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1、建设部科技示范工程 项目编号： 多场耦合因素下多功能长寿命城市沥青路面结构功能匹配一体化研究中期研究报告宜昌市建委城市建设重点工程管理办公室宜昌市虹源公路工程咨询监理有限责任公司武 汉 理 工 大 学湖北益通建设工程有限责任公司二一三年 三 月目 录报告之一 项目简介11、工程背景12、研究目的与意义23、研究内容与技术路线2报告之二 研究报告41、示范工程路面结构设计41.1、示范工程路面结构组合主要设计参数41.2、示范工程路面结构组合设计结果72 高抗车辙沥青混凝土面层材料研究92.1 原材料选择与准备92.2 配合比设计113 抗裂性柔性基层沥青混凝土配合比设计163.1 原材料选择1
2、63.2 配合比设计174 拌和式水泥乳化沥青混凝土材料研究194.1 水泥乳化沥青混凝土强度形成机理194.2 基本配合比设计214.3 路面组合疲劳试验275 水泥乳化沥青混凝土中试315.1 施工组织机构315.2 技术准备工作315.3 施工工艺365.4 施工质量控制41ii报告之一 项目简介1、工程背景2012年3月，宜昌市住建委城市建设重点工程管理办公室、宜昌市虹源公路工程咨询监理有限责任公司、武汉理工大学和湖北益通建设工程有限责任公司向住房与城乡建部提交了联合申请市政工程类科技示范工程的项目申报书，并于2012年3月22日顺利通过了住建部组织的专家评审答辩会，2012年6月获得
3、正式立项批文，项目名称为“宜昌市多功能长寿命市政路面工程”。2012年6月25日，由宜昌市住建委牵头组织项目联合申报单位协商，确定在宜昌市城区合益路K0+800K1+200处进行现场铺筑试验，长度400m。合益路是宜昌市中心城区重要的横向主干路，由既有道路和规划道路组成，起点东山大道，规划终点为东山四路，与城东大道平交，与汉宜高速公路立交，其中东山大道城东大道为既有道路，城东大道东山四路为规划道路。道路等级：城市主干路；道路红线宽36米，双向六车道，设计车速V=50km/h路面设计标准轴载：BZZ-100；结构设计荷载：公路I级科技示范段多功能长寿命路面主体结构设计年限为20年；推荐路面结构组
4、合如下：2、研究目的与意义多功能长寿命路面是当前路面发展的新趋势，近年来已成为世界各国沥青路面最为热门的研究内容，其核心是要求路面结构的表面层具有排水、降噪、抗滑和耐磨的能力，联结层位于高压应力区，要求具有良好的承载力、抗车辙和耐久性，整个路面结构体系中最大的拉应变产生在基层底部，该区域最易发生疲劳破坏，因此基层应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好。其结构破坏形式基本上消除了传统上普遍存在的基层疲劳损坏，路面的损坏往往只发生在路面的表层。多功能长寿命路面初期修建费用较高，但设计年限长，日常养护费用较少，全寿命周期费用效益比最大。另外，以新型多功能长寿命路面结构的全寿命周期成本为目标结合路面结构优化
5、分析，对路面结构的材料性能参数和结构组合形式进行深入研究，探索该型路面疲劳破坏机理，结合试验路段对以上研究成果加以验证和反馈，并在此基础上提出适合中国国情的多功能长寿命复合式典型城市路面材料与结构组合型式。本项目研究可为多功能长寿命路面在中国的发展和完善奠定一定的理论和技术基础，具有明晰的科研价值和工程应用前景。3、研究内容与技术路线本研究项目拟采用柔性抗疲劳材料HMA基层+冷拌式水泥乳化沥青混凝土高压应力联接层SMA沥青混凝土多功能面层的长寿命路面结构，既可显著提高路面结构的承载力和耐久性，又可防止高温下沥青材料产生过大变形，较好地协调了耐久性、功能性和经济性对路面材料和结构相互矛盾的要求；
6、同时通过对多功能长寿命路面的温度场和温度应力研究，结合交通荷载分析，系统地探索长寿命路面的破坏损伤模式，并由宏观力学尺度过渡到微观力学尺度研究长寿命路面材料的破坏机理。1报告之二 研究报告1、示范工程路面结构设计1.1、示范工程路面结构组合主要设计参数 1.1.1 计算依据 （1）路面工程施工图 （2）城市道路工程设计规范（CJJ 372012） （3）公路沥青路面设计规范（JTG D502006） （4）公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）1.1.2 路面设计计算标准与参数根据公路自然区划标准（JTJ00386）中公路自然区划图，本项目自然划分为3区，属于华中地区亚热带气候，温
7、暖潮湿，雨量充沛，一般年平均气温18，最冷月份为1月，平均气温为5左右，极端最低气温18.1；最热月份为7月底，平均气温29度，极端最高气温41.3。多年平均降雨量为1248.5mm，49月份为雨季，其雨量占全年的65以上；根据温度和雨量情况，本气候区为131区（夏炎热冬潮湿）；因此对路面高温抗车辙，低温抗开裂及水稳性有较高要求。本示范路段主要技术指标和如下表1，示范路段典型路面组合见表2。示范路段主要技术指标 表1序号项目名称单位技术指标（规范值）1地形类别平原微丘2公路等级城市一级快速路3行车道宽度m223.754路面等级高等级沥青路面5轴载标准轴载BZZ1006设计年限年15示范段路面组
8、合及主要技术指标 表2结构组合结构层 材料厚度cm回弹模量（MPa,20度）回弹模量（MPa,15度）劈裂强度（MPa）示范段结构组合 上面层SMA4140018001.4联接层水泥乳化沥青混凝土8288035001.2柔性上基层大粒径沥青碎石8101612000.7下基层水泥稳定级配碎石36141015000.5底基层水泥稳定级配碎石18140015000.51.1.3 累计当量轴次和设计弯沉计算 1）以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载按下式换算成标准轴载P的当量轴次N。 式中：N以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标时的标准轴载当量轴次（次/d） 被换算车型的各级轴载作用次数（次
9、/d） 标准轴载（kN）； 被换算车型的各级轴载（kN） 被换算车型的轴数系数 被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38； 被换算车型的轴载级别。2）计算试验路段一个车道上的累计当量轴次时按以下公式： 式中：设计年限内一个车道的累计当量轴次（次/车道）设计年限（年）； 营运第一年双向日平均当量轴次（次/d） 设计年限内交通量的平均年增长量 车道系数3）设计弯沉值根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按下式计算。 式中：设计弯沉值（0.01mm） 设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道） 公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1
10、，三、四级公路为1.2 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 路面结构类型系数。半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6, 对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数： (8.0.5-2)式中：为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；根据公式计算出特重交通流量下试验路段累计当量轴次、路表设计弯沉如表3。 示范路段累计当量轴次及路表设计弯沉 表3基年交通量（小客车 pcu/日）17785累计当量轴次（BZZ-100）路表设计弯沉（1/100mm）20.61.2、示范工程路面结构组合设计结果1.2.1 层底容许拉应力、路表计算弯沉和层底拉应力计算 沥青混凝土层、半刚性基层和底基
11、层以拉应力为设计或验算指标时，材料的容许拉应力按下式计算： 式中： 路面结构层材料的容许拉应力（MPa） 沥青混凝土或半刚性基层材料的极限劈裂强度（MPa） 抗拉强度结构系数路表计算弯沉按下式计算：层底拉应力计算按下式：层底拉应力以单圆中心以及双圆轮隙中心为计算点，并取较大值作为层底拉应力。1.2.2层底容许拉应力、层底拉应力、设计路表弯层、路表计算弯沉计算结果分析示范路段结构组合设计计算分析 表4结构组合结构层材料设计路表弯沉（1/100mm）路表计算弯沉（1/100mm）层底容许拉应力（MPa）层底拉应力（MPa）示范段结构组合 上面层SMA20.614.00.38-0.156联接层水泥乳
12、化沥青混凝土20.60.310.163柔性上基层大粒径沥青碎石20.60.3-0.130下基层水泥稳定级配碎石20.60.220.042底基层水泥稳定级配碎石20.60.220.090备注：层底应力+为拉应力，-为压应力1.2.3 示范段结构组合初步设计计算结论示范段结构组合初步设计表明：路表计算弯沉为 14.0（1/100mm），小于设计路表弯沉20.6；各层底拉应力指标均小于容许拉应力。示范段结构组合初步设计满足现有规范要求。2 高抗车辙沥青混凝土面层材料研究2.1 原材料选择与准备根据宜昌地理气候的特点，研究确定本项目所在地区路面最高与最低设计温度的计算参数，为选择沥青性能等级提供科学依
13、据。由于地域等原因，其温差大，降雨量大，因此对原材料要求更为苛刻。集料、沥青材料的优选除了必须满足规范规定的要求以外，还应具有耐温度疲劳特性，同时由其所配成的沥青混合料必须具有良好的温度疲劳特性和水稳定性。2.1.1 胶结料沥青路面采用的沥青标号宜按照公路等级、气候条件、交通条件、路面类型及在结构层中的层位中的受力特点、施工方法、当地的使用经验进行选择。宜昌地处中国中西部，气候夏季炎热，冬季寒冷，多雨，因此需选择性能优良的沥青结合料，而用于SMA的沥青结合料必须具有较高的粘度，与集料有良好的粘附性，以保证有足够的高温稳定性和低温韧性。沥青结合料采用SBS I-D改性沥青，其基本性能指标见表2-1。表2- 1 SBS I-D沥青基本性能指标技术指标技术要求试验结果针入度（25、100g、 5s ）（0.1mm）406053延度（5、5cm/min）（cm）2036.7软化点（环
