长寿命路面结构

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1、长寿命路面结构一、国内外现状 v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。 二、创新点和发现点 v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

2、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。 v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。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

3、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。常用高速公路路面结构分析

4、沥青路面典型结构812cm 粗粒式沥青混泥土3240cm 基 层土 基1620cm 底 基 层46cm 细 粒 式 沥 青 混 凝 土68cm 中粒式沥青混凝土优点：优点： 行车舒适性好、行车舒适性好、噪音小噪音小 适应性强适应性强 养护维修方便养护维修方便路面总厚度6685cm缺点缺点: : 耐水性差耐水性差 温度稳定性差温度稳定性差 平整度的保持性差平整度的保持性差水泥路面典型结构2426cm 水泥混凝土面板1620cm 基 层1620cm 底 基 层土 基路面总厚度5666cm 优点优点 稳定性好稳定性好 强度高强度高 耐久性好耐久性好 有利于夜间行车有利于夜间行车 平整度的保持期长平整

5、度的保持期长缺点缺点: : 有接缝有接缝 修复困难修复困难 易脱空，产生断裂破坏易脱空，产生断裂破坏沥 青 砼 面 层 水 泥 砼 面 层基 层底 基 层土 基复合式路面结构图复合式路面结构图路面总厚度5769cm优点优点 可承受重大交通作用可承受重大交通作用 改善平整度改善平整度 有效利用旧水泥路面有效利用旧水泥路面 改善公路环境改善公路环境 造价降低造价降低缺点缺点反射裂缝反射裂缝水损害水损害推移推移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

6、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。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。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

7、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。复合式路面结构的特点v1、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。 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：原设计路面寿命 15年 长寿命路面设计寿命 50年以上尉许路寿命计算分析42cm 沥青混凝土面层28cm 水泥混凝土面层18cm 二灰碎石基层20cm 固化土处理土基尉许路路面结构及各层设计参数1400MPa30000MPa1

8、400MPa100MPa水泥混凝土弯拉强度为5.5MPa，对 路面结构进行计算：刚度半径： r0.869m荷载应力： psa1.200MPa温度疲劳应力:tra0.726MPa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：5.4108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：1.3107 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。20年：Ne=7.97107次35年： Ne=2.18108次（达到最大通行能力） 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：何时会达到累计荷载作用

9、次数5.4108次开始疲劳破坏呢？理论值60年超车道行车道紧 急停车带中央带小车行车道大货 路缘带停车岛双向四车道布置图双向六车道布置图7.510.80.70.75中央带0.5 3.00.75路缘带v2、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。v3、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%。40075 375375 50 300400375紧急停车带行车线行车线 纵缝纵缝单位：（cm）常规板块划分前进方向路 缘 带行车线纵缝纵缝纵缝行车线

10、行车线行车线300300300300单位：（cm）5035037537550前进方向3m4m板块划分v4、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。v5、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。v6、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。v7、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。v8、首次研制并大规模采用水泥砼板裸

11、化技术，实现了刚柔结合面的良好联结。v9、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 v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。四、社会经济效益 1、直接经济效益v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v原设计

12、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。v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。v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。 3、社会效

13、益v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 v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。v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。v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。v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。 v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。