 0.359mm的占97.1％，代表弯沉平均值＝0.2mm。 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 或等于0.177mm的有216个点，占89.3％。 两次弯沉测定说明：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 果分析说明：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，外表层切割范围应宽于中面层5cm～2023cm，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 中面层外表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缺乏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sma2023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sma2023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、影响行车平安等特性，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方法，不允许载货量超过