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1、高等级公路沥青路面设计、施工与检测技术,张久鹏 博士,副教授 Tel：13720410029,长安大学 公路学院 内蒙古交通培训中心,2,2,主要内容,一、沥青路面早期破坏及其成因 二、沥青路面结构与材料组成设计 三、沥青路面施工关键技术 四、公路工程检测技术与质量评定 五、沥青路面新技术,3,3,一、沥青路面早期破坏及其成因 1.1公路工程发展概况 1.2沥青路面的病害及成因 1.3 沥青路面的病害防治,4, 道路的衍变,道路的发展可粗分为四个阶段： 第一阶段：供行人和牛马及其它兽类行走、驮运货物的阶段。此时期的道路通常称为小路或小径(Trail)。,第二阶段：供蓄力车辆和行人通行的大道(C
2、art Way)阶段。在中国，有“康衢”、“路”、“驰道”、“驿道”等名称；在欧洲，罗马道路非常发达，有“条条大道通罗马”之说。,1.1 公路工程发展概况,6,第四阶段：以高速度分层行驶为特征的高速公路阶段。也称为Freeway或Expressway。, 道路的衍变,1.1 公路工程发展概况,7,7,1.1 公路工程发展概况,道路是供各种车辆、行人等通行的工程设施，按其使用范围分为公路、城市道路、机场跑道、厂矿道路、林区道路等。 Airport lane 分类 干线公路： 国家干线 省干线 公路 县公路 乡公路 支线公路 分级 高速公路、一级公路（高等级公路） 二级、三级、四级公路(其它公路)
3、 Road 城市道路 快速路 主干道 次干道 支路及街道 其它道路,机场道面,道路,8,8,公路：指按现行部颁公路工程技术标准修建的，经交通主管部门验收认定的城市间、城乡间、乡间主要供汽车行驶的公共道路。 城市道路，农牧场、厂矿、林区、港区、油田等内部的生产作业道路，军事基地内道路以及游览点内部道路等均不属于公路。,1.1 公路工程发展概况,9,9,按照其在国家政治、经济、国防和区域行政管理中的重要性和使用性质的不同，可划分为国道、省道、县道、乡道和专用公路等五个行政等级,公路的行政等级,1.1公路工程发展概况,10,10,根据其任务、功能和适应的交通量不同分为高速公路、一级公路、二级公路、三
4、级公路和四级公路五个技术等级。一条公路，可根据交通量等情况分段采用不同的车道数或不同的公路等级。,公路的技术等级,1.1公路工程发展概况,11,11,从全国范围考虑的公路网被称为国家干线公路网，简称国道网；国道网中，经济意义特别重大、交通运输特别繁忙、技术标准较高并在国家公路运输网中起主骨架、主通道作用的公路，称为国家主干线公路，简称国道主干线。 五纵七横：九十年代，交通部提出了国道主干线系统规划，总规模为3.5万公里左右，以专供汽车行驶的高速公路和一级公路为主组成，总体布局上可分为五纵七横共十二条路线。 7918网： 2005年将其调整为国家高速公路网，采用放射线与纵横网格相结合的布局，由7
5、条首都放射线、9条南北纵线和18条东西横线组成，简称为“7918”网，总规模约8.5万公里，其中主线6.8万公里，地区环线、联络线等约1.7万公里。,国家干线公路网,1.1公路工程发展概况,12,12, 国家干线公路网（九五规划）,13,13,7 条北京放射线,9 条纵向路线,18 条横向路线, 国家干线公路网（7918）,14, 国家干线公路网（命名）,15, 国家干线公路网（命名）,16, 国家干线公路网（命名）,17,1.1公路工程发展概况,随着使用期的延长，我国的高等级公路大量进入维修期，维修养护、翻修重建的任务越来越重。 公路建设和路面维修、重建、升级改造的任务将交织在一起。,建设为
6、主,建养并举,18,18,沥青路面的特点,表面平整无接缝，行车振动小，噪音低,便于机械化施工，开放交通快，养护简便,具有良好的力学性能和路用性能,沥青混合料可再生利用,优点,沥青混合料= 矿料 + 沥青 （骨架作用） （粘结和填充作用）,1.2 沥青路面的病害及成因,19,19,沥青路面的特点,良好的性能,再生利用,碾压,摊铺,拌合,1.2 沥青路面的病害及成因,20,沥青路面易老化,温度敏感性较高,缺 点,施工受气候和季节影响大,沥青路面的特点,1.2 沥青路面的病害及成因,21,半刚性基层沥青路面的病害,1.2 沥青路面的病害及成因,裂缝类,水损害,车辙类,破坏原因,破坏形态,22,1.2
7、 沥青路面的病害及成因,裂缝类病害,A、纵向裂缝 原因： 1、地基不均匀沉降 2、过大荷载 B、横向裂缝 成因： 1、温度变化 2、地基的纵向不均匀沉降 3、半刚性基层反射裂缝 C、网状裂缝 原因： 1、局部的结构承载力不足 2、唧浆引起的过量局部沉陷 3、老化,23,1.2 沥青路面的病害及成因,反射裂缝,由于湿度变化或水泥混凝土路面板块之间接缝错台而产生横向收缩裂缝反映到面层上来，使面层相隔一定距离出现横向反射裂缝。寒冷地区面层材料本身在低温时收缩受到阻碍产生较大的拉应力，当拉应力超过材料的抗拉强度时，面层便会出现横向断裂，这些横向裂缝在初期不会影响行车，但在水分不断侵蚀下，其边缘会出现碎
8、裂而使缝隙扩大，并在其周围逐步发展成网状裂缝。,24,1.2 沥青路面的病害及成因,水损害类病害,水的浸蚀或冻融作 用使沥青膜从集料表面 脱落造成松散,松散的颗粒被汽车 轮胎带走所致,剥落进一步向深度 发展而形成,（1）松散 （丧失粘结） （2）坑洞 （逐渐流失）,成因：沥青/集料粘附性差导致的混合料水稳定性不足,25,1.2 沥青路面的病害及成因,水损害类病害,（3）唧浆,基层顶面遭到严重的冲刷，路表的裂缝或缺陷部位存留大量的白色灰浆,26,1.2 沥青路面的病害及成因,水损害类病害,（3）唧浆,路面的裂缝、路面上局部空隙过大处都会造成透水 随着行车速度的增加，路表动水压力增加 渗入基层顶部
9、的水在动水压力作用下，基层就会受到严重冲刷，从而发生。,27,1.2 沥青路面的病害及成因,车辙类病害,A、车辙变形 B、泛油、推挤、拥包 原因：1、重载慢速交通 2、材料高温稳定性差 3、路面结构方面,28,1.2 沥青路面的病害及成因,车辙类型,（1）磨耗型车辙 冬季埋钉轮胎造成的路面磨损 （2）结构型车辙 荷载作用超过路面各层强度，发生在沥青面层以下结构层。宽度较大，两侧没有隆起 （3）失稳型车辙 剪应力超过材料抗剪强度，使流动变形不断累积形成车辙，一般都有两侧隆起现象,29,车辙内因：材料性质的影响,沥青混合料抗剪强度取决于粘聚力和内摩阻力，粘聚力取决于沥青结合料，内摩阻力取决于集料。
10、当然，强度还与沥青混合料的组成、结构及物理状态密切相关。 （1）沥青结合料的影响 （2）集料性质的影响 （3）材料组成比例的影响,1.2 沥青路面的病害及成因,30,车辙内因：路面结构组合的影响 半刚性基层未必优于柔性基层，尚有待进一步系统研究。 面层厚度越大，车辙越深？有不同的观点,研究认为：随着沥青面层厚度增大，车辙增长，其增幅随厚度的增大而逐渐变缓；沥青面层厚度超过20cm以后，路表车辙基本不再增加，有可能出现减少的趋势。,1.2 沥青路面的病害及成因,31,车辙外因：重载慢速交通的影响 轮压增大，DS降低，车辙增大 车速越慢，累计作用时间越长，车辙越大 车辙外因：持续高温的影响 温度越
11、高，沥青混合料的劲度模量越低，动稳定度越小，抗车辙能力越差,1.2 沥青路面的病害及成因,32,1.3 沥青路面的病害防治,横向裂缝 纵向裂缝 网状裂缝 反射裂缝 翻 浆 车 辙 拥 包 搓 板 泛 油 坑 槽,松散 脱皮 啃边 光面 与收水井、检井衔衔接不顺 施工接缝明显 压实度不足 构造深度不足 摩擦系数不足 粗细料分布不均,33,1.3.1横向裂缝,现象：裂缝与路中心线基本垂直，缝宽不一，缝长有贯穿整个路幅的，也有部分路幅的。 原因分析： 施工缝未处理好，接缝不紧密，结合不良； 沥青未达到气候条件和使用条件的质量标准； 半刚性基层收缩裂缝的反射缝； 桥梁涵洞两侧的填土产生固结或地基沉降。
12、 预防措施： 合理组织施工，摊铺作业连续进行，尽量减少冷接缝； 充分压实横向接缝；选取优质的适用于本地区气候条件的沥青； 桥涵两侧填土充分压实。 治理方法： 细裂缝（2-5mm)用乳化沥青灌缝； 大于5mm的裂缝，可用改性沥青罐缝。罐缝前，清缝；罐缝后，表面撒粗砂或3-5 mm石屑。,34,现象：裂缝走向基本与行车方向平行，裂缝长度和宽度不一。 原因分析： 冷接缝未按照有关规范要求认真处理，结合不紧密而脱开； 纵向沟槽回填土压实质量差而发生沉陷； 拓宽路段的新老路面交界处沉降不一。 预防措施： 采用全路幅一次摊铺；无条件全幅摊铺时，上下层施工缝应错开15cm以上； 沟槽回填土应分层填筑、压实，
13、压实度必须达到要求； 拓宽路段的基层厚度和材料须与老路面一致，或稍厚。 治理方法： 细裂缝（2-5mm)用乳化沥青灌缝； 大于5mm的裂缝，可用改性沥青罐缝。罐缝前，清缝；罐缝后，表面撒粗砂或3-5 mm石屑。,1.3.2纵向裂缝,35,现象：裂缝纵横交错，缝宽1mm以上，缝距40mm以下，1以上。 原因分析： 路面结构中夹有软弱层或泥灰层，粒料层松动，水稳性差； 沥青与沥青混合料质量差，延度低，抗裂性差； 沥青层厚度不足，层间粘结差，水分渗入，加速裂缝的形成。 预防措施： 沥青面层摊铺前，对下卧层应认真检查，及时清除泥灰，处理好软弱层，保证下卧层稳定，并宜喷洒0.3-0.6kg/粘层沥青；
14、原材料质量和混合料质量严格按照规范要求进行选定、拌制和施工； 沥青面层各层应满足最小施工厚度的要求，保证上下层的良好粘结；路面结构设计应做好交通量调查和预测。 治理方法： 如夹有软弱层或不稳定结构层，应将其铲除；结构层积水引起网裂，铲除面层,1.3.3网状裂缝,36,后，加设排水设施，再铺筑新的沥青混合料； 若因沥青层厚度不足引起网裂，则铣刨网裂的面层后加铺新料来处理； 路基不稳造成网裂，可采用石灰或水泥处理路基，或注浆加固处理； 由于基层软弱或厚度不足引起路面网裂时，可分别采取加厚、调换或综合稳定的措施进行加强。,1.3.3网状裂缝,37,现象：基层产生裂缝后，在温度和行车荷载作用下，裂缝将
15、逐渐反射到沥青层表面，路表裂缝的位置形状与基层裂缝基本相似。半刚性基层以横向裂缝居多。对于在柔性路面上加罩沥青结构层，裂缝形式不一，取决于下卧层。 原因分析： 半刚性基层收缩裂缝的反射裂缝； 在旧路上加罩沥青面层后原路面上已有裂缝包括水泥混凝土路面的接缝反射。 预防措施： 采取有效措施减少半刚性基层收缩裂缝材料； 在旧路面加罩沥青路面结构层前，可先铣削原路面后再加罩，或采用铺设土工织物、玻纤网后再加罩，以延缓反射裂缝的形成。 治理方法：裂缝小于2mm时，可不作处理；大于2mm的裂缝，可用改性沥青罐缝。罐缝前，清缝；罐缝后，表面撒粗砂或3-5 mm石屑。,1.3.4反射裂缝,38,1.3.5翻浆,现象：基层的粉、细料浆水从面层裂缝或从多空隙面层的空隙处析出，雨后路表面呈淡灰色或白色。 原因分析： 基层用料不当，或拌和不均，细料过多； 低温季节施工的半刚性基层，强度增长缓慢，而路面开放交通过早，在行车与雨水作用下使基层表面粉化，形成浆水； 冰冻地区基层，冬季水分积聚成冰，春天解冻时翻浆； 沥青面层厚度较薄，空隙较大，雨水下渗，促使翻浆形成。 表面处治和贯入式面层竣工初期，由于行车次数不多，结构层尚未达到应有密实度就遇到雨季，使渗水增多，基层翻浆。 预防措施： 采用含粗粒料的水泥、石灰粉煤
