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1、我国路面大中修工程设计应用与发展,长沙理工大学土木工程应用技术研究所 武和平,主要内容： 第一部分 大中修工程设计方案对策分析 第二部分 高性能路面典型结构组合设计应用与发展 第三部分 主要原材料现场质量控制指标讨论 第四部分 沥青混合料工程设计与技术指标的改进 第五部分 大修罩面结构设计与应用 第六部分 沥青路面就地冷再生技术应用 第七部分 钢桥面铺装设计,第一部分 大中修工程设计方案 对策分析,一、 公路养护工程信息管理系统,1.欧盟国家道路养护管理系统,养 护 工 程 方 案,道路使用性能检测数据管理系统,道路使用状况等级评估,最佳养护对策计划评估,养护工程方案投资评估,2.长沙市道路养
2、护管理系统应用研究 课题介绍,（1）、道路使用性能数据收集处理系统,道路养护历史 交通量与重车轴载谱 平均弯沉与统计弯沉(路面结构整体强度) 平整度、车辙、各类裂缝等 断板、接缝传荷系数、脱空、错台,（2）、道路使用等级评价系统,沥青路面等级评价计算软件 刚性路面等级评价计算软件,（3）、养护对策方案评估系统,沥青路面 路表微裂、磨损与剥落严重 沥青再生工艺、超薄罩面、微表工艺 路表网裂、坑槽严重 厂拌热再生、或就地热再生 路表车辙（Dmax1.5cm）或水损害 就地冷再生、或厂拌热再生,刚性路面 道路等级优良 局部病害处治、接缝情况处治 道路等级中等良好 采用典型罩面结构图例进行沥青罩面 道
3、路等级中等以下 板块破碎、沥青罩面,二、公路使用质量评价方法与指标,1、道路使用质量等级评价标准,2.评价方法,PQI （养护质量指数）,PCI (路况指数),PSSI （路面结构强度）,RQI （行驶质量）,SRI （抗滑性能）,沥青路面： PQI=0.35PCI+0.35PSSI+0.2RQI+0.1SRI 刚性路面： PQI=0.4PCI+0.3PSSI+0.2RQI+0.1SRI,3.刚性路面结构强度评定,国内尚未制定FWD对路面结构强度和刚度及接缝传荷能力的评定指标和评定标准，为此，参考国内外有关研究成果、公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D402002）及根据大量检测结果对比综合
4、确定，选定以下评定指标，并结合检测路段的公路等级及FWD测定的参数为动态值，确定相应的评定标准建议值如下表。,FWD评定标准建议值,4.刚性路面脱空判断检测方法,水泥混凝路路面使用过程中，因车辆荷载的反复作用，路面板下的基础会逐渐产生塑性变形和唧泥，导致水泥混凝土面板的局部范围内不再与基础保持连续的接触，这样就出现了面板下局部脱空。而脱空状态下的水泥混凝土面板的受力是极为不利的，接缝边板角处因基础支撑散失，所以在荷载作用下，近似于悬臂梁结构，产生了过量的弯沉和拉应力，以及在重复荷载的作用下，最后导致了会腻混凝土面板的断裂、破碎。,当水泥混凝土面板产生脱空、唧泥以后，采用封底或者压浆是一种十分有
5、效的修复手段，但这得以准确评定板底脱空状况为基础，不然可能造成路面使用性能下降，甚至破坏。对路面采用一种可靠的方法评定面板底下基础的脱空位置和脱空程度，采取有效的修复方法，是水泥混凝土路面养护管理中常见的问题。,目前，我国通常采用人工判断，或贝克曼梁进行弯沉检测，进而判断脱空情况。贝克曼梁测试板角弯沉，若超过某一个值，就认为存在脱空。同时，若接缝两侧相邻板角的弯沉差超过某个限值，也认为存在脱空。这个方法有点事快捷简便，现场可以判定，也是国内应用普遍的方法。但是这种测试方法本身就具有一定的缺陷，首先给定的限值缺乏足够的理论依据，同时忽视或者没有较好的考虑接缝传荷效率对板角处弯沉的影响，也没有反映
6、出不同基础类型对板角弯沉的影响。,采用贝克曼梁弯沉仪（5.4M）评定板底脱空情况，其判断指标为： 接缝（裂缝）两侧的板边弯沉差 0.08mm 接缝（裂缝）两侧的板边平均弯沉值 /20.35mm 其中， 、 分别为相邻板边的测点弯沉值。,弯沉检测点布置如下图所示：,横缝测点位置,纵缝检测点,一、高速公路路面早期破坏原因及分析 2001年，交通部组织专家对高速公路达1000公里省份进行调查路面早期破坏现象主要形式： （1）路面坑槽与剥落 （2）路面车辙与推挤 （3）路面网裂与唧浆 （4）路面水损害破坏,第二部分 高性能路面典型结构 组合设计应用与发展,路面早期破坏的主要原因: （1）沥青与路面集料
7、质量波动与管理失控 （2）沥青混合料设计方法存在不足 （3）路面结构厚度组合与工程级配设计不当,二、我国沥青路面结构类型使用分析 1. 目前我国沥青路面的典型结构,2. 关于半刚性基层的适应性 反射裂缝难以避免 结构内部排水不畅 结构厚度计算以设计弯沉为控制指标 设计参数属静态指标 国家指导或钢领性规范与地方规范标准,国外采用的沥青稳定碎石基层有两种结构: 一种是空隙大于15%18%的开式沥青混合料，代表性结构为铺筑在沥青的底部的排水式沥青稳定基层(asphalt-treatedpemeblebase,ATPB)； 一种是公称最大粒径大于19mm（大部分大于26.5mm）的密级配沥青混合料，其
8、空隙率最多宽到不大于8%10%，粒径大于37.5mm的特粗式沥青稳定碎石混合料也称为大粒径沥青混合料（large-stone asphalt mixes）。,也就是说，在我国，沥青碎石混合料有三种： （1）我国传统上的半开级配沥青碎石（规范中的AM类），空隙率较大，通常在10%以上，其公称最大料径有小有大，没有限制 ，它只用于表面封水比较好的低级公路的下面层，不宜在高等级公路中使用。 （2）用于碎石基层上面的密级配沥青稳定碎石基层（空隙率常为3%8%,日本为3%12%），其粒径一般大于26.5mm，实际上相当于粗粒式沥青混凝土。国外的大粒径沥青混凝土也属这一种，称为ATB。,（3）用于碎石基层
9、上面的大空隙排水式开级配沥青稳定碎石基层（空隙率常大于18%），基粒径一般大 于26.5mm。我国已经开始铺筑试验段，国外称为ATPB. 在美国FHWA公路和桥梁规范FP-96中，推荐了沥青稳定碎石基层的级配范围如下表所示。,3. 复合式路面结构组合设计 碾压混凝土+水泥混凝土 （RCC+PCC） 碾压混凝土+沥青混凝土 （RCC+AC） 水泥混凝土+沥青混凝土 （PCC+AC）,3.1 RCC+AC技术,上世纪末，美国高速公路扩宽改造已大量采用此种技术，欧洲西班牙、英国和日本已形成技术指南和规范。我国几乎也是同时起步研究，通过试验路，同时在河南、厦门等地的应用，已初步形成复合式路面施工成套技
10、术。,国内适宜采用的RCC+AC典型结构： 一级、高速公路: 2025cm RCC+1012cm AC 一级、高速公路：,AC,RCC,半刚性基层,1012cm,2025cm,20cm,一般国省道: 1820cm RCC+58cm AC 一般国省道：,AC,RCC,半刚性基层,58cm,1820cm,1820cm,3.2 PCC+AC技术 我国公路大修改造工程中，对旧水泥混凝土路面（简称PCC）通常采用加铺罩面沥青混凝土（简称AC层）。这种旧水泥混凝土路面加铺AC层的复合式路面结构主要特点和影响因素有： （1） 加铺厚度组合受到一定限制； （2） AC层应当具有较强的整体抗剪切能力及抗车辙 能
11、力； （3） AC层应当具有较强的抵抗来自旧混凝土板反射 裂缝能力； （4） 工程造价与投资规模受到一定控制。,目前，国内外加铺层设计方法一般有三种：有效厚度法、挠度法、与力学经验法。在美国AASHTO设计指南提供了基于有效厚度法的较完善的设计方法。该方法根据交通调查和预测确定加铺路面的结构能力，以此来计算满足此结构能力的混凝土路面厚度，然后根据加铺前的路面调查状况确定原混凝土路面的有效厚度，由此计算所需加铺的混凝土路面厚度，最后根据混凝土与沥青混凝土厚度转换系数确定沥青加铺层的厚度。挠度法是以路面挠度与加铺层厚度之间的关系为基层来验算得出加铺层厚度，美国地沥青协会、加拿大道路和运输协会、英国
12、等都应用过此方法。,力学经验法是用力学模型确定现有路面和加铺层路面的极限应力、应变或挠度，利用一些经验破坏准则预估由交通和环境引起的损伤，评估旧路面状况或剩余寿命，由此得出加铺层的厚度。综上所述，旧水泥混凝土路面加铺沥青罩面层的设计方法完全基于理论计算的几乎没有，大部分是经验法。因此，在根据计算结果分析和参考现有其他设计方法的基础上，提出基于有效厚度的设计方法。,这一方法的基本概念是加铺层所需的厚度是新路面所需厚度与旧路面有效厚度之差： holL（hnhe） （ 1-1） 式中： holAC加铺层厚度； hn新路面厚度； he旧路面有效厚度； L应力吸收层系数,此处hn是指全厚式沥青路面的厚度
13、，即直接铺筑在土基上的沥青厚度。在已知土基计算回弹模量和荷载参数时其值可通过弹性层状体系理论求得，也可通过程序软件计算得到。旧路面有效厚度的计算是将各层实际厚度乘以换算系数并求和得到： he hiCi （1-2） 式中：he旧路面有效厚度； hi和Ci第层的厚度和换算系数， Ci可按表1-1选取,确定旧路面有效厚度所用的换算系数 表1-1,采用应力吸收层能很好地缓和裂缝区加铺层底的不利应力，因此在达到相同加铺层使用寿命前提下，使用该层可减小沥青加铺层的厚度。为此，在设计中引入了应力吸收层系数的概念。考虑安全性，对于沥青橡胶类应力吸收层取0.8。 按式11求得的加铺层厚度还应满足最小厚度要求。,
14、美国旧混凝土路面上加铺AC层的最小厚度，考虑了施工、AC混合料最大集料尺寸、交通量及投资等多种因素。美国联邦公路局的调查结论表明，AC层的最小厚度为3in（7.6cm）。根据近今年河南、广东、湖南等省的试验路初步结果，综合考虑施工水平、AC层抗反射裂缝、抗车辙能力以及投资等因素，建议我国旧水泥混凝土路面加铺AC层的最小厚度为：高速公路、一级公路为8cm，二级公路为7cm。 根据我国近今几年公路大修改造项目的施工实践，通过对已建成或通车的大修改造工程使用情况的调查分析，旧水泥混凝土路面加铺AC层的复合式路面结构设计可根据不同公路等级、交通量组成特征及气候环境选用以下典型结构，见表12：,我国（P
15、CC+AC）复合式路面推荐典型结构（建议） 表12,第三部分 主要原材料现场质量控制 指标讨论,1. 关于改性沥青标准 我国标准： 按针入度（粘度）指标进行分级。 即：SBS、SBR、EVA、PE按四级划分。 分级指标：针入度或针入度指数 PI、延度、 软化点但不能回答适应气候条件及交通荷载条件 美国的PG等级： 根据沥青的高、中、低温粘弹特性，按照路面的 最高与最低设计温度，并结合交通条件来确定沥 青的性能等级。,按高分子聚合物的不同,我国将改性沥青分三类： （1）橡胶类：SBS （2） 热塑性橡胶类：SBR、SIS （3） 热塑性树脂类：PE、EVA,美国superpave中，按高、低温6
16、 为一等级： 高温等级： T20mm（Tair0.00618Lat+0.2289Lat+42.2)0.954517.78 T20mm 路面设计高温 Tair1520年每年连续7天高温平均按98概率的统 计 Lat地理纬度,设计低温按最低平均气温的统计值计取 . 对改性沥青应考虑储存性能指标 主要检验软化点差 试验表明：当第3天，达到极值，第9天已超过允许值，因此，不超过四天贮存改性沥青储存性能衰减变化规矩试验，根据同三线全线均采用成品改性沥青供应的现状，对壳牌SBS改性沥青进行储存性能变化规律试验研究，试验成果汇总见下表1和图一：,表3-1 同三线SBS改性沥青离析试验汇总表,由上表3-1分析可知，改性沥青贮存时间在第3天时软化点，离析差已达到允许极值，当贮存时间达到第9天，已超过允许值，因此，在工
