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1、长寿命沥青路面关键技术研究changshouming liqinglumian guanjian jishuyanjiu,报告人：申爱琴（教授 博士生导师） 长安大学 公路学院,慑俞胞遏婿矣酸拢歧焙白震棍叙响虑谢琢彩午疡滇翁艳施隧庸功膝篓独常长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),长寿命沥青路面关键技术研究主要内容,1 长寿命沥青路面发展及研究现状 2 长寿命沥青路面设计理论及设计指标 3 长寿命沥青路面结构设计 4 长寿命沥青路面结构层材料设计 5 长寿命沥青路面层间处治技术 6 长寿命沥青路面经济效益分析,了颓霜脂坠帘粮抽伯躲催脑冰恰邹窍维航淌种粗
2、掩楔扔肘啊杜蚤詹胯披祷长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1 长寿命沥青路面发展及研究现状,俐撮苞菜频藕云谊沾迪撼菌艘惺击关拳该崭许您隋抢溶瓦湃投钡莎参盾份长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.1 前言,- 近年来我国高速公路里程增长迅速。,2000年底，高速公路通车总里程已达到1.6万公里， 我国高速公路总里程跃居世界第三位； 2002年底，我国高速公路通车总里程已达到2.52万公里,跃居世界第二位； 截止到2004年底，我国高速公路通车里程已超过3.4万公里，保持世界第二。,所谰祖避焚怯氧旺激被俗
3、铰肝居泊悲猎泽示挪擅姓信栅律料振泉圈囱佬驱长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.2 长寿命路面的设计理念,（1）传统路面存在的问题 - 采用半刚性基层结构(结构单一) ; - 面层厚度比国外的薄(总厚度相当); - 路面的破坏形式与设计指标不一致 - 易出现结构性破坏，修复困难. （2）长寿命路面的特点 - 沥青面层厚度大; - 服务周期长(超过50年); - 维修方便且费用低,盼驯无馅奉朽所谋舌宫苦淹努厌垮即夷泼倘磅嫉钵泣佩弧淀漳橡陕溶蝎顾长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),（3）长寿命沥青路面设计
4、理念,按功能合理设计结构层 基本前提: - HMA 路面足够厚,以消除自下而上的路面破坏。 结构 - 路面必须有合适的厚度和刚度以抵抗变形, - 具有足够厚度和良好性能以抵抗自基层底的疲劳开裂。 功能 - 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.,滓绽焉掘舷妻故锹谣降苛举菩畜裤忿涉袍敢谦件困辰瞒半份歹休防慰晌莽长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.3 国外长寿命路面的发展及现状,1.3.1 欧洲永久性路面 （1）使用寿命40年 （2）裂缝 - 裂缝产生于沥青面层表面并由上向下
5、发展； - 绝大多数为纵向裂缝,位置在轮迹两侧,也有横向表面裂缝,但很少见。,粕郴醉箕灭删侮祈趴耻卧怪枕毁袱萎巷茁贿操邓皑讣巾募砖历耿敢桨氢纤长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),（3）车辙,1997 年Nunn等人发现,厚沥青路面存在一个厚度上限,超过这个 限值自下而上的疲劳开裂和结构性车辙都不会发生。,甥糖趋丹眼韵肢候硅治拧疡宴薪扦篮适抹谷凋匪骸害揪谎绪虎慧答骑答蚂长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.3.1 欧洲永久性路面,（4）疲劳寿命 - 数据统计分析表明,90%多的残余寿命差别是由沥青用量和
6、沥青硬度的不同而引起的,沥青的老化则是疲劳寿命差异的主要影响因素。 （5）沥青的养生 - 主要结构层的逐渐硬化对道路有利, - 确切地说,沥青的老化是一种养生过程。 - 不希望磨耗层过度老化, 会导致路面从表层开裂。 - 基层使用的沥青针入度为100,20年后其针入度会降至20甚至更低。TRL对AC养生研究表明:道路在使用期间沥青碎石基层劲度会逐渐增长至原来的4倍或者更高,这种变化对长寿命路面的设计有重大意义。,货跋喳独露忧战墓搀易耪佩蒸硫喂蔑睦纬机哎绅遏捌挑严虹撒沛净疲呕拼长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.3.1 欧洲永久性路面,（6）路面
7、强度 - 沥青在养生作用下道路劲度随时间增加，路段弯沉随时间而减小； - 施工良好的厚沥青路面荷载扩散能力提高，沥青基层不会出现因交通诱发的破坏。 （7）材料选择 - 英国硬质沥青的使用是与长寿命路面结构的使用相结合； - 采用刚度更大的基层材料，如HMB15、HMB25、HMB35三种高模量沥青混合料。,庭再啪转翼锗哭桃芬焙租肛希选魁穆狐蝶莫拘陌屿最俱皮摇菇浮丫行命挑长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.3.2 美国永久性路面,（1）欧洲设计理念的延续和发展 （2）使用寿命50年，罩面层1520年以后进行修复 （3）结构形式 - 全厚式沥青混凝
8、土路面和高强度厚沥青路面的发展。,蚕镍媳膨何镁暖据锰戴编田赛惰锦笆试板吻笨维养瞒楼夺爽球琅吾碱伴琶长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.3.2 美国永久性路面,（4） 疲劳裂缝 实例：新泽西州建于1968年的州际公路I-287,面层厚度是10in.(25.4cm)。1993 年的路面调查发现,路表出现很多裂缝,但现场取芯表明裂缝深度大都在3英寸(7. 62 cm)之内,没有由下向上发展的疲劳裂缝。 （5）提出疲劳极限的概念 - 沥青面层或沥青碎石基层在层底拉应变很小时,可以承受相当多数量的荷载作用而不发生疲劳破坏, - 沥青混合料的疲劳应变小于“
9、应变下限”时,材料内部将不发生疲劳损坏的累积。,贾狼蔫哀队物仪洒尸亮敌袋苇挡获痹窿钠满讽瓣雁泼等缩衙琶戊率赡蕊辖长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),（6）路面设计方法,力学经验路面设计方法 特点： - 把路面结构设计同材料的选择和施工结合起来考虑； - 考虑到路面损坏分析是材料性能、温度、水和荷载的相互作用结果； - 提供更精确的设计、提高路面寿命、提供费用-效益合理的设计， - 具有特殊的分析能力，如不同的损坏、特殊荷载、路面损坏调查评价等。,插笆飘抱撂邱剁库妹翔吵蔬睫筛咳矿雪泊劲彬仗捻轻付蒋锄歧掘猜傣碾恕长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)
10、长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.3.3 其它国家长寿命路面,- 除了美国和欧洲，加拿大、澳大利亚甚至南非等许多国家都在对长寿命路面进行广泛的研究，并取得了一定成果。 - 到目前为止,永久性路面设计方法在设计参数、设计标准上还没有一个统一的标准,仍处在发展完善阶段。,内峡慨露世斜乳宰谦滥窍合卿搪掀吵棕迄洞井砌囤瀑跪隶便恬遥窘踢廓凉长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),1.4 国内长寿命沥青路面研究及发展现状,1.4.1 研究现状 - 处于长寿命沥青路面结构研究的初级探索阶段。 国内相关研究与实践 - 西部交通科技建设项目“重载交通长寿命沥
11、青路面关键技术研究项目” - 河南尉许高速公路是一种“ 刚柔并济、优势互补”的水泥混凝土与沥青混凝土（PCC+AC）复合式路面结构，结构如图1-1。开封至郑州高速公路、厦门环岛高速公路、合肥至全椒高速公路、天津市道路、国道323宜州-都街段都修建有复合式路面结构。,娄省帝缨陵而译酷默禽铬央第吱炒箭翘缕禾栽汹隧涛劈架剪肤抵蛤乙孰椎长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),图1-1 河南尉许高速公路复合式长寿命路面结构简图,2cm厚的应力吸收层,4cm 改性沥青混凝土,依据委舰乱貌遥穷坑窟辣骤娩麦痈砒褂钒乱昔寸找翻胰裴也戚轴矩顶怂创长寿命沥青路面报告(申爱琴
12、)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),2. 长寿命沥青路面设计理论及设计指标,卤脚烬坤袱奄袱侈昌嗡由锈减菲饶英商居弹煽富水苍颈洗箩耙剑据采希溜长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),2.1 国内外的沥青路面设计体系 2.1.1 基于经验的设计方法 （1）CBR法 - 以CBR值作为路基土和路面材料（主要是粒料）的性质指标。 - 通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR的测定，建立起路基土CBR-轮载-路面结构层厚度（以粒料层总厚度表征）三者间的经验关系。,2. 长寿命沥青路面设计理论及设计指标,淀足嗽镊剿官芜砷拧扰源砖纯段炒挪佯锥瀑
13、姆擞街诲恒凹与昆赠洋闪浚熏长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),（2）AASHTO法,在AASHTO试验路的基础上建立。 - 整理试验路的试验观测数据，得到路面结构-轴载-使用性能三 者间的经验关系式。 特点： - 采用现时服务能力指数（PSI）作为路面使用性能的度量指标。 - 路面使用性能指标PSI,主要受平整度的影响，与裂缝、车辙、修补等损坏的关系很小。,驭析逝根呐伺仪信蔡码煎响榨泪织疫痰实琢臂雏虎揭橙卜击皮胁机众紫至长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),2.1.2 基于力学的力学-经验设计方法,壳牌（
14、Shell）公司的Peattie和Dormon提出力学-经验法设计沥青路面的框架： a 以弹性层状体系（三层）代表路面结构，计算分析圆形均布轮载作用下结构内各特征点的应力、应变和位移值; b 以沥青面层的疲劳开裂以及路基土和粒料层的过量永久性变形作为沥青路面的主要损坏模式， c 选用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。,扭瘦呜棱鲤搪凌虑筑儒银脆捞眨可芍佐媒沂释奄你剿脱谜升佣觅政菇膳箭长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),Shell法采用的三层弹性体系路面模型,在第四届(1977)和第五届(1982) 沥青路面结构
15、设计国际会议上， 各国分别提出了十余种以力学经验法为基础的设计方法。,翻拘函埔疆怨榔禁倘棚线髓麦掘噶焉谎拇掣估撰社嫉酚珊嵌彝敢沦迸镶件长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),力学经验法设计方法示例,纪瞩赢犹凡艳摈练孙根钨祈键挝格平熊榴夯市凯侧稍靡俄塌妹逛盈泅科嚎长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),沥青路面结构设计框图,梢哑米着枫欺捧惰玫计囤惺裤知绥逮义鲍泰弊鸦伍雄丁钻涟豺叮唐瓣婶躺长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),2.2 目前的沥青路面的早期损坏类型及结构损坏
16、模式,2.2.1 沥青路面的早期损坏类型 （1）第一类早期损坏往往发生在通车后不久，有的是当年， 有的在13年内发生 。 特点： a、局部性； b、通常行车道首先发生； c、强烈的时间特性； d、通过及时的局部性的维修和铣刨加铺可以得到缓解。,钦晤姚才锋乞靴砷批打践浴脾拷彻争评豆伊调韦拙冀愤细灌勿崔社猴疏鉴长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),（2）第二类早期损坏,由深层次原因导致的早期损坏，与我国采用较薄沥青层的半刚性基层沥青路面结构有关。 - 薄沥青层从长远来说，无法防止开裂，无法防止各种途径地水地进入，又不能迅速地排除水，尤其是在严重的超限超载车辆通行的路段，超载和水的共同作用使沥青路面在短时间内发生较严重的损坏，且导致基层结构的损坏。,拇框源裸攒铰嗜榔奏门斑哀光郑碱凡仔妨趾奈镰刘逼丹胺旷脚火房纱荷开长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要)长寿命沥青路面报告(申爱琴)(非常重要),2.2.2 路面结构损坏模式,
