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1、二、项目实施方案1研究目的、意义和必要性1.1、项目的提出和必要性多年的实践表明，种种原因造成了近十几年来修建的很多半刚性基层沥青路面早期损坏严重、耐久性差，在未达到设计使用寿命（1520年）时就要进行不同程度的维修，大量的维修工作使得后期养护费用大大提高，从而造成公路建设总体成本的显著增加，严重的影响了高速公路的通行能力和社会形象。综合多年的实践分析认为，我国高等级公路半刚性基层沥青路面主要存在以下问题：（1）未充分考虑半刚性基层的收缩（干缩和温缩特征）问题，使得半刚性基层沥青路面产生反射裂缝的现象严重，在水与交通荷载的作用下最终导致路面破坏；（2）对半刚性基层抗疲劳破坏能力较差认识不够，“
2、强基薄面”的观点过分地强调了半刚性基层板体性强、承载能力高、抗变形能力强等特点，使得半刚性基层与沥青面层的模量比较大，对荷载的敏感性增大，即同样的超载车对半刚性基层沥青路面的危害要远大于对柔性基层沥青路面的危害。（3）沥青面层较薄，加之普遍采用马歇尔方法进行混合料配合比设计，设计空隙率较大、沥青用量较多，造成沥青面层过早的出现车辙、裂缝、水损坏等早期病害；（4）沥青路面结构层层间结合处置不当，使得进入沥青面层的水分渗入到半刚性基层表面，在行车轮胎抽吸造成的动水压力下和冻融循环的作用下，改变了路面结构设计中的界面连续的边界条件，使得路面结构的受力状态变得十分不利。沥青稳定碎石作为柔性结构层材料，
3、具有较高的抗剪强度、抗弯拉强度和抗疲劳性能，具有良好的应力扩散能力，使路面结构受力、变形更为协调，受水和冰冻病害小；与沥青混凝土相比具有一定的经济优势。因此，本课题研究的目的是，在充分研究沥青稳定碎石路用性能，以沥青稳定碎石混合料（12cm）替代沥青下面层（8cm）增加沥青面层厚度的基础上，从解决沥青面层材料、半刚性基层材料路用性能和耐久性入手，在现有技术水平基础上，结合本地区的气候特点，开展“基于北方地区道路长寿命设计理念的沥青混凝土路面结构体系研究及应用”研究，在我国当前经济条件下将具现实意义。1.2国内外现状和技术发展趋势长寿命路面是指路面设计寿命超过40年，相对于现有的路面其日常养护要
4、求总费用更低的路面结构。20世纪80年代以来，长寿命路面的研究已成为世界各国沥青路面最为热门的研究内容，美国、欧洲、加拿大、澳大利亚、日本甚至南非都在广泛研究。英国在20世纪50年代初期修筑了多条设计寿命为20年的试验路，在分析这些试验路的路面性能的基础上，Powell等人的设计理论主张道路使用20年后，通过对原路面的补强来实现40年的设计寿命。英国有关部门通过对试验路的长期观测，得出一些重要结论认为，对施工良好的沥青路面，当其沥青面层厚度大于180mm时，车辙率会迅速降低；当沥青面层厚度为180mm360mm时，车辙率与面层厚度无明显关系；对于厚沥青面层道路，车辙大部分发生在沥青层表面，此时
5、并不表示道路的整体结构不足，进一步罩面设计能保证基层结构良好，即使下层较弱，若AC厚度足够大，一般不会发生结构性变形。基层弹性劲度随沥青的老化增加，扩散荷载的能力也逐渐提高，从而减小了车辆荷载引起并导致路面疲劳的基层拉应变。应变的降低对疲劳寿命的提高超过了基层老化引起的疲劳寿命的降低，也即道路的抗疲劳能力随老化的程度而提高。美国习惯上称长寿命路面为永久性路面。美国永久性路面的概念最早由美国沥青路面联盟APA提出，实际是欧洲长寿命路面设计理念的发展。美国沥青路面协会（APA）关于永久性路面的定义为：路面使用年限至少为35年，并且在使用年限内确保路面不发生结构性破坏，只需进行周期性养护，平均罩面时
6、间不小于12年。美国的永久性路面设计源于全厚式沥青混凝土路面和高模量沥青混凝土路面。欧美的长寿命路面通常采用柔性结构，路基强度较高时可以采用全厚式；路基强度不足时，加铺粒料基层或沥青碎石基层。除全厚式路面外沥青层总厚度在170mm350mm之间。面层结构组合是长寿命路面设计的关键，面层结构必须结合各部分功能特点进行组合。美国沥青路面协会提出面层分为3层：（1）上面层。厚度为4075mm，要求具有良好的抗车辙能力、抗老化性能、低温性能和良好的表面特性。（2）中面层。厚度为75100mm，要求具有较高的模量和抗车辙性能。（3）下面层。厚度为100175mm，要求具有抗疲劳能力和抗水损坏能力。在日本
7、，长期使用的路面简称LSP，它的设计目标是拥有2倍于现行路面的使用性能，因功能破坏而维修的周期在15年以上，结构性寿命在4060年。在日本，认为可以实现长期使用的路面形式有以下几种复合式路面：（1）50mm低噪声面层+250mm连续钢筋混凝土基层+400mm水泥稳定处理底基层。（2） 50mm低噪声面层+250mm碾压混凝土基层+400mm水泥稳定处理底基层。（3）50mm低噪声面层+50mm高粘度改性沥青联结曾+300mm预制钢筋混凝土板+300mm水泥稳定处理底基层。（4）50mm低噪声面层+150mm改性沥青II型半刚性联结层+200mm高强度水泥处理混合料+300mm水泥稳定处理底基层
8、。（5）50mm低噪声面层+150mm大粒径改性沥青II型混合料+200mm沥青稳定处理上基层+300mm水泥稳定处理底基层。国内第一条长寿命路面试验路铺筑于江苏省沿江高速公路，由交通部公路科学研究所承担。他们对不同路面结构组合进行了尝试。之后，长安大学、东南大学、江苏省交通科学研究院、山东省交通科学研究院等单位也先后进行了试验研究，并铺筑了试验段。但总体而言，国内对长寿命路面的研究尚处于起步阶段。2005年10月，交通部制定的10大科技攻关项目中，“长寿命路面结构”被排在了首位；西部交通科技建设项目“重载交通长寿命沥青路面典型结构与施工技术”的研究，并同期建设了河南许昌尉氏段64km的高速公
9、路长寿命路面。借鉴复合式路面结构型式，结合了柔、刚2种路面结构的优势，该路已于2005年建成通车，目前使用状况良好。目前，国际上最常用的是全厚式沥青路面、柔性基层及组合式基层沥青路面。其中全厚式和柔性基层沥青路面是国外长寿命沥青路面的主要结构形式。鉴于我国的实际经济情况，由于全厚式路面的沥青层要求较厚，初期投资较大，短期内在我国难以实现，因此应重点发展柔性基层和组合式基层沥青路面。而又由于我国对半刚性基层有丰富的应用经验，为了有充分的把握，当前应该首先发展组合式基层沥青路面。2研究目标目前，国际上最常用的是全厚式沥青路面、柔性基层及组合式基层沥青路面。其中全厚式和柔性基层沥青路面是国外长寿命沥
10、青路面的主要结构形式。鉴于我国的实际经济情况，由于全厚式路面的沥青层要求较厚，初期投资较大，短期内在我国难以实现，因此应重点发展柔性基层和组合式基层沥青路面。而又由于我国对半刚性基层有丰富的应用经验，为了有充分的把握，当前应该首先发展组合式基层沥青路面。3主要研究开发内容（1）基于长寿命设计理念的沥青路面结构设计优化与分析。（2）基于振动压实法的抗裂型水泥稳定碎石半刚性基层应用技术研究近年来采用振动压实法的半刚性基层使用状况调查和科研成果总结分析；采用振动压实法的水泥稳定碎石混合料配合比设计；抗裂型水泥稳定碎石半刚性基层施工工艺研究。（3）沥青稳定碎石混合料配合比设计优化研究，包括：沥青稳定碎
11、石混合料设计方法（GTM方法和马歇尔方法对比）研究；沥青稳定碎石混合料路用技术性能研究；沥青稳定碎石混合料施工工艺研究；总结提出沥青稳定碎石混合料的设计方法和施工工艺。（4）采用GTM方法的耐久性沥青混合料配合比优化设计研究；沥青混合料耐久性的影响因素研究；采用GTM方法的沥青混合料配合比优化设计研究；以GTM方法设计的沥青混合料为控制标准的沥青混合料施工工艺研究。（5）沥青路面结构层层间处置技术对比研究，包括：半刚性基层之间撒布水泥粉与洒布水泥浆效果对比试验研究；沥青面层与半刚性基层之间设置改性乳化沥青碎石封层、沥青碎石封层与改性沥青碎石封层效果对比试验研究；沥青面层间改性沥青粘层油洒布量试
12、验研究。（6）试验路施工及后期跟踪监测与路面性能对比分析。（7）编写研究报告。4项目创新点及拟解决的关键技术问题（1）采用振动压实法的抗裂型半刚性基层设计方法及施工控制技术； （2）采用GTM法的沥青稳定碎石混合料的设计方法及施工工艺；（3）沥青路面结构层间处治技术和施工工艺； （4）基于北方气候条件的长寿命沥青路面典型结构。5. 研究方法和工艺技术路线研究的方法采用调研、总结分析、试验研究和工程应用研究相结合的方法。解决问题采取的技术路线：在收集国内外相关资料和前期调研的基础上，确定总体研究方案基于长寿命设计理念的沥青路面结构设计优化与分析基于振动压实法的抗裂型水泥稳定碎石半刚性基层应用技术
13、研究基于GTM方法和马歇尔方法的沥青稳定碎石混合料配合比设计优化研究采用GTM方法的耐久性沥青混合料配合比优化设计研究沥青路面结构层层间处置技术对比研究试验路施工及各结构层施工工艺研究后期跟踪监测与路面性能对比分析编写研究报告。6总经费预算、资金筹措方式及来源项目总预算560万元，申请市财政拨款100万元，单位自筹460万其中：人员费100万元，设备费5万元，能源材料费225万元，试验外协费100万元，信息费10万元，差旅费10万元，会议费15万元，租赁费60万，管理费25万元，其他费用10万元。 7项目进度安排根据课题的研究内容及工作量情况，拟安排科研计划如下：2012.042012.09完
14、成采用振动压实法半刚性基层沥青路面的使用状况调查和科研成果总结分析，提出抗裂型半刚性基层设计方法、施工控制技术；2012.102013.04完成沥青稳定碎石混合料级配组成设计方法研究和路用技术性能研究；2013.052013.09铺筑试验路，完成抗裂型半刚性基层、沥青稳定碎石及沥青混合料施工工艺研究，同期完成沥青路面各结构层层间处治技术研究；2013.102014.04完成第一次路面性能检测和研究报告编写；2014.052014.09完成第二次路面性能检测和课题鉴定。8预期的经济、社会效益分析及成果应用、产业化衔接情况通过本课题的研究，优化沥青路面的结构设计，提高沥青混合料的配比指标，加强施工
15、过程控制，从而提高沥青道路的施工质量，确保使用寿命，减少养护和维修费用。研究出的道路结构设计形式和施工工艺，在北方地区乃至全国，对于提高道路长寿命，都将有着积极的意义。 9研究工作基础及条件项目承担单位天津五市政公路工程有限公司的主要技术人员在已建高等级公路建设中解决了许多技术问题，对新材料、新工艺、新的路面结构以及现有沥青路面结构的病害原因有深刻认识，对高等级公路沥青路面的建设有丰富的实践经验，为路面结构的工程试验打下了良好的基础。项目协作单位天津市市政工程研究院具有国家认可实验室和交通部综合甲级实验室资格，具备齐全的试验设备和完善的检测试验手段。同时，该院多年来完成过很多关于路基、路面材料的科研课题，具有雄厚的技术实力、充实的科研成果储备和丰富的道路技术研究经验。特别是近几年完成的“抗裂型半刚性基层研究”、“采用振动成型的水泥稳定碎石配合比设计方法、路用性能和施工及应用研究”、“SMA沥青混合料配合比设计、路用性能和施工技术研究”、“采用GTM的沥青混合料配合比设计方法研究”、“城市快速路高性能沥青路面研究”等课题成果，为顺利开展本课题的研究打下了基础。项目协作单位，天津市城建设计院具备完善的设计手段和丰富的设计经验。如上所述，本项目的实施具有坚实的试验设备、技术力量及管理水平，前期科研项目已为本项目储备了相当丰富的技术成果，完全满足本项目实施的条件和要求。10承担单位简
