长寿命路面结构

复合式路面结构的特点
在复合式路面中，沥青混凝土＋ 水泥混凝土路面结构独树一帜，倍 受青睐。 这种路面“刚中有柔、以 刚为主”，综合了沥青混凝土路面 和水泥混凝土路面两者的优点。
课题组自主研发了一种刚柔相济的新型路面结构， 主要创新点如下：
❖ 1、首次提出了设计使用寿命50年以上的长寿命路面 典型结构组合（ACA）,并对其关键技术：路床、基层、 水泥砼面层、应力吸收层、沥青表层的技术要求和材 料组成等进行了深入系统地研究，且大规模付诸实施， 填补了国内外空白。
四、社会经济效益
1、直接经济效益 ❖ 在河南省绝大多数高速公路项目严重超概的
情况下，该成果在尉许高速公路64.3Km的 应用，直接节省概算投资4.13亿元，实现4 改6以后，比新建标准六车道高速公路直接节 省投资9.64亿元以上。
2、间接经济效益 ❖ 原设计采用设计寿命为15年的沥青路面结
构，在50年的使用期内需要三次对路面破 除重建和多次的维修、养护，而长寿命路 面结构在使用期内，仅需定期对表面功能 进行恢复。即使按沥青路面不产生早期破 坏计算，长寿命路面亦可节省再次投资 11.91亿元。
3、社会效益
❖ 研究成果避免了目前我国高速公路维修、 养护过于频繁而造成车辆通行的阻碍和行 车安全问题，对提高、改善政府和交通部 门的形象具有重要意义。
五、推广应用前景
❖ 国家规划至2020年干线高速公路网还需修 建4.2万Km（若5％采用，即可节约建设费 用约500亿元），推广用前景十分广阔。目 前河南省开封至新郑机场高速公路郑州段 和开封段、阿深高速公路光山段和新县段、 驻马店至泌阳高速公路、吉林省长农高速 公路等项目已决定采用该路面结构。
按初始年标准轴载日作用次数30000 次和交通量年平均增长率5％进行计算， 尉许高速公路：
20年：Ne=7.97×107次 35年： Ne=2.18×108次
（达到最大通行能力）
何时会达到累计荷载作用次数 5.4×108次开始疲劳破坏呢？
理论值≈60年
❖ 2、首次成功实施了四改六车道方案，提高 了通行能力（约36%）和投资效益。
☻造价降低
～
基
层
缺点
底
基
层
反射裂缝 水损害
推移
土
基
水泥路面结构的特点：
水泥砼路面具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定 性好、抗疲劳特性好、使用年限长、养护费用少、 施工取材方便等优点。
但是，水泥砼对设计强度不足、超载很敏感。由 于施工等方面的原因而达不到设计强度的要求，或 超载车辆比较严重，一旦出现上述情况，破坏就会 迅速发展，难以维护。并且破坏后修复困难，费用 也高。
中央带 路缘带 超车道
行车道
紧急 停车带
0.75
7.5
0.5 3.0
中央带
小车
0.75
行车道
大货 路缘带
10.8
0.7
停 车 岛
双向四车道布置图
双向六车道布置图
❖ 3、首次提出并实施了小板块水泥砼路面， 巧妙和创造性的板块划分技术，有效地 减少了车辆荷载应力，是抵抗重载、超 载交通和温度应力的有效方法。经计算, 板底荷载、温度综合应力减少34%。
长寿命路面结构研究的设想与过程
1993年～2003年10年来，所设想和主持 完成的和参与完成的与路面技术相关的科研 项目： 1.路面长期使用性能研究 2.沥青路面合理厚度研究 3.高速公路碾压砼与沥青砼复合式路面 修筑技术研究 4.桥面铺装材料与施工工艺研究 5.钢桥桥面铺装成套技术项目
6.落锤式弯沉仪应用研究 7.公路工程质量检验评定软件开发研究 8.河南省水泥砼路面发展对策及经济分析研究 9.高等级公路边坡综合防护技术研究 10.改性沥青贮存稳定性研究 11.高速公路车辙形成及防控措施研究 12.SMA应用技术研究 13.乳化沥青下封层技术研究 14.跨越构造物路面结构设计与施工技术研究
原设计路面寿命 长寿命路面设计寿命
15年 50年以上
尉许路寿命计算分析
4＋2cm 沥青混凝土面层 1400MPa 28cm 水泥混凝土面层 30000MPa 18cm 二灰碎石基层 1400MPa 20cm 固化土处理土基 100MPa
尉许路路面结构及各层设计参数
水泥混凝土弯拉强度为5.5MPa，对 路面结构进行计算：
二、创新点和发现点
❖ 课题组通过对影响路面寿命的各种因素，包括 荷载、气候、材料、工艺、管理等的系统研究， 发现目前国内普遍采用的高速公路路面结构形 式存在着先天性缺陷，如半刚性基层沥青路面 （AC）无法克服的反射裂缝问题，刚性砼路 面（PC）无法克服的传力杆自动植入和严重 噪音问题，以及目前我国路面设计理论和方法 与实际道路交通状况（超载现象严重）不相符 合的问题。
75
前 进 方 向
常规板块划分
单位：（cm）
400
400
375
375
375
50
300
纵缝 行车线
纵缝 行车线
路
紧
缘
急
停
车
带
带
3m×4m板块划分 单位：（cm）
300
300
300
300
50
行车线
前 进 方 向
350
纵缝 行车线
375
375
纵缝
行车线 纵缝
50
行车线
❖ 4、首次提出并实施了在水泥砼板下设置 1.5cm防水联接垫层，对降低板底综合 疲劳应力，防止水损害起到了关键作用。
❖ 省内其它高速公路已部分采用了该成果，广西、江 苏、河北、广东、福建、陕西等省市纷纷来尉许高 速公路参观学习，也在积极引进该成果。
❖ 同时，该成果的许多内容已被《河南省高速公路设 计技术要求》所采纳，作为河南省标准推广应用。
❖ 其中部分成果也被交通部颁布的《降低造价－公路 设计指南》所采用。
❖ 课题组正在申报该成果中的“ACA典型路面结构”、 “MDBI路面传力杆植入机”、“水泥砼路面板块 划分技术”、“水泥砼路面裸化专用设备”的国家 专利。
一、国内外现状
❖ 由于高速公路路面早期损坏，造成国家每年 需投入近百亿元用于维修和养护，资源浪费 之惊人、资金花费之巨大，已成为全社会的 切肤之痛。国家交通部为此将长寿命路面的 研究列为“十一五”攻关的十大课题之首。 目前世界上几个发达国家英、美、日、加等 国亦在研究设计寿命达40年以上的路面结构， 但都还没有取得突破性的进展。
同时由于水泥砼路面接缝、施工等方面的原因造 成的不平整度问题和接缝进水造成掏空、错台等病 害也比较常见。
沥青路面结构的特点
沥青砼路面具有行车舒适、易于修复、噪 声小等优点，目前在我国高等级公路上得到 广泛应用。
但沥青砼路面对水和温度的敏感性、使用 寿命等方面明显弱于水泥砼路面。由于沥青 材料本身的特性以及与各种集料的结合性能 不同，在水文、气候条件差的地区，很容易 造成沥青路面的早期破坏。
面
6～8cm 中粒式沥青混凝土
☻ 行车舒适性好、
总 厚 度
8～12cm 粗粒式沥青混泥土噪音Fra bibliotek ☻ 适应性强
32～40cm 基 层
☻ 养护维修方便
～
缺点:
16～20cm 底 基 层
耐水性差
温度稳定性差
土
基
平整度的保持性差
水泥路面典型结构
56 66cm
路 面
24～26cm 水泥混凝土面板
优点 ☻ 稳定性好
常用高速公路路面结构分析
高速公路的路面结构型式主要有沥 青混凝土路面、水泥混凝土路面与复 合式路面三种（结构型式见下页图）。 其中，半刚性基层沥青路面占90％以 上，水泥混凝土路面以及复合式路面 占剩余的大约10％。
沥青路面典型结构
66 85cm
路
4～6cm 细 粒 式 沥 青 混 凝 土
优点：
❖ 本课题是由多家国内著名大学、科研单位、 设计单位、施工单位、监理单位、设备制 造商、材料供应商联合参与研究并实施的 大型的、多学科的综合性科研项目。涵盖 了理论基础研究、新材料研究、大型施工 机具开发与施工工艺研究以及实际工程的 实施组织管理，是一个非常复杂的、理论 和工程应用紧密结合的课题。
刚度半径： r＝0.869m 荷载应力： σpsa＝1.200MPa 温度疲劳应力:σtra＝0.726MPa
根据厚度验算公式反推，长寿命路 面开始疲劳损坏时，标准轴载累计荷 载作用次数Ne应达到：5.4×108次。 原设计达到路面疲劳损坏的标准轴载 累计荷载作用次数Ne：1.3×107次。 长寿命路面可以承受的荷载作用次数 是原设计的41.5倍。
❖ 5、首次研制开发了多车道传力杆钢筋植入 机（MDBI）,使高性能水泥砼路面大规模 机械连续施工成为现实，提高功效五倍以 上。
❖ 6、首次在新建水泥砼路面上研究并大规模 采用应力吸收层，对减轻水泥砼板缩缝、 纵缝的反射和防止水损坏起到了重大作用。
❖ 7、通过大量试验研究， 首次将土壤固化剂引用到 高速公路路床处理和基层， 对大量节省资源、保护环 境、节约造价具有重要作 用。
总
☻ 强度高
厚 度
16～20cm 基
层
☻ 耐久性好 ☻ 有利于夜间行车
～
☻ 平整度的保持期长
16～20cm 底 基 层
土
基
缺点: 有接缝 修复困难 易脱空，产生断裂破坏
复合式路面结构图
57 69cm
路
沥青砼面层
优点
面
☻可承受重大交通作用
总 厚
水泥 砼面层
☻改善平整度 ☻有效利用旧水泥路面
度
☻改善公路环境
❖ 将于今年年底通车的阿深高速公路河南境全线 500多公里推广应用了本课题的“四改六”成果， 比标准六车道节约土地约6000亩。比原设计提 高通行能力约36％，适应通车年限延长10年以 上。
❖ 同时，随着近两年国内沥青价格的大幅度上涨 （已从原来的2450元/T上涨到3800元/T）， 且需求量缺口巨大，必然会进一步上涨，沥青路 面的造价将越来越高，该研究成果的优势则益发 突出。
❖ 8、首次研制并大规模采 用水泥砼板裸化技术，实 现了刚柔结合面的良好联 结。
❖ 9、首次研究并实施了通信管道从中央分隔带 移至路肩并封闭中央分隔带的相关技术，避免 了中央分隔带积水带来的路面水损环，方便了 通信管道后期维护和提高了维护人员安全性。
三、总体技术水平
❖ 由省科技厅组织了有世界道路学会路面性能 委员会主席和全国行业权威专家参加的该成 果鉴定，长寿命路面典型结构技术成果居于 国际领先水平。