超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策

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超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策

山东茂隆新材料科技有限公司 2020-11-18 1076


超载车辆对高速公路沥青路面破坏原因的分析及对策

 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,4cmAC-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16cm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ZM440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13000kg,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3931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

玻纤土工格栅是一种用于路面增强、老路补强,加固路基及软土基的优良土工合成材料。玻纤土工格栅高强无碱玻璃纤维通过国际先进的经编工艺制成网状基材,经表面涂覆处理而制成的半刚性制品。具有经、纬双向很高的抗拉强度和较低的延伸率,并具有耐高温、耐低寒、抗老化、耐腐蚀等优良性能,广泛应用于沥青路面、水泥路面及路基的增强和铁路路基、堤坝护坡、机场跑道、防沙治沙等工程项目。

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、SMA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


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