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。以廈漳高速公路廈門路段為例，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
廈漳高速公路于1997年12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，1999年5月至2000年4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
。以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5t車裝運13t～18t），使瀝青路面所承受的剪
應(yīng)力過大而破壞。
1廈漳高速公路路面設(shè)計情況
廈漳高速公路路面設(shè)計交通量，依據(jù)1993年od調(diào)查結(jié)果推算，竣工第一
年的標(biāo)準(zhǔn)軸載bzz－100型日均勻當(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)計以交通部jtj014―86《公路柔性路
面設(shè)計規(guī)范》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，4cm
ac－16ⅰ中面層，4cm多碎石sac－16抗滑表面。2路況調(diào)查結(jié)果
廈門至漳州（稱下行線）通車一年半來，路況基本保持完好，裂縫很少
。而漳州至廈門（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
般沒有伸進超車道；縱向裂縫主要集中在行車道，以及超車道右側(cè)四周
；網(wǎng)狀裂縫主要集中在行車道及超車道右劃線四周區(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，雨水浸進
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
廈門高速公路有限公司委托長沙交通學(xué)院交通設(shè)計研究所（以下稱長沙
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。
長沙交研所對上行線網(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－25－ⅱ混合料水損害嚴(yán)重，中面層
與底面層之間幾乎已沒有瀝青；半剛性基層表層的1cm～2cm有軟化現(xiàn)象；
（2）凹陷嚴(yán)重部位挖開觀察，33cm分二次攤展的半剛性基層，上層16
cm已完全疏松，下層17cm完好。這是面層開裂后地表水滲透半剛性基層
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
不太明顯，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，地表水滲透、沖洗及車載沖擊作用，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－25－ⅱ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，
未發(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。2000年4月和5月二個月通過該路段日均勻交通
量一類車（載重2500kg以下）4875輛次；二類車（載重2500kg～7000kg）5940輛次；
三類車（載重7000kg～15000kg）1248輛次；四類車（載重15000kg～20000kg）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
居多，核定載重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zm44
0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13000k
g，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％按載重10000kg計算。
4．2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》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)日均勻當(dāng)量軸次393
1次，是原設(shè)計日均勻當(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)計日均勻當(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。
1999年1月（通車13個月）委托交通部公路工程檢測中心對廈門段k236
＋320～k248＋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)13500，滿足彎沉值0．359mm的占97．1％，代表彎沉均勻值＝0．2mm。
1999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，彎沉值小于或即是0．177mm的有818個點，占
69．6％，均勻代表彎沉值0．278mm；超車道測定242個點，彎沉值小于
或即是0．177mm的有216個點，占89．3％。
兩次彎沉測定表明：①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；②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)其整體強度。
5．2剪切應(yīng)力分析
長沙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δr
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
輪邊沿以外某一縱向區(qū)域內(nèi)形成高剪切應(yīng)力的疲憊作用，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、下面層深度疲憊作用加速破壞，必然
引起凹陷、唧泥的結(jié)果。
所以，廈漳高速公路由于過量超載車輛產(chǎn)生的剪應(yīng)力，是造成瀝青路面
縱橫向裂縫、凹陷的主要原因。
6路面病害處理方案
6．1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，防止雨水浸進軟化水泥穩(wěn)定碎
石基層，加速面層疲憊破壞。
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5cm～10cm，以便展設(shè)防水
卷材。用風(fēng)鎬整潔挖往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，先展瀝青下面層和中面層夯實，在
中面層表面新舊瀝青的接縫處展設(shè)防水卷材再展上面層混合料，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
①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－16ⅰ型混合料展筑至原路面標(biāo)高；對上行線行車道
其他路段，均銑刨4cm，用改性的ac－16ⅰ型混合料展筑至原路面標(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；
②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；
③在全幅罩面之前，對銑刨的邊沿均用20cm～25cm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路政治理
由于高速公路路面維修困難、用度高、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
題目，以免交通量驟減影響收費，對數(shù)目最大的二類車來說，在治理的
措施上，采取進口嚴(yán)格稽查的辦法，不答應(yīng)載貨量超過交通部2000年2
號令第三條第五款規(guī)定的車輛進進高速公路，是防止路面過早破壞的最
有效措施。
7．2設(shè)計留有余地
①分析交通量時，充分考慮轉(zhuǎn)移交通量和超載的因素，應(yīng)把超載車輛的
荷載都換算成當(dāng)量軸次，據(jù)此算出容許彎沉值，設(shè)計時應(yīng)留有余地；
②瀝青中面層、上面層應(yīng)采用抗車轍、抗浸水性能較好的改性瀝青、s
ma混合料路面。
參考文獻
［1］李德月．超重車運輸中橋梁承載能力的評估，華東公路，2001．2
［2］中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范，北京：人民交通出版社

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