（道路与铁道工程专业论文）山东省高速公路沥青路面典型结构研究.pdf

摘要 我国幅员辽阔，各地区气候状况、筑路材料、施工技术、经济条件等因素都不一样， 光靠沥青路面的设计规范已不能满足各地的实际要求，致使路面结构设计存在缺陷，而 沥青路面典型结构设计能很好的结合当地的实际情况，提出合理的路面结构、材料及厚 度，提高沥青路面的使用寿命。 论文通过对山东省沥青路面的深入调查，找出了病害的种类、各病害所占比例及产 生原因，并全面收集了防治主要病害的措施；通过广泛收集交通量资料，找到了设计路 段轴载谱的预测方法，并通过预测轴载谱来计算交通量，同时以依据不同等级土基和交 通量对路面基层和底基层产生大致相同的厚度影响为原则，对山东省高速公路的交通量 和土基强度进行了分级；通过对来自山东省的原材料进行沥青混合料试验和无机结合料 试验，推荐了山东省沥青路面的材料设计参数的取值范围；通过对国内外多种基层类型 的沥青路面使用现状的调查，找出了合理的路面结构组合和合理的结构层材料，同时结 合山东省的实际情况，推荐出了适合山东省高速公路的沥青路面结构组合。 在路面病害原因、交通量等级、土基强度等级及路面材料参数研究的基础上，通过 结构组合设计和厚度计算，推荐了适合山东省的半刚性基层沥青路面典型结构、柔性基 层沥青路面典型结构、刚性基层沥青路面典型结构和组合式沥青路面典型结构，供设计 人员参考和选择，以避免随意性和盲目性，延长沥青路面的使用寿命。 关键词：沥青路面典型结构结构组合设计材料参数交通量分级 a bs t r a c t o u rc o u n t r yi sv e r ye x t e n s i v e ，c l i m a t i cc o n d i t i o n ，c o n s t r u c t i o nm a t e r i a la n dt e c h n o l o g y , e c o n o m ya n do t h e rf a c t o r sa r ed i f f e r e n ti ne a c hr e g i o n o n l yr e l y i n go ns p e c i f i c a t i o n sf o r d e s i g no fh i g h w a ya s p h a l tp a v e m e n tc a n n o tm e e tt h ea c t u a lr e q u i r e m e n to fe a c hr e g i o n ， w h i c hm a k e sd e s i g no fp a v e m e n ts t r u c t u r ee x i s td e f e c t s d e s i g nf o ra s p h a l tp a v e m e n tt y p i c a l s t r u c t u r ec o u l dc o m b i n ew i t ha c t u a lc o n d i t i o no fe a c hr e g i o nv e r yw e l la n dp r o p o s e r e a s o n a b l ep a v e m e n ts t r u c t u r ea n dt h i c k n e s s ，w h i c hc o u l di m p r o v et h eu s i n ga g eo fa s p h a l t p a v e m e n t i nt h i sp a p e r , al o to fi n v e s t i g a t i o n sf o ra s p h a l tp a v e m e n to fs h a n d o n gp r o v i n c eh a db e e n m a d e ，v a r i e t i e sa n dc a u s e so ft h ed i s t r e s sh a db e e na n a l y z e d ，a n dt r a f f i cv o l u m ec o m p o s i t i o n h a db e e nc o l l e c t e dw i d e l y , b yw h i c hp r e d i c t i o nm e t h o do fa x l el o a ds p e c t r u mo fd e s i g n s e c t i o nw a sg o t a c c o r d i n gt ot h es a m ee f f e c tp r i n c i p l ew h i c hc a u s e da p p r o x i m a t e l yf o r t h i c k n e s so fp a v e m e n tb a s ea n ds u b b a s eb ye a r t hs u b g r a d eo fd i f f e r e n tg r a d e sa n dt r a f f i c v o l u m e ，t h et r a f f i cv o l u m eo fe x p r e s s w a yo fs h a n d o n gp r o v i n c ea n da n dt h es t r e n g t ho fe a r t h s u b g r a d ew a sd i v i d e d v a l u er a n g eo fm a t e r i a ld e s i g np a r a m e t e rw a sg o tb yt h et e s to fa s p h a l t m i xa n d i n o r g a n i cb i n d e ro fs h a n d o n gp r o v i n c e r e a s o n a b l ep a v e m e n ts t r u c t u r ea n dm a t e r i a l s e l e c t i o nw e r ep r o p o s e dr e f e r r i n gt ou s i n ga c t u a l i t yo fa s p h a l tp a v e m e n to fv a r i o u sb a s et y p e s a th o m ea n da b r o a d t h es t r u c t u r a lc o m b i n a t i o n ss u i t a b l ef o rt h ee x p r e s s w a yo fs h a n d o n g p r o v i n c ew e r er e c o m m e n d e dc o m b i n e dw i t ht h ea c t u a lc o n d i t i o no fs h a n d o n gp r o v i n c e o nt h eb a s eo ft h er e s e a r c ho ft h ec a u s e so fp a v e m e n td i s t r e s s ，t r a f f i cv o l u m eg r a d e ，e a r t h s u b g r a d es t r e n g t hg r a d ea n dp a v e m e n tm a t e r i a lp a r a m e t e r , t y p i c a la s p h a l tp a v e m e n ts t r u c t u r e s u i t a b l ef o rs h a n d o n gp r o v i n c ew i t hs e m i - r i g i db a s e ，f l e x i b l eb a s e ，r i g i db a s ea n dc o m b i n e d w e r er e c o m m e n d e d t h et y p i c a ls t r u c t u r e sc o u l db ec h o s e na n du s e db yd e s i g n e r s ，w h i c h a v o i dc a s u a l n e s sa n db l i n d n e s sa n di m p r o v et h eu s i n ga g eo fa s p h a l tp a v e m e n t k e yw o r d s ：a s p h a l tp a v e m e n t ，t y p i c a ls t r u c t u r e ，s t r u c t u r a lc o m b i n a t i o nd e s i g n ，m a t e r i a l p a r a m e t e lt r a f f i cv o l u m ec l a s s i f i c a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：覃”者嘲c2 。g 年6 月5 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 麟蔽 浓( 譬乞 b 霉年只譬e t 抽哆年己月re t 长安大学硕学位论z 第一章绪论 l l 课题的提出及研究意义 近十年柬我国高速公路总里程不断增加并稳居世界第二，并且山东省高速公路总里 程一直居全国前列。截至2 0 0 4 年底，山东省公路通车总里程已达7 7 7 6 8 公里，其中高 速公路3 0 3 3 公里，一级公路4 5 7 6 公里，二级公路2 1 1 2 7 公旱，公路密度达到每百平方 公里4 9 6 3 公里，1 0 0 的乡镇和9 9 9 的行政村通了公路。1 9 9 9 年、2 0 0 0 年、2 0 0 3 年， 山东省高速公路先后在全国率先突破1 0 0 0 公里、2 0 0 0 公里和3 0 0 0 公里大关，到2 0 0 5 年底，山东省高速公路通车里程已达3 1 6 3 公单。根据山东省经济和社会发展需要，省 委、省政府确定到2 0 1 0 年，全省公路通车里程达到9 0 0 0 0 公里，其中高速公路5 0 0 0 公 里，一缎公路6 0 0 0 公里，二级公路2 7 0 0 0 公里，公路密度达到每百平方公里5 77 公里， 公路平均好路率达到8 0 ，基本建成“五纵连四横、一环绕山东”的高速公路网和布局合 理、结构优化、畅安舒美的公路网络。图1 1 为山东省高速公路分布图。 图1 1 山东省高速公路分布圈 尽管我国高速公路总里程达到了世界第二，但我国高速公路运行状况却并不理想， 存在各种病害，特别是早期破坏现象严重，使不少高速公路通车没几年就进行大修，使 得道路实际使用寿命远达不到设计使用年限。由于我国近2 0 年来经济的飞跃发展，道 第一章绪论 路交通也出现了“飞跃”，超载、重载、大流量渠化交通等现象越来越普遍，使得目前的 沥青路面设计规范跟不上形势的发展；同时我国幅员辽阔，各地区气候状况、筑路材料、 施工技术、经济条件等因素都不一样，光靠设计规范很满足各地的实际要求，比如推荐 的材料参数取值区间过宽，很容易造成隐患或浪费。事实已证明光靠我国沥青路面设计 规范已不能有效的解决以上问题，因此迫切需要一种新的道路设计方法来适应目前的交 通环境。 沥青路面典型结构设计方法就是一种能适应目前交通环境的设计方法，它能通过分 析考察设计地区的筑路材料、施工技术、交通状况、气候状况及土基条件等实际情况， 缩小规范中道路材料设计参数的推荐取值范围，同时还能通过分析设计地区沥青路面的 主要病害和借鉴国内外使用状况良好的沥青路面来提出适合设计地区的沥青路面结构 组合，推荐出设计地区的沥青路面典型结构，供设计人员选择和使用。 1 2 国内外研究现状 目前，国外很多国家的沥青路面设计都采用典型结构设计法，如法国、德国、比利 时、奥地利等国都采用典型结构设计方法。德国的典型结构设计针对交通量和抗冻路面 厚度两个变量。奥地利的典型结构针对交通量一个变量，同时规定土基回弹模量必须大 于3 5 m p a 。国外通常把不同等级公路的交通量划分成4 个等级，最多是5 级。德国、法 国以日平均交通量区分。例如法国根据载重5 0 0 k n 以上的货车划分，第一级t o 的初始 年日平均交通量为7 5 0 , - - - , 2 0 0 0 辆车道，第二级t l 的初始年日平均交通量为3 0 0 - - - 7 5 0 辆 车道。土基分级中，法国按土的颗粒组成和塑性指数或砂当量，将土基分成3 个等级， 比利时按回弹模量的大小将土基分成4 等，相应的土基回弹模量为1 0 m p a 、2 0 m p a 、 4 0 m p a 、6 0 m p a 。 国外沥青路面典型结构主要有半刚性基层沥青路面、柔性基层沥青路面、刚性基层 沥青路面和组合式基层沥青路面这四种。美国a a s h t o2 0 0 2 设计指南推荐的沥青路面 结构主要有：( 1 ) 级配碎石基层沥青路面；( 2 ) 全厚式沥青路面( 以沥青混合料作基层， 直接铺在路基上) ；( 3 ) 沥青碎石基层沥青路面；( 4 ) 以沥青碎石作为上基层和级配碎 石作为下基层的组合式沥青路面；( 5 ) 水泥稳定碎石基层沥青路面。美国a a s h t o2 0 0 2 推荐面层混合料类型可以采用以下几种：开级配抗滑表层( o g f c ) 、沥青玛蹄脂碎石路 面( s m a ) 、细型密级配混合料( d f g ) 、粗型密级配混合料( d c g ) 。日本、法国、德 国、南非等主要推荐柔性基层和组合式基层沥青路面。当轴载很大时，法国推荐使用以 连续配筋混凝土或贫混凝土作基层的刚性基层沥青路面。为了提高沥青路面的寿命，美 2 长安人学硕上学位论文 国和英国推荐永久性沥青路面。其中南非、日本的沥青路面典型结构分别见表1 1 和表 1 2 。 表1 1南非高等级公路沥青路面结构 标准轴载累积作用次数( 8 0 k n 车道) ( 1 0 6 ) 基层类型 1 33 1 0 1 0 3 03 0 1 0 0基础 4 0 a 1 2 5 g 2 4 0 a 5 0 a 5 0 a 1 5 0 c 3 粒料基层( 干区)1 5 0 g 21 5 0 g 11 5 0 g l 4 0 a 2 5 0 c 32 5 0 c 33 0 0 c 3 1 5 0 g 2 1 5 0 g 5 4 0 a5 0 a5 0 a 3 0 a 1 5 0 g 11 5 0 g l1 5 0 g 11 5 0 g 7 粒料基层( 湿区) 1 5 0 g 1 3 0 0 c 34 0 0 c 34 0 0 c 31 5 0 g 9 2 0 0 c 3 ( 2 5 0 c 3 )( 3 0 0 c 3 )( 3 0 0 c 3 ) g 1 0 4 0 a4 0 a4 0 a5 0 a 沥青类基层 8 0 b c9 0 b c1 2 0 b c1 8 0 b c 2 5 0 c 33 0 0 c 34 0 0 c 34 5 0 c 3 3 0 - , - 4 0 a4 0 a5 0 a 1 2 5 w m l1 5 0 w m l 1 5 0 w m l 水结碎石基层 1 5 0 c 31 2 5 c 31 5 0 c 3 1 2 5 c 41 5 0 c 3 注：( 1 ) 表中各数字的单位为c m 。 ( 2 ) 表中各符号的含义如下：a 为沥青表层；g 1 、g 2 、g 3 为级配轧制碎石；g 4 为s l n 或天然 碎石：g 5 、g 6 为天然碎石；g 7 、g 8 、g 9 、g 1 0 为碎石士；c 1 、c 2 为水泥稳定轧制碎( 砾) 石； c 3 、c 4 为水泥稳定天然碎( 砾) 石；b c 为热拌沥青混合料。 3 第一章绪论 表1 2日本推荐的高速公路沥青路面结构 设计交通 沥青面层 上基层下基层 量( 单方向 路基设计 沥青稳定基 合计厚度 c b r 热拌沥青层 级配碎石未筛碎石 辆日) 层 ( 2 )( 1 0 )( 1 0 )( 3 5 )( 3 5 )( 9 0 * ) 31 0 8 2 54 08 3 4 1 08 2 03 5 7 3 1 0 0 0 - - - 6 1 082 02 05 8 3 0 0 0 8 1 091 51 54 9 1 21 091 51 03 9 2 0 以上1 081 53 3 ( 2 )( 1 5 )( 1 0 )( 4 5 )( 5 0 )( 1 2 0 * ) 31 51 03 54 01 0 0 41 5l l2 53 58 6 3 0 0 061 51 0 1 53 57 5 81 51 01 03 06 5 1 21 583 55 8 2 0 以上 1 582 04 3 注：( ) 表示原路床c b r 2 时，构筑路床有困难的情况，幸表示需设置隔 我国从八十年代开始开展了路面结构优化设计方法的研究，提高高等级公路合理结 构和合理厚度，这是路面典型结构设计的雏形。到八十年代末，我国一些省市相继开始 了典型结构的研究，如湖南的道路研究学者在国内首次提出了较为系统的在不同交通量 和不同土基强度下的半刚性沥青路面典型结构组合，同时运用可靠度理论对所推荐的路 面典型结构进行了结构可靠性的评价。“八五”期间，总结了“七五”攻关项目高等级公 路半刚性基层沥青路面结构设计和抗滑表层的研究成果，肯定了稳定粒料类半刚性基 层的性能并在此基础上进行了高等级公路半刚性基层沥青路面典型结构的研究，该 项目提出了现有高等级公路半刚性基层沥青路面的设计原则、设计方法和相应的典型结 构。目前全国很多地区都进行了或正在进行典型结构的研究，取得了一定的成果，并使 得路面典型结构的研究越来越深入和完善，其中辽宁省沥青路面典型结构研究对辽 宁省沥青气候适用性进行了分析，提出了以沥青路面使用性能为依据的辽宁气候分区， 并提出了轴载换算季节修j 下系数的计算公式；甘肃黄土地区高等级公路沥青路面典型 结构研究利用计算机编程语言v i s u a lb a s i c6 0 编制了相应的程序a g a l q ，改进了路 面结构优化遗传算法；高速公路长寿命路面典型结构技术研究在典型结构设计中提 出了路面寿命预估模型，使路面结构设计更加合理；秦争岛市区沥青路面典型结构研 究进行了路基路面设计参数的敏感性分析，它对研究典型结构的设计参数( 结构层厚 4 长安大学硕l 二学位论文 度、材料模量和层间接触条件等) 的领域有重要意义。 1 3 主要研究内容 为了适应山东省高速公路的高速发展，提高山东省高速公路的使用寿命，论文将充 分考虑山东省自然地理环境、水文地质条件、筑路材料供应情况、行车荷载与交通状况 等因素，建立山东省公路沥青路面典型结构，供山东省高速公路设计使用。 论文的主要研究内容及研究方法如下： ( 1 ) 山东省高速公路沥青路面路况调查分析 本章对山东省沥青路面作了深入的调查，主要调查内容包括：沥青路面的结构类型； 结构层材料的种类及使用情况；路面病害的种类及所占比例、病害的成因及防治措施； 和施工情况等，为推荐山东省沥青路面典型结构提供了指导和借鉴。 ( 2 ) 山东省高速公路累计标准轴载计算和交通量分级研究 本章对山东省高速公路进行了交通量调查，分析了交通量的组成，研究了设计路段 轴载谱的推算方法和高速公路交通量等级划分的下限值，并通过力学计算对也东省交通 量进行了分级。 ( 3 ) 山东省高速公路土基强度分级研究 本章研究了山东省高速公路的土基回弹模量下限值和土基等级划分。 ( 4 ) 山东省路用材料设计参数研究 本章通过了对山东省原产地的材料进行原材料实验、沥青混合料试验和无机结合料 试验，并根据试验结果推荐材料设计参数。 ( 5 ) 山东省高速公路路面结构组合设计 本章通过调查国内外使用状况良好的路面，并根据这些使用性能良好的路面来进行 路面结构组合，找出适合山东省的沥青路面结构。 ( 6 ) 山东省沥青路面典型结构推荐 通过沥青厚度计算、材料设计参数、交通量分级、土基分级和路面结构组合设计的 基础上，推荐山东省高速公路沥青路面典型结构。 长安人学硕上学位论文 第二章山东省沥青路面使用状况调查及分析 路面典型结构的推荐需深入调查研究地区的实际状况，包括该地区的地形气候状 况、路面结构、结构层材料及病害种类等，找出该地区道路存在的主要问题，为典型结 构的推荐提供依据和借鉴。 2 1山东省地理气候状况 山东地形中部突起，为鲁中南山地丘陵区；东部半岛大部是起伏和缓、谷宽坡缓的 波状丘陵，为鲁东丘陵区；西部、北部是黄河冲积而成的平原，是华北平原的一部分， 为鲁西北平原区。鲁中南山地丘陵区位于沂沐大断裂带以西，黄河、小清河以南，京杭 大运河以东，是全省地势最高、山地面积最广( 占全省中低山面积的7 7 ) 的地区。主峰 在千米以上的泰、鲁、沂、蒙诸山构成全区的脊背。因诸山偏于北部，故北坡陡、南坡 缓。中低山外侧，地势逐渐降低，为海拔5 0 0 - - - 6 0 0 m 的丘陵，多山顶平坦的“方山”地形， 当地称为“崮子”有大小七十二崮之称。丘陵的边缘则是海拔4 0 - - 7 0 m 、地表倾斜的山前 平原，最后没入坦荡的华北平原中；鲁东丘陵区位于沭河、潍河谷地以东，三面环海。 除海拔7 0 0 m 以上的崂山、昆嵛山、艾山等少数山峰耸立在丘陵地之上，其余大部分为 海拔2 0 0 - - - 3 0 0 m 的波状丘陵。全区地势东北部和西南部较高，海拔5 0 0 - - 9 0 0 m ，中部 最低，海拔l o o m 左右，为断陷平原带；鲁西北平原区位于河湖带以西，黄河、小清河 以北，环布于鲁中南山地丘陵区西北两面，地势低平，海拔7 0 m 左右。利津的宁海以东 为现代黄河三角洲，每年向海延伸约2 - 3 k m 。 山东省气候温和，雨量集中，四季分明，属于暖温带季风气候。夏季盛行偏南风， 炎热多雨，冬季刮偏北风，寒冷干燥；春季天气多变，干早少雨多风沙；秋季天气晴爽， 冷暖适中。全省气候地区差异东西大于南北。山东省年平均气温1 1 - - - 1 4 ，由南而北， 自西向东递减。鲁西南平均气温多在1 3 以上，济南、枣庄等地达1 4 以上，胶东半 岛、黄河三角洲最低，多在1 2 乃至1 1 以下。一月份全省平均气温一1 一4 ，七 月份全省平均气温2 4 , - - 2 7 。c 。山东各地冬季最长，一般为1 4 0 - - 1 6 5 天，夏季次之，约 为7 2 - - 1 0 8 天，春、秋两季较短，约为5 0 - - 7 0 天。山东无霜期一般为1 8 0 - 2 2 0 天。山 东年平均降水量5 5 0 - - - 9 5 0 m m ，由东南向西北递减。半岛南部、鲁东南沿海、鲁南最多， 达8 0 0 - - - 9 0 0 m m ：鲁西北及黄河三角洲最少，仅5 5 0 m m 左右。 2 2 沥青路面路况调查及分析 本论文对山东省公路的路面类型及其典型病害进行了调查，调查路段的选取主要 第二章山东省沥青路面使用状况调查及分析 在典型病害处进行，并不限于只调查高速公路，因为调查发现高速公路、一级公路、二 级公路有相似的路面结构和病害。鉴于此，分别在山东德州、山东潍坊和京福高速公路 全线作了详细调查。主要调查路段及其具体情况见表2 1 ，其中国道2 0 5 和南联接线路 面施工情况见表2 2 和表2 3 。 表2 1山东省不同等级沥青路面所采取的路面结构型式 公路 路段名称路段桩号路面结构基层结构 等级 1 4 3 k ，一1 4 4 k 水泥稳定碎石3 7 c m 京福高速 a l 4 c m 广卜a c 5 c m + 6 c m 2 3 0 k 2 3 1 k 高速石灰水泥稳定风化砂2 0 c m 8 k 9 k公路 济聊高速 a c 4 c r n 广卜5 c m + 6 c ml f r l5 c 瑚广卜l f s 31c m 左幅 1 0 k 1 1 k 南联接线 a c 4 c i n + 6 c ml f c r 2 0 c m r 卜l f s 3 5 c m 左幅 一级 g 1 0 4 北段 3 3 5 k 3 3 6 ka c 3 c m + a m 5 c m l f c r l6 c m + l $ 3 3 c m 公路 g 2 0 5 庆云段 4 6 5 k - - - - 4 6 6 ka c 5 c 】r 卜7 c m l f c r ( 1 8 c m + 1 8 c m ) + l f s l 7 c m + l s l 7 g 3 0 8 禹城段4 0 5 k 4 0 6 k a c 4 c m + 6 c m l f c r ( 1 6 c m + 1 6 c m ) g 3 0 8 夏津段 4 4 9 k 4 5 0 ka c 2 c m + a m 3 c ml f c r l 3 c m + l s l 6 c m $ 2 4 8 乐陵段1 k 2 k a c 3 c i l l i + 5 c ml f c r l 5 c 珈【+ l s l 6 c m s 1 0 1 平原段 8 5 k 8 6 k 一奶a c 2 c m + 4 c ml f c r l 6 c 珈【+ l s l 7 c m s 3 1 4 乐陵段 2 k 3 k公路 a c 2 c i l l 【+ 3 c ml f c rl6 c m + l s 3 0 c m s 3 1 4 陵县段 6 6 k 6 7 ka c 2 c 瑚【+ 3 c ml f c r l 5 c m + l s l 5 c m $ 2 4 9 亍：沣北段2 2 k 2 3 k a c1 5 c m + 3 c ml f c r l 4 c m + l s 3 0 c m $ 3 2 4 晏坡路 8 k 9 ka c 2 c m + a m 4 c ml f c r l5 c m + 15 c m s 3 1 5 乐陵段 1 3 7 k ，一1 3 8 k a m 2 c m + 3 c ml f c r l 4 c m + l s 3 0 c m 说明：a c ( a s p h a l tc o n c r e t em i x t u r e ) 沥青混凝土； a m ( a s p h a l tm a c a d a mm i x t u r e ) 沥青碎石 l f c r 石灰粉煤灰稳定级配碎石；l f s 一二灰土；l 卜石灰土 表2 2国道2 0 5 线路面施工情况一览表 实测油石比 实测空隙 层位材料类型 施_ r ：配比 率 5 c m 中粒式 1 - 2 c m ：0 5 一l c m ：彳i 屑：机制砂：河砂：矿粉 上面层 = 3 3 ：1 6 ：1 7 ：1 1 a c 一1 6 i 犁 4 24 7 ：1 7 ：6 7 c m 粗粒式 1 - 3 c m ：1 - 2 c m ：0 5 一l c m ：石屑：河砂：矿粉 下面层 4 5= 2 2 ：2 7 ：1 4 ：1 7 5 4 a c 2 5 i 型 ：1 5 ：5 基层二灰碎彳i 二灰( l ：f = i ：3 ) ：碎f i 8 0 ：2 0 ( 外掺1 5 水泥) 底基层二灰十 彳i 灰：粉煤灰：士= 1 2 ：3 5 ：5 3 原材料 沥青：滨州f i 化厂a h 9 0 沥青；碎彳i ：1 0 2 0 m m ，5 1 0 m m 彳i 灰岩 长安大学硕士学位论文 表2 3 南联接线路面施工情况一览表 施工配比实测空隙率 层位材料类型实测油【仆匕 1 - 2 c m ：0 5 1 c m ：石屑：机制砂：河 4 c m 中粒式 上面层 砂：矿粉_ 4 0 ：1 0 ：1 0 ：2 0 ： a c 1 3 i 型 4 94 1 1 5 ：5 6 c m 粗粒式 1 5 一l c m - 0 5 一l c m 石屑：河砂：机 下面层制砂：矿粉= 2 5 ：1 7 ：2 1 ：1 7 ：6 4 a c 2 0 i 型 5 4 1 5 ：5 基层二灰碎石 ( 石灰：粉煤灰= 1 ：3 ) ：碎石= 2 0 ： 8 0 底基层石灰土 石灰含量为1 4 原材料沥青：滨州石化厂a h 9 0 沥青；碎石：1 0 2 0 m m ，5 1 0 m m 石灰岩 这些路段中，最早的是国道3 0 8 线夏津段于1 9 9 7 年建成通车，最晚是国道2 0 5 线 庆云段于2 0 0 3 年建成通车。这些公路在通车后，不同程度上相继出现了路面下陷、泛 油、车辙、坑槽、龟裂、松散、波浪拥抱等病害出现。有的虽已处治，但新的病害又在 原破损处出现并蔓延。病害的存在与发展已经影响到路面使用性能，不仅给运营业主带 来了行车舒适性、安全性等方面的极大不便，也给公路部门的日常养护带来困难。而了 解山东省沥青路面的病害的种类及比例，摸清山东省沥青路面病害的发展趋势，正是推 荐山东省典型结构的主要依据。为此，论文从路面病害、结构设计与施工情况这三个方 面展开调查研究。 2 2 1 路面病害的调查分析 通过对以上三个地区公路的调查分析发现，无论是高速公路、一级公路还是二级公 路，其路面结构普遍采用半刚性基层沥青路面。半刚性基层拥有良好的板体性能，具有 较好的整体强度和荷载扩散能力，能因地制宜地利用当地材料，成本较低，然而这种路 面结构容易出现以下早期破坏：第一，半刚性基层容易发生收缩开裂，并且收缩丌裂又 会引起反射裂缝，造成路面早期损坏；第二，半刚性基层透水性差，使水不能迅速排除， 引起水损害，造成路面结构强度大幅下降：第三，半刚性基层沥青路面对重载车有更大 的轴载敏感性。 9 第二章山东省沥青路面使用状况调盎及分析 论文采用人工观测方法对京福高速公路、德州地区公路和潍坊地区临仲路进行了全 面的病害调查，病害调查结果分别见表2 4 、表2 5 和表2 6 。 表2 4 京福高速公路平均每公里路面破损状况汇总表 破损面积( m 2 k m ) 病害类型 左幅 右幅 平均值比例平均值比例 纵裂 4 35 o1 0 71 7 9 横裂 6 37 4o 71 2 龟裂 0 1o 10 3 o 6 坑槽 o 5o 6 2 43 9 沉陷 2 83 32 94 8 车辙 7 0 18 2 34 2 37 0 6 脱皮 o 1o 2o 1o 1 麻面 oo0 10 1 泛油 o 6 0 70 1o 1 修补破损 0 3 0 40 2o 4 表2 5 德州地区沥青路面病害调查统计表 编号 g 1 0 4g 2 0 5g 3 0 8s 1 0 1$ 2 4 8 $ 2 4 9s 3 1 4$ 3 2 4s 3 1 5 类型 龟裂 0 0 00 0 00 o o4 1 0 40 0 0o 0 00 1 17 3 0o o o 不规则裂缝 7 2 3o o o0 o oo 8 98 5 72 3 63 2 8 13 0 1o 0 0 横裂 4 6 4 87 6 9 2 6 9 5 48 0 49 1 4 32 0 2 96 4 4 66 8 6 92 7 4 9 纵裂2 9 7 9 0 o o1 2 9 26 6 00 0 00 9 50 0 00 4 37 2 5 坑槽 o 0 2o 6 6o 0 00 0 0o 0 0o o o0 o oo 0 5o 0 0 松敞 0 0 00 0 01 7 5 0 0 0 o 0 0 o 0 0o 1l5 0 0o o o 沉陷 1 1 2 1 9 7 7o o o4 3 3 50 0 0o 0 00 0 0o 0 0o 0 0 波浪拥包 0 2 4o 1 6o o oo 0 80 0 0o 0 02 6 2 1 5 0o o o 泛油 4 8 7 2 4 90 0 0o 0 00 0 07 6 4o 0 02 1 3 20 0 0 修补 o 1 70 0 0o o oo 0 00 o o0 0 0o 0 00 0 00 0 0 表2 6 临仲线历年病害维修数量表 病害类型 2 0 0 2比例 2 0 0 3 比例 2 0 0 4 比例 2 0 0 5 比例 坑槽 o 0 2 2 40 2 3 5 91 4 1 2 l1 2 沉陷 3 3 5 13 6 4 1 0 9 44 3 8 1 1 2 3 l4 5 2 2 1 3 42 1 5 纵缝 1 7 4 61 9 2 3 3 42 5 1 2 4 55 0 3 4 5 83 4 9 网裂 2 4 9 1 82 6 6 4 4 1 0 64 7 1 9 3 6 63 7 7 2 1 9 52 2 2 横缝 2 6 5 42 8 3 9 8 54 3 6 6 82 7 l o 长安火学硕1 ：学位论文 为了更深入了解山东省沥青路面的主要病害及所占比例，论文对所选择的几条试验 路的养护维修状况进行了调查分析。 通过调查发现$ 3 1 5 线在2 0 0 2 年到2 0 0 3 年所维修的主要病害有4 种：坑槽、沉陷、 纵缝、网裂。在2 0 0 2 年时，沉陷是主要病害，占维修病害总数量的4 1 4 ，其次为网 裂，占病害总数量的2 1 2 。2 0 0 3 年网裂上升为主要病害，其比例达到8 7 2 。$ 3 1 5 线历年的维修病害的数量及比例及历年病害维修数量趋势分别见表2 7 和图2 1 。 表2 7s 3 1 5 线历年维修病害的数量及比例 病害类型 2 0 0 2 比例2 0 0 3 比例 坑槽 2 2 9 7 3 71 7 9 6 7 99 3 沉陷 5 3 1 5 6 4 1 4 2 5 43 5 纵缝 5 0 3 6 3 9 o o 网裂 2 7 2 5 62 1 2 6 3 5 0 3 6 8 7 2 9 0 o 7 0 o 5 0 o 3 0 o 1 0 o - l o o 网! 堡堕：三亘匿三量因 图2 1s 3 1 5 线历年病害维修数量趋势图 g 2 0 5 线上，随着使用时间的增长，沉陷与网裂等病害逐渐成为养护维修的重要病 害。其中，在2 0 0 4 年维修沉陷的总面积达到1 3 2 0 5 m 2 ，占维修总数量的4 7 2 。g 2 0 5 线历年的维修病害的数量及比例及历年病害维修数量趋势分别见表2 8 和图2 2 。 表2 8g 2 0 5 线历年病害维修数量表 病害类型 2 0 0 2 比例2 0 0 3比例 2 0 0 4 比例 坑槽1 9 5 6 42 8 5 5 9 7 21 3 6 5 0 1 4 6 1 8 沉陷 1 3 4 5 71 9 6 6 8 8 71 5 7 1 3 2 0 54 7 2 纵缝1 4 8 6 5 2 1 7 1 7 7 6 44 0 5 1 2 7 9 5 4 6 网裂1 8 6 4 72 7 2 4 1 5 09 5 9 5 7 4 53 4 2 第- 二章山东省沥青路面使用状况调查及分析 匡孽砸j i ：哂喳圣熟茎嗵 图2 2g 2 0 5 线历年维修病害趋势 临仲线历年维修的病害数量中，也是已沉陷、网裂为主。但是2 0 0 5 年纵缝维修数 量的大幅度上升表明临仲线纵向不均匀沉降或者路面疲劳裂缝是比较严重的。临仲线历 年的维修病害的数量及比例及历年病害维修数量趋势分别见表2 6 和图2 3 。 2 0 0 2 2 0 0 32 0 0 42 0 0 5 叵亘一面晒j 龟匾三亟 图2 3 临仲线历年维修病害数量趋势 另外对京福高速公路全线的病害作了深入调查，发现路面破损主要呈现以下特征： ( 1 ) 破损基本上集中在行车道上，超车道上破损较少，仅有少数路段出现了松散麻 面等破坏： ( 2 ) 车辙是主要的破损方式，车辙的出现比较集中，特别是在连续的上坡路段和 附近有沙石料场的路段( 后者是由于很多拉沙石的大货车严重超载引起的) ； ( 3 ) 行车道和超车道局部地段松散面现象较严重； ( 4 ) 局部路段行车道网裂严重并伴有中f 刚凹陷； 慨 嘶 嘶 啡 嗍 册 5 4 3 2 l 嘶 帆 嗍 喘 帆 慨 5 4 3 2 1 k 生大学硕士学位论文 ( 5 ) 绝大部分通道两侧出现横向裂缝，这是由于路基不均匀沉陷引起的。 为了分析路面损坏的原因，在破损严重的路段上进行必要的钻芯取样，发现芯样的 主要病害是车辙及上面层的纵向开裂，其主要特点如下： ( 1 ) 多数纵向裂缝已发展到上基层，病害严重的已发展到下基层： ( 2 ) 龟裂、唧浆与沉陷处基层均出现了不同程度的破坏，有的基层甚至呈松动散 状，无法整层取出；沥青面面层间分离，个别芯样的含泥量过高；个别路段的整个基层 不成型，松散，破碎，未形成整体强度；其余则主要是由于基层分层旖工导致上下基层 分层，并导致上基层破碎； ( 3 ) 裂缝处钻孔取样表明，面层出现横向裂缝而基层却没开裂的情况根少出现， 而且面层和基层裂缝出现的位置上下基本对应，说明路面的单条裂缝主要为基层的反射 裂缝。 总结以上的调查，井对病害类型进行统计分析，发现裂缝类破坏占了路面破坏的绝 大部分，达到了7 75 ，而裂缝类中横向裂缝占到6 8 ，见图2 4 ，同时通过国2 1 23 ， 也可以发现虽然各条尚速公路的病害有其独特的一面，但是主要病害类型都是裂缝类病 害，说明低温收缩、半刚性基层收缩裂缝在路面破坏因素中占主导地位。近年来，通过 对裂缝的深入研究发现，除了基层开裂引起路面裂缝外，还有相当数量的路面裂缝属于 表面裂缝，主要是由于沥青层的上面层、中面层、下面层的界面脱开所致，而致使出现 这种现象的罪魁祸首主要是施工时的层间污染。另外，由于半刚性基层的特点，沥青路 面的反射裂缝依然十分严重，而反射裂缝主要是由于水损害造成基层结构破坏引起的。 r “m ，2 口裂缝炎 其它_ 炎 口变形娄 口松敞娄 恻24 撕一路曲砬损娄e 删h 2 22 路面结构设计及施工情况调查分析 论文对山东省沥青路面的面层、基层和底基层进行了深入的调查，对各结构层的材 料和施工情况进行了分析。 调查发现山东省常用石狄土或二扶土作底基层然而扶十基层常在气温较低的冬季 发生缩裂开裂多在一5 产生，一旦丌裂，裂缝宽度在温度升高时减小，但速度较慢且 1 3 第二章山东省沥青路面使用状况调金及分析 难以合拢。试验指出土的温缩系数( 温度每降低l 是单位长度的收缩量) 比干缩系数( 含 水量每减少1 单位长度收缩量) 大4 5 倍，并且土的粘性越大或石灰剂量愈高，则灰 土基层裂缝就愈多愈宽。通过加入粉煤灰、级配碎石改良而形成的二灰稳定级配碎石结 构，虽然能减小裂缝的产生与发展，但还是不能消除。 在公路路面基层施工技术规范( j t j0 3 4 9 3 ) 3 2 2 款中明确指出，对于高速公路和 一级公路，当采用石灰土作道路基层( 底基层) 时，石狄宜采用磨细生石灰粉。但是山东省 大部分地区的粉性土中粉粒含量过高，活性s i 0 2 和a 1 2 0 3 成份偏少，因此石灰+ 粉土做道 路的底基层并不是一种比较理想的结构形式。经室内试验知，单纯石灰拌合粉土的抗冻 性差，掺加水泥后虽强度增加但早期裂缝增多，如果在石灰土中掺加粉煤灰、碱性物则 能大大提高底基层的抗冻性及强度。在石灰土或石灰与粉煤灰综合稳定土中加人少量硅 酸盐水溶液体胶凝剂( 如水玻璃) 或碱金属的氢氧化物( 女i k o h 、n a o h 等) 作活性激 发剂，能提高混合料的p h 值，快速促使c a ( o h ) 2 的解离和粘土络合物的离子吸附和交换 作用，提高水硬性化学产物的生成量，因此能大大提高石灰土和二灰土的早期、后期强 度和抗水抗冻，以满足各等级公路底基层强度的技术要求。实验室对粉性土的各种掺配 方案的强度测定如表2 9 。 表2 9 石灰粉性土各种掺配方案试验强度对比表 7 大无侧限9 0 大无侧限拭压 掺配方案拭乐强度 强度2 8 天龄期冻融试验结果 ( m p a )( m p a ) 石灰+ 粉十 0 4 91 0 7 两次冻融循环，试件全部坍散 强度明显上升，但干缩裂缝严 石灰+ 粉七+ 2 5 水泥 o 5 61 3 7 重，且施t 碾压到要求密度坤难 石灰+ 粉煤灰( l ：f = i ：3 ： 2 8 天无侧限抗压强度为1 1 m p a | 叶总体积l c 4 0 ) + 粉土 0 6 7 2 3 4 抗冻性能比石灰土大大提高 石灰+ 粉土+ 0 7 5 o 8 7 2 8 大龄期试什经5 次冻融循环， 儿乎全部完好，表现出较好的 n a 2 n s i 0 2 ( 水玻璃)抗冻性 正i 灰+ 粉十+ o 7 5 k o h 0 9 4 2 8 天龄期试件经5 次冻融循环， 全部完好，表现出较强的抗冻 性 水泥+ 粉十( 1 3 ：8 7 ) 1 6 8 2 8 大龄期试件经