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。

关论文网键字: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,使用一年后部分路段发现路

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

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

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

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;

三类车(载重7000kg～15000kg)1248辆次;四类车(载重15000kg～20000kg)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

载,其中重载车30％按标准载荷,40％载荷10000kg,20％载荷13000k

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

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－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。

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

［1］李德月．超重车运输中桥梁承载能力的评估,华东公路,2001．2

［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