（交通运输工程专业论文）高速公路沥青路面养护技术研究.pdf

长安大学t 程硕：1 学位论文 摘要 随着高速公路通车里程的增加，高速公路的养护维修显得越来越重要。高速公路沥 青路面的早期破坏，路面使用功能的急速衰减，实际使用年限的降低等问题的出现，对 高速公路养护技术提出了新的要求，迫切需要研究制定适合高速公路的养护技术，从而 科学地指导养护工作。 本文将从我省高速公路沥青路面养护的实际需要出发，全面系统地归纳、总结高速 公路沥青路面病害类型及成因，广泛调研和收集国内外在高速公路沥青路面养护中所采 用的最新技术，结合我省高速公路沥青路面的养护现状，遵循技术先进、应用简便的原 则，提出适合的行之有效的养护评价指标和维修对策，在分析以往高速公路维修经验的 基础上，提出评价指标的优先级，并采用层次分析法确定维修对策的选择次序，为高速 公路沥青路面养护工作提出指导性意见，并使之具有一定的可行性、可操作性。 通过对养护技术的研究，提高沥青路面养护技术水平，从理论上，研究探讨符合我 省实际的养护技术：从实际上，对我省养护工作提供指导和借鉴作用，从而，促使养护 工作规范化、标准化、科学化、现代化，提高路面使用性能和使用年限。 【关键词】：高速公路路面养护病害评价指标维修对策 长安大学t 程颀i j 学位论文 a b s t r a c t i so p e nt ot r a f f i ct h ec o u r s ei n c r e a s ea l o n gw it ht h eh i g h w a y ，t h e h i g h w a y m a i n t a i n st h es e r v i c et oa p p e a rm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t l y t h eh i g h w a yb i t u m i n o u s p a v e m e n te a r l yd e s t r u c t i o n ，t h er o a ds u r f a c e u s ef u n c t i o nr a p id l yw e a k e n s ，t h e a c t u a ls e r v i c el i f er e d u c e sa n ds oo nt h eq u e s t i o na p p e a r a n c e ，m a i n t a i n e dt h e t e c h n o o g yt ot h eh i g h w a yt op r o p o s et h en e wr e q u e s t ，w a su r g e n tn e e d st os t u d y t h ef o r m u l a t i o nt os u i tt h eh i g h w a yt o m a i n t a i nt h et e c h n o l o g y ，t h u s s c i e n t i f i c a l l yi n s t r u c t e dt om a i n t a i n t h ew o r k t h i sa r t i c l ew i l le m b a r k f r o mt h eo u rp r o v i n c eh i g h w a ya s p h a lp a v e m e n t m a i n t a i n sa c t u a ln e e d ，c o m p r e h e n s i v e l ys y s t e m a t i c a l l yw i l li n d u c e ，t h es u m m a r y h i g h w a yb i t u m i n o u sp a v e m e n tp l a n td i s e a s et y p ea n dt h e o r i g i n t h ew i d e s p r e a d i n v e s t i g a t i o na n ds t u d ya n dt h ec o l l e c t i o nd o m e g t i c e x t e r n a lh i g h w a ya s p h a l t p a v e m e n tm a in t a in sc e n t e ru s e st h en e we s t t e c h n o l o g y ，u n if ie so u rp r o v in c e h i g h w a yb i t u m i n o u sp a v e m e n tt o m a i n t a i nt h ep r e s e n ts i t u a t i o n ， f o l l o w s t e c h n o l o g i c a la d v a n c e ，t h ea p p l i c a t i o ns i m p l ep r i n c i p l e ，p r o p o s e ds u i t a b l e e f f e c t i v em a i n t a i n st h ea p p r a i s a lt a r g e ta n dt h e s e r v i c ec o u n t e r m e a s u r e i nt h e a n a l y s i sf o r m e r l yi nt h eh i g h w a ys e r v i c ee x p e r i e n c ef o u n d a t i o n ，p r o p o s e dt h e a p p r a i s a lt a r g e tp r i o r i t y ，a n du s e st h el e v e la n a l y t i c m e t h o dd e t e r m i n a t i o n s e r v i c ec o u n t e r m e a s u r et h ec h o i c e o r d e r ，m a i n t a i n st h ew o r kf o r t h eh i g h w a y p a v e m e n tm a i n t a i n ss u r f a c et op r o p o s et h e i n s t r u c t i o no p i n i o n ，a n de n a b l ei tt o h a v et h ec e r t a i nf e a s i b i l i t y ，m a yb eo p e r a t i o n a l t h r o u g ht om a i n t a i n st e c h n i c a lt h er e s e a r c h ，r a i s e st h ea s p h a l ta s p h a l p a v e m e n tt e c h n i c a ll e v e l ，t h e o r e t i c a l l y ，t h er e s e a r c hd i s c u s s i o n a c t u a lc o n f o r m s t oo u rp r o v i n e et om a i n t a i nt h et e c h n o l o g y ；f r o mi n f a c t ，m a i n t a i n st h ew o r kt o o u rp r o v i n c et op r o v i d et h ei n s t r u c t i o n a n dt h em o d e lf u n c t i o n ，t h u s ， u r g e st o m a i n t a i nt h ew o r k s t a n d a r d i z a t i o n ，t h es t a n d a r d i z a t i o n ，t h es c i e n t i f i cs t y l e ， t h e m o d e r n i z a t i o n ，e n h a n c e st h er o a ds u r f a c eo p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c ea n d t h e s e r v i c e 】i f e k e yw o r d s ：h i g h w a yd i s e a s ep a v e m e n tm a i n t a i n sa p p r a i s a lt a r g e ts e r v i c e c o u n t e r m e a s u r e 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： 锄暂。 论文知识产权权属声明 年月 日 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：弓融、 导师签名： 酿 年月日 年月日 k 安火学丁程硕j _ l ：学位论文 第一章绪论 1 1 问题的提出 近年来，我国高速公路建设发展迅速，目前将近2 0 年的时问里，全国高速公路的 总里程己超过4 5 万公里，通车总里程己跃居世界第二位，仅次于美国。高速公路的 建设，具有非常重要的政治和经济意义，随着国家“五纵七横”高速公路主干线的规 划，在不久的将来，我国的高速公路网即将形成，并开始发挥整体效益，届时，我国 公路运输状况会得到明显改善，为我国经济的腾飞奠定一个坚实的基础。“五纵七横” 高速公路主干线全长3 5 万公里，计划2 0 0 8 年全部建成。面对这样庞大数量的高速公 路，怎样养护和管理值得我们去认真考虑，养护管理的效果如何又是问题的关键所在 【l 】 o 1 2 本文研究的目的及意义 我国高速公路的路面结构主要有两大类【2 】【3 1 ，一类是半刚性基层沥青路面约占 7 5 ；另一类是水泥混凝土路面，约占2 5 。从二者的比例来看，沥青混凝土路面在我 国占有非常重要的地位。一般情况下，我国高速公路沥青路面的设计使用年限为1 5 年，延长其使用年限是我们追求的目标。沥青混凝土路面应进行预防性、经常性和周 期性养护。虽然说我国高速公路发展很快，但与欧美等发达国家相比，我国的起步较 晚，在设计、施工、监理、养护等方面都存在很大差距，缺乏理论和实践经验，没有 形成规范式的管理模式。还缺乏科学化的管理制度。特别是在高速公路养护方面，还 没有一个成型的范本，基本上是执行普通公路的技术规范。高速公路建成通车后，随 着交通量和重载车的增加，部分路段路面未达到设计使用年限就出现了破坏，如路面 坑槽、车辙、龟裂、沉陷等病害，这些路面病害的出现，不仅影响道路的使用质量， 同时也带来较大的交通安全隐患，会造成严重的经济损失和不良的社会影响。路面过 早出现病害说明路面的使用质量和寿命达不到设计要求。 目前面临的迫切工作之一，就是如何养好、管好这些规划、设计、施工诸环节己 经发生且完成的、处于运营阶段的、运营期又不长的高速公路；此外，对于其它规划中 的待建高速公路，更是应当从一丌始即纳入管理范围内。 从我国近几年的运营实际来看，有很多高速公路在通车的1 3 年内就出现了明显 的早期损坏：同时，这些破损部位处往往路面的结构性能尚佳，仅仅是路表的服务性能 第一章绪论 降低，影响了正常使用。因此，对于整体尚处于良好状念的高速公路来讲，为确保预 期功能的发挥，当前的首要工作是养好、管好路面部分。因此，总结高速公路沥青路 面的早期破坏的病害类型，深入分析这些病害产生的原因和机理，研究在设计、施工、 养护及材料使用上存在的问题，总结出切实可行的预防性养护措施和科学合理的养护 维修方法，是当前我们面临的重大课题。通过课题的研究，可使高速公路沥青路面养 护技术提高到一个新的水平，可以提出更加经济合理的养护维修对策，j 寸f - t 学决策提 供依据；从而提高养护质量，降低养护成本。 1 3 研究内容 1 介绍高速公路沥青路面的主要病害 总结高速边公路沥青路面的常见病害，以便针对不同的病害用不同的方法来处理。 2 路面的评价方法 介绍高速公路的路面使用性能的评价方法，各单项指标的评定和综合指标的评定。 3 养护方案的选择 如何安排养护的先后顺序关系到养护资金的合理优化配置，本文利用层次分析法 进行路面养护对策的排序，进行路面养护时机或养护方案的确定 4 养护维修技术要点 针对不同的病害，介绍了常用的不同病害的处理方法和各方法的适用范围和施工 技术要点。 长安入学工程颂i ：学位论文 第二章高速公路沥青路面的主要病害类型 我国高速公路早期损坏有两种不同的的类型： 第一类早期损坏是在沥青路面建成通车不久，在短期内发生不同程度的如水损害、 车辙、开裂等早期损坏，这些病害基本上都是局部的、个别性的。大部分表现为局部 的坑槽、松散等水损坏，车辙、推拥的流动性变形，各种裂缝，路基不均匀沉降等等。 这些损坏通过局部性的维修和铣刨可以得到缓解。 第二类的早期损坏指沥青路面的耐久性差。我国沥青路面的使用寿命达不到我国 规范规定的设计年限1 5 年，甚至更短的年限内就发生基层松散的结构性破坏，需要进 行大修，而且这种大修不仅仅是对沥青面层维修，还必须同时维修基层和底基层。 沥青路面作为路面形式的一种，在长期使用过程中，也会出现不同类型的破损， 面层厚度因长期磨耗而减薄，或平整度、摩擦系数等指标低于规定，此时都需要进行 封层与罩面，以提高路面的使用性能，封层与罩面都属于中修工程。但当沥青路面如 损坏严重，已经出现了大面积的结构破损，经判断采用其它修理方法已不能维持良好 状况时，应进行路面的大修或改善川3 m 阳。 2 1 水损害 水损害来得快，性质最为严重，它是当前路基路面的最大病害，有些沥青路面通车 不到一年就会出现水破坏。水损害破坏形式主要有：水进入孔隙，滞留在表面层，在表 面层产生松散、掉粒，表面层和中面层同时产生坑洞以及局部产生网裂和形变；水透过 沥青层滞留在半刚性基层顶面，冲刷基层，形成白浆。次浆数量大时，可能立即产生坑 洞，数量小时可使路面网裂或变形。以上三种水破坏几乎都发生在行车道上。沥青面层 本身空隙率大，压实度不够和不均匀性是导致沥青面层产生水破坏的主要原因。我国许 多高速公路，尤其是多雨潮湿地区的高速公路在春融季节、梅雨季节及雨季，路面会出 现麻面、松散、掉粒及坑槽。各地的沥青路面的水损坏已经成为我国高速公路沥青路面 早期破损坏的一种主要模式。 不同的路面结构的水损坏有明显的差别，一般有两种形式的水损坏形式： ( 1 ) 、 自上而下的表面层水损坏，是从上往下发展的，它往往局限于表面层发生松散和坑槽， 在降雨的过程中，雨水首先渗入并滞留在表面层沥青混凝土的空隙中。反复的动水压力 逐渐使沥青从集料表面剥落，局部沥青混凝土变成松散，碎石被车轮甩出，路面产生坑 第二章；速公路沥青路血的土要扔告类型 槽。这种现象往往表现为表面网裂，形变( 下陷) 和向外推挤，或产生坑洞。( 2 5 、 当半刚性基层沥青路面的沥青层较薄日寸，沥青路面的水损坏经常是自下而上发展的。水 从各种途经：如梅雨季节挖方路段的裂隙水，冬季由于冰冻引起的水分积聚、冬季下雪 后融化时的雪水：中央他隔带的绿化浇水，以及从中央分隔带边缘渗入路面的水裂缝进 入路基中，路面常期浸泡在水中：有些公路在沥青层铺筑过程中采用水冲沈方法处理层 问污染，污染水大量储存在下卧层的缝隙中等。进入路面并到达基层后，不能从基层迅 速排走，只能沿沥青层和基层的界面扩散、积聚。沥青水易进不易出，在不能及时排走 的情况下，在汽车荷载作用下，下面层沥青混合料的粗集料对基层造成损伤，形成狄浆， 灰浆从上下连通的空隙中被荷载挤出，成为咧浆，最后会形成坑槽。 2 。2 泛油 每条高速公路沥青路面都有泛油现象，只是程度轻重不一，尤其在s m a 面层中容易 出现。沥青用量大是泛油的主要原因，具体表现为：沥青混合料击实功不够，沥青用量 偏多：施工控制不严和管理不善等原因。高速公路沥青路面的泛油现象主要产生在行车 道上，超车道上的泛油现象较少，行车道上泛油现象主要是间隔式和条片状，而且间隔 距离往往大于泛油条片的长度，连续泛油和整个行车道全面泛油的现象并不多。 2 3 车辙 路面并未出现很大的凹陷和隆起变形，但轮迹处( 特别在渠化交通情况下) 出现相对 其两侧来说较大的变形( 1 0 - - - 2 0 m m 以内) ，从而在横向形成车辙。车辙的出现，是行车荷 载多次重复作用下路基和路面塑性变形( 包括压缩和剪切变形) 逐步积累的结果。特别在 高温和轮压大时，沥青层因蠕变而积累的塑性变形量较大。对于半刚性柔性基层沥青路 面，沥青面层下的柔性基层、底基层和土基都可能由于受到超大应力作用而产生严重的 辙槽。对于半刚性路面，如果半刚性基层质量不好，局部半刚性材料没有形成完整的整 体，甚至是松散的，则其上的沥青面层会产生尸e 重的车辙槽。在广东省的高温地区、大 型车辆密集及超载严重路段，车辙已成为沥青路面最严重的破坏形式。车辙原因很多， 主要有高温；汽车荷载，超载车辆；行车速度，如山区丘陵区的连续大纵坡上坡路段， 作用时间成倍延长，时间变形累积，车速低温和湿度升高是一样的；路用材料及压实度。 长安人学t 程硕1 ：学位论文 2 4 - 松散 松散是因沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落，从表面向下发展的渐进过程。集料 颗粒与裹覆沥青间丧失粘结力是颗粒脱落的原因。有多种情况可能导致松散：集料 颗粒被足够厚的粉尘包覆，使沥青膜粘结在粉尘上，而不是粘结在集料颗粒上。表面的 摩擦使沥青膜磨掉，并使集料颗粒脱落；表面有离析，离析处缺少大部分细集料。离 析面上粗集料互相接触，但只有少数接触点有沥青粘结着集料。随着时间增长，沥青会 老化，剥落会使沥青与集料的粘结力减弱；沥青混凝土面层内有密实度低的地方，需 有高密实度刊能保证沥青混合料的粘聚力。如混合料的压实度不够，集料就易从混合料 中脱落。松散严重的路面，如材料散失后在路面表面留下一个洼坑，并有足够的深度存 水，就可能引起水漂现象而产生安全问题。表面的松散集料会降低抗滑能力，并被行车 轮) n 厶i n 1 m 比起甩在行车道上，引起其他问题。 2 5 裂缝 沥青路面的裂缝大体上有以下一些类型： l 、横向裂缝： 横向裂缝指沿路面横断面方向出现的规则裂缝。横向裂缝严重时通常贯穿整个路 面宽度，有时伴有多个横向的或斜向的支缝。横缝轻微时多为局部细线状裂缝。裂缝 大部分是从路表面产生，向下发展；也可能是上、下面对应地产生；或者由下向上也 延伸。这些裂缝实际上是温缩裂缝和半刚性基层的收缩裂缝的反射性裂缝的综合裂 缝。 横向裂缝包括温缩裂缝及半刚性基层沥青路面的反射裂缝。温度开裂有两种形式： 一种是由于气温骤降造成面层收缩，有约束的沥青层内产生的温度应力超过沥青混凝土 的抗拉强度时造成的开裂；一种是温度疲劳裂缝，由于气温的反复升降导致沥青混合料 的温度疲劳，以及混合料极限拉伸应变减小，应力松驰性能降低，最后导致在并不太大 的温度应力下即可丌裂。因而温缩裂缝是随着使用年限不断增加，也发生于温度变化频 繁的温和地区。温度裂缝大体垂直于路线方向，当路而宽度大于裂缝间距时，还将产生 纵向温度裂缝，从而形成块状裂缝。温度裂缝破坏了沥青路面的整体性及连续性，导致 路而承载力降低，还为冻融提供了条 f - t ：。由于较高强度半刚性基层可能会导致较大的千 第二章高速公路沥青路_ 血的主要病害类型 缩、温度裂缝的产生，从而导致面层产生反射裂缝，同时雨水会从裂缝中下渗，并积聚 在面层与基层中间，出现基层唧泥现象，降低了沥青层半刚性基层层问的连接状念，从 而加速了路面结构的破坏。 2 、纵向裂缝及网裂： 裂缝沿着道路纵向投影的长度远远大于沿横断方向投影的长度。纵向裂缝通常出现 在行车道，有时也会出现在超车道或停车带上，而且通常以单条或多条平行的裂缝形式 出现。 纵向裂缝是由于行车荷载反复作用导致基层产生疲劳破坏引起的。通常位于行车道 轮迹带上。初期纵向裂纹细而短，在行车荷载的进一步作用下，裂纹会逐渐连接成较长 的纵向裂缝，最后可以发展成为龟裂。分为自上而下的表面裂缝和自下而上的疲劳裂缝； 自上而下的表面裂缝有人认为是车辆荷载直接作用，在轮子部位产生大的应力，导致路 面产生丌裂；也有人认为是路表面沥青容易老化，抗拉强度不断减小而首先丌裂；也有 人认为在轮迹位置产生的剪应力导致开裂等。自下而上的疲劳裂缝( 网裂、龟裂) 当沥 青层的层底拉应力大于极限拉伸应变时，路面将发生损坏，造成自下而上的裂缝的原因 一种是基层根本没有做好，另一种是基层强度太大，在面层施工前已经严重丌裂所致。 3 、龟裂 沥青混凝土路面由于压实不足、强度较低、路基下沉等原因产生的小网格式的、 成块的、不规则破碎性的网状裂缝，由于其形状类似于乌龟背壳，故俗称龟裂。也有 研究称其为鳄鱼裂缝( a 1 1 追a t o rc r a c k i n g ) 。路面一旦出现严重的大范围的龟裂，就表明 路面结构已经进入设计极限状态。典型的龟裂是由于设计或施工的原因，导致面层孔 隙率大、压实度不足、混合料离析，使得雨水能渗入面层，并积聚在面层内或面层与 基层之间，在行车荷载反复作用下所导致的水损坏。或者由于面层之间或丽层与基层 之间存在”软弱夹层 ，在行车荷载的反复作用下导致的疲劳破坏。这种龟裂通常随 机、孤立地分布在行车道上，面积较小。由于其基层完好无损，因此垂直变形不明显。 在发展的初期，裂缝较少，且互不连通。在发展的后期，裂缝密集且相互连通，属于 碎裂性的裂缝，局部的碎块已经开始脱落。 4 、沉降或沉陷裂缝 由于路基不均匀沉降在路面上引起的开裂，在许多山区、丘陵区的高速公路上都 可以看到。特别是在那些半填半挖路段、高填方路段，碾压比较困难，而且不容易做到 均匀碾压，路基各部分在通车以后由于汽车荷载与雨水的作用，造成沉降不均匀，路面 长安大学t 程硕：l ：学位论文 就可能产生大的沉降，由此发生裂缝。 5 、构筑物接头裂缝 路堤和桥涵构造物中建筑在不同的基础上的，桥梁包括桥台在内一般不会有沉降， 而路堤是免不了要沉降的。台背填土由于地方狭窄，压路机不容易到过，不能很好地碾 压，致使产生后期沉降。 6 、冻涨( 缩) 裂缝；主要是路基冻涨及收缩产生的丌裂，表面看来，它可以一直延仲 到路基范围之外的| 下| 野里，或者本来就是路外丌裂延伸到路上的，其裂缝宽度大，深度 也深。这种开裂在路面与路肩交界处常见，成为边缘裂缝。由于设置防冻层，冻缩裂缝 可以得到一定程度的缓解。 2 6 坑槽 坑槽指沥青路面由于面层集料局部脱落或者基层和面层的集料局部脱落而产生的 路面洞穴。由于沥青混凝土压实度不足或过分离析引起孔隙率大，使得在降雨过程中， 雨水能够进入并滞留在面层沥青混凝土中，在大量快速行车的作用下，反复的动水压力 ( 孔隙水压力) 使沥青从碎石表面剥落下来，局部沥青混凝土变为松散，碎石被车轮甩出， 从而路面产生了坑洞。统计资料认为：采用半丌式( i i 型) 沥青混凝土表面层时，产生的 此类水破坏比较严重。这种坑槽有的是在雨后立刻形成，有的则由龟裂发展而来。它通 常随机分布在行车道上，深度不会超过面层厚度。 2 7 唧浆 唧浆是由于水的渗入导致面层底部的沥青混合料松散，在行车荷载的反复作用下， 自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料，形成灰白色浆。灰浆被行车压 唧，通过各种形状不一和宽窄不一的裂缝( 横缝、纵缝) 或孔洞喷到路表面，由于沥青 混凝二i 二面层空隙率大或压实度不足，使雨水的渗入导致面层底部的沥青混合料松散， 在行车荷载的反复作用下，自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料，形 成狄白色浆。在行车荷载作用下，通过一定的通道喷射到路面上，形成灰白色的痕迹。 唧浆是路面水破坏的一种表现形式，也是路而即将产生龟裂破坏或坑槽破坏的先兆。 第二帝商速公路沥青路面的主要病害类型 2 8 沉陷 沉陷是由于路基顶面垂直变形过大而导致的路面产生的严重下陷变形。包括路基 塌陷和台背不均匀沉降导致路面产生的大面积下陷变形。或者由于湿陷性黄土地基处 理不彻底或没有处理，在水的作用下地基发生湿陷变形。这些变形反映到路面上便形 成沉陷。沉陷在外观上与横缝和纵缝有些相似，尤其是在台背这种即容易产生沉陷又 容易产生横缝的地方，有时更是难以区别。这就需要经验和仔细观察来进行鉴别。路 面发生沉陷后必然会产生一些裂缝，但是这些裂缝一般不是单纯的一条横向裂缝或纵 向裂缝，而是多条横缝或多条纵缝相交错。沉陷区域内的最大垂直变形比龟裂路表的 垂直变形要大得多。 k 安大学i 程硕：l ：学位论文 第三章高速公路沥青路面路况调查与评价 为了了解现有的路面状况，以决定哪些路段的路面需要采取处治措施以及采取什 么样的处治措施，就需要对路面使用性能进行合理、科学的评价。这种评价必须紧密 结合实际路况和同后的养护计划，以便管理部门根据统一标准制定具体的处治措施， 采取合理的维护方案，分配养护资金，并最大限度地利用己有的道路资源。目前，随 着旧路改造和加锄项目的日益增多，对路面性能进行综合评价已经成为国际公路界广 泛关注的课题之一。路面结构检测与评价是制订道路养护和改建计划的依据，利用它 可以正确判别路面状况是否适应目前的交通状况和使用要求，研讨和寻求路面破坏的 机理与原因，确定路面需采取养护和改建的措施，并进行中长期管理的规划设计。因 此，对现有路面的使用性能进行客观、准确的评价是养护管理中的一项必不可少的基 本工作，也是道路经济分析和路面管理系统的重要组成部分，对于分析路面病害的成 因，改进工程项目建设质量有着重要的指导意义【6 】f 7 】【8 】【1 0 】【1 1 】【1 2 】【1 7 】。 3 1 工程地质调查 公路是一种线形结构工程，具有路线长、与大自然接触面广的特点，其质量的好 坏在很大程度上制约于当地的水文地质、地质及其环境。因此，必须深入调查公路沿 线的水文地质、地质及其环境情况，为旧路面的破损分析、维修等提供依据。 1 、水文地质、地质及其环境调查的内容较广，主要有： ( 1 ) 地形一平原、丘陵、山岭各区地势不同，水文情况也各异。如平原地区地势平 坦，地面易于积水，地下水位亦高，在这种情况下路面混凝土容易受到损害，唧泥， 同时路基也容易塌陷：丘陵地区地势起伏，山岭地区地势陡峻等。 ( 2 ) 气候一气候条件，如气温、降水( 包括数量、强度和形态之为雨、雪、雹) 、湿 度、冰冻深度、日照、年蒸发量、风向和风力等。 ( 3 ) 水文和水文地质一水文条件，如地面径流、河流洪水位、常水位及其排放条件、 有无积水和积水期的长短等。 ( 4 ) 土的类别 ( 5 ) 地质条件一沿线的地质条件，如沿线岩石种类及风化程度，岩石走向、倾向和 第三章高速公路沥青路面i 路况调查与评价 倾角、层理、厚度，以及有无断层、不良地质现象等。 ( 6 ) 植被一植物覆盖面积大小，植被的高低以及植被的种类等。 2 、水文地质及环境调查的方法 水文地质及其环境调查的方法有三种： ( 1 ) 查阅文献资料，我国某些历史文献中，有许多关于地区水文地质及其环境的 资料，因此，文献考证是水文地质、地质及其环境调查的重要途径。 ( 2 ) 水文站的观察资料。水文站的观察资料是在一定时期内连续实测的资料，能 较为真实地反映客观实际。 ( 3 ) 实地调查。进行公路沿线实地调查能够获得全面的水文地质及其环境资料，并且 所得的资料是最新的，也最为可靠。 以上三种方法，可以互相补充，互相核对，使获得的水文地质及其环境资料更加 完善可靠。 3 2 交通量收集 车辆荷载的作用是使路面产生损坏的重要外界因素。为了分析路面损坏的原因和 损坏的速率，并为旧路面的设计、翻修提供依据，需要采集路网内各路段的交通数据。 交通数据包括日交通量、轴载组成和午平均增长率三方面。这些数据可以通过交通量 调查取得。 交通量的调查方法很多，如人工计测法、自动计数器法、照相摄影法、试验车浮 动测定法等，其中人工计侧法是我国最常用的方法，无论在交叉口还是多车道路段上， 这种方法均能较准确地测量机动车和非机动车的交通量，但这种方法使用人力较多： 自动计数器法有携带式和固定式两种，这种方法可以节省大量人力，但只使用于机动 车严格按车道行驶且无非机动车干扰的路段上。实际调查过程中，上述几种方法可以 相辅相成，配合使用。 在高速公路大修设计前应收集交通量资料，通过资料来了解高速公路的交通组成 情况。为了较好地分析交通流特性，应对各类车型进行合理分类，折算成标准车型后 再进行统计。可以根据交通流量的不同将高速公路分为几个断面，然后根据各收费站 的统计数据对每个断面进行车流量计算，最后选择交通流量大的断面进行标准轴载换 算，以此来评价高速公路己承受的最大交通量累计标准轴次。 长安人学- t 程硕j l ：学位论文 ( 1 ) 换算系数的确定 交通量轴载换算以双轮组单轴载i o o k n 作为换算标准，按公路沥青路面设计规 范规定的方法进行换算。确定换算系数需调查交通量的组成及载重情况，将车辆进 行分类，确定某类车的换算系数时，应选择此类车的代表车型，结合该类车中其他车 型出现的概率进行换算。考虑到高速公路超载的实际情况，按一定的超载率进一步调 整换算系数。 ( 2 ) 标准轴次计算 按上面的出的换算系数，对交通量大的断面分为不考虑超载和考虑超载分别进行 标准轴次换算一 3 3 路面状况调查 对路面状况进行调查和评定的目的是，了解路面的物理或结构状况，评定它对当 前和今后使用要求( 承载能力和使用寿命) 的适应程度，以便确定需采取修复措施的 路段和方案，选择合适的修复对策。 路面状况调查和评定，包括下述七个方面的内容： ( 1 ) 现有路面的结构和材料组成，材料性质试验，排水状况，养护历史； ( 2 ) 路面损坏状况调查，以了解路面损坏的类型，轻重程度和范围； ( 3 ) 路表弯沉测定； ( 4 ) 量测路面的平整度，评定其行车舒适性： ( 5 ) 量测路表面的抗滑能力，评定其行车安全性； ( 6 ) 交通荷载调查，以了解路面的受荷历史，并预估今后的趋势和要求； ( 7 ) 环境( 温度和湿度状况) 影向分析。 根据公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 2 0 0 1 ) 的规定，路面状况调查 主要包括：路面破损状况、路面结构强度、路面平整度和抗滑能力四个方面的内容。 一、路面破损状况调查 根据国内外资料分析，路面破损一般可分为两大类：结构性破损和功能性破损。结 构性破损通常是由于路面各层的承载能力降低引起的，反映在表面上往往是裂缝。功 能性破损是由于路面提供给用户的服务能力下降引起的，反映在路面上则是平整度降 低和车辙加深。正确认识这些破损的差别有助于对其进行合理评价分析。 路面破损状况是反映路面整体性和i 其结构完整性的一个指标，按其形状可分为裂 笙兰至塑垄坌些塑童些堕些型型童! ! 鲨! ! 一 缝类、松散类、变形类和表面破损类四大类，每类破损所包括的内容见下表，调查的 目的是为了根据一定的原则和方法对其进行分类，以便科学的检测、统计及评价。 表3 1沥青路面破损分类分级 损坏类型 分级外观描述 分级指标 初期龟裂缝细，无散落，裂区无变形裂块叫显， 珧度：2 0 5 0 c m 裂龟裂m 2 轻中重 缝较宽，无或轻散落或轻度变形裂块破碎，缝 块度： 2 5 m m 类 松散轻重细集料散失，路面磨损。路表粗麻 变沉陷m 2 轻重 深度浅，行车无i 州醯4 i 适感 深度：2 5 m m 深度深，行车 ! j 显颊簸不适 形 深度： 2 5 m m 类 车辙m 2轻重变形较浅 深度：2 5 m m 变形较深 深度： 2 5 m m 波浪拥包m 2轻重 波峰波符高差小深差：2 5 r a m 波峰波谷高差大 高差： 2 5 m m 其 泛汕m 2 路表呈现沥青膜，发亮，镜面，有轮e 1 j 他 修补损坏m 2 二、路面强度调查 路面强度评价的目的是确定路面的剩余寿命，亦即在达到预定的损坏状况之前还 能使用的年数或者承受的标准轴载累计作用次数，同时分析路面出现过早损坏的原因， 评价路面结构的承载能力，可以判断路面结构的完好程度和其损坏的速度，以确定芷 确的养护措施。 长安火学工程硕二l ：学位论文 强度是评价路面工作性能的关键，随着无损检测设备的深入应用及相关技术的发 展，采用f w d 动态弯沉笳进行模量反算，以动态弯沉和动态模量对路面特别是对强 度进行评价，已成为近年来本领域研究的重点。 路面强度调查通常可以分为破损类和无破损类两种方式。前者从路而各结构层内 钻取试样，试验后确定其各项计算参数，并通过与设计标准相比较，估算出其结构的 承载能力；后者则是通过对路表进行无破损的弯沉测定，从而估算出路面结构的承载 能力。通常采用以无破损试验( 弯沉测定) 为主的方法，在路表面测定路面结构的最 大弯沉值和弯沉曲线，通过分析判断路面结构的承载能力。我国目前使用的弯沉测定 系统有以下四种：贝克曼梁弯沉仪：自动弯沉仪；稳态动弯沉仪；脉冲弯沉 仪( f w d ) 。 路面的结构损坏可以是由于过量的竖向变形造成，也可能是由于某一结构层的断 裂破坏所造成。对于前者，采用最大弯沉值表征结构承载能力较合适；对于后者，则 采用路表弯沉瓮的曲率半径表征其承载能力更为合适。因而，理想的弯沉测定应包括 最大弯沉值和弯沉瓮两方面。 一般沥青路面采用3 6 m 贝克曼梁弯沉仪弯沉仪测定，水泥路面采用5 4 m 弯沉仪。 也可采用自动弯沉仪测量回弹弯沉值。如采用自动弯沉仪测定，应建立与贝克曼梁测 定结果的对比关系。 对于沥青路面，弯沉的测点沿路线方向以3 0 5 0 m 的间距等距离布置，横向可在 行车道中部和边缘各测一点。上述分析还需配合破损试验，钻取结构层芯样进行物理 和力学性质试验。 三、平整度测定 路面平整度是反映路面在行使质量方面所提供服务能力的重要指标。路面平整度 的检测一般有3 m 直尺、连续式平整度仪、 路面平整度是道路用户所熟悉和关心的重要公路指标，它是衡量路面平整状况、 ：车辆行驶舒适质量状况的重要依据。平整度不良的道路会影响乘车舒适性、降低车辆 的行驶速度、加速车辆零部件的损坏、增加车辆的运营费用。不平整的道路使车辆产 生的冲击荷载反过来增加路面不平整性，加剧路面破损。因此，有必要对路面平整度 进行定期的调查，其中必涉及到调查设备、方法和数据处理。 1 、检测设备 平整度检测仪器分为断面类和反应类两种，断面类平整度仪，是通过测量路面行 第三章态速公路沥青蹄询路况调查弓评价 车带纵向断面形状( 高程) 数据来计算平整度的仪器；反应类平整度仪则是通过安装在车 体上的仪器测量车体与道路的相对位移和车体位移加速度来计算平整度的仪器。所示 是我国常用的平整度检测仪器。 表3 2 我国常用的平整度检测仪器 序号种类仪器名称开发国家( 组织) 测茧方式 l 断面类水准仪及塔尺 世界银行静态 2断面类t r r l 三米式平整度仪英国静态 3 断面类a p l - 7 2 平整度仪 法国动态 4 反应类车载式颠簸累积仪法国动态 5 反应类拖车式颠簸累积仪英国动态 6 反应类r r a d s 平摧度仪澳人利弧动态 2 、检测方法 路面平整度的测定方法有多种，大致可分成四类( 1 2 8 1 ( 1 、静态纵断面测定法。这种方法沿轮迹量测路表纵断面，测定精度高，但速度 慢，需要大量人力。 ( 2 ) 动态纵断面测定。这种方法直接量测轮迹的纵断面，测量精度较高，且速度快， 但设备昂贵，操作复杂。 ，( 3 反应类平整度测定系统。这种方法的优点是价格低廉和操作简便，可用于快 速测定。其主要缺点是时间稳定性差，同一台仪器在不同时期测定结果不一致，并且 转换性差，不同部门采用同一类仪器进行测定的结果难以进行比较。 ( 4 ) 主观评分法。当结果的精度要求不高时，可组织评分小组，根据乘车的体验 和目测检查，对路面的行驶舒适性给予评分，依据小组平均评分的高低，评估路面的 平整度。 采用3 m 直尺以其量测距离路表的最大间隙作为路面的平整度，单位为m l t l 。检测 点可采取随机取样或每1 0 0 m 连续量测l o 次，即l k r n 共测1 0 0 次，然后按下式计算 路段现有的平整度：d = d i + z 。6 式中：d 一评定路段的路面平整度，m l t l ； d l 用3 m 直尺测定路面最大问隙的平均值，i t l m ； y d d l = 皱( 3 一1 )一 一 k 安人学t 程颐卜学位论文 一 d i o m 直尺每次测定的路面最大间隙，r a m ； n 一检测点数； z a 一与保证率有关的系数； 一3 m 直尺测定的标准差，m m 。 万= ( 4 4 ) 2 ( 咒一1 ) ( 3 2 ) 采用连续式平整度仪测定路面平整度，以其量测路面的不平整度的标准差6 表示， 单位为m m ，其原理与3 m 直尺连续测定的平整度基本相同。由于平整度计算的标准差 6 与计算的区间长度有关，为便于分析比较，我国规定计算区间的长度统一取为1 0 0 m 。 连续式平整度仪的测定时的行驶速度一般以5 k m h 为宜，最大不得超过1 2 k m h ，并应 保持匀速。对于坑槽较多、破损严重的路面，不宜采用。 颠簸累积仪有车载式和拖式两种。车载式颠簸累积仪的平整度采用车辆通过路面 时后轴与车厢之间的单向位移累积值v b i 表示，单位为c m k m ，测定值可以自动显示 和打印输出。由于车速对车辆的颠簸影响很大，因而测定值与车速有关。为此，规定 标准测试车速为3 2 _ - l 3 k m h ：标准的计算区间长度为1 0 0 m ，根据要求也可为2 0 0 m 、5 0 0 m 或1 0 0 0 m 。同时，测定车的性能和轮胎气压应符合规定的要求。对于坑槽较多、破损 严重的路面不宜采用。 国际平整度指数i r i 是目前国际上公认的衡量路面舒适性指数r c i 或路面行使质 量指数r q i 的指标，由精密水平仪测定路段上每隔0 2 5 m 测点的标高后通过计算确定， 单位为m k m 。 当采用其它设备测定时，可通过标定进行回归分析，建立与国际平整度指数的相 关关系，换算成国际平整度指数。 四、抗滑能力测定 路面所具有的抗滑能力是安全性能评价的主要指标，其调查指标为轮胎与路面的 摩擦因数。路面在使用过程中，因车轮的不断磨损，路表面的抗滑能力因集料被磨光 而逐渐下降，路面的抗滑能力可采用不同的方法测定，通常采用摆式摩擦系数测定仪 和横向力系数( s f c ) 测定仪。高速公路宜采用横向力系数测定仪。 路面抗滑性能是指车辆轮胎受到制动时沿路表面滑移所产生的力。路面摩擦系数 是评价路而抗滑性能的一项重要指标。通常，抗滑性能被看作是路面的表面特性，并 定义为： 第三章高速公路沥青路嘶路况调奁j 评价 3=(3-3) 式中：f 一一摩阻系数： f 一作用于路表面的摩阻力； w 一垂直于路表面的荷载。 然而，笼统地说路面具有某一摩阻系数值是不确切的，应该对轮胎在路面上的滑 移条件给予规定。不同的条件和测定方法，可以得到不同的摩阻系数值。因此，需规 定标准的测定方法和条件，一般可采取4 种方法进行测定：( 1 ) 制动距离法；( 2 ) 锁轮拖车 法：( 3 ) 偏转轮拖车法：( 4 ) 摆式仪法。 3 4 路况评定 3 4 1 路面路况评定 平整度描述的是道路纵断面方向上产生的波长较短的凹凸不平的现象。道路不平 整是非常普遍的现象，目前，广泛采用国际平整度指数i r i ( i n t e r n a t i o n a lr o u g h n e s s i n d e x ) 来定量表示平整度。i r i 是四分之一车在稳定速度8 0 k r r d h 时，平整度的值，可 以利用仪器测量得到。绝对平整的路面i 融是0 m k m ，具有中等平整度的路面f i l l 大 约是6 m k i n ，非常不平整的路面i r i 大约是1 2 m k m ，i r i 表示的是纵断面各点高程偏差 的统计值。无论何时何地，只要路面纵断面具有相同的高程偏差分稚，就会有相同的 i r i 值，其结果具有时间和空间稳定性。 行驶质量指数r q i ( r i d i n gq u a l i t yi n d e x ) e l 国际平整度指数i r i 计算得到： r o i = 1 1 1 5 0 7 5 i r ( 3 - 4 ) p c i 按下式计算： p c i = 10 0 15 d r 0 4 1 2 ( 3 5 ) 式中：d r 路面各车道破损率。 路面破损率d r ( d e s r e p a i rr a t e ) 是各类破损占路面面积的比率， 伽：曼盟 ( 3 6 ) 式中：a i 第i 类破损的面积，m 2 ： w i 破损权重： a 路面面积，m z 根据公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 - 2 0 0 1 ) 中路面破损评价标准如 表3 3 ，可将路况分为优、良、中、次、差五