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      1. 超載車輛對高速公路瀝青路面破壞原因的分析及對策

        時間:2024-07-28 16:32:45 理工畢業論文 我要投稿
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        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查、鉆芯取樣試驗、實際交通量分析、路面各層彎
        拉應力、剪應力驗算,并提出修補方案以及防止損壞的措施。
        關鍵詞: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現路
        面出現開裂現象,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
        應力過大而破壞。
        1廈漳高速公路路面設計情況
        廈漳高速公路路面設計交通量,依據1993年od調查結果推算,竣工第一
        年的標準軸載bzz-100型日均勻當量軸次為1300次?日,交通量增長率
        為9.8%,使用年限15年,一個車道累計當量軸次為742萬軸次,設計
        容許彎沉值lr=0.359mm。路面設計以交通部jtj014―86《公路柔性路
        面設計規范》的有關規定為依據。
        瀝青路面結構從下到上為:20cm厚水泥石灰綜合穩定土基層,33cm厚5
        %水泥穩定碎石基層,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路況調查結果
        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)部分路段出現橫向裂縫、網狀裂縫、局部
        出現車轍和凹陷、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,以及超車道右側四周
        ;網狀裂縫主要集中在行車道及超車道右劃線四周區域,呈現細小分布
        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,經荷載反復作用,雨水浸進
        造成。
        從路況調查表明: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鉆芯取樣試驗結果
        廈門高速公路有限公司委托長沙交通學院交通設計研究所(以下稱長沙
        交研所)對出現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,并同時對嚴重凹陷的挖孔進行
        了觀察。
        3.1對芯樣和挖孔觀測
        (1)網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有軟化現象;
        (2)凹陷嚴重部位挖開觀察,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,混合料級配均未發現任何異常,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,
        未發現明顯異常。
        從上述取芯試驗調查分析,各面層混合料配合比設計、施工配合比控制
        及現場壓實情況基本正常,可以排除因施工質量造成路面損壞的疑問。
        4標準軸載計算及分析
        4.1交通量調查和分析
        根據收費車輛流量分析。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。
        經現場對超載車輛調查,超載的主要是二類車,且二類車以東風牌超載
        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,設定三類車按黃河jn-150標準載重換算,四類車按日野zm44
        0標準載重換算,二類車按東風eq140換算,按上行線60%重載,40%空
        載,其中重載車30%按標準載荷,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軸載當量作用次數換算
        按現行《公路瀝青路面設計規范》推薦的各級軸載換算成標準軸載的公
        式,將各類車輛軸載換算為標準軸載當量作用次數。作為探討,對大于
        130kn軸載仍按規范推薦的公式進行換算。
        經換算各類車型的換算系數作用軸次和當量作用次數如表1。
        按以上方法計算,上行線行車道bzz-100標準日均勻當量軸次393
        1次,是原設計日均勻當量軸次1300?2=650次?日的6.05倍;下行線
        行車道bzz-100標準日當量軸次1941次,是原設計日均勻當量軸次的2
        .99倍。如交通量年增長率9.8%,則上行線設計年限內累計當量軸次
        為3551萬次,下行線設計年限內累計當量軸次為1753萬次,分別為原設
        計行車道累計當量軸次742的4.79倍和2.36倍。由此可見,原od調查
        對轉移交通量和車輛超載因素考慮不足,路面出現早期破壞則在所難免。
        5路面設計容許彎沉值剪切應力分析
        5.1路面設計彎沉值
        原設計容許彎沉值0.359mm;現考慮車輛超載因素之后,上行線行
        車道設計容許彎沉值0.177mm,這與原設計相差甚大。
        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)進行了路面工程質量的檢測評價。
        彎沉:測試里程為雙向4車道共47.4km,數據個數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構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,應采取措施恢復其整體強度。
        5.2剪切應力分析
        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
        果分析表明:在超載車的作用下產生的最大剪應力是容許彎拉強度δr
        的2倍~3倍,瞬時最大剪應力接近各層瀝青混合料臨界開裂彎拉強度值
        。雙輪靜態時,當量圓四周均會出現較大的剪切應力,車輛行進時,雙
        輪邊沿以外某一縱向區域內形成高剪切應力的疲憊作用,因此產生縱向
        裂縫。關于網狀裂縫,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,高剪應力區為雙輪作用區域,并非作用線,因此網裂自
        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、唧泥的結果。
        所以,廈漳高速公路由于過量超載車輛產生的剪應力,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。維修應根據類型采取不
        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,為防止修復后雨水沿著切
        割縫隙下浸,表面層切割范圍應寬于中面層5cm~10cm,以便展設防水
        卷材。用風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場拌制填補基層,用垂直振動實,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實,在
        中面層表面新舊瀝青的接縫處展設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,通車后未發現修補坑槽的二次損
        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重的路段,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高;對上行線行車道
        其他路段,均刨4cm,用改性的ac-16ⅰ型混合料展筑至原路面標高
        。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對下行線除出現裂縫或網裂的地段進行特殊修補處理外,不作刨處
        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,對數目最大的二類車來說,在治理的
        措施上,采取進口嚴格稽查的辦法,不答應載貨量超過交通部2000年2
        號令第三條第五款規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設計留有余地
        ①分析交通量時,充分考慮轉移交通量和超載的因素,應把超載車輛的
        荷載都換算成當量軸次,據此算出容許彎沉值,設計時應留有余地;
        ②瀝青中面層、上面層應采用抗車轍、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標準:公路瀝青路面設計規范,北京:人民交通出版社



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