沥青路面技术发展及其新技术

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沥青路面技术发展及其新技术
郝培文
施工单位项目技术负责人员培训课件
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我国路面发展历程
(1)20世纪60年代以前 砂石路面 砂石和粘土是最基本的材料,粘土作为结合料-路 面:晴天扬尘、雨天泥泞,不能全天候行Байду номын сангаас。
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(2)20世纪60~70年代
年平均降雨量 (mm) 交工检测指标值 横向力系数SFC60 构造深度TD(mm)
>1000
500~1000 250~500
≥54
≥50 ≥45
≥0.55
≥0.50 ≥0.45
注:横向力系数SFC60——用横向力系数测试车,在60km/h± 1km/h车速下测 得的横向力系数。
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渣油路面
随着大庆油田的开发,道路渣油这种不合格 的沥青材料登上了历史舞台。在这个阶段,渣油 表处加石灰土基层成了最主要的路面结构。
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(3)20世纪70年代
普通(低等级)路面
随着胜利油田923原油和孤岛原油的开发,使胜利炼油厂开始生 产符合一定规格的沥青。这种沥青蜡含量很高,质量很差。胜利沥青 铺筑到天安门广场四周道路上,获得优质产品银奖。与此同时,沥青 碎石结构、贯入式路面或上拌下贯式沥青路面得到了发展,基层的石 灰土已经考虑掺加了碎石,成为这个时期公路干线的主要形式。
■ 高速公路和一级公路的施工图设计阶段,无机结合料类材 料和沥青结合料类材料宜采用水平一,路基、粒料类可采用 水平一或水平三,其他设计阶段可采用水平二或水平三。二 级及二级以下等级公路可采用水平二或水平三。
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交通参数
路基土质及模 量
湿度、温度条件
其他影响因素
初拟路面结构组合的 厚度和材料
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(4)20世纪80后期
高速公路沥青路面
以京津塘高速公路建设为契机,我国 进入了高等级公路建设的新时期。交通部 制定了“重交通道路沥青标准”,开始大 量进口国外高质量沥青。石化部门也开始 研制生产重交通沥青。沥青混凝土路面成 为高等级公路路面主要结构形式,基层也 采用了水泥、石灰稳定碎石等形式。
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二、沥青路面设计方法变迁
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我国沥青路面结构设计方法发展历史回顾
路面设计规范(草案)(1958)-交通部公路总局 公路路面设计规范(1966)-交通部 公路柔性路面设计规范(1978)-交通部公路局 公路柔性路面设计规范(JTJ 014-86)-交通部
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我国现行路面设计理念

以多层弹性层状体系理论为基础 以设计年限内的换算当量轴载为交通量指标

按照路面损伤等效原理确定容许弯沉和破坏应力 利用疲劳破坏的模式设计结构层厚度
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力学性能标准
ESAL作用下
水泥路面典型结构
路 面 总 厚 度 56 66cm ~
24~26cm 水泥混凝土面板
16~20cm 基

优点 ☻ 稳定性好 ☻ 强度高 ☻ 耐久性好 ☻ 有利于夜间行车 ☻ 平整度的保持期长
缺点: 有接缝 修复困难 易脱空,产生断裂破坏
16~20cm 底 基 层


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• 车辙 • 波浪与 拥抱 • 沉陷
• 坑槽 • 松散 • 泛油
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早期车辙-剪切破坏
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水损坏
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新型翻浆-动水压力
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新型坑槽-动水压力
坑槽发展为坑洞
普通路基
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沥青层永久变形 沥青层永久变形mm不宜大于表2.5所列要求。
公路等级
高速、一级 二级公 三级、四级 公路 路 公路
容许永久变形, 不大于
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抗滑 高速公路、一级公路以及山岭重丘区的二级和三级公 路路面在交工验收时,其抗滑技术指标宜符合表2.6技 术要求。
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材料要求与设计参数
■ 根据参数的重要性和参数数据获取的可行性,路基、粒料 和无机结合料类材料的设计参数,可分水平一、水平三两个 水平确定;沥青结合料类材料的设计参数,可分水平一、水 平二和水平三三个水平确定。各水平的要求如下: 水平一,直接通过室内试验实测确定。 水平二,利用已有经验关系式和性质指标试验转换确定。 水平三,参照典型数值(表值)确定。
图5.4 路面结构设计流程图
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公路沥青路面设计规范(JTJ 014-97)-交通部
公路沥青路面设计规范(JTG D50-2006)-交通部
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-交通量大、超载严重、抗剪强度不足

总体施工技术和施工质量进步,设计相形见绌
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材料设计 确定力学参数
路面结构验算
沥青层疲劳 Ne1 <Nf1
无机结合料层 疲劳 Ne2 <Nf2
路基永久变形 εz< [ εz]
沥青层永久变 形 Ra< [Ra]
低温开裂 CL< [CL]
满足路面性 能设计要求


是 验算防冻层厚度
是否验算防 冻层厚度

进行经济、技术比较,确定路面结构组 合和材料要求
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横 向 裂 缝 纵 向 裂 缝
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早期损坏产生原因分析

对损坏机理认识不够全面、透彻

材料设计与结构设计相互独立 现有设计方法不能为路面组合设计提供明 确的指导 道路施工及部分主要材料生产与工业化、 标准化的生产模式尚存在较大差异


疲劳开裂 控制点位置:面层底面 控制标准:拉应变<65µ e 厚度要求:>200mm
面层
基层
路基

永久性变形 控制点位置: 路基顶面 控制标准:压应变 <200µ e
永久性路面设计控制点
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沥青结合料等级选用
温度 高性能PG结合料 高质量HMA或OGFC 40-75mm 高温性能根据气候和深度确定高模量抗车辙HMA 低温性能较面层降一级 100-175mm 联结层 表面层
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现状与问题


第一阶段:总体成功,主要问题是反射裂缝问 题(96年前) -交通量小、轴载轻 第二阶段:高速公路逐渐成网,运输量增加, 平整度的不恰当追求造成了压实不足以及重交 通,主要问题是“水损坏”(2001年前)
-交通量大、轴载增加、压实度小

目前,混合料普遍采用密实型、改性沥青和 SMA使用,“水损坏”减少,车辙严重
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设计、施工是保证 公路使用寿命的两大 关键因素。
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施 工 是 关 键
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设 计 是 灵 魂
设计需要综合考虑各个 环节; 施工讲究工艺、设备、 材料协调一致。
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一、中国路面现状与问题
平整度 高速公路和一级公路在路面交工验收时, 平整度宜满足表2.7的技术要求。
沥青混合料面层
指标
高速公路 一级公路 ≤1.0
≤2.0
其他公路
沥青贯入式 沥青表面 或上拌下贯 处治面层 式面层
检查方法
σ(mm)
IRI(m/km)
≤2.5
≤4.2
≤3.5
≤5.8
≤4.5 平整度仪
≤7.5
最大间隙h(mm)
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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%。
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沥青路面典型结构
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)
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力学指标
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以设计弯沉为指标的设计标准的提出
路面的计算弯沉值与容许弯沉值处于不同
的工作状态 ——容许弯沉值对应路面损伤至极限状 态时的弯沉值, 而计算弯沉值为路面无损伤状态时 的弯沉值。
对路面竣工后是否满足设计要求无法进行
检验
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以设计弯沉为指标的设计标准的提出
高温性能同上 低温性能较面层降一级 柔性抗疲劳材料75-100mm HMA基层 路面基础
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(资料来源:APA)
广深高速公路路面结构
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试验路路面结构
HMA底层用改 性沥青
石灰稳定土
石灰稳定土
石灰稳定土
长沙理工大学
张起森 教授
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1
2
路基路面综合设计
路面结构组成设计
M-E system
4
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3
路面材料组合设计
力学验算
损坏类型与原因概述
(0 - 5年)
(5 - 10年)
(10年以上)
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传统沥青路面损坏类型

龟裂 纵向裂缝 横向裂缝 块状裂缝
复合式路面结构图
路 面 总 厚 度 57 69cm ~
沥 层 水 层 青 泥 砼 砼 面 面
优点 ☻可承受重大交通作用 ☻改善平整度 ☻有效利用旧水泥路面 ☻改善公路环境 ☻造价降低





缺点 反射裂缝 水损害 推移


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中国沥青路面设计体系的发展
基本形成了以弯沉和弯拉应力为主要指标的, 基于弹性层状体系的设计模型,构建了工程经 验与力学分析相结合的沥青路面设计体系。
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原规范以路表弯沉值作为主导设计指标。在早期荷载轻、 交通量小、路面薄且结构单一的背景下,路表弯沉能够较 好的反映路面承载能力,控制路基顶面竖向变形。随着路 面结构层厚度增加和结构组合多样化,路表弯沉的不足逐 渐呈现。首先对不同类型的路面结构,弯沉值大的路面结 构并不一定比弯沉值小的使用寿命小或性能差,因而弯沉 值无法作为评判不同路面结构性能优劣的依据;再则,随 着路面结构层数和材料组合方案增加,路面病害形式越发 多样,仅以路表弯沉(包括1986版规范开始增加的结构层 疲劳指标)已难以涵盖主要病害类型,从而失去控制意义。
半刚性基层沥青路面弯沉变化规律
f T 0.2616 0.005T
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0.20 3 1 2.9T
44
1 0.72 0.655T 1.392 1 e 0.74 0.16T
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-
5.0
8.0
10.0
3m直尺
低温缩裂指数 季节冻土区沥青面层的低温缩裂指数不宜大于表 2.8所列的要求。
高速、一级 公路 三级、四级 公路
公路等级
二级公路
低温缩裂指数CI, 不大于
3
5
7
注:低温缩裂指数CI —100m长区间内单方向路面的全幅横向裂缝数量加上 长度超过一个车道宽度但未贯穿全幅的横向裂缝数量的一半。
路 面 总 厚 度 66 85cm ~
4~6cm 6~8cm 细粒式沥青混凝土
中粒式沥青混凝土
优点: ☻ 行车舒适性好、 噪音小
☻ 适应性强 ☻ 养护维修方便
8~12cm 粗粒式沥青混泥土
32~40cm


16~20cm
底基层

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缺点: 耐水性差 温度稳定性差 平整度的保持性差
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