超載車輛對高速公路瀝青路面破壞原因的分析及對策

1、超載車輛對高速公路瀝青路面破壞原因的分析及對策摘要：過量超載的車輛是造成高速公路瀝青路面開裂、凹陷、唧泥、使用壽命驟減的主要原因。以某高速公路某路段為例，對該路段瀝青路面進行路況調(diào)查、鉆芯取樣試驗、實際交通量分析、路面各層彎拉應(yīng)力、剪應(yīng)力驗算，并提出修補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；分析高速公路于201 年 月建成通車，使用一年后部分路段發(fā)現(xiàn)路面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，為此，201 年 月至 201 年 月對損壞的情況進行了全面的檢查、鉆芯取樣觀察、彎沉測定、理論分析計算和修補方法的探索。認(rèn)為造成路面局部開裂、凹陷、唧泥的原因主要來源于運輸煤炭、水泥的車輛過量超載（載重 5

2、t車裝運13t18t）,使瀝青路面所承受的剪應(yīng)力過大而破壞。1 高速公路路面設(shè)計情況高速公路路面設(shè)計交通量，依據(jù)201 年 OD 調(diào)查結(jié)果推算，竣工第一年的標(biāo)準(zhǔn)軸載BZZ 100型日平均當(dāng)量軸次為1300次 /日，交通量增長率為9 8，使用年限15 年，一個車道累計當(dāng)量軸次為742萬軸次，設(shè)計容許彎沉值 Lr = 0. 359mm。路面設(shè)計以交通運輸部公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTGD50 2006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，6cmAC 25II下面層，4cmAC 161中面層，4cm多碎石S

3、AC16抗滑表面。2 路況調(diào)查結(jié)果* 至 * （稱下行線）通車一年半來，路況基本保持完好，裂縫很少。而 * 至 * （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、路表開裂后的滲水引起的不可恢復(fù)的永久變形，而不是常見的高溫引起的車轍。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

4、車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 鉆芯取樣試驗結(jié)果高速公路有限公司委托交通學(xué)院交通設(shè)計研究所（以下稱交研所）對出現(xiàn)病害的路段進行鉆芯取樣觀察和芯樣試驗。交研所對上行線網(wǎng)裂和凹陷部位的鉆芯試樣10 個， 停車道和路面完好部位的鉆芯樣4 個， 開裂處鉆芯樣2 個， 并同時對嚴(yán)重凹陷的挖孔進行了觀察。3 1 對芯樣和挖孔觀測（ 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；底面層 AC 25II混合料水損害嚴(yán)重，中面

5、層與底面層之間幾乎已沒有瀝青； 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。3 2 芯樣實測孔隙率及抽提篩分試驗（ 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；（ 3）抽提篩分試驗表明，混合料級配均未發(fā)現(xiàn)任何異常，而其中一組油石比較低，是由于面層開裂，地表水滲

6、透、沖刷及車載沖擊作用，使部分集料表面的瀝青被水剝落，唧泥時帶走，使得下面層AC 25H混合料油石比偏底。在停車道和完好路面鉆芯樣試驗， 證實油石比正常，發(fā)現(xiàn)明顯異常。從上述取芯試驗調(diào)查分析，各面層混合料配合比設(shè)計、施工配合比控制及現(xiàn)場壓實情況基本正常，可以排除因施工質(zhì)量造成路面損壞的疑問。4 標(biāo)準(zhǔn)軸載計算及分析4 1 交通量調(diào)查和分析根據(jù)收費車輛流量分析。201 年 4 月和 5 月二個月通過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 15

7、000kg20000kg） 615輛次。經(jīng)現(xiàn)場對超載車輛調(diào)查，超載的主要是二類車，且二類車以東風(fēng)牌超載，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，設(shè)定三類車按黃河JN 150標(biāo)準(zhǔn)載重換算，四類車按日野ZM440標(biāo)準(zhǔn)載重換算，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

8、載重10000kg 計算。5 2 軸載當(dāng)量作用次數(shù)換算按現(xiàn)行公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范JTGD50 2006 推薦的各級軸載換算成標(biāo)準(zhǔn)軸載的公式，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，對大于130kN 軸載仍按規(guī)范推薦的公式進行換算。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。按以上方法計算，上行線行車道BZZ 100標(biāo)準(zhǔn)日平均當(dāng)量軸次3931次，是原設(shè)計日平均當(dāng)量軸次 1300/2 = 650次/日的6. 05倍；下行線行車道BZZ 100 標(biāo)準(zhǔn)日當(dāng)量軸次1941 次，是原設(shè)計日平均當(dāng)量軸次的2 99 倍。如交通量年增長率9 8，則上行線設(shè)計年限內(nèi)累計當(dāng)量軸次為3551 萬

9、次，下行線設(shè)計年限內(nèi)累計當(dāng)量軸次為1753 萬次， 分別為原設(shè)計行車道累計當(dāng)量軸次742 的 4 79 倍和2 36倍。由此可見，原OD 調(diào)查對轉(zhuǎn)移交通量和車輛超載因素考慮不足，路面出現(xiàn)早期破壞則在所難免。5 路面設(shè)計容許彎沉值剪切應(yīng)力分析5 1 路面設(shè)計彎沉值原設(shè)計容許彎沉值0. 359mm;現(xiàn)考慮車輛超載因素之后，上行線行車道設(shè)計容許彎沉值0. 177mm,這與原設(shè)計相差甚大。201 年 1 月(通車13 個月)委托交通運輸部公路工程檢測中心對*段k23+320k248+ 170 (11. 85km)進行了路面工程質(zhì)量的檢測評價。彎沉：測試?yán)锍虨殡p向4車道共47. 4km,數(shù)據(jù)個數(shù)1350

10、0, 滿足彎沉值0. 359mm的占97. 1%,代表彎沉平均值=0. 2mm。201 年 11 月 30 日對已使用二年的路面進行第二次彎沉測定。上行線行車道共測定1176個點，彎沉值小于或等于0 177mm 的有818個點，占69. 6%,平均代表彎沉值0. 278mm;超車道測定242個點，彎沉值小于或等于0 177mm 的有 216個點，占89 3。兩次彎沉測定表明：超載車行駛較少的超車道和下行線行車道的實測彎沉值均較小，整體強度高；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)在過量超載車輛的作用下，整體強度下降，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

11、體強度。6 2 剪切應(yīng)力分析交研所參照彎拉強度驗算方法，對剪切強度進行了驗算，從計算結(jié)果分析表明：在超載車的作用下產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力是容許彎拉強度S R的2倍3倍，瞬時最大剪應(yīng)力接近各層瀝青混合料臨界開裂彎拉強度值。雙輪靜態(tài)時，當(dāng)量圓四周均會出現(xiàn)較大的剪切應(yīng)力，車輛行進時，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，由于輪載作用時并不完全帶有方向性，很大程度上都是隨機的，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，高速公路由于過量超載車輛產(chǎn)生的剪應(yīng)力，是造成瀝青路

12、面縱橫向裂縫、凹陷的主要原因。6 路面病害處理方案7 1 修補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。對有裂縫而沒有凹陷的地段，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，加速面層疲勞破壞。對凹陷的地段修補，用切割機切開瀝青面層，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)場拌制填補基層，用垂直振動夯錘夯實，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，在中面層表

13、面新舊瀝青的接縫處鋪設(shè)防水卷材再鋪上面層混合料，壓實后開放交通。這種處理方法的效果較好，通車后未發(fā)現(xiàn)修補坑槽的二次損壞。缺點是施工較麻煩。6 2 路面補強方案對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7% PE改性的AC 16 I型混合料鋪筑至原路面標(biāo)高；對上行線行車道其他路段，均銃刨4cm,用改性的AC 161型混合料鋪筑至原路面標(biāo)高。全路段用4cm7% PE改性AK 13A型加上3cm5% SBS改性 SMA10 型混合料進行全幅罩面；對下行線除出現(xiàn)裂縫或網(wǎng)裂的地段進行特殊修補處理外，不作銑刨處理，用4cm5% SBS改性SMA10型混合料進行全幅罩面；在全幅罩面之前，對銃刨的邊緣均用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7 1 路政管理由于高速公路路面維修困難、費用高、影響行車安全等特性，過量超載造成路面迅速損壞，僅收點通行費得不償失?？紤]到高速公路收費還貸問題，以免交通量驟減影響收費，對數(shù)量最大的二類車來說，在管理的措施上，采取入口嚴(yán)格稽查的辦法，不允許載貨量超過交通運輸部 2016 年第