超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策--道路工程--工程技术--论文--路桥网

　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
　　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
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