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1、长寿路面典型结构成套技术研究长寿路面典型结构成套技术研究 沥青面层与应力吸收层的材料组成设计沥青面层与应力吸收层的材料组成设计 改性沥青砼面层改性沥青砼面层 4cm 水泥砼面层水泥砼面层 28cm 二灰碎石基二灰碎石基 层层18cm 灰土或固化剂处理路床灰土或固化剂处理路床 20cm 冲击压实处理路床（影响深度冲击压实处理路床（影响深度80cm） 应力吸收层应力吸收层2cm 柔性垫层柔性垫层1.5cm 长寿命路面结构长寿命路面结构厚厚度度53.5cm长寿路面典型结构成套技术研究长寿路面典型结构成套技术研究 沥青面层与应力吸收层的材料组成设计沥青面层与应力吸收层的材料组成设计黑色面层的技术要求与
2、材料组成黑色面层的技术要求与材料组成应力吸收层的技术要求与材料组成应力吸收层的技术要求与材料组成黑色垫层的技术要求与材料组成黑色垫层的技术要求与材料组成一一黑色面层的材料组成设计黑色面层的材料组成设计 黑色面层的功能黑色面层的功能改善水泥混凝土路面的舒适性、防改善水泥混凝土路面的舒适性、防水性和抗滑安全性；水性和抗滑安全性；确保复合式路面兼具水泥路面及沥确保复合式路面兼具水泥路面及沥青路面的特点青路面的特点。黑色面层的性能要求黑色面层的性能要求具有足够的抗剪强度以抵抗剪切破坏；具有足够的抗剪强度以抵抗剪切破坏；具有足够的抗拉强度和变形能力；具有足够的抗拉强度和变形能力；具有足够的抗水损坏能力具
3、有足够的抗水损坏能力 ；保证各种性能之间的平衡保证各种性能之间的平衡 。黑色面层受力分析黑色面层受力分析 沥青混凝土层与水泥混凝土板之间沥青混凝土层与水泥混凝土板之间的接触面是复合式路面结构抵抗剪的接触面是复合式路面结构抵抗剪切力的薄弱环节。为分析一般规律，切力的薄弱环节。为分析一般规律，采用三层弹性连续体系，计算研究采用三层弹性连续体系，计算研究在双圆均布垂直与水平荷载综合作在双圆均布垂直与水平荷载综合作用（复合荷载）下的层间剪应力用（复合荷载）下的层间剪应力 层间剪应力计算层间剪应力计算参数参数 (cm)(cm)(cm)(cm)q(Mpq(Mpq(Mpq(Mpa a a a) ) ) )h
4、 h h ha a a a/ / / /h h h hc c c c/ / / /E E E Ec c c c/E/E/E/Ea a a aE E E Es s s s/E/E/E/Ec c c c10.6510.6510.6510.650.70.70.70.74/10.654/10.654/10.654/10.6530/10.6530/10.6530/10.6530/10.6530000/120030000/120030000/120030000/1200150/30000150/30000150/30000150/30000汽车轮胎接触面当量圆半径汽车轮胎接触面当量圆半径; ;EcEc水泥
5、混凝土模量水泥混凝土模量; ;Es 板下地基模量板下地基模量;EaEa沥青混凝土模量沥青混凝土模量; ;H Hc c 混凝土板厚混凝土板厚( (cm);cm);H Ha a 沥青混凝土层厚沥青混凝土层厚( (cm)cm) 层间最大剪应力点位的确定层间最大剪应力点位的确定 层间最大剪应力计算点随着层间最大剪应力计算点随着h ha a的变化而的变化而变化变化当当h hc c16cm16cm32cm, Ec/Ea=1832cm, Ec/Ea=1832, 32, Es/Ec=150/30000, Es/Ec=150/30000, 0.50.5h ha a在在2 21010cmcm时，层间最大剪应力计算
6、点时，层间最大剪应力计算点大概在轮前大概在轮前0.90.9处处沥青层厚度对剪应力系数的影响沥青层厚度对剪应力系数的影响 h h h ha a a a（cmcmcmcm）0.20.20.20.20.50.50.50.52 2 2 20.37840.37840.37840.37840.52700.52700.52700.52703 3 3 30.37560.37560.37560.37560.52810.52810.52810.52814 4 4 40.37220.37220.37220.37220.51270.51270.51270.51275 5 5 50.36450.36450.36450.
7、36450.49710.49710.49710.49716 6 6 60.35630.35630.35630.35630.47800.47800.47800.47807 7 7 70.34470.34470.34470.34470.45620.45620.45620.45628 8 8 80.33070.33070.33070.33070.43210.43210.43210.43219 9 9 90.31500.31500.31500.31500.40670.40670.40670.4067101010100.29810.29810.29810.29810.38080.38080.38080.
8、3808 增加沥青混凝土层的厚度可以降低增加沥青混凝土层的厚度可以降低层间剪应力层间剪应力 ；沥青层厚从沥青层厚从2 2cmcm升至升至1010cmcm，相应的相应的层间剪应力变化为：层间剪应力变化为：0.20.2下降幅度为下降幅度为21.221.2，0.50.5下降幅度为下降幅度为27.727.7 沥青层厚度对剪应力系数的影响沥青层厚度对剪应力系数的影响水泥混凝土厚度对层间剪水泥混凝土厚度对层间剪应力的影响应力的影响 当当h hc c由由1616cmcm增加到增加到3232cmcm时，时，0.20.2和和0.50.5的变化均不足的变化均不足1 1 Ec/EaEc/Ea对层间剪应力的影响对层间
9、剪应力的影响 Ec/Ea与0.2，0.5近似正比关系 Ec/EaEc/EaEc/EaEc/Ea0.20.20.20.20.50.50.50.5181818180.35670.35670.35670.35670.48490.48490.48490.4849202020200.35820.35820.35820.35820.48700.48700.48700.4870222222220.35950.35950.35950.35950.48870.48870.48870.4887242424240.36060.36060.36060.36060.49020.49020.49020.490226262
10、6260.36150.36150.36150.36150.49140.49140.49140.4914282828280.36230.36230.36230.36230.49250.49250.49250.4925303030300.36300.36300.36300.36300.49350.49350.49350.4935323232320.36370.36370.36370.36370.49430.49430.49430.4943层间剪应力计算结果层间剪应力计算结果 小结小结1.1.水水泥泥混混凝凝土土沥沥青青混混凝凝土土层层间间最最大大剪剪应应力力按按不不同同沥沥青青混混凝凝土土层层厚厚
11、出现在出现在0.7-0.90.7-0.9处处2.2.影影响响层层间间剪剪应应力力的的最最大大因因素素是是沥沥青青混混凝凝土土层层厚厚度度，层层厚厚从从2 2cmcm升升至至1010cmcm时时，层层间间剪剪应应力力幅幅度度在在2020以上以上3.3.水水泥泥混混凝凝土土层层厚厚度度haha与与模模量量EcEc对对层间剪应力的影响微弱层间剪应力的影响微弱黑色面层合理厚度的确定黑色面层合理厚度的确定 国外的方法有国外的方法有AREARE法、法、AAS HTOAAS HTO法、法、日本日本 TaTa法、法、BerkeleyBerkeley分校的设计分校的设计方法、最小厚度法等方法、最小厚度法等 厚度
12、的确定考虑施工的难易、混合厚度的确定考虑施工的难易、混合料中的最大集料尺寸、压实所需的料中的最大集料尺寸、压实所需的时间、交通量、交通类型及投资等时间、交通量、交通类型及投资等因素因素 路面厚度至少应为路面厚度至少应为1.51.5倍粗集料最倍粗集料最大颗粒尺寸大颗粒尺寸 黑色面层合理厚度的确定黑色面层合理厚度的确定 依据施工能力或混合料中集料的最依据施工能力或混合料中集料的最大粒径决定的最小厚度大粒径决定的最小厚度 ,在在 1.91 1.91 5.085.08cmcm（0.75in0.75in2in2in）之间，平之间，平均值为均值为 3.81 3.81cmcm（1.5in1.5in） 考虑交
13、通量及集料最大粒径时，最考虑交通量及集料最大粒径时，最小厚度小厚度3.813.813.763.76cmcm（1.61.63in3in）（）（双向日交通量双向日交通量75075020002000） 黑色面层合理厚度的确定黑色面层合理厚度的确定 在在日日本本，为为提提高高车车辆辆行行驶驶性性和和防防滑滑性性能能的的罩罩面面厚厚度度，其其最最小小厚厚度度为为4 4cmcm。但但日日本本东东北北地地区区道道路路上上也也有有3 3cmcm的罩面层。的罩面层。原原西西德德用用3.53.5cmcm沥沥青青混混合合料料罩罩面面, ,碾碾压压1212次次，采采用用中中等等重重量量的的压压路机碾压路机碾压, ,使
14、用年限使用年限6 6年。年。以以上上的的最最小小厚厚度度值值不不能能抵抵抗抗反反射射裂缝的出现。裂缝的出现。黑色面层合理厚度的确定黑色面层合理厚度的确定 当罩面层厚度为当罩面层厚度为4 4cm,cm,标准荷载标准荷载q=0.7Mpaq=0.7Mpa及及f=0.5f=0.5时时, ,面层的抗剪强度能满足强度面层的抗剪强度能满足强度要求，即设计强度大于罩面层内的最大要求，即设计强度大于罩面层内的最大剪应力剪应力 结合力学分析结合力学分析, ,费用效益分析费用效益分析, ,并考虑设并考虑设计交通量、当地的气候与水文地质条件计交通量、当地的气候与水文地质条件和复合式路面结构的特点、建议采用黑和复合式路
15、面结构的特点、建议采用黑色面层的厚度为色面层的厚度为4cm 黑色面层沥青混合料技术要求黑色面层沥青混合料技术要求 车辙试验动稳定度车辙试验动稳定度 DS40004000次次/ /mmmm浸水车辙试验动稳定度浸水车辙试验动稳定度 DS水水30003000次次/ /mmmm小梁弯曲试验最大破坏应变小梁弯曲试验最大破坏应变 max2500umax2500u冻融劈裂试验强度比冻融劈裂试验强度比 85%85%设计空隙率设计空隙率3.5-5%3.5-5%压实空隙率压实空隙率8%8%沥青结合料沥青结合料掺加天然沥青改性掺加天然沥青改性 沥青混合料改性沥青混合料改性 聚合物改性沥青聚合物改性沥青改性沥青技术要
16、求改性沥青技术要求 建议采用建议采用SBS改性沥青改性沥青除满足我国部颁标准除满足我国部颁标准I-D级技术要级技术要求外，还应满足求外，还应满足软化点软化点70以上以上弹性恢复（弹性恢复（25）80TFOT后后5延度延度25cm不推荐现场生产的改性沥青不推荐现场生产的改性沥青矿料技术要求矿料技术要求 建议采用符合规范要求，且兼具耐建议采用符合规范要求，且兼具耐磨与粘附性能的矿料。磨与粘附性能的矿料。有条件时尽量采用玄武岩，如果成有条件时尽量采用玄武岩，如果成本太高，也可考虑采用其它矿料本太高，也可考虑采用其它矿料 。沥青混合料的类型沥青混合料的类型 SMASMA提提高高高高温温抗抗车车辙辙能能
17、力力、低低温温抗抗裂裂性性能能、水水稳稳定定性性、减减少少水水雾雾和和溅溅水水，路路面面噪噪音音可可降降低低3-53-5dBdB、抗抗滑滑性性能能提提高高、有有良良好好的的耐耐久久性性；能能全全面面提提高高沥沥青青混混合合料料和和沥沥青青路路面面的的使使用用性性能能，减减少少维维修修养养护护费费用用，延长使用寿命延长使用寿命 SMA 的不足在于一次性投资高，对原的不足在于一次性投资高，对原材料质量要求苛刻，施工难度大。材料质量要求苛刻，施工难度大。沥青混合料的级配类型的选择沥青混合料的级配类型的选择 建议尽量采用建议尽量采用SMA-13，无条件时无条件时也可以考虑采用也可以考虑采用AC-13级
18、配级配无论哪种级配，都必须兼顾各种路无论哪种级配，都必须兼顾各种路用性能之间的平衡（如抗车辙和抗用性能之间的平衡（如抗车辙和抗水损坏之间的平衡），并满足前面水损坏之间的平衡），并满足前面所提出的沥青混合料指标要求所提出的沥青混合料指标要求 。二 应力吸收层的技术要求应力吸收层的技术要求与材料组成与材料组成 应力吸收层的功能与性能要求应力吸收层的功能与性能要求 功能功能“承上启下承上启下”的粘结作用的粘结作用 防水与排水作用防水与排水作用阻止或延缓反射裂缝产生与扩展阻止或延缓反射裂缝产生与扩展 性能要求性能要求具有突出的粘结力具有突出的粘结力 突出的高温抗剪切变形能力突出的高温抗剪切变形能力低温
19、延展性及柔韧性低温延展性及柔韧性 不透水性不透水性 应力吸收层的受力分析应力吸收层的受力分析 剪应力取决于剪应力取决于沥青面层的材料与厚度沥青面层的材料与厚度水泥混凝土路面相邻板的弯沉差水泥混凝土路面相邻板的弯沉差 拉应力取决于拉应力取决于降温速率、降温速率、应力吸收层与水泥混凝土板的温度收应力吸收层与水泥混凝土板的温度收缩系数之差缩系数之差混凝土板的长度或宽度混凝土板的长度或宽度应力吸收层的类型与特点应力吸收层的类型与特点 应力吸收层有以下一些种类应力吸收层有以下一些种类沥青砂沥青砂稀浆封层、乳化沥青加石屑稀浆封层、乳化沥青加石屑STRATASTRATA土工布、土工格栅、油毛毡和玻璃格栅等等
20、土工布、土工格栅、油毛毡和玻璃格栅等等特点特点 良好的柔良好的柔韧性、粘性、粘结性和防水效果性和防水效果建议方案建议方案根据本项目的特点，结合其它工程根据本项目的特点，结合其它工程的经验以及试验研究，建议采用特的经验以及试验研究，建议采用特别配制的别配制的SBS改性沥青玛蹄脂石屑改性沥青玛蹄脂石屑作为应力吸收层，厚度为作为应力吸收层，厚度为2cm 应力吸收层的技术要求应力吸收层的技术要求 车辙试验动稳定度车辙试验动稳定度 DS2000DS2000次次/ /mmmm小梁弯曲试验最大破坏应变小梁弯曲试验最大破坏应变max4000 umax4000 u设计空隙率设计空隙率3%3%压实空隙率压实空隙率
21、5%5%应力吸收层的材料组成应力吸收层的材料组成 采用特别采用特别SBS改性沥青改性沥青SBS含量含量5%软化点软化点 75-85弹性恢复（弹性恢复（25）85%TFOT后后5延度延度30cm其它指标满足部颁标准其它指标满足部颁标准I-D的要求的要求石料满足规范要求，与沥青粘附性大于石料满足规范要求，与沥青粘附性大于4级级混合料级配需专门设计混合料级配需专门设计矿粉用量矿粉用量8%油石比油石比8-10%二 应力吸收层的技术要求应力吸收层的技术要求与材料组成与材料组成 二 应力吸收层的技术要求应力吸收层的技术要求与材料组成与材料组成 三三 柔性沥青垫层的技术柔性沥青垫层的技术要求与材料组成要求与
22、材料组成 垫层的功能与性能要求垫层的功能与性能要求 清除混凝土板下半刚性基层的不均匀支清除混凝土板下半刚性基层的不均匀支撑，起整平作用撑，起整平作用 防止水泥板与半刚性基层之间的反复摩防止水泥板与半刚性基层之间的反复摩擦产生的半刚性基层擦产生的半刚性基层的磨损，起缓冲与的磨损，起缓冲与“软着陆软着陆“作用作用防止水分下渗造成对基层及路基的冲刷防止水分下渗造成对基层及路基的冲刷 消减应力，减轻半刚性基层反射裂缝对消减应力，减轻半刚性基层反射裂缝对上部路面的上部路面的影响影响 保护基层，充当临时路面保护基层，充当临时路面 性能要求性能要求必须具有良好的均匀性和密水性必须具有良好的均匀性和密水性具有
23、一定的抗变形能力和延展性具有一定的抗变形能力和延展性 柔性沥青垫层的受力分析柔性沥青垫层的受力分析 受力相对简单，主要承受水泥板传受力相对简单，主要承受水泥板传递下来的压应力及半刚性基层与水递下来的压应力及半刚性基层与水泥板受温度变化而产生的温度应力泥板受温度变化而产生的温度应力这些应力都相对较小，不至于造成这些应力都相对较小，不至于造成垫层的损坏垫层的损坏柔性沥青垫层的技术要求柔性沥青垫层的技术要求 采用双层改性沥青稀浆封层采用双层改性沥青稀浆封层1 建议采用建议采用SBR改性乳化沥青，除满足部颁标准要改性乳化沥青，除满足部颁标准要求外，其蒸发残留物求外，其蒸发残留物5延度应大于延度应大于8
24、0cm,软化点应软化点应高于高于53；2 矿料采用满足规范要求的石料，尤其要控制含泥矿料采用满足规范要求的石料，尤其要控制含泥量。量。 四四 成本估算与分析成本估算与分析 黑色面层黑色面层 层厚层厚4cm，优质优质SBS改性沥青改性沥青 3800元元/T方案方案1SMA13玄武岩（玄武岩（150元元/T)木质素木质素4，6000元元/T油石比油石比6%材料成本价材料成本价42元元/m方案方案2AC13，石灰岩（石灰岩（100元元/T）油石比油石比5.5%材料成本价材料成本价31元元/m应力吸收层应力吸收层 层厚层厚2cm优质优质SBS改性沥青改性沥青 3800元元/T优质石屑优质石屑100元元/T油石比油石比10%成本价成本价25元元/m黑色垫层黑色垫层 层厚层厚2cm方案方案1重交沥青重交沥青60/80，（，（2500元元/T)AC10，油石比油石比6%石料石料100元元/T 成本价成本价10元元/m方案方案2透油层（透油层（1.0kg/ m), 2500元元/T08mm石屑，石屑，100元元/T7mm乳化沥青稀浆封层，乳化沥青乳化沥青稀浆封层，乳化沥青2600元元/T 成本价成本价12元元/m
