永久性路面与结构材料性能[张起森]
公路维修工程“白加黑”技术与工程应用
公路维修工程“白加黑”技术与工程应用摘要我国早期修建的公路以水泥混凝土路面为主，随着时代发展，大部分路面已经达到设计年限，无法满足人民群众日益增长的出行需求。
旧水泥路面加铺沥青面层（即“白加黑”）是现阶段水泥路面维修改造的主流工艺。
本文以省道十永线蔡甸城关至永安段大修改造工程为依托，对公路维修工程“白加黑”技术进行研究和应用分析。
主要研究内容如下：设计十永西公路维修工程“白加黑”方案，最终确定以碎石化为主，部分原路况较好且不适合碎石化的路段采用设置应力吸收夹层的加铺方案。
同时，研究了反射裂缝的防治问题，论证了依托工程采用的防治反射裂缝措施的合理性。
关键词：公路维修；沥青罩面；反射裂缝一、工程基本情况省道十永线蔡甸城关至永安段（桩号：K19+590～K35+830，简称十永西）起于蔡甸区蔡甸大街，止于汉宜高速下穿通道，全长约16.24km。
原为二级公路，设计时速60km/h，路幅宽度18m，双向四车道水泥混凝土路面。
项目路段是1995年由老汉沙公路改扩建成的，已达到设计年限。
本文依托该工程，研究探讨了沥青罩面设计以及实际效果检测问题。
二、加铺方案设计（一）设计原则根据十永西原水泥路面路况的检测评价结果和《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011），结合十永西交通量、自然条件，以及当地施工技术、养护水平，提出合理的维修方案，设计原则如下：1、必须考虑反射裂缝对加铺罩面的影响；2、加铺方案应该根分地段、分片区合理制定，同时参考武汉市近年来成功经验，确保方案安全可靠、经济合理；3、设计时合理考虑推广新技术、新工艺。
（二）罩面层方案比选本项目设计方案主要根据原路面的破损状况合理选用。
方案一：设应力吸收夹层。
即水泥路面病害处治后加铺沥青层，这种方法适用于原路面破损不严重路段。
设应力吸收夹层主要是防止反射裂缝的产生。
方案二：碎石化方案。
即旧水泥面板全部打碎后作为路面底基层，再加铺基层和面层。
根据武汉市类似地区使用经验，两种加铺方案设计对比情况见表 2.1。
长寿命路面介绍解析
车道划分
许尉高速路路基宽28米，采用封闭 中央分隔带、通讯管道外移、设增强式 防撞护拦、放缓通道处矮路堤坡率、设 停车港湾等措施，实现 “四车道改六车 道”方案。
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增加了道路通行能力 延长了结构使用寿命 减少了养护费用 为实现小板块划分提供了条件
28
一般情况
高速公路行车道宽度3.5m～3.75m 水泥混凝土路面板板宽大于3m 平面尺寸多为4.5m×6m，4m×5m
表面功能层寿命8年以上 主要承重层寿命40年以上 各层强度控制指标由相应规范验算
10
长寿命路面结构模型
路面结构：柔+刚+柔
沥青混凝土＋水泥混凝土面层＋沥青
联结层，简称A· P· A
11
路面结构
应力吸收层2cm 改性沥青砼面层 4cm 厚 度 53.5cm
防水联接层1.5cm
水泥砼面层
28cm
二灰碎石基层18cm 石灰土或固化剂处理路床 20cm
冲击压实处理路床（影响深度80cm ）
12
路基设计
冲击压实技术处理路基
采用冲压处理路基，对路基重复冲碾 13遍，提前完成约4cm的路基沉降，形成稳 定、均匀连续的高速公路上路床。
13
固化剂处理路床 用冲击压实技术对路基进行冲压后，路基 表面容易形成薄层覆土，而成软弱层。 路基顶面20cm土层，采用土壤固化剂稳 定路基土。
23
小结
许尉高速公路长寿命路面对整个路基 路面系统（路基、基层、面层）采用了 延长使用寿命措施。
24
满足以下设计要求：
40年以上的使用寿命； 不会出现混凝土板疲劳开裂或来自于 路面结构深层的变形
沥青路面设计的新方法——长寿命沥青路面 精品
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ路面
文/佐久利
长寿命沥青路面的概念及 特性
长寿命沥青路面(perpetual asphalt pavement)是国际沥青路面界提出的新 技术。国外20世纪60年代以来修建了 大量全厚式路面和深层高强沥青路面； 其中设计、施工良好的路面表现了很好 的性能，提供了良好的长期服务性能。 全厚式路面是指沥青路面层直接建筑在 处治的或未处治的土基上， 深层高强 沥青路面则直接铺筑在粒料基层上。这 类路面的特点是路面的总厚度小于传统 上采用的沥青面层较薄的路面结构的厚 度，基本上消除了传统上普遍存在的疲 劳损坏， 路面的损坏只发生在路面的 上部。以此为基础， 提出了长寿命的 概念。长寿命路面并不是一直不损坏， 而是指路面的损坏仅发生在路面的上
长寿命路面试验路结构设计
路面典型结构组合
为了对长寿命路面进行研究，2003 年，同济大学在广东云浮修建了试验路 段，其中典型结构组合情况见表 1。
各层材料
磨耗层采用改性沥青、SMA—13 级配，掺加3‰的木质素纤维。中间层 厚度设计成抗车辙的高模量沥青混合 料，采用 SAC20－I级配，级配曲线取 偏粗的下限，沥青用量取偏少的下限， 掺加 1%橡胶粉改性。下层的厚度为15 cm，设计成抗疲劳的沥青混合料，采 用AC25－I型级配 ，级配曲线取偏细的 上限，沥青用量取偏多的上限。
长寿命路面的设计特点有以下几 点: ①沥青面层厚度大；②服务周期长 (超过50 年)；③维修方便且费用低。
在设计思路上，必须按功能合理 设计结构层，其基本前提为：HMA 路 面足够厚，以消除自下而上的路面结构 破坏；路面必须有合适的厚度和刚度以 抵抗变形功能；具有足够厚度和良好性 能以抵抗自基层底的疲劳开裂; 上面层 设计主要考虑抗车辙能力和抗磨耗能 力; 中间层设计主要考虑抗车辙能力;基 层设计主要考虑抗疲劳能力。
JTG D50-2017(公路沥青路面设计规范 )PPT幻灯片课件
某层类型
无机结合料稳定类基层、水 泥混合凝上基层和底基层为 无机结合料稳定类的沥青混
合料基层
沥青混合料层容许永久变形量
高速、一级公路
二级、三级公路
15
20
其他基层
10
15
14
3.路基顶面竖向压应变应小于附录B4的容许值； 4.按照附录B5计算的沥青面层低温开裂指数不大于表3.0.6-2；
表3.0.6-2 低温开裂指数要求
沥青表面处治
中等、轻交通荷载等级的表面层 17
4.5.4 不同粒径的沥青厚度符合表4.5.4的规定
连续级配沥青混合料和沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)的结 构层小厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.5倍； 开级配沥青混合料厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.0倍。
表4.5.4 不同粒径沥青混合料的最小层厚（mm）
三级公路 80 0.84
四级公路 70 0.52
表3.0.2 路面结构设计使用年限（年）
公路等级
设计使用年限
公路等级
设计使用年限
高速公路
15
三级公路
10
二级公路
12
四级公路
8
3.0.3 设计轴重100kN，单轴，双轮组（与老规范同），技术参数 表3.0.3设计轴承的参数
设计轴载(kN) 轮胎接地压强（MPa） 单轮接地当量圆直径（mm） 两轮中心距（mm）
2.1.16 路基平衡湿度 公路通车后，路基湿度在地下水、大气降雨与蒸发 等因素作用下达到平衡状态，湿度相对稳定，此时 的路基湿度定义为路基平衡湿度。
2.1.17 裂缝指数 表征横向裂缝密集程度的指标，反映沥青层低温开 裂程度。（DTT直接拉伸试验）
5
二、符号说明（15个符号）
高等路面结构设计原理
高等路面结构设计原理课程名称:《高等路面结构设计原理》课程名称:(英文)Principle for Design of Pavement Structures 课程编号:B08230101课程组长:凌天清教授课程性质:专业课学分:3总学时数:54适用专业:道路与铁道工程课程教材:凌天清《高等路面结构设计原理》重庆交通大学(自编)2008年参考书目:1(AASHTO,AASHTO Guide for design of Pavement structures, AASHTO 20022(Asphalt Institute, Asphalt •Thickness •Design Manual(Ms-1), 9th Edition. Maryland,•Asphalt Institute 19813(Shell International petroleum Company •Limited, Shell Pavement Design Manual, London19784(J.C Nicholls, Asphalt Surfacings (A Guide to Surfacings and Treatments Used for the SurfaceCourse of Road Pavements), Transport Research Laboratory 1998 5,内田一郎(日)《新编道路铺装の设计法》森北出版株式会社19786(邓学钧、黄晓明《路面设计原理与方法》人民交通出版社2001.107(黄卫《高等沥青路面设计理论与方法》科学出版社20058(黄卫《高等水泥混凝土路面设计理论与方法》科学出版社20059(张起森《高等路面结构设计理论与方法》人民交通出版社2005.1110(姚祖康《公路设计手册《路面》(第2版)》人民交通出版社200211(朱照宏、许志鸿《柔性路面设计理论与方法》•同济大学出版社198512(林锈贤《柔性路面结构设计方法》人民交通出版社198813(邓学均、陈荣生《刚性路面设计》人民交通出版社199214(《公路沥青路面设计规范》人民交通出版社199715(《公路水泥混凝土路面设计规范》人民交通出版社2004教学方式:本课程以课堂讲授为主，辅以课堂讨论等方式教学。
长寿命路面详细介绍
10
长寿命路面结构模型
路面结构：柔+刚+柔
沥青混凝土＋水泥混凝土面层＋沥青 联结层，简称A· P· A
11
路面结构
应力吸收层2cm 改性沥青砼面层 4cm 厚 度
53.5cm
防水联接层1.5cm 水泥砼面层 28cm
二灰碎石基层18cm 石灰土或固化剂处理路床 20cm
冲击压实处理路床（影响深度80cm ）
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满足以下设计要求：
40年以上的使用寿命； 不会出现混凝土板疲劳开裂或来自于 路面结构深层的变形 使用期内路面只是表层功能恢复，不 出现结构性破坏
显著的经济性能
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§2
板块划分与车道布置
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车道划分
许尉高速路路基宽28米，采用封闭 中央分隔带、通讯管道外移、设增强式
防撞护拦、放缓通道处矮路堤坡率、设
大货
路缘带
7.5
0.5
3.0
0.75
10.8
0.7
停 车 岛
双向四车道布置图
双向六车道布置图
64
四车道AC和PCC路面费用对比分析
（分析期30年）
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三种路面结构费用
700 650 600 550 500 450 400 350 300 250 200 150 646.2
40
606.5
初期投资（万元）
路面的损坏只发生在表面功能层
只进行日常养护，不需进行结构性大修
初期费用可能偏高，但维修费用低
在寿命周期内最经济
8
长寿命路面寿命示意图
初 期 服 务 水 平 主要承重层 设 计 寿 命
使用期末 服务水平 表面功能层 表面功能层维修 路面结构损坏
长寿命路面介绍
收缩应力（ ）
① ②
③
④
①
⑤
② ③ ④ ⑤
面层板长度（ ）
40
板越长，最大干燥收缩应力越大。 基层对面层板的约束作用越大，板长 对最大收缩应力的影响越明显 。
41
许尉高速公路在基层上设置了1.5cm的 防水联接层，能大幅度减小基层对混凝土板 的约束，很大程度上降低了混凝土板的干燥 收缩应力。
42
路
28cm
水泥混凝土面板
面
总
厚
度
35cm
二灰碎石
20cm
二 灰土
土
基
61
许尉A·P·A长寿命路面
改性沥青砼面层 4cm
厚 度
水泥砼面层 28cm
应力吸收层2cm 防水联接层1.5cm
53.5cm
二灰碎石基 层18cm 灰土或固化剂处理路床 20cm
冲击压实处理路床（影响深度80cm）
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许尉高速公路路基宽度为28m，为四 车道高速公路标准宽度，经课题研究实施 了“四改六”方案。由此分别将许尉高速 公路与其它结构四、六车道高速公路进行 经济对比分析。
13
固化剂处理路床 用冲击压实技术对路基进行冲压后，路基 表面容易形成薄层覆土，而成软弱层。 路基顶面20cm土层，采用土壤固化剂稳 定路基土。
14
基层设计
基层掺加硫酸钠 在二灰稳定碎石基层中掺加硫酸钠早 强剂，提高二灰碎石的早期强度，减少裂缝， 降低施工难度，保证基层质量。
15
基层顶部设置防水联结层 水泥混凝土板底部设置1.5cm防水连接层。 该防水连接层具有良好的隔水作用, 可起到 保护基层的作用，有效地防止了水泥混凝土 路面常见的各种病害。
2.014
公路沥青路面设计规范JTG D60-2017宣贯材料
张起森 教授 长沙理工大学
目录
一、术语 二、符号 三、设计标准 四、结构组合设计 五、材料性质要求和设计参数 六、路面结构验算 七、改建设计 八、桥面铺装设计
一、术语解释（2.1.11~2.1.17）
2.1.11 结构的设计期（设计基准期） 在预计的累计当量轴次和环境条件作用下，路面 不发生结构性破坏的时间长度。与工程结构可靠 度设计中的“设计基准期”同
<-37.0 1.冬严寒区
-37.0~-21.5 2.冬寒区
-21.5~-9.0 3.冬冷区
>-9.0
验
方
4.冬温区 法
1-1 2-1 1-2 2-2 3-2 1-3 2-3 1-4 2-4
普通沥青混合料，
不小于
2600
2300
改性沥青混合料，
不小于
结构验算时，无机结合料的弹性模量应乘以结构层 模量调整系数0.5。
5.5 沥青混合料类材料
5.5.1~5.5.4 为一般规定
5.5.5 季节性冰冻地区高速公路和一级公路表面层沥青低温性能 应满足下列指标要求： 1.连续10年最低气温平均值作为路面低温设计温度，低温 设计温度提高10℃的试验条件下，弯曲梁流变（BBR） 试验蠕变劲度St≤300MPa，蠕变曲线斜率m ≤0.3
5.3 粒料类材料
粒料类在最佳含水率与压实要求的干密度条件下， 试验水平1按附录D采用重复加载三轴压缩试验测定， 取其均值。在进行结构验算时，比值还应乘以湿度调 整系数1.6~2.0。
在水平三，可取表5.3.8的值 表5.3.8 粒料回弹模量取值范围（MPa）
材料类型和层次
级配碎石基层 级配碎石底基层 级配砾石基层 级配砾石底基层 未筛分碎石层
长沙理工大学博士学位申请综合情况表(道路与铁道工程李雪连)
经学术论文进行仔细审阅，五位同行专家给出了论文总体评价、具体评审意见和评阅结论。评阅意见综合如下：
正交异性钢桥面铺装技术一直是困扰道路工程界与学术界的难题之一，至今尚未得到妥善解决。不但耗费了巨额建设资金和养护费用，而且因造成了不良的社会影响。论文紧密联系我国钢桥面铺装建设工程实际，在大量工程实践的基础上，开展“正交异性钢桥面复合铺装结构研究”，选题得当，具有十分重要的理论意义与实用价值。
长沙理工大学博士学位申请综合情况表
申请人姓名
李雪连
性别
女
籍贯
福建德化
出生
1978年12月07日
入学
2005年09月
学科
道路与铁道工程
研究方向
路面工程
指导教师
周志刚、张起森
何时在何大学何专业
本科毕业
2001年07月毕业于长沙交通学院交通工程专业
何时获何校何专业
硕士学位
（如为提前或直接攻攻博者请注明）
2005年06月获长沙理工大学道路与铁道工程专业硕士学位
[3]黄河二桥桥面铺装层间稳定性试验研究[J].中外公路，2006，26（4）：185-187.李雪莲，张起森，查旭东.——与学位论文6章相关
[4]一种评价沥青混合料的疲劳断裂和破坏特性的简单试验方法[J].中外公路，2007，27（2）：116-119.张起森，李雪莲，周志刚. ——与学位论文4章相关
博士学位论文题目
正交异性钢桥面复合铺装结构研究
论文工作起止时间
2006年01月——8年05月
何时何地因何原因受过处分或奖励
1、2006年获湖南省优秀硕士论文
2、2007年获兰亭高科特等奖学金
(JTGD50-2017)最新公路沥青路面设计规范
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ü 3.路基顶面竖向压应变应小于附录B4的容许值； ✓ 4.按照附录B5计算的沥青面层低温开裂指数不大于表3.0.6-2；
表3.0.6-2 低温开裂指数要求
3.0.7 对于高速公路、一级公路等提出抗滑技术指标 横向力系数SFC60，测试标准车60km/h； TD—铺砂法构造深度（mm），与旧规范一样
开级配沥青混合料厚度不宜小于集料公称最大粒径的2.0倍。 表4.5.4 不同粒径沥青混合料的最小层厚（mm）
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4.6 功能层：粘层、封层、透层、隔离层、防水（排水） 层、防裂层、取消了老规范中的垫层！ 编制中表面，表4-1，列出了沥青路面主要损坏类型。 表4-1 沥青路面主要损坏类型
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五、材料性质要求和设计参数
3.0.2 路面结构设计使用年限 表3.0.2 路面结构设计使用年限（年）
四级公路 70 0.52
3.0.3 设计轴重100kN，单轴，双轮组（与老规范同），技术参数 表3.0.3 设计轴载的参数
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3.0.4 设计交通荷载等级 表3.0.4 设计交通荷载等级
△累计轴重为大型客车和货车交通量（2类~11类车） △增加了“极重”等级，≥50×106辆，分为 五级（老规范四级）
2.1.13 轴载谱 各种车辆不同轴重的分布概率图。正态分布， 对数正态分布。
2.1.14 当量轴次 分别按不同的破坏指标（五个指标），按当量 损坏原则（mimer假定）将不同轴载的作用次数 换算为设计轴载（100kN）的当量作用次数。
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2.1.15 累计当量轴次 概念与老规范同，但这里指客车和货车的交通量 （指2类~11类车型）。不考虑轻型车的作用。
用贯入法测定。
(JTGD50-2017)最新公路沥青路面设计规范
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5.5 沥青混合料类材料 5.5.1~5.5.4 为一般规定 5.5.5 季节性冰冻地区高速公路和一级公路表面层沥青低温性能
应满足下列指标要求： 1.连续10年最低气温平均值作为路面低温设计温度，低温 设计温度提高10℃的试验条件下，弯曲梁流变（BBR） 试验蠕变劲度St≤300MPa，蠕变曲线斜率m ≤0.3
3.0.2 路面结构设计使用年限
表3.0.2 路面结构设计使用年限（年）
四级公路 70 0.52
3.0.3 设计轴重100kN，单轴，双轮组（与老规范同），技术参数 表3.0.3 设计轴载的参数
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3.0.4 设计交通荷载等级 表3.0.4 设计交通荷载等级
△累计轴重为大型客车和货车交通量（2类~11类车） △增加了“极重”等级，≥50×106辆，分为 五级（老规范四级）
Rgl
0.3l5g Ne51.16
1.38
g Ra1.6l2g Tdlg g2.76
沥青混合料贯入强度表示沥青混合料抗剪切变形的能力， 旨在控制路面车辙。交通部“沥青路面荷载标准”项目， 研究了贯入强度和沥青混合料永久变形的关系模型。
.
5.5.10 沥青混合料水稳定性技术要求：浸水马歇尔试验残留稳 定度，冻融劈裂试验残留稳定度。 表5.5.10 沥青混合料水稳定性技术要求
6.1.2 路面结构组合方案拟定后，应按附录B方法进行路面结构 验算，再结合工程经验和经济分析确定。
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6.2 设计指标 6.2.1 多指标（五个）设计，放弃了多年用的表面弯沉指标。 表6.2.1列出来不同结合组合路面的设计指标
表6.2.1 不同结构组合路面的设计指标
公路旧路加宽施工技术的几点研究
ｏｉ） Ｃ ｆ ） ｈｉ ＝ ， ， ｝ Ｊ ｌ２ …ｐ ｍ ｓ Ｎｌ ｊ ｂ （ ｌ２ ｎ ＝ ， ， ） ｉ 式中： ——计算点处路基顶面总的塑性 累积 ６ ｐ 变形 ｔ ｆ —第ｊ ｊ — 个轴载作用位置，ｊ ｆ 代表轴载在 该位 置出现的概率， 共有Ｐ 个作用位置； ５ 一一第ｊ Ｊ ｐ 个作用位置处的轴载在计算点 处产生的塑性 累积变形 ｉ ～ 第ｉ 个计 算予层， ｈＩ 代表该子 层的厚 度， 代表该子层土的静态抗压强度， ｏｓ ｉ 共分ｎ 个
不一致 ， 在新 老路基之间产生相对过大 的差异 地基总沉 降量。 沉降 ， 成为道路产生裂缝的主要原因。 另外， 在 四， 旧路加宽的路基土压缩变形分析 旧路边坡 上进行拓宽 填筑 ， 新填 的土方和 运营 路 基土在其 自 重和路面结构 等静荷载作用 后的汽 车荷载也会引起老路 基的附加沉 降， 进 下 的变形主要表现 为土体的压缩 变形， 可通过 选取适宜的 而引起 老路基变形， 甚至可能 现路基拉裂、 下 室 内试验 测定土的相应变形 指标 ， 沉过ｉ 等病 害ａ 盔 Ｊ 力学 模型 采用 有限 元法 分析路 基 土的应 力状 新老路基产生不均匀沉降的主要原因有： 态， 从而得到路 基与地基的总变形量 、 不均匀变 不均 匀变形范 围以 及变形与时 间的变化 （ 软弱地基的工后沉降 ， １ ） 导致 新老路 基之 形量、 间的沉降差异。 新拓宽路 基工后沉降较大， 而老 关系等控制指标。 路基的工后沉 降已接 近完成 ． 这样就 产生一 个 在路基土压缩 变形的有限 元法 分析中， 将 沉 降差 值 ； 新 填筑的路 基土视为弹 塑性 材料 ， 采用邓肯 非 （） ２新加 宽路基土的压缩变形和塑性 累积变 线性模型。 而将 旧路路 基视 为弹性材料， 将土工 形比老路基大 织物视为线弹性材料， 按平面应变问题 求解。 其 中， 路基和地基采用平面四边形等参单元 、 土工 （） ３新老路基结合部位处理不当； （） 的 作用 。 ４水 织物采用 接触面单元 ， 路面结 杠 层采用弹性梁 ］ ＝、 路基综合处治设计 的目的与要求 单元进行模 拟， 定土工织物 与土 体的界面间 假 进行路基综合处 治设计之前， 须作原 有 无相对位移。 必 旧路的调查和 详细和地 质勘 探工作， 收集有关 五 ， 基±在行车荷 载作用下塑性 累积变 路 旧路 基设计、 施工和现状 的资料。 后， 然 在分析 形的探 索分析 旧路基固结沉降 的情 况， 以及 拓宽新基对 旧路 路基土作为一种非线性 弹一 塑性变形体， 在 基影响的基础 上， 找出引起新 旧路基 差异沉降 行车 荷载 作用下除产生弹性 变形外， 会产生 还 的因素， 确定相应的路基综 合处治措施。 部分不可恢 复的塑性变 形。塑性 变形会随 着行 根 据现有旧路状 况和沿线地 质条件， 路基 车荷载 作用而逐渐累积 ， 在行车 道中央轮 迹带 范围内的路 基±所承受的 荷载较 大， 荷载 作用 综 合处冶设汁应达到以下目 的： （ 通 过地基处治， １ ） 减少新拓宽路 基的工后 次数也较 多， 因此产生的塑性 累积 变形也 较其 沉降量， 控制新老路 基的沉降差； 它位置要大， 从而导致路 基的不均匀变形。 （ 通过新老路 基结合部 位的处理， ２ ） 加强新 路 基土 塑性 累积变 形可 采用如 下的 计算 老路基的结合强度， 减轻 新老路基因材质、 工 方 法 ： 施 ①沿 深 度 方向将 路 基土 划 分 为若 干个 质量及路面结构层的差异等所引起的病 害； 子 层， 用 三变 量 塑性 应变 方 程 分 别计算 各 运 （ 完善排水防渗 系统 ， ３ ） 阻止雨水渗入新 旧 个子层的塑性 应变 ， ②根据 路基土 某一子层塑 路基结合面。 性应 变 的大 小和 厚度得 出该 层的 塑性变 形 ； 三、 旧路加宽的地基沉降与路 基稳定性分 ③采 用分层 总和 法将 不 同深度 处 各子层的 塑 析 性 变形 累加 得到路 基 土顶 面某 一点 处的塑性
(JTGD50-2017)最新公路沥青路面设计规范 PPT
粒料类在最佳含水率与压实要求的干密度条件下， 试验水平1按附录D采用重复加载三轴压缩试验测定， 取其均值。在进行结构验算时，比值还应乘以湿度调 整系数1.6~2.0。
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在水平三，可取表5.3.8的值 表5.3.8 粒料回弹模量取值范围（MPa）
《公路沥青路面设计规范》 （JTGD50-2017）
张起森 教授 长沙理工大学
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目录
一、术语 二、符号 三、设计标准 四、结构组合设计 五、材料性质要求和设计参数 六、路面结构验算 七、改建设计 八、桥面铺装设计
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一、术语解释（2.1.11~2.1.17）
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2.1.11 结构的设计期（设计基准期） 在预计的累计当量轴次和环境条件作用下，路面 不发生结构性破坏的时间长度。与工程结构可靠 度设计中的“设计基准期”同
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5.4.5 对无机结合料稳定类材料弯拉强度和弹性模量按三个水 平作出了规定。
高速公路 95 1.65
一级公路 90 1.28
二级公路 85 1.04
三级公路 80 0.84
3.0.2 路面结构设计使用年限
表3.0.2 路面结构设计使用年限（年）
四级公路 70 0.52
3.0.3 设计轴重100kN，单轴，双轮组（与老规范同），技术参数 表3.0.3 设计轴载的参数
12
3.0.4 设计交通荷载等级 表3.0.4 设计交通荷载等级
用贯入法测定。
— 目标可靠度指标，反映结构可靠性的大小。
S
— 标准差，又称均方差. S
1
N
N i1
长寿命路面介绍PPT课件
机场跑道
景观道路
对于机场跑道等特殊场地，长寿命路面能 够提供高强度、耐磨损的表面，确保飞机 起降安全。
长寿命路面在景观道路中也有应用，能够 提升道路的美观度和维护性。
国内外发展现状
国外发展
长寿命路面技术在国外已经得到了广 泛应用和成熟发展，许多国家在道路 建设中广泛应用长寿命路面技术，并 制定了相应的规范和标准。
国内发展
我国长寿命路面技术起步较晚，但近 年来发展迅速，一些地区已经开始推 广和应用长寿命路面技术，并取得了 一定的成果和经验。
发展趋势与前景
技术创新
随着科技的不断进步，长寿命路面技术将 不断创新和完善，提高路面的性能和使用
寿命。
智能化养护
通过智能化技术的应用，实现对长寿命路 面的实时监测和养护管理，提高道路的使
长寿命路面的特点
A
高耐久性
长寿命路面采用优质材料和先进的结构设计， 能够承受长时间的使用和环境侵蚀，保持较长 的使用寿命。
抗磨损性
长寿命路面具有较好的抗磨损性能，能够 抵抗车辆的摩擦和磨损，减少路面的损坏 和磨损。
B
C
抗老化性
长寿命路面采用耐老化的材料和结构设计， 能够抵抗自然环境和时间的侵蚀，保持较长 的使用寿命。
应用。
智能化养护与管理
结合物联网、大数据和人工智能 等技术，实现长寿命路面的智能 化养护和管理，提高道路运营效
率和维护水平。
绿色发展
在未来的发展中，长寿命路面应 更加注重环保和可持续发展，采 用低碳、环保的材料和技术，降
低对环境的影响。阶段结束后 进行质量检测，确保施 工质量符合标准。
后期维护与管理
定期对长寿命路面进行 维护和保养，延长路面 的使用寿命。
混凝土路面长期使用性能的评价与改进
混凝土路面长期使用性能的评价与改进一、引言混凝土路面是现代公路建设中最常见的路面类型之一。
由于其良好的耐久性、稳定性和承载能力，混凝土路面广泛应用于高速公路、城市道路和机场跑道等场所。
然而，长期使用后，混凝土路面会受到多种因素的影响，如车辆荷载、温度变化、水分渗透等，导致其性能下降，甚至出现裂缝、剥落等病害。
因此，对混凝土路面长期使用性能的评价与改进具有重要意义。
二、混凝土路面长期使用性能的评价1. 路面平整度评价路面平整度是衡量路面行驶舒适性和安全性的重要指标。
常用的路面平整度评价方法包括直线度评价、横向坡度评价和纵向坡度评价。
其中，直线度评价指标包括纵向均方根偏差（IRI）、均方根偏差（RMS）和平均落差（MD）。
横向坡度评价指标包括横向均方根偏差（ITI）和横向均方根偏差（RMT）。
纵向坡度评价指标包括坡度标准差（PSD）和坡度偏差（PDI）。
2. 路面强度评价路面强度是衡量路面承载能力的重要指标。
常用的路面强度评价方法包括动态荷载试验、静载试验和非破坏性检测。
其中，动态荷载试验是一种全面的路面强度评价方法，可以测量路面的动态弹性模量、剪切模量和泊松比等参数。
静载试验主要用于路面厚度的检测和计算，可以通过测量荷载下的路面变形来计算路面的弹性模量和压缩模量。
非破坏性检测主要包括声波检测、雷达检测和电磁波检测等方法，可以在不破坏路面的情况下测量路面的强度和厚度等参数。
3. 路面病害评价路面病害是指路面上出现的各种损伤和缺陷，如裂缝、鼓包、龟裂等。
常用的路面病害评价方法包括视觉检测、钻孔取芯和红外线热像法。
其中，视觉检测是最常用的路面病害评价方法，可以通过观察路面表面的裂缝、鼓包等病害来判断路面的状况。
钻孔取芯可以获取路面的结构和组成材料，从而判断路面的强度和稳定性。
红外线热像法可以检测路面表面的温度分布，从而判断路面的病害类型和程度。
三、混凝土路面长期使用性能的改进1. 优化混凝土配合比混凝土路面的性能与混凝土配合比密切相关。
超期服役重载交通路面结构性能分析
超期服役重载交通路面结构性能分析随着多年的运营，早期建成的干线高速公路已逐渐接近或超过沥青路面设计使用年限15年。
由于干线高速公路在路网中的重要作用，往往承载的交通量很大，在多年的交通荷载和自然条件的共同作用下，路面结构性能将发生较大衰减，分析其结构性能对高速公路路面维修、改扩建加铺等具有重要的意义。
以1999～2000年建成的京哈高速公路沈阳至山海关段(以下简称沈山高速)为例分析超期服役重载交通路面结构性能的变化。
沈山高速公路为双向六车道高速公路，全长360km，路面结构总厚73cm，至今已运营超过19年。
1 交通量与轴载1.1 交通量沈山高速路面设计年限内设计车道当量轴载累计作用次数为1755万次。
作为东北地区的主要入关大通道，自通车以来，交通量呈现出“前期快速增长、后期高位运行”的态势，图1统计了沈山高速历年日平均交通量折算结果和货车比例，根据轴载换算公式，仅2012、2013年两年设计车道轴载作用次数就达到1957万次，超出原设计累计轴载次数。
丁珰正要越窗而出，忽然想起一事，回身将侍剑身上衣衫扯得稀烂，裤子也扯将下来，裸了下身，将她尸身放在石破天的床上，拉过锦被盖上。
次日长乐帮帮众发觉，定当她是力拒强暴，被石破天一怒击毙。
3）以草原景观、蒙古族文化为主的民俗风情依托型。
如伊金霍洛旗的巴音昌呼格草原、杭锦旗的希日摩仁嘎查、乌审旗的巴音淖尔草原、鄂托克前旗的佳日湾婚礼文化城等。
这是鄂尔多斯市最具特色、最有优势的乡村旅游类型。
优化执行结束后，不仅可以得到设计变量的最优值，还可以通过Graph得到各个设计变量参数对加速度a的影响，以及各个设计变量参数对于最大伸缩位移、最大垂直位移的影响趋势，即图中绿色的曲线。
以图7为例，得到是最大水平位移量分别随5个设计变量变化的影响趋势。
这些数据可以为设计位于不同工位、具有不同任务要求的机械手提供一些具有参考价值的设计依据。
根据疲劳破坏原理，路面结构疲劳破坏主要由货车轴载作用引起，从图1中可以看出沈山高速货车占比大，2015年以前货车比例保持在60%以上。
永久性沥青路面概念及结构组成解析PPT课件
1.控制指标
半刚性基层路面结构设计时采用以路表弯沉、结构层 底拉应力为控制指标。
永久性路面将面层底面在荷载重复作用下的拉应变以 及路基顶面的压应力或压应变作为设计指标
2.2 稳定性
• 稳定性可以从粗骨料间的骨架结构及采用合适的高等级沥 青来获得, 这对面层上部150mm区域是至关重要的。因为此 区域是承受车轮荷载作用的高应力区,极易产生剪切损坏。 长寿命路面沥青结构等级确定
2.3 抗车辙性能 • 永久性沥青路面应力分析可知，剪切应力峰值主要集中
在中间层，中间层最有可能出现剪切破坏, 因此要求有 较好的抗车辙性能。材料设计时可采用改性沥青，混合 料采用骨架嵌锁结构。
缺点：沥青用量较半刚性基层路面增加，初期仁建设费用较 高，以我国目前的经济实力很难大面积推广
3.破坏模式
我国半刚性基层沥青路面的主要破坏形式包括反射裂 缝、水损害、车辙等.
永久性沥青路面的主要破坏形式是车辙和top-down裂 缝,路面破坏是从上到下、由外到内发展延伸的，是一 个由功能性破坏逐步发展到结构性破坏的过程，这种 破坏形式为道路维护维修提供了便利.
4.综合分析
半刚性基层路面
应
高沥青含量
变
低沥青含量
无限疲劳寿命
疲劳寿命
（2）增加路面厚度
为路面结构设计一个适当的厚度,让底部的拉应变低于积 累破坏可能发生的程度。
压应变
拉应变
应变
无限 疲劳寿命
疲劳寿命
压应变 拉应变
应变
无限 疲劳寿命
疲劳寿命
永久路面与半刚性基层路面比较
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设计理念
} 40~75mm 高质量SMA、 OGFC 或 Superpave
100 ~
高压力区
150
mm
100~180mm高模量 抗车辙材料
(根据需要定)
最大拉应变
柔性抗疲劳材料 75~100mm
路面基础
设计理念
➢ 自下而上进行设计和施工 ➢ 基础（高强、稳定和坚固 ）
➢稳定 ➢将使用期间的季节性变化和体积变化降低到
• 交通参数(轴载谱) 车轴类型 轴载分布 轴载数 增长率
车轴类型
轴载数
增长率
轴载分布
轴载谱输入窗口
三、表面开裂
表面开裂
过去一般认为沥青路面的开裂是从下到上 的开裂，但近几年欧洲和美国加利福尼亚、 伊利诺伊德克萨斯、肯塔基、弗罗里达等州 调查发现轮迹带出现自上而下纵向裂缝。弗 罗里达大学等对此展开了大量理论和现场调 查研究，并取得了一定成果
要应避免以下现象发生
HMA 基层 路基
重复弯曲
重复 变形
导致疲劳开裂
导致 车辙
永久性路面优点
沥青路面寿命可达50年 路面平整，噪音低，摩擦系数高 成本效益高 路面的养护维修仅限于面层 沥青面层可再循环 减少疲劳开裂和车辙损坏 最大限度地减少自然资源的使用 采用力学方法进行路面设计，综合考虑疲劳开
3、产生原因： 高轮胎压力和超载，→较高的水平张拉应力和剪应力；
温差应力 (出现较高的温度应力临界状态时间较短， 如冬天一般是晚上出现) ； 车轮运动引起表面反复拉压而疲劳； 刚性轮碾压导致的表面施工裂缝； 老化（沥青层变硬变脆）； 离析（骨料离析，温度离析）；
4、Top down的微结构与微观力学机理
路基
永久性路面设计控制点
设计软件PerRoad 3.0
• 设计软件 软件名称：PerRoad 3.0 软件开发： David Timm, NCAT ，Auburn大学
• 设计软件下载 URL地址： 点击Perpetual Pavement
• 设计软件安装 连击 PerRoad
设计软件应用
• 建立新文件 点击File中Save SAVE AS 窗口出现，键入文件名
7、工程应对方法：
增加沥青膜厚度； 采用温度敏感性低的沥青； 采用纤维； 采用智能型材料； 采用薄水泥混凝土面层（复合式路面）
表面开裂 轴载
TRL
开裂 (从表面开始)
新泽西 I-287 表面开裂
裂、车辙和温度开裂
总费用
经济性能
传统路面
经济差
永久性路面
使用时间
二、永久性路面设计方法
永久性路面设计过程
• 设计原理 力学方法
• 设计过程
类似于其它结构设计方法
选择控点 验算控制标准
拉应变标准 压应变标准
(由下至上设计)
输入材料性能参数 路面分析模型 路面应力和应变 路面变换方程
路面使用寿命
力学设计法
材料性能 (模量值)
尽量不让沥青层底拉 应变>65με或路基顶 压应变> 200με
路面模型 路面反应 (应变, 应力等)
转移函数
设计 完成
路面寿命 是否满足?
1992年 Monismith 提出力学 设计法的
流程图
力学性能标准
ESAL作用下
弯曲拉应变极值 < 65me
(Monismith, Von Quintus, Nunn, Thompson等人研究发现)
厚 HMA (> 200mm）
基层(as required) 路基
垂直压应变极值 < 200me (Monismith, Nunn等人研究发现)
力学指标
• 疲劳开裂
控制点位置：面层底面
控制标准：拉应变<65µ e
面层
厚度要求：>200mm
基层
• 永久性变形 控制点位置： 路基顶面 控制标准：压应变 <200µ e
最小 ➢ 下面层加强抗疲劳性能 ➢ 上面层加强抗车辙性能
永久性沥青路面在使用过程中，为保持 其良好的性能和使用寿命，必须定期检 测，当自下而上的疲劳开裂、温度开裂、 车辙等病害达到预定深度时(即达到磨耗 层深度)，就必须采取罩面等措施。对于 永久性沥青路面而言，这点非常关键， 它保证了将病害限制在表层 ，且尽可能 减小未来罩面的附加厚度 （重铺厚度必 须尽可能采用原厚度 ）
建立新文件
键入文件名
设计软件应用
• 输入设计参数 路面结构材料和季节参数 交通参数
结构和季节参数
交通参数
选择设计参数输入窗口
设计软件应用
• 路面结构材料和季节参数 材料性能和变异性 模量温度调整 性能标准和转换公式：
Nf
k1
1
e
k2
变异性输入窗口
使用性能选择窗口
模量温度调整窗口
设计软件应用
Top down cracking （自上而下的开裂）
1、特征：纵向，横向都有；在轮迹上和轮迹外面 发生；沥青层较厚时（6in~8in或更厚）；易与 传统的疲劳裂缝混淆
2、观测到的开裂出现时间： 法国：路面摊铺后3~5年内； 英国：沥青层厚＞180mm，10年内； 荷兰：沥青层厚＞160mm，常有发生； 日本：不同路面厚度，1~5年内； 美国：华盛顿州，层厚＞160mm，3~8年内； 佛罗里达州，5~10年内。
主要内容
一、永久性路面设计理念 二、永久性路面设计方法 三、表面开裂 四、永久性路面的材料要求 五、目前各地永久性路面状况 六、总结
一、永久性路面设计理念
定义
perpetual pavement ：指只需定期更换路面 表层（把破坏限制在路面上层），而不需进行 结构性修复或重建，且使用寿命大于50年的沥 青路面。
压缩和剪切加载后表面强拉应力是导致Top down开 裂的机理。见图
力学机理示意图
最大张力位置示意图
计算结果示图如下：
5、试验观测（图像分析技术）
试验观测-APA与图像分析示意图 观测到的表面裂缝示意图
6、试验观测与分析绪论： ①不一定从表面开始，也可能从表面下一定距 离的位置起裂； ②拉伸型和剪切型裂缝导致； ③可能发生在具有较软的沥青或路面温度较高 的位置； ④裂缝开始和扩展与材料结构有关； ⑤还可能与车辙和疲劳有关。
• full-depth asphalt pavement （全厚式路面） • deep strength asphalt pavement （高强度路面） • long-life asphalt pavement（长寿命路面）
设计理念
上面层：抗车辙能力和抗磨耗能力 中间层：抗车辙能力 基层：抗疲劳能力 路基：高强、稳定和坚固