（交通运输工程专业论文）安徽省路网工程沥青路面合理路面结构和材料研究.pdf

摘要 摘要 随着国家加大对公路基础设施的投入，安徽省高速公路建设规模逐年增加，国省道和重要县 道新、改建工程( 以下简称路网新改建工程) 规模也运年增加，截l 2 0 0 3 年底，安徽省公路总 里程达6 9 5 6 0 公里。目前安徽省路网工程路面结构设计，几乎千篇一律地采用半刚性基层型式， 随之而来的是日益严重的半刚性基层反射裂缝问题。根据安徽的经济发展水平和经济实力，这些 公路不可能通过设置很厚的沥青面层来预防基层的反射裂缝，因此开展结合安徽省路网工程的特 点，优化路面结构设计，更加经济台理地减少和预防反射裂缝的研究在当前显得十分必要。 本文在对安徽省公路进行较全面分析的基础上，结合1 9 9 4 年安徽省路面典型结构研究，根 据当前安敏省路网工程行政等级( 国道、省道和重要县道) 、技术等级( 二级、三级) 、交通量和 交通组成( 货车、客车) 的特点，通过优化路面结构组合设计，并对在半刚性基层与沥青面层之 间设置一定厚度的柔性排水层或铺设土工材料、使用低剂量水泥稳定碎石等路面结构，铺筑试验 路段，并进行长期的观测和分析。通过研究，对原路面典型结构设计提出优化设计方案，并针对 其路面结构层及配套工程( 防、排、隔水设施) 的设置、混合料生产( 级配) 和施工工艺( 拌和、 摊铺) 、质量控制标准等提出技术要求，达到更好地预防反射裂缝的效果从而延长道路的使用 寿命。 关键词：路网工程：沥青路面：合理路面结构组合；半刚性基层；材料组成设计 垒! 塑生一 a b s t r a c t t h e s l a n m a r yi n c r e a s e st h ei n p u ti n t oh i g h w a y i n f r a s t r u c t u r eo n ew i t ht h ec o u n t r y , t h ec o n s t r u c t i o n s c a l eo fe x p r e s s w a yo fo u rp r o v i n c ei n c r e a s e sy e a rb yy e a r ，c o u n t r yb e t w e e np r o v i n c i a lh i g h w a ya n d i m p o r t a n tc o u n t yr o a dn e wr e c o n s t r u c t i n gp r o j e c t i n g ( h e r e a f t e rr e f e r r e dt oa sr o a dn e t w o r k r e c o n s t r u c t p r o j e c tn e w l y ) ，s c a l ei n c r e a s ey e a rb yy e a r ，b yt h ee n do f 2 0 0 3 ，t h et o t a lm i l e a g eo f t h eh i g h w a yo f a n h u ip r o v i n c ei su dt o6 9 5 6 0k i l o m e t e r s t h er o a dn e t w o r kp r o j e c tr o a ds u r f a c es t r u c t u r a ld e s i g no f o u r p r o v i n c e ，n e a r l ya d o p tt h es e m i r i g i dp a t t e r n a tt h eb a s i cl e v e l s t e r e o t y p e d l y a t p r e s e n lt h e f o l l o w i n go n ei st h a tt h es e r i o u ss e m i - r i g i db a s i cu n i tr e f l e c t st h ec r a c kp r o b l e md a yb yd a y , a c c o r d i n g t oe c o n o m i cd e v e l o p m e n tl e v e la n de c o n o m i cs t r e n g t ho fa n h u i ，h i g h w a yt h e s ec a nn o tt h r o u g hs e tu p t h i c kp i t c hl a y e r p r e v e n tf r o mt h er e f l e c t i o nc r a c ko f t h eb a s i cu n i tv e r y , s ol a u n c ht h ec h a r a c t e r i s t i co f c o m b i n i n gt h er o a dn e t w o r kp r o j o c ti no u rp r o v i n c e ，o p t i m i z et h es t r u c t u r a ld e s i g no fr o a ds u r f a c e ， e c o n o m i ct or e d u c ea n di si tr e f l e c tr e s e a r c ho fc r a c ki ns e e mv e r ym u c he s s e n t i a la tp r e s e n tt op r e v e n t f r o mr e a s o n a b l e t h i s t e x t ，t h r o u g ht h ef o u n d a t i o no fa n a l y s i n gi n a na l l - r o u n dw a yt ot h eh i g h w a yo fa n h u i p r o v i n c e ，a c c o r d e dw i t h1 9 9 4 i n g ，t h et y p i c a ls t r u c t u r eo fr o a ds u r f a c eo f a n h u ip r o v i n c ew a ss t u d i e d ， a c c o r d i n gt o t h ep r e s e n ta d m i n i s t r a t i v eg r a d eo fr o a dn e t w o r kp r o j e c to fa n h u i ( n a t i o n a lr o a d ， p r o v i n c i a lh i g h w a yw i t hi m p o r t a n t f o rc o u n t yr o a d ) ，i n d u s t r i a lg r a d e ( s e c o n d ，t h et e r t i a r y ) ，v o l u m eo f t r a f f i ca n dc h a r a c t e r i s t i cw h e r et r a f f i cm a k eu p ( t r u c k ，p a s s e n g e rt r a i n ) ，m a k eu pd e s i g n i n gt h r o u g h o p t i m i z i n gt h es t r u c t u r eo fr o a ds u r f a c e ，a n dd r a i no f fw a t e ro ns t o r e yo rl a yt h eg e o t e c h n o l o g i c a l m a t e r i a lt ot h ef l e x i b i l i t yo fs e t t i n gu pc e r t a i nt h i c k n e s sb e t w e e nl a y e rt h es e m i r i g i db a s i cu n i ta n d p i t c h ，u s es u c hr o a ds u r f a c es t r u c t u r ea st h ec e m e n ts t a b i l i t yb r o k e ns t o n eo f l o wd o s a g e ，e t c t op a v e a n db u i l dt h ee x p e r i m e n t a lh i g h w a ys e c t i o n ，c a r r yo nl o n g - t e r mo b s e r v a t i o na n da n a l y s i s t h r o u g h s t u d y i n g ，p r o p o s eo p t i m i z i n gt h ed e s i g np l a n t ot h et y p i c a ls t r u c t u r a ld e s i g no f o r i g i n a lr o a ds u r f a c e ， d i r e c ta g a i n s ti t sr o a ds u r f a c es t r u c t u r el a y e ra n dc o n v e y a n c es y s t e me s t a b l i s h m e n t ，m i x t u r ep r o d u c i n g ( g r a d em i x ) a n dt h ec o n s t r u c t i o nc r a f t ( m i xa n ds t i r ，p a v e ) ，q u a l i t yc o n t r o ls t a n d a r dt h a t ( d e f e n d ， a r r a n g e ，s e p a r a t ew a t e rf a c i l i t i e s ) ，e t c p u tf o r w a r dt h es p e c i f i c a t i o nr e q u i r e m e n t ，m a k ee v e r ye f f o r tt o g e t t h er e s u l to f p r e v e n t i n gf r o mr e f l e c t i n gt h ec r a c kb e t t e r k e y w o r d s ：r o a dn e t w o r k p r o j e c t ；p i t c hr o a ds u r f a c e ；s t r u c t u r ea s s o c i a t i o no f r a t i o n a lr o a ds u r f a c e ； s e m i r i g i db a s i cu n i t ；t h em a t e r i a lm a k e su p a n d d e s i g n s 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：丛日 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：二鲤导师签名：包窭丝日 期 苎二翌型 1 1 研究目的和意义 第一章概述 随着国家加大对公路基础设施的投入，安徽省高速公路建设规模逐年增加，国省道和重 要县道新、改建工程( 以下简称路网新改建工程) 规模也逐年增加，截止2 0 0 3 年底，安徽 省公路甚里程达6 9 5 6 0 公里，其中国省、重要县道等干线公路( 以下简称干线公路) 1 6 0 6 9 公 里。自九十年代开始至今，国省干线公路的已基本完成一轮改造，对5 5 0 0 公里的重要县道 的改建正在进行，预计“十五”期间改建完成。当前随着党中央和国务院着力解决三农问题， 交通部在全国开展加侠农村公路建设，一大批农村公路将陆续开工建设，安徽省“十一五” 公路建设计划正在制定，预计路网工程建设规模依然巨大。目前安徽省路网工程中，沥青路 面早期损坏时常出现，究其原因，主要为新建路面反射裂缝较多，加剧了路面的水损害，最 终导致路面的结构破坏。这大大缩短了改建道路的使用年限，降低道路的综合服务水平严 重影响公路交通部门的形象。 减少半刚性基层反射裂缝的危害，一方面可在现常用的路面结构型式基础上，通过对半 刚性材料生产( 配比) 及施工工艺( 拌和、摊铺) 等技术方面研究预防和治理的措施，另一 方面也可以通过对现有路面结构组合进行优化和设计，达到减少、延缓，甚至消除反射裂缝， 在设计使用年限内晟大限度地减少甚至消除反射裂缝的危害。国内曾对半刚性基层反射裂缝 开展了系列的专题研究采取了增加碎石用量，减少细颗粒含量，控巷9 旄工含水量等一系 列减少反射裂缝的措施，使路面的反射裂缝有了明显的改善( 数量减少，间距拉长) ，有些 沥青面层较厚的高速公路甚至很少发现裂缝，但从总体来说，效果并不十分理想，特别在沥 青面层较薄的一般踌网工程中，半刚性基层发射裂缝的阔题仍然十分突出。近几年，国内随 着柔性基层研究和使用，对减少路面基层裂缝的确很有益处，当前由于受经济实力不强的限 制，高质量的柔性基层不可能大量使用，而完全使用较经济的级配碎石柔性基层，当前又要 面对难以解决重交通的问题”1 。 在般路网工程建设中，其中干线公路大部分按二级公路标准改建，少数地形条件差的 山区公路按三级公路标准，路面结构类型多为半刚性基层的高级或次高级路面，部分农村公 路比照干线公路标准建设。目前安徽省路网工程路面结构设计。几乎干篇一律地最用半日0 性 基层裂式，随之而来的是目益严重的半刚性基层反射裂缝问题。根据安徽的经济发展水平和 经济实力，这些公路不可能通过设置很厚的沥青面层来预防基层的反射裂缝，因此开展结合 安徽省路网工程的特点。优化路面结构设计，更加经济合理地减少和预防反射裂缝的研究在 当前显得十分必要。 本文通过对安徽省公路进行较全面分析的基础上，结合1 9 9 4 年安徽省路面典型结构研 究，根据当前安徽路网工程行政等级( 国道、省道和重要县道) 、技术等级( 二级、三级) 、 交通量和交通组成( 货车、客车) 的特点，通过优化路面结构组合设计，井对在半刚性基层 与沥青面层之间设置一定厚度的柔性排水层崴铺设土工材料、使用低剂量水泥稳定碎石等路 面结构铺筑试验路段，进行长期的观测和分析。通过研究，对原路面典型结构设计提出优化 设计方案，并针对其路面结构层及配套工程( 防、排、隔水设施) 的设置、混合料生产( 级 配) 和施工工艺( 拌和、摊铺) 、质量控制标准等提出技术要求，力求达到更好地预防反射 裂缝的效果。 查童查兰三堡堡主兰垡垦奎一一 1 2 国内外研究现状 自9 b 年国家加快公路建设以来，全国各地公路建设投资均逐年增加，安徽省公路建设 也呈现出蓬勃发展之势，其中路网改建工程投资逐年增加，每年新改建路网工程1 0 0 0 2 0 0 0 公里，工程建设质量总体形势很好，但也存在一些急待研究并加以解决的问题，其中路网改 建工程中的半刚性基层反射裂缝问题一直未能得到很好的控制和解决，近几年有越来越重的 态势。 因为半刚性基层的整体强度高、板体性好，使沥青路面具有很高的承载能力等优点因 此半刚性基层一直是我国沥青路面中使用非常普遍的路面基层结构型式。但随着时代的发 展，现在我国对半刚性基层以及薄层沥青面层开始产生许多新的看法，发现在优点的另一面， 也隐藏着一些严重的弱点，有的甚至是导致沥青路面早期损害的重要原因。国内外普遍重视 的半刚性基层= f - n 、温缩裂缝引起的沥青面层反射裂缝问题确实是个无法改变的事实，国家 “七五”科技攻关进行了一系列的研究，主要采取了增加碎石用量，减少细颗粒及i i l t n 土的 含量，控制施工含水量等一系列减少干缩和温缩裂缝的措施，使路面收缩裂缝的反射裂缝有 了明显减少，间距有了明显拉长，有些沥青面层较厚的高速公路甚至很少发现反射裂缝。但 总体来说，沥青层较薄时半刚性基层开裂引起反射裂缝的问题仍然未能得到很好解决。特别 我国路面设计主要以弯沉作为承载能力设计指标，一般认为路面破坏是由于弯沉不足造成 的。在这种设计思想指导下，容许弯沉值随之不断减小，规范对半刚性基层的强度要求也不 断提高。加之不少施工单位监理单位认为强度越高越好，只控制下限，不控高限，使工程实 际的半剐性基层开裂及反射裂缝的问题更严重。 国内外近期的研究表明，在半刚性基层和沥青面层之间设置一定厚度的柔性排水层不仅 可以充分发挥半刚性基层强度高、抗变形能力较强的特点，而且可以有效防止半剐性基层裂 缝的向上反射，同时柔性排水层也是进入路面结构自由水的良好通道，可以有效防止半刚性 基层的水损害日l 起的基层软化等病害。特别对于非高等级公路，由于交通量相对较轻，对基 层、底基层的刚度和强度要求也相对较低，应该说设置柔性排水结构层能够很好控制和缓解 沥青路面由于基层反射裂缝引起的早期病害。目前在我国部分地区高速公路和一般公路改建 有了一定的尝试，但并没有进行系统研究，没有形成系统、完整的技术成果”。 另外，早在五、六十年代，美国、加拿大和英国就试图以金属网作为沥青混合料中的加 筋材料配合使用，但因材料不过关，未能推广。随后的几十年星，人们又开发了有机纤维及 高性能纤维，这些材料的应用很大程度上提高了工程的质量与功能，降低了成本，但随着科 技的不断发展，上述材料的抗拉强度、较低的延伸率及良好的耐温耐侵蚀物化性能等不能满 足发计要求。玻璃纤维作为种无机纤维的土工合成材料应运丽生，特别是它蛊搴高强度、商 弹性模量、低延伸率、很强的耐温耐侵蚀性能等使得玻璃纤维在土工合成材料领域里逐渐为 人们所认识。从八十年代起，国外对玻璃纤维用作土工合成材料就有了研究，并在加拿大等 国经过数年的室内外试验，形成了完整的生产和旋工工艺，目前已成功用于交通事业及其他 领域。九十年代初，国内开始有了此类技术的研究，部分生产企业先后开发了自粘玻纤土工 格栅和玻纤复合土工布，并且在部分高速公路及路面改造工程的沥青面层的下面作为沥青混 凝土拉伸增强材料，用于抑制应力，释放应变，达到减少裂缝的目的，同时对提高沥青路面 抗疲劳开裂、低温缩裂也有一定的作用。由于玻纤土工材料( 土工格栅、土工布) 具有高抗 拉强度、低延伸率，无长期蠕变，热稳定性好( 在1 0 0 0 。c 才开始熔化) ，与沥青有很高的相 容性，较高的物理、化学稳定性( 能够抵抗各类物理磨损和化学侵蚀、生物侵蚀和气候变化) ， 有利集料嵌锁并限制集料的运动，有利于沥青混合料在荷载作用下能够达到更好的压实状 态，更高的承载能力，更好的荷载传递性能及较小的变形等优点，目前有时被用于沥青路面 早期裂缝治理，但国内对此项技术没有一套完整的技术成果。 2 塑二兰塑垄 1 3 安徽省路网工程的现状分析 1 。3 1 概述 安徽省路网主要由国道、连接省会城市与十六个市以及十六个市之间的省道、连接市与 县之间以及县与县之间的省道或重要县道及大量农村公路组成。其中国道、省道和重要县道 道路等级多为二级公路，受山区地形条件的限制，部分国省及重要县道等级为三级公路。 截止2 0 0 3 年底，全省公路总里程6 9 5 6 0 公里，按技术等级分商速公路1 0 7 0 公里，一级 公路3 0 1 公里，二级公路8 1 9 8 公里，三级公路1 0 2 1 4 公里四级公路4 3 5 9 1 公里，等外公 路6 1 8 5 公里。按路面等级划分，高级路面6 7 3 0 公里，次高级路面2 5 1 9 7 公里，中级路面 3 0 5 2 5 公里，低级路面4 7 5 4 公里，无路面2 3 5 4 公里。按行政等级分，国道3 2 2 7 公里，其 中国道主干线公路6 7 7 公里，省道7 3 4 2 公里，县道2 3 7 7 4 公里，乡道3 4 1 7 0 公里，专用公 路1 0 4 6 公里，全省1 7 个市公路技术等级情况统计见表卜1 。 表1 _ 12 0 0 3 年全省公路技术等级统计表( 单位；公里) 公路里等级 等外 地市名称高速一级= 级 三级四级 程合计公路公路 总计6 9 5 6 06 3 3 7 4 1 0 7 03 0 18 1 9 81 0 2 1 44 3 5 9 16 1 8 5 合肥市4 4 6 84 1 1 77 95 5 5 7 1 12 7 7 13 5 1 芜湖市2 9 2 52 6 4 4 1 03 8 36 8 51 5 6 72 8 1 蚌埠市4 8 6 4 4 0 4 94 8 03 0 83 2 6 18 1 5 淮南市1 8 6 2 1 7 0 32 6 l4 5 79 8 51 6 0 马鞍山 1 0 7 78 5 81 31 1 11 2 86 0 72 1 9 淮北市1 3 8 42 3 4 52 91 7 52 4 98 9 23 8 铜陵市6 4 7 6 2 11 3 81 7 23 1 22 6 安庆市5 0 6 34 7 7 17 7 12 5 23 7 4 82 9 2 黄山市 2 5 2 i2 3 6 43 2 95 3 11 5 0 31 5 8 滁州市 5 3 4 95 3 3 71 88 3 79 8 03 5 0 31 l 阜阳市 4 9 3 94 7 4 25 01 85 4 47 2 03 4 1 0 1 9 8 宿卅i 市 6 3 5 96 2 4 76 0 55 0 85 1 3 51 1 1 巢湖市 4 7 9 54 2 0 74 7 51 1 9 02 5 4 15 8 8 六安市 9 5 4 48 4 9 08 69 4 39 6 56 4 9 5 1 0 5 4 毫州i 市4 9 4 93 9 6 84 81 04 8 41 2 0 32 2 2 29 8 1 f 池；_ | 1 l 市3 2 0 72 7 1 64 8 95 7 21 6 5 54 9 1 i 宣城市4 4 8 74 0 7 82 l4 8 95 8 52 9 8 34 0 9 高速公司 1 1 1 9儿1 99 6 03 01 2 9 互 雕! 础 高速一级二级三级四级 等外公路 图1 12 0 0 3 年金省公路技术等级统计图 渊l一一ll 一 蓦1 0 o o o 0 0 o o 0 0 0裟嚣嚣船嬲。 5 4 4 3 3 2 z l 1 查堕查鲎三垦亟主堂垡堡茎 1 3 2 路面铺装情况及其路面结构特点 截至2 0 0 3 年底全省公路有路面里程6 7 2 0 6 公里，其中高级路面6 7 3 0 公里，次高级路面 2 5 9 1 7 公里，中级路面3 0 5 2 5 公里，低级及无路面里程共计7 1 0 8 公里全省1 7 个市公路路嚣铺 装情况统计见表1 - 2 。 1地市 公路有路面 高级水泥次高级中级低级 无路面晴雨通 里程里程 里程车里程 【总计6 9 5 6 06 7 2 0 66 7 3 0 5 3 8 32 5 1 9 73 0 5 2 54 7 5 42 3 5 46 6 6 0 6 合肥市4 4 6 84 3 4 86 0 2 5 5 61 0 5 22 5 5 31 4 21 2 04 2 1 8 芜湖市 2 9 2 52 8 7 78 1 95 7 54 1 51 3 8 22 6 14 92 8 0 9 蚌埠市4 8 6 44 1 3 8 2 9 82 9 61 0 5 22 7 4 34 57 2 64 1 2 8 淮南市t 8 6 2 1 8 0 21 9 51 9 03 7 21 0 0 02 3 46 11 7 7 9 马鞍山 1 0 7 71 0 3 21 7 59 23 0 l4 3 21 2 44 51 0 3 2 淮北市 1 3 8 41 3 8 41 9 21 5 34 3 l4 8 9 2 7 2 1 3 8 3 铜陵市6 4 76 2 1i 0 7 i 0 02 9 41 4 27 82 66 2 2 安庆市 5 0 6 35 0 2 42 5 92 4 b2 6 3 01 7 2 54 0 94 05 0 4 2 黄山市 2 5 2 12 5 2 11 7 21 7 21 3 6 98 0 61 7 42 5 0 4 滁州市5 3 4 95 3 3 74 7 0 2 8 51 8 8 72 9 8 11 15 3 3 5 阜阳市4 9 3 94 9 1 96 5 96 0 12 3 6 51 2 6 4 6 3 12 1 4 7 8 3 宿州市6 3 5 96 2 9 3 1 4 21 4 22 6 8 73 4 5 696 66 2 9 2 巢湖市4 7 9 54 7 8 6 4 2 34 0 01 8 4 72 1 0 】4 1 694 7 6 8 六安市9 5 4 4 8 6 6 75 6 25 6 23 3 5 64 5 8 61 6 38 7 78 5 5 5 毫州市 4 9 4 94 6 7 23 4 43 4 41 8 9 31 6 8 77 4 82 7 74 6 6 7 池州i 市3 2 0 73 1 8 l1 2 09 21 2 1 81 3 1 55 2 72 73 1 2 0 宣城市 4 4 8 74 4 8 71 9 61 3 91 9 0 51 8 6 65 2 14 4 5 1 高速 1 1 1 91 1 1 99 9 44 4 01 2 4 1 1 1 9 公司 3 5 0 0 0 3 0 0 0 0 2 5 0 0 0 砉2 0 0 0 0 蚤1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 4 7 5 4 l 一。j 鲨 高级次离级中级低级无路面 图1 22 0 0 3 年全省公路路面铺装统计图 安徽省路网路面结构型式主要为沥青路面( 约( 7 0 8 0 ) ) 。由于受经济实力的制约， 老的沥青路面结构层一般均不设底基层，基层型式在江南多为砂砾石基层，面层一般为为 ( 4 8 ) c m 的沥青贯入或沥青表面处治，江淮和淮北地区多为石灰稳定士基层，面层同样多 4 蔓= 垦堡垄 一一 为( 4 6 ) c m 的沥青贯入或沥青处治碎石，少量路段为厂拌沥青碎石a 自上世纪九十年代初 期，国家加快交通基础设施投入以来，安徽的国省道路网工程开始了新一轮的拓宽和改造， 固省道基本上均被拓宽改建为二级公路，在改建过程中，无论采用沥青路面或水泥混凝土路 面，其基层及底基层设计几乎全为半刚性结构，半刚性材料主要有水泥稳定碎石( 个别采用 水泥稳定砂砾) ，二灰碎石和石灰稳定土( 少数为二灰土) 。由于工程施工技术水平，质量管 理水平比较落后，例如石灰土起初大多为人工拌和，石灰剂量也仅根据体积估计，石灰剂量 不准确，不均匀，士团颗率过大等，造成质量难以保证。同样二灰碎石施工工艺多为路拌、 路铺( 人工拌和) ，后来逐步发展为平地机拌和，再后来发展为机械拌和机路拌，直至目前 采用集中拌和1 ，即使现在采用集中拌和，二灰碎石级配的控制仍然是工程施工中的大难题， 因此，大多数半刚性基层结构由于施工技术和工艺要求相对较高，质量控制和管理水平要求 较高，在一般的路网工程施工中，往往出现较多的问题。加之半刚性材料其固有的收缩和干 缩裂缝问题，在安徽省己建路网项目上出现大量的反射裂缝，给安徽的公路建设及公路部门 的良好形象带来一定的负面影响。 1 4 本文研究内容和目标 目前安徽省路网工程中常见的纵向、横向裂缝等病害，产生裂缝的原因，主要有半刚性 基层的反射裂缝、路基的不均匀沉降，路网工程边施工边通车的客观条件，路面结构层施工 工艺等。为此，根据安徽省境内交通组成及交通量的特点，大部分道路交通量并不十分巨大， 能否通过路面结构组合设计研究，能否通过半刚性材料自身的组成设计研究，或者结合现阶 段新型二 程材料的应用采取一定的预防措施，达到延缓、减少甚至避免反射裂缝对沥青路面 的破坏，从而延长路面的使用寿命，这就是本文研究的目标。 研究的主要内容： l 、设置柔性排水层，改善路面结构。 鉴于投资控制的原因，一般路网工程沥青路面结构层较薄，厚度一般在4 c m 7 c m 之间， 致使半刚性基层反射裂缝很块反射到路面表面，导致沥青路面开裂，加之养护不及时，或者 灌封材料质量不过关等原因，很难做到第一时间完全封闭裂缝，致使路面水通过裂缝下渗至 路面基层。加剧路面破坏，根据调查一般路面完工后两年内均不同程度地出现反射裂缝的 破坏。如果裂缝不反射至路面，一般来说对路面的使用功能和使用寿命的影响不大。为了延 缓反射裂缝反射到路面的时间，甚至将其消灭在基层中，若在半刚性基层与沥青路面结构层 之间增加柔性排水层，一方面通过设置过渡层降低半刚性基层温差( 增加其埋深，降低温差， 减少温缩裂缝) ，减少温缩裂缝，增加过渡层，延缓裂缝发射到沥青面层的时间。另方面 及时排走由路面空隙下渗的水分，防止地表水对基层的损坏。应该说对沥青路面半剐性基层 反射裂缝的预防将有明显的作用。其应用技术研究主要通过室内外试验了解级配碎石的材料 性能、力学性能、c b r 值等，分析级配、含水量、压实度、厚度及支承条件等因素对级配 碎石模量、c b r 值的影响规律：根据室内试验结论，确定薄层沥青路面结构设计排水层结 构设计方法：铺筑试验段验证新的路面结构的可行性，通过检测获得数据，并与室内试验结 果、理论计算的相关结论进行对比、分析，提出施工技术要求，为今后的推广和应用提供资 料。 2 、通过降低水泥用量，减少水泥稳定类半刚性材料的收缩裂缝。 目前公路工程中使用的半刚性材料主要有水泥稳定和石灰( 或加粉煤灰) 稳定类材料， 其中用作基层的主要以水泥稳定碎石和二灰( 石灰+ 粉煤灰) 稳定类碎石，尤以水泥稳定碎 石为主。半刚性材料的裂缝主要有收缩裂缝和温缩裂缝两类，收缩裂缝主要由于半刚性材料 中的水泥等胶结材料的收缩性所决定，温缩裂缝主要由于半刚性材料施工、养生和使用期间 的温差造成，为此在满足稳定和使用强度允许的条件下，适当减少水泥等稳定类材料的使用 剂量，应该能够减少其收缩裂缝，从而降低其反射裂缝的破坏。低剂量水泥稳定碎石基层应 用研究主要通过降低水泥稳定碎石结构层中的水泥剂量，达到延缓、减少基层反射裂缝的目 的。本文主要对低剂量的水泥稳定碎石的力学性能及各项应用指标，以及路面结构的应用范 围和应用条件进行研究，保证低剂量水泥稳定碎石作为路面基层的使用性能。 东南大学工程硕士学位论文 3 、增设土工格栅，降低基层反射裂缝的影响。 反射裂缝首先是在基层中产生，然后反射到沥青面层，基层的裂缝产生是半刚性材料的 性能，无法改变，最多通过一定的措施予以减少，但能否通过在基层和面层之间设置一层结 构，这层结构既能很好地与基层和面层相互联结，同时具有一定的强度，在基层裂缝反射至 此不会轻易开裂，势必对基层裂缝有一定的抑制作用，至少对其反射强度有一定的降低从 而达到减少其对沥青路面影响的目的。玻纤土工材料的应用技术研究主要通过铺筑试验路段 研究应用玻纤土工材料的沥青混合料路面的抗反射裂缝的效果；并根据试验段。研究总结施 工工艺，明确施工要点。 6 笙三兰窒堂堂堕塑三望塑童堕雪苎! 燮 第二章安徽省路网工程沥青路面典型结构 2 1 安徽省公路自然地理特征 2 1 ，1 地质、地貌 安徽省位于中国的东南部居长江和淮河的中下游，属近海内陆地区。全省东西宽约 4 5 0 公里，南北长约5 7 0 公里，面积约1 3 9 4 万平方公里。省内北有淮河，南有长江横贯， 天然地将全省划分为淮北( 皖北) 、江淮( 皖中) 、江南( 皖南) 三个自然区。依地形又分为 五大地形区：淮北和长江沿岸两大平原区，皖西大别山区和皖南山区，阻及江淮f ! 芒陵区。全 省平原约占4 4 。7 ，丘陵约占2 75 髓，山地约占z 7 ，8 。 安徽地跨三火水系，是个水资源较丰富的省份。长江流经安徽4 0 1 公里，流域面积6 6 万平方公里，占4 7 3 ，淮河流经安徽3 7 1 公里，流域面积6 6 9 万平方公里，占4 8 ：新安江流 经安徽南部1 9 4 公里，流域面积o 6 5 万平方公里，占4 7 。 2 t 2 气候、水文 安徽气候由南向北，具有由北亚热带湿润| 生季风气候向北暖温带半湿润季风气候过渡 的特征，江淮地区这种过渡性尤为显著。金省季风明显四季分明，气候温和，年平均气温1 4 17 ，雨量适中，年平均降雨量7 5 0 1 8 0 0 毫米， 2 1 3 自然区划 全省处丁两个一级区划之中，它们是：i l 区一东部湿润季节性冰冻区：区一东南湿 热区。这两个一级区划大体上以淮河为界，淮北平原属于i r 区，江淮和江南片区属于区。 一级区划又分为若干个二级区划，整个淮北片区属于i i5 二级区划：淮河以南的江淮、江南 片区分属三个二级区划，其中江淮片区的大部分属于2 二级区划，江南片区的大部分属于 5 二级区划，长江两岸狭长地带属于3 二级区划。 2 1 4 原材料 江南地区石料丰富，料厂随处可见，石料以石灰岩为主，有少量的玄武岩等优质石料， 质罱可以满足公路工程施工要求。境内的石灰、水泥等建筑材料料源丰富。该区域山区河流 众多，盛产河砂及天然砂砾石，其中天然砂砾石是优质的路面底基层和基层施工的原材料， 材料成本低，储量大( 采购仅须约l 元吨的资源费) 。区域内有多家规模较大的水泥生产厂 家生产的水泥量多质优，其中海螺水泥和巢湖水泥厂等水泥生产企业供应的水泥品种齐全， 质量优质，为质量免检产品，生产企业遍布区域内的宣城、芜湖、巢湖、铜陵等地区。安徽 最大的钢材生产企业马鞍山钢铁集团就坐落在该区域的马鞍山市，目前安徽公路工程中使用 的钢材绝大部分为该厂生产。 江淮地区部分地区料源丰富，境内有优质的石料，如滁州，盛产玄武岩，可用于生产 用于路面的优质石料。目前安徽省高速公路路面使用的石料大部分产于滁州，境内其他地区 也有一定的石料生产厂，料质主要以石灰岩为主。境内河砂与砂砾石储量较大，尤其是六安 舒城县的河砂，级配好，广泛用于全省的高等级公路和其他建筑领域，六安地区也盛产砂砾 疆t 料源丰富。片区内有一定数量的水泥生产企业，但生产规模较小，质量不稳定，_ 般很 7 查妻查兰三堡堕主堂竺望壅 少用于公路工程，尤其是主体工程。淮南电厂等大型发电厂，粉煤灰料源丰富。另外淮南凤 台、武进，滁州的凤阳，合肥的肥东等地生产的石灰质优、量大，广泛用于公路工程建设中。 淮北地区地材缺乏，石料、河砂等地材主要从省内的江淮地区或临省河南等地采购。境 内有少量的水泥生产企业，一般生产规模较小，生产的水泥主要用于公路工程的附属工程或 其他建筑工程，淮北电厂有较丰富的粉煤灰可用于公路工程建设中。 2 1 5 交通特点 安徽地处中原腹地，具有承东启瑶、连结南北的区位优势，历史上就是重要的运输枢纽 地区，枢纽位最突现，过境货物运输量大，重车多。目前在国家西部大开发战略进程中，安 徽有条件成为东部向西部地区经济辐射的桥头堡和西部地区向东部地区供应物资、输出劳务 的中转站，可以充分发挥在沿海大开放与西部大开发过程中，发达地区与欠发达地区经济融 合的枢纽作用。同时安徽又是连结环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲这三个我国经济最具 活力的地区必经之路之一，在全国路网结构中占有十分重要的地位。根据统计，近几年，安 徽境内交通量增| 圭迅速，其中约6 0 为过境交通量，以货物运输为主，重车较多。另外省内 煤、铁、铜、白云石等矿产资源丰富，货物运输量大，超载和超限现象十分普遍。 江南片区旅游经济发达，除少数大企业的运输通道外，绝大部分路网交通以客车和小型 货车为主，交通量也不十分巨大。江淮地区过境车辆教多，境内有大量的矿产资源，境内交 通以货车为主，特别是大型货车交通，超载超限现象严重。淮北地区交通量大，人口稠密， 道路交通中拖拉机等小型机动车流量大，道路交通拥挤，且区域内有大量的煤矿等矿产资源， 重交通量大。但无论江淮和淮北地区，随着区域内高速公路网的完善及治理超载超限工作的 深入，大量货车将通过高速公路过境，一般路网项目交通将以客车、小型货车及小型机动车 辆为主。 2 1 6 安徽省路网及交通面临的主要问题 路面等级低。截止2 0 0 3 年底，安徽省公路总里程达到6 9 5 6 0k m ，路网密度达4 9 g 公里 百平方公里，二级以上公路占公路总里程的1 3 ，8 ，低于全国平均水平。高级路面仅占公路 总里程的9 7 ，高级、次高级路面里程占总里程的4 5 9 。 技术等级低。应该说安徽省的路网密度很高，但技术等级较低，整体服务水平低，根据 2 0 0 2 年底的统计数据，二级公路密度( 1 3 8 ) 低于全国平均水平，这已经形成了较大的反 差。 因此今后段时间内，安徽公路建设的重点是一方面加快二级公路以上的高等级公路 的建设，尽快提高高等级公路所占的比重，另一方面强化路面的改善，增加高级、次高级路 面的里程，加强路面早期损害的防治，提高道路的综合服务水平。 公路运输增长迅速，重型货车比例大。截止2 0 0 2 年底，各种运输方式完成货物周转量 1 2 4 9 9 亿吨公里，比上年增长1 4 3 ，其中铁路7 4 8 5 亿吨公里，增长1 1 5 ：公路2 9 9 6 亿吨公里，增长1 8 6 ；水运2 0 1 5 亿吨公里，增长1 8 9 ；民航02 6 亿吨公里，增长2 5 1 。 完成旅客运输周转量6 1 7 4 亿人公里，比上年增长l o 6 ，其中公路3 7 1 亿人公里，增长 l 4 8 ；铁路230 6 亿人公里，增长6 2 。全省营运车辆总数2 4 0 9 2 1 台，其中客车 2 8 9 1 0 台，货车1 7 0 3 3 3 台，出租车4 1 6 7 8 台。公路客货运量在综合运输体系中所占的比重 分别达到9 5 5 4 和7 7 3 。全省运力发展重点为班车客运中的中、高级客车比例升高，达到 2 5 9 3 重型货车1 3 0 3 3 辆，吨位比重约为2 0 ，厢式货车比例由i 5 上升到51 。 通达深度不足。近几年，安徽省农村公路建设速度明显加快，通达深度不断增加，但与 农村经济发展需要和农民的迫切愿望相比，还有很大的差距，农村公路建设发展还面临许多 困难和挑战，目前安徽省还有3 个山区乡，9 6 7 个行政村不通公路，9 0 的行政村不通油路， 农村公路的技术状况差，抗灾害能力弱，加快农村公路建设发展任务十分艰巨。 在“十五”期间，安徽要实现与周边省份之间以及合肥至其他十六直个辖市之间高速公 路连结，达到省内国境南北向6 小时，东西向3 小时的规划目标。大大提高公路的通达深 度和覆盖范围，改善服务水平。大力提高车辆行使的安全性和舒适性。 8 篁三皇室堂堂堕堕三堡塑童堕堕壅型茎塑 2 2 路网工程的路基横断面布置型式 2 2 1 基本情况 安徽省路网： 程主要任务是除境内高速公路建设以外的国省干线和县乡公路建设任 务，以及国省干线公路的养护和管理工作。其养护网络机构主要为省公路局、各市公路局、 各县( 区) 公路分局以及分布在干线上的养护工区、道班等养护和管理机构和人员，县乡公 路养护责任主体为省交通厅县乡公路管理办公室、各市交通局下属的县乡公路管理处和各县 交通局f 属的县乡公路管理所。由于无固定的、充足的资金来源，县乡公路的养护和管理没 有完善的一线机构、设备和人员，目前养护管理基本处于被动应付的状态。由于县乡公路总 里程较长，公路部门没有足够的资金对所有县乡公路进行全面的改造和管理、养护，于是在 全省县乡公路中，约5 0 0 0 公里的道路( 主要连接县城与重要镇村的公路) 于2 0 0 2 年上收为 重要县道。目前路网工程新建、改建主要包括由省市公路部门组织实施的国省道和重要县道 工程和由各市县县乡管理机构实施的一般县乡公路( 下称农村公路) 。 2 2 2 横断面型式 安徽省境内的国省道截止2 0 0 3 年底共有6 9 6 5 0 公里，自上世纪9 0 年代开始至今，基 本完成了一轮的改造与升级，各条道路改建的基本任务为提升公路等级，分别由原来的四级、 三级公路改建为二级公路，山区少数特别困难的路段改建为三级路或实行砂改油工程。在改 建二级公路过程中，在平纵面线形方面主要对不符合二级公路线形技术标准的路段进行局部 的“裁弯取直”，达到二级公路的技术标准，对改善线形工程量巨大或可能引发山体滑塌、 地质灾害等路段，采取设置完善的警告、警示标志，在维持原来线形技术标准的情况下，保 证行车安全。 江南地区多为山区地形，其公路多为山区公路，改建工程路基宽度一般为8 8 5 米， 路面宽度为7 米，少数自然条件较好的路段路基宽1 2 1 5 米，路面宽9 1 2 米，分两个车道 行使，横断面型式主要为( 0 5 o 7 5 ) 米路肩+ ( 9 1 2 ) 米行车道+ ( 0 5 o 7 5 ) 米路肩， 路肩多为土路肩植草防护。也存在局部两边为高山深堑的困难路段路基宽7 米，路面宽6 米，这些路段均采取措施完善必要的防护工程。 江淮和淮北片区多为丘陵和平原，其中江淮片区丘陵较多。其公路多按平原微丘标准 二二级路进行改建。路基宽度多为1 2 米、1 5 米和1 7 米，相应的路面宽度为9 米、1 2 米和1 4 米。局部困难路段建成路基宽