京哈高速公路沥青路面大修技术研究.pdf

北京工业大学 硕士学位论文 京哈高速公路沥青路面大修技术研究 姓名：张宜飞 申请学位级别：硕士 专业：建筑与土木工程 指导教师：张志清;田云涛 20071201 北京工业大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t t h ej i n g - h ah i g h w a y ( b e i j i n gs e c t i o n ) i so n eo ft h ee i g h th i g hs p e e dr a d i o a c t i v er a y si n b e i j i n gh i g h w a yn e t w o r kp l a n i t i sa l li m p o r t a n tf e d e r a lh i g h w a yi nn a t i o n a lh i g h w a y n e t w o r k t h e j i n g - h ah i g h w a y ( b e i j i n gs e c t i o n ) i s l o c a t e da tt o n g z h o ud i s t r i c t i t s a p p r o x i m a t e l y1 1 5k i l o m e t e r sl o n g ，w h i c hb e g i n sf r o mn o r t h e r nr o t a r y - i s l a n do ft h et o n g z h o u d i s t r i c ta n de n d sa th e b e iy a n j i a o i tu n d e r t a k e st h et r a f f i cu m m p o r m t i o nt a s kf r o mt h eu r b a n d i s u i c tt os a n h eo fh e b e ip r o v i n c ea n dt h et r a n s i to ft h eo u t l y i n gd i s t r i c t s i m u l t a n e o u s l yi ti s a l s oa l li m p o r t a n t 舰v e h n gc h a n n e lf r o mb e i j i n g t ob e i d a i h e , q n h u a n g d a oa n ds h a n h a i g u a n t h ep r e s e n tj i n g - h ah i g h w a y ( b e i j i n gs e c t i o n ) w h i c hb e g a nt ob u i l di nj u l y , 1 9 8 6a n df i n i s h e d i nn o v e m b e r , 1 9 9 0 ，h a sb e e nu s e df o r1 4y e a r s s e v e r a ly e a r so ft h ew a n s p o r t a t i o nl o a da n d n a t u r a lf u n c t i o n ，t h er o a ds u r f a c eh a sp r e s e n t e db r e a k a g et oac e r t a i ne x t e n t w i t ht h ei n c r e a s i n g d e m a n d so ft r a n s p o r t a t i o nd a yb yd a y , a s p h a l tp a v e m e n ti su n d e r g o i n gt h eo v e r l o a d e da n d c r o w e dv o l u m eo ft r a f i c ，a sw e l la st h ec l i m a t ea n de n v i r o n m e n t s ot h eu s a g eq u a l i t yo ft h er o a d s u r f a c eb e c o m et od r o py e a rb yy e a r e v e ni ta p p e a r sd a m a g e ss u c ha sc r a c k , w h e e lr u t , s e t t l e m e n t , c h a pa n ds oo n c u r r e n t e n l y , e s p e c i a l l yf o rt h es e r i o u sp r o b l e mo fo v e r l o a d i n g , t h e q u a l i t yo fr o a ds u r f a i sa f f e c t e dg r e a t l y , e v e nt ot h er o a d b e d t h e r e f o r e ，i tc a n tb es o l v e d b a s i c a l l ya l t h o u g ht h eu s i n gp e r f o r m a n c em a y b er e s t o r e db yd a i l yt a k i n gc a r ea n ds m a l lr e p a i r s t oc e r t a i nd e g r e e r e g a r d i n gt ot h ed e c l i n i n go fa s p h a l tp a v e m e n tt e c h n i c a lc o n d i t i o n , w ec a n t b es a t i s f i e do n l yb yt h em i n o rr e p a i r i n gs l i g h t l yt os u r f a c el a y e r , w em u s tc a r r yo i ls t r o n g p r o c e s s i n gt or e s t o r ei t so r i g i n a ld e s i g ns t a n d a r da n dm a k et h ed e s i g nc o n d i t i o nr e c o v e r c o m p l e t e l y t h i sa r t i c l et a k e st h eh e a v eg a i n t e n a n c ep r o j e c to fj i n g - h ah i g h w a y ( t h eb e i j i n gs e c t i o n ) a sa b a c k i n g , i nv i e wo fs o m ec o n s t r u c t i v ea n df u n c t i o n a ld a m a g ec r e a t e db yu s a g ea f t 盯s e v e r a ly e a r o fa s p h a l tp a v e m e n to fo u rc o u n u y sh i g h w a ya n dc o m b i n i n gt op r a c t i c ea n de x p e r i e n c eo fi t s h e a v eg a i n t e n a n c e ，d i s c u s s e ss o m ea s p e c t se m p h a s i z i n gf l o mi t sh e a v eg a i n t e n a n c ed e s i g n , m a t e r i a lc o m p o s i t i o nd e s i g n ，c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y , c o u s t r u c t i o ni d e aa sw e l la sc o n f i r m a t i o no f q u a l i t ye 虢c to n ey e a ra f t e rh e a v eg a i n t e n a n c e i ta l s os t u d i e so nh e a v e ng a i n t e n a n c et e c h n o l o g y o fa s p h a l tp a v e m e n ta n ds o l v e se x i s t i n gp r o b l e m so fl a c k i n go ft e c h n i c a le x p e r i e n c ef o rr o a d s u r f a c eh e a v eg a i n t e n a n c ea tp r e s e n t a tl a s t , i tb r i n gp r o m o t i o no ff u r t h e rd e v e l o p m e n to f a s p h a l tp a v e m e n t sh e a v eg a i n t e n a n c e k e y w o r d s ：e x p r e s s w a y ) a s p h a l tp a v e m e n t ) h e a v eg a i n t e n a n c e ) t e c h n o l o g y - 独创性声明 本人声明所星交的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，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 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 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：日期：2 0 0 7 年1 2 月5 日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，l i p ：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印：缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 帝瞥0 0 7 咄5 日 第1 章绪论 1 1 工程背景 第1 章绪论 京哈高速公路( 北京段) 路面大修工程是北京市公路网规划中八条高速放射 线中的一条，是国家公路网中的一条重要国道。京哈高速公路( 北京段) 位于通 州区，西起通州区北关环岛，东到河北燕郊，全长约1 1 5 公里，在区域公路网 中承担着市区与河北三河及以远地区的过境交通运输任务。同时，也是北京市通 往北戴河、秦皇岛及山海关的一条重要旅游通道。 现况京哈高速公路( 北京段) 工程于1 9 8 6 年7 月开工，1 9 9 0 年1 1 月建成通 车，已使用1 4 年。全线为两上两下加连续停车带，路基宽度为2 5 米。沿线共有 立交桥涵2 0 座，其中大桥3 座、小桥5 座、过街人行通道及涵洞1 2 座。十几年 来在交通荷载及自然条件的作用下，路面在一定程度上出现了破损，经有关部门 检测得出的评定结果表明：现况路面破损、龟裂严重，道路横向通长裂缝较多， 中、小桥桥台台后路面沉降严重，直接影响了道路交通运行的舒适性和使用功能。 当路面使用一定年限后，特别是当前超载问题严重，对路面质量造成很大的 损害，甚至影响到了基层。因此，尽管日常养护和小、中修在一定程度上可以恢 复路面使用性能，但无法从根本上解决。对于沥青路面的技术状况下降到一定程 度，仅靠小修、小补进行表面层的处治已不能满足要求，必须进行路面大修，来 恢复沥青路面的原设计标准。 目前，沥青路面老化，雨雪和超载车辆等原因对京哈高速公路( 北京段) 工程 的路基路面构成了较大损害，使其使用功能下降，日常养护费用逐年增大；又加 之原设计采用的技术标准偏低，致使现有的道路使用条件与其所承担的繁重交通 功能极不相称。因此，为了改善道路使用状况，充分发挥其作为高速公路的功能， 决定对其进行综合大修，使其发挥更好的经济效益和社会效益。 近二十年来，随着国民经济的快速增长，我国的交通运输事业，特别是高等 级公路建设取得了突飞猛进的发展。其中高速公路建设正处在空前的高速增长时 期，到2 0 0 5 年底高速公路通车里程己达到3 5 0 0 0 k m 。在结构类型上，高速公路 中沥青路面占9 0 左右，水泥路面仅占1 0 左右，所以已建高速公路大部分采 北京工业大学工程硕士学位论文 用沥青路面。另外，随着交通需求的日益增大，高速公路沥青路面在经受繁重的 轴载负荷和密集交通量的反复作用的同时，还经受气候、环境的影响，路面使用 品质呈逐年下降趋势，甚至出现裂缝、车辙、沉陷、龟裂等破损病害。保持优良 的路面使用品质，是高速公路为车辆提供高速、畅通和舒适行车的重要保障，世 界各发达国家均采用科学的方法对高速公路路面的使用品质做连续跟踪观察，并 及时预报路况变化的趋势，在路况变化达到一定限度时，及时采取现代化的养护 对策，快速进行现代化的路面大修，使沥青路面的使用品质始终保持在良好状态。 根据我国高速公路的发展历史，我国早期修建的高速公路路面将陆续进入大 修改造期，面临大修的问题。对于高速公路达到其服务周期，必须进行应急性、 预防性、周期性的综合维修，使其全面恢复设计状态。 根据交通部的道路管理总体目标，到2 0 1 0 年，我国公路的平均好路率不低 于7 6 ，国、省主干线好路率达到8 8 ，高速公路平均优等路率保持在9 5 以上； 全国公路的大修将保持在5 至8 的水平。按照国务院国家高速公路网规划， 全国将建设8 5 万公里高速公路，如果路面平均使用8 年，那就意味着我国任何 时候都将有1 万公里的高速公路在大修。 1 2 国内外沥青路面大修技术现状及存在的问题 1 2 1 国内外沥青路面大修技术现状 发达国家高速公路的建设始于上世纪3 0 年代，自7 0 年代末期，大部分高速 公路的沥青路面接近了使用中期，大修工程逐年增多。为了对高速公路开展科学 的养护维修管理，美国得克萨斯大学汉德森教授等运用运筹学与系统工程学理论 开发了“路面养护管理系统( p m s ) 一。至8 0 年代末，不断完善的p m s 系统已被高 速公路管理部门采纳，作为政府决策确定养护对策的必备程序。除了管理技术之 外，高速公路养护技术、养护材料与养护机械也逐渐开发完善，并形成成套技术。 本世纪初，美国在n c h r p 计划资助下，由k a t h l e e n 主持完成了高速公路沥青 路面修复成套技术研究。n c h r p 计划的实施，是为了针对美国的路面类型和条件， 而发展的一种合适的修复方案选择的方法n 】。 高速公路沥青路面的大修在国内才刚刚起步，正处于经验的不断积累与总结 阶段，对大修技术的研究还有待进一步探索与完善。对于京哈高速公路( 北京段) 第1 章绪论 沥青路面大修工程是参照新建公路的经验，结合高速公路维修工程的特点，不断 探索、不断总结，使大修工程的设计、施工以及组织管理工作逐步达到科学化、 规范化；并为今后我国高速公路大修项目积累经验，进一步提高高速公路沥青路 面的大修技术水平。 截至目前，国内已完成多条高速公路沥青路面大修工程，其中广佛高速公路 为我国第一批修建的高速公路，也是广东省第一条进入大修阶段的高速公路；石 太高速公路大修工程为国内首条山区高速公路大修工程。另外还有沈抚高速公路 沥青路面大修工程、武黄高速公路沥青路面大修工程、沪宁高速公路沥青路面大 修工程等，实践证明都相当成功，并且积累了一些沥青路面大修经验。但是由于 我国幅员辽阔，自然环境和地理环境千差万别：大修技术不能照搬。 1 2 2 沥青路面大修技术存在的问题 目前，国内高速公路沥青路面大修尚未建立起完善的养护维修成套技术，对 大修设计与施工多参照新建高速公路沥青路面的设计与施工技术。 通过大量的调研发现，国内几条已经完工的高速公路沥青路面大修项目基本 上是全部挖除原路面面层，或者是全部挖除沥青面层和基层后重新加铺沥青面 层，基本上不进行详细的设计，只出一个简单的断面图。对于路面修补后引起的 公路纵、横断面的变化是否满足规范要求，没有一个定量的说法，对原有路面的 检测与使用性能的评定不具针对性，缺乏对旧路病害的综合处治技术。导致大修 后，由于原路面局部的综合处理不够，又可能引起第二次损坏。沥青路面病害较 多，且各种病害的成因又较复杂，不同路段、不同环境、不同交通量和原建设时 设计、施工质量的差异性都会造成高速公路沥青路面的不同病害。如果在沥青路 面大修时不进行科学检测，仅根据路面病害的表面现象，盲目进行铣、刨、加铺 等施工，不但不利于节约投资，还会造成养护质量降低，陷入沥青路面病害重复 出现的怪圈昭1 。而京哈高速公路( 北京段) 沥青路面大修工程，改变了传统的大 修技术模式。在大修施工之前，进行详细的路况调查与评定、进行有针对性的大 修设计；在施工过程中，针对原旧路的病害由甲方、设计、监理与施工等各方重 新进行调查、核实，对病害处治方案进行优化与完善，保证设计的针对性和可行 性。 北京工业大学工程硕士学位论文 1 2 3 大修设计中一些值得研讨的问题 在京哈高速公路( 北京段) 路面大修工程的调查与研究中，意见存在一些分 歧。为此，我认为以下几方面值得在以后的工作及工程实践中进一步进行研究。 1 、高速公路沥青路面大修设计年限如何确定 为保证大修工程质量，对大修设计年限予以要求很有必要，而且也是确定设 计技术指标与投资的一个重要依据。许多专家认为应控制在不少于5 年或8 年 为宜。也就是说，按现行规范的新建路设计方法或补强层设计方法，该设计年限 很大程度地决定了大修后路面的弯沉要求以及厚度要求，自然也直接影响到补强 的方式，如选择挖补还是加铺? 挖补或加铺的程度口1 7 2 、超载问题如何考虑 设计轴载如何确定? 在现行规范推荐的路面设计方法中，仍是按累计轴次来 确定设计弯沉值。对于目前汽车存在超载的现象，超载对路面的破坏应不是一个 简单的4 次方换算问题的事实，然而究竟如何考虑超载问题仍缺少合理依据。另 外，在路面大修设计中，如何评价已有交通荷载也是一个值得探讨的问题。因为 从理论上分析，该问题涉及对旧路面残余寿命的评价，以及在大修后旧路面部分 承受交通荷载的能力。 3 、当交通轴载特大时。如何确定路面弯沉要求 按现行规范中采用的弯沉计算式，对于交通轴次特大时，如设计交通轴次为 2 1 7 0 8 万次时，则要求半刚性基层路面的弯沉值为0 2 0 5 衄，柔性基层路面的弯 沉值为o 3 2 6 m m ；故无论采用半刚性基层还是柔性基层，如何确定路面的弯沉要 求均非常重要。 4 、如何判定路面结构强度的好坏， 关于路面结构强度的好坏，现行养护规范是以实测弯沉和设计弯沉的比值来 评定的。但针对同一路面结构，半刚性基层理论和柔性基层理论下的设计弯沉相 差很大( a 6 = 1 6 ) 。另外，针对不同的交通轴次，设计弯沉值也不同，则由此评 定的路面强度等级也会相差较大。由于从半刚性基层路面的角度看，路面强度的 评定等级将直接影响到是否对承重层补强，故合理地评定路面强度也至关重要。 4 第1 章绪论 5 、如何获得旧路面材料的设计参数 要进行合理的结构设计，首先要求旧路面材料的设计参数合理。但旧路面往 往存在以下情况： 各处旧路面材料破损层位、破损程度相差很大； 由于多年的维修，各处旧路面厚度与老化程度相差很大。为此，使用钻 芯试件的模量往往很难有代表性，故旧路面的设计参数基本上只能依靠f w d 或 贝克曼梁等方法测得。但要利用层状弹性体系较准确地计算各层的真实受力情况 尚存在很多困难。类似的研究工作及检测技术均有待进一步发展。 6 、路面结构如何设置 关于沥青路面结构的设置，通常有半刚性基层路面、永久性路面、柔性基层 路面、全厚式路面等形式。其中半刚性基层路面与永久性路面要求基层强度较高 或很高，并常采用一定厚度的稳定材料作为基层，以求提高路面整体刚度或强度， 使路面达到很高的弯沉水平；对于柔性基层路面与全厚式路面，通常对基层的强 度要求相对较低，并常采用较大厚度的沥青混合料作为基层，对路面的弯沉要求 也相对较低。路面结构的设置形式将直接影响以下方面： 对路面进行结构补强的范围，即对旧路面的弯沉要求； 对路面进行开挖补强的层位，即是否须对基层或底基层甚至路基进行补强 处理： 补强所用的材料，即采用刚度大的稳定材料或贫混凝土( 为保证弯沉要求) 还是采用沥青混合料。当前许多研究人员已发现基层刚度大的路面( 半刚性基层 或永久性路面) 具有一些难以克服的缺点，并希望通过柔性基层等方式加以克 服。但是，在我国现行规范中暂没有较完善的柔性基层路面设计方法。另外，除 非使用再生沥青混合料等作为基层材料，否则柔性基层会使路面投资增加。 s 北京工业大学工程硕士学位论文 1 3 本项目所采用的方法 研究方法主要是借鉴国内外高速公路沥青路面大修的技术资料，以京哈高速 公路( 北京段) 路面大修工程为依托，采取利用旧路，同时参照新建公路的施工 方法，研究出适合高速公路大修工程的综合技术。 根据高速公路行车特点，运用科学手段对路面使用品质和破损病害进行连续 跟踪观查，采集符合高速公路养护要求的数据，据此建立路面使用性能评价模型， 并进行科学决策确定养护对策。通过严密的设计和施工方案的选定，在不中断交 通，并设法尽可能减少对交通干扰的前提下组织施工实施，确保路面使用品质恢 复并达到高速公路的要求。同时结合沥青路面大修施工的具体特点，通过原路面 使用性能检测、评定及损害机理分析，有针对性地进行路面大修工程方案设计与 施工，并在施工过程中根据具体施工实际，不断对大修工程设计方案进行优化与 完善，然后通过大修工程完工一年后的质量鉴定，进一步验证沥青路面大修技术 的适用性与科学性，最终形成成套的高速公路沥青路面大修综合技术阻1 。 1 4 本论文的题目及研究的内容 1 4 1 本论文的题目 针对目前国内高速公路沥青路面大修工程设计、施工没有专门的规范与技术 标准，无量化的检测和验收指标等问题，为今后高速公路沥青路面大修技术提供 参考依据，确定本学位论文题目为 京哈高速公路沥青路面大修技术研究。 1 4 2 本论文的研究内容 本次大修的总体原则是翻修沥青面层、整修部分基层。先根据路况调查和检 测的结果，进行旧路病害处理，然后根据旧路弯沉情况进行有针对性的设计，对 旧路弯沉较小的段落加铺一层沥青混凝土，即起点k l + 1 4 1 9 4 一k 5 + 1 1 0 ，加铺5 c m 厚s m a - 1 6 改性沥青混凝土沥青混凝土表面层。对旧路弯沉相对较大的段落加铺 两层沥青混凝土，即k 5 + 1 1 0 一终点k 1 2 + 6 2 0 ，加铺6 c m 厚a c - 2 0 密级配中粒式沥 青混凝土中面层和5 c m 厚s m a - 1 6 改性沥青混凝土沥青混凝土表面层。 6 第1 章绪论 本文以京哈高速公路( 北京段) 路面大修工程为工程背景，运用道路的荷载与 破损验算、旧路破损的检测和评定、路面大修或补强的设计等理论，分析了所研 究领域的国内外发展状况、存在问题。基于依托工程，针对我国高速公路沥青路 面，在使用若干年后所出现的一些结构性与功能性损坏，并结合京哈高速公路( 北 京段) 沥青路面大修的实践和经验，着重从原路面使用性能检测与评定、旧路病 害处治、沥青路面大修设计、材料组成设计、施工技术、建管理念以及大修一年 后的质量效果验证等几个方面进行探讨，进行沥青路面大修技术的研究，研究成 果对我国高速公路沥青路面大修的经验积累与技术水平提高具有参考价值。 北京工业大学工程硕士学位论文 第2 章大修技术标准及理论基础 2 1 大修技术标准 2 1 1 大修技术依据 为了能为京哈高速公路( 北京段) 工程养护对策的制定提供科学依据，组织开 展养护质量指数各分项指标的调查工作，得出高速公路养护质量指数( m q i ) 平 均值为7 0 。根据高速公路养护质量检评方法，m q i 应经常保持8 0 以上，当低 于7 5 时，必须采取相应的维修措施，而且从各分项指标状况来看，一般的养护 罩面已无法解决存在问题，应及时进行大修佑1 。 2 1 2 大修工程设计原则 京哈高速公路( 北京段) 大修定位是对道路病害进行整治，而非对原有道路进 行改建。道路工程大修是根据现况路面使用状况、路面强度实测数据、路面结构、 路面表观等调查，对路面破损原因进行综合分析的基础上制定大修方案。道路加 铺材料以沥青玛蹄脂碎石混合料和普通沥青混凝土为主。大修方案结合交通导改 方案，切实可行，并保证京哈高速公路( 北京段) 的正常交通通行。 2 1 3 大修工程设计标准及主要技术指标 京哈高速公路( 北京段) 工程设计标准为高速公路，道路设计行车速度为1 0 0 公里小时。道路断面型式为：路基全宽2 5 米，为双向四车道加连续停车带。主 要技术指标为设计年限为5 年时的累积标准轴次为7 0 8 ( 1 0 6 次) ，设计弯沉值为 2 5 6 ( 0 0 1 r a m ) 。 2 2 大修主要工作内容 第2 章大修技术标准及理论基础 2 2 1 交通组织 京哈高速公路( 北京段) 大修采取双幅交替断交施工，实行单幅通行、单幅施 工，而且在部分路段借道行驶、交叉作业，为确保安全畅通，单幅通行段落长度 不超过2 公里。 2 2 2 病害调查与分析 在进行路面调查、钻孔检测的基础上，综合路面弯沉、雷达瑞雷波检测、历 年路面挖补养护资料、路面竣工与设计资料，结合京哈高速公路( 北京段) 路面病 害现状，进一步明确各段路面破损的原因。京哈高速公路( 北京段) 主要病害为： 沥青路面发生车辙、拥包、龟裂、网裂、开裂、坑槽、沉陷等破坏现象比较普遍； 部分桥头跳车明显。 2 2 3 大修设计 本次设计按照“恢复功能、根除病害、完善设计、适当提高标准 的原则， 采用先进的现代化检测手段，取得充分、可靠的基础资料，吸取国内外高速公路 大修工程的经验和教训，结合京哈高速公路( 北京段) 的实际，科学合理进行设 计。大修路线设计按照尽可能改善路面平整度的原则，恢复旧路纵、横断高程。 根据外业测量，对旧路面高程进行纵断拉坡设计，按照原设计图恢复路面横坡及 弯道超高。路面进行裂缝全面处理，局部挖补后，其余部分铣刨加铺改性沥青混 凝土进行补强。 2 2 4 病害处治 从便于设计施工的角度出发，通过研究分析，并结合京哈高速公路( 北京段) 工程的病害特点，将沥青路面病害按沥青面层铣刨、裂缝处理、沥青面层挖除、 沥青面层修补、基层挖补和基层破除等六种处理方式进行病害设计分级。 北京工业大学工程硕士学位论文 2 2 5 路谣补强施工 起点k i + 1 4 1 9 4 一k 5 + 1 1 0 ，将现况路面进行拉毛处理，平均铣刨2 c m ，喷洒 改性乳化沥青粘层油，然后加铺5 c m 厚s m a 一1 6 改性沥青混凝土表面层。 k 5 + i1 0 一终点k 1 2 + 6 2 0 ，将现况路面进行拉毛处理，平均铣刨2 c m ，喷洒改 性乳化沥青粘层油，然后加铺6 c m 厚a c - 2 0 密级配中粒式沥青混凝土中面层，再 加铺5 c m 厚s m a - 1 6 改性沥青混凝土表面层。 2 2 6 大修一年后的质量检测 大修完工一年后的质量鉴定，验证大修的设计与施工的合理性与可靠性，以 期形成高速公路沥青路面大修的实用性成套技术。 2 3 大修技术的理论依据 2 3 1 路面荷载及破损的验算理论 车辆在路面上行驶，除了克服各种阻力外，还会通过车轮把垂直力和水平力 传给路面，在水平力中又分为纵向的和横向的两种。在各种外力的综合作用下， 路面结构内会产生不同大小的压应力、拉应力、剪应力。如果这些应力超过路面 结构整体或一部分的强度，在路面会出现断裂、沉陷、波浪和磨损等损坏，因此， 路面结构整体及其各组成部分必须具备足够的强度以抵抗在行车作用下所产生 的各种应力，避免破坏。 ， 刚度是指路面抵抗变形的能力。路面结构整体或某一组成部分刚度不足，即 使强度足够，在车轮和在作用下也会产生过量的变形，而构成车辙、沉陷或波浪 等破坏。 2 3 2 路面破损的检测与评定理论 根据沥青路面养护规范，评价路面强度的指标为路面强度指数s s i ，计算公 式如下：$ r 讹 第2 章大修技术标准及理论基础 式中：厶一路面容许弯沉，0 o l m m ； 厶一路段代表弯沉，0 o l m m 。 其评价标准见下表2 - 1 表2 1 路面结构强度状况评价标准 优良中次差 s s i 1 00 8 3 - - - 1 o0 6 6 o 8 30 5 - - - 0 6 60 5 根据沥青路面养护规范，路面破损状况评价指标为路面状况指数p c i ，计算 公式如下：p 叮爿d d 一1 5 , d r n 化 式中：册一_ 路面破损率。 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，可将路况分为优、良、中、次、差五个等级进行评价1 。其评价指标见表2 - 2 。 表2 2 路面破损状况评价指标 优良 中 次差 p c i1 0o 8 3 1 o0 6 6 - 0 5 0 6 6o 5 0 8 3 2 3 3 大修或补强的设计理论 柔性路面随着使用时间的延续，其使用性能和承载能力不断降低，超过设计 年限后便不能满足正常行车交通的要求，而需大修或补强。路面补强设计工作包 括原有路面结构状况调查、弯沉评定以及补强厚度设计。对使用中的路面进行结 构状况的调查与评定，了解路面现有结构状况和强度，据以判断是否需要加强或 预估剩余使用寿命，分析路面损坏的原因及提出处理措施。路面结构强度的评定， 通常采用测量路表轮隙回弹弯沉的方法口1 。 当出现下面3 种情况之一时，就应考虑采取补强措施： ( 1 ) 交通增长率大于公路原设计时的预期交通增长率； + ( 2 ) 路面强度指标等级为中等时； ( 3 ) 实际荷载超过原设计荷载时。 旧路面补强时仍有剩余寿命，而现有规范补强公式没有体现旧路面剩余寿命 对加铺后路面结构能力的作用。在现行路面设计规范旧路面模量计算和加铺层厚 北京工业大学工程硕士学位论文 度设计理论体系的基础上，基于剩余寿命概念，在求出旧路面剩余当量标准轴次 对加铺路面能承受总当量标准轴次的贡献，推算加铺层所能提供的有效当量标准 轴次，基本方程式见式( 1 ) 、式( 2 ) 和式( 3 ) 由于扣除了旧路面剩余当量 标准轴次对加铺路面能承受总当量标准轴次的贡献，故可将加铺层单独作为双层 体系的上层来考虑。 n y x = n f y f y x n f x r x r x = n f x n x n f x f y x = i i r r + ( ，n f y r y n f x r x ) 式中服一旧路面剩余寿命； ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) n y x 力口铺年限内加铺层所能提供的有效当量标准轴次； & 1 日路面使用期末预期承受当量标准轴次； 胁一旧路面剩余寿命系数； 如_ 力口铺路面下次加铺时的剩余寿命； 脓一1 日路面已承受当量标准轴次； 册卜一动口铺路面使用期末预期承受当量标准轴次阻3 。 第3 章原路面使用性能检测、评定及损坏机理分析 第3 章原路面使用性能检测、评定及损坏机理分析 3 1 原路面使用性能检测 3 1 1 高速公路沥青路面路况调查方法 路面状况数据是路面性能的直接反映，是编制道路养护和改建计划的依据。 路面评价决策的恰当与否，在很大程度上依赖于能否及时而真实地采集到路面状 况数据。高速公路上车流量大、车速高，为保证全天候条件下交通的安全、畅通、 高效运营，其路面使用性能比一般等级公路有更高的要求，路面性能的重点从路 面强度转移到路面使用品质上。为实现此要求，根据路面状况对行车要求的满意 度或适应程度，将路面性能划分为两大类：功能性能和结构性能。进一步可分为 四小类：行驶质量、安全性、路面破损和结构承载力。与此对应的路面状况数据 有：平整度、路面破损率、弯沉、横向力系数和车辙深度等，数据定义、指标和 量测方法见下表3 - 1 。 表3 一l 路况数据采集指标及方法 调查项目 调查指标检测设备( 传统方法) 交通资料交通量交通量自动记录仪( 人工调查) 轴载轴重仪( 人工调查) 结构承载力路表弯沉路面自动弯沉车( 贝克曼梁) 行驶质量 路面平整度平整度自动检测仪( 三米直尺) 路面状况表面破损路面病害摄影仪( 人工调查) 抗滑性能横向力系数横向力系数仪( 摆式仪) 构造深度激光构造深度仪( 砂铺法) 横断变形车辙深度 路况测定车( 横向断面仪) 针对京哈高速公路( 北京段) 工程由于自投入运营以来，交通量增长很快， 且载重汽车比例很大，超载严重，对路面的结构性能造成了较大的损坏，为此， 本次路况调查以表征路面结构性能的弯沉检测和路面破损调查为主。 北京工业大学工程硕士学位论文 3 1 2 结构承载力调查 弯沉检测是检查路面结构强度和基层、路基承载力的主要手段，大修路段的 行车道、超车道可采用自动弯沉仪进行检测，一般不宜采用贝克曼梁检测，因为 贝克曼梁对沥青路面检测的只是一个点的弯沉值。 弯沉检测采用自动弯沉仪进行，测试时轴载为i o o k n ，轮胎压力0 7 m p a ，测 速约为3 4 l 【m h ，按自然步距约每7 米左右测定一次，数据处理时以每i 0 0 米为 个路段计算代表弯沉，并通过计算机对数据进行统计分析和处理，检测结果见表 3 2 。 表3 - 2 京哈高速弯沉检测结果 车道方向车道代表弯沉平均值( o 0 1 r a m ) 出京方向行车道 3 5 9 超车道 3 3 8 2 进京方向行车道 3 3 6 5 超车道 3 0 7 7 平均3 3 5 4 3 1 3 路面破损调查 采用人工现场调查与收集历年跆回孺予卜乔护贫科利跆回趿上贫科利缙台阴 方法，进行路面状况资料收集。参与路面病害调查数据采集的人员组成为：对路 面历年养护非常熟悉的技术人员，对当年路面施工、设计、监理等情况了解的技 术人员以及对路面病害处理设计有经验的技术人员等。通过现场调查与收集历年 养护资料，掌握路面破损的现状见表3 - 3 。 表3 - 3 路面破损调查统计汇总表 路段出京方向 超车道行车道 破损类型 合计 每公里合计每公里 垂：耋堡竖雪堡里堡璧竺塑：些星垄堡錾当星坌篓 续表3 3 路面破损调查统计汇总表 龟裂( 2 ) 2 0 4 1g1 7 792 6 2 392 2 86 不规则裂缝( f )6 6 92 5 83 3 6 843 2 1 裂缝类 横缝( 一)1 3 89 纵缝( 一)3 0 65 接头裂缝( m 2 ) 1 8 46 54 变形娄拥包( 矿) 3 43 563l 波浪( 矿)1 7 22 642 3 沉陷( f ) 5 97 松散类掉料剥落松散 0 24 9443 ( 一) 坑槽( 一) 019208 其他泛油( m 2 ) 菩类修补( m 2 ) 路段迸京 方向 超生道行垄道 破损类型合计每公里合计 每公里 裂缝类龟裂( 寸) 9 6 64 不规则裂缝( m 2 ) 7 3l 3 6 27 3 l6 横缝( 一) 3 7 0 7 纵缝( f )i 9 4 接头裂缝( m 2 ) 5 8 57 0 变形类拥包( 舻) 2 752 07 波浪( f ) 1 6 1 沉陷( f )4 51 0 5 2 59 1 7 松散类掉料剥落松散 ( 一) 坑槽( 2 )2 62 071 8 其他泛油( m 2 ) 0 81 26il 各类修补( f ) 凰 图3 - i 网裂沉陷 图3 - 2 纵向裂缝 j ! 曼三些奎兰三堡堡圭耋竺兰三 4 、 图3 3 旧路车辙图34 不规则裂缝 量匿至圣霉 k 。一 1 。? _ 鞫1 图3 5 ( 曲路面病害调查图8 5 ( b ) 路面病害调查 表3 4 沥青路面病害统计( 进京方向) 桩号超车道行车道硬路肩 面积( m 2 ) 捕害率面积( m 2 ) i 病害率面积( 一) l 痛害率 ( )( 嘞( ) 6 9 8454 1 5 + l l p k l 2 + 6 z o5 3 5 091 9 1 3 4 2465 全路段 6 9 4 311 61 5 8 5 421 36 2 0 4 0864 7 表3 5 沥青路面病害统计( 出京方向) 桩号 超车道行! e 道硬略肩 面积( f )病害率 面积( f )病害率面积( m 2 )病害率 ( 曲( )( ) 2 1 7 281 4 矾 1 8 3 0 21 2 3 8 5 1 278 k 5 + 1 1 0 k 1 2 + 6 2 02 54 6 3 3 6684 全路段 8 3 2 568 1 6 6 8i9 9 62 7 9 2588 5 第3 章原路面使用性能检测、评定及损坏机理分析 3 2 路面结构性能评定 3 2 1 路面强度评定 表3 6 京哈高速行车道代表弯沉评测 评测区间( 出京方向)代表弯沉( o 0 l i n d s s i 强度等级 k 1 + 1 4 1 9 4 一k 2 + 0 0 02 9 60 8 6良 k 2 + 0 0 0 一k 3 + 0 0 03 3 20 7 7 中 k 3 + 0 0 0 k 4 + 0 0 02 6 1o 9 8 良 k 4 + 0 0 0 k 5 + 0 0 03 9 2 o 6 5次 k 5 + 0 0 0 k 6 + 0 0 0 3 4 4o 7 4中 k 6 + 0 0 0 一k 7 + 0 0 0 3 5 80 7 2中 k 7 + 0 0 0 k 8 + 0 0 02 8 2o 9 1 良 k 8 + 0 0 0 k 9 + 0 0 0 3 5 3o 7 3中 k 9 + 0 0 0 k 1 0 + 0 0 03 6 6o 7 0 中 k i o + 0 0 0 - k 11 + 0 0 03 0 2o 8 5 良 k 11 + 0 0 0 - k 1 2 + 0 0 03 3 6 0 7 6 中 k 1 2 + 0 0 0 k 1 2 + 6 2 04 4 6o 5 7 次 表3 7 京哈高速行车道代表弯沉评测 评测区间( 进京方向)代表弯沉( 0 0 l i n d s s i 强度等级 k 1 + 1 4 1 9 4 一k 2 + 0 0 0 2 8 1 2 o 9 1良 k 2 + 0 0 0 k 3 + 0 0 03 1 40 8 2中 k 3 + 0 0 0 - k 4 + 0 0 03 0 3 4o 8 4 良 k 4 + 0 0 0 k 5 + o o o2 8 0 8 o 9 1良 k 5 + 0 0 0 k 6 + 0 0 02 9 2 50 8 8良 k 6 + o o o k 7 + 0 0 03 1 3 40 8 2中 k 7 + 0 0 0 k 8 + 0 0 03 7 7 7o 6 8中 k 8 + 0 0 0 k 9 + 0 0 03 4 4 70 7 4 中 k 9 + 0 0 0 k 1 0 + 0 0 02 8 5 50 9 0 良 k i o + 0 0 0 - k 11 + 0 0 0 3 4 6 30 7 4中 k 11 + 0 0 0 - k 1 2 + 0 0 0 3 5 1 40 7 3中 k 1 2 + 0 0 0 一k 1 2 + 6 2 0 3 1 4 80 8 1 中 京哈高速公路( 北京段) 进京方向路面强度比出京方向高，主要原因是出京方 向重车比进京方向多，而且，这两个方向的的路面强度状况在中等级以下的路段 均在6 0 一8 0 左右，路面整体强度偏低，已超出了大修的标准，说明了进行路面 大修的必要性。 北京工业大学工程硕士学位论文 3 2 2 路面状况评定 表3 - 8 京哈高速沥青路面状况评价 桩号超车道行车道硬路肩 d r ( )p c i 等 d r ( )p c i 等 d r ( ) p c i等 级级级 k i + 1 4 1 9 - k 5 + 11 01 5 8 5 3 次 2 5 74 3 次 7 66 5 中 k 5 + 11 0 - k 1 2 + 6 2 09 26 3 中 1 2 25 8 中 5 17 1 良 全路段 1 3 5 5 6中1 8 9 5 0 次 6 46 8 中 从上表3 - 8 中所列数据来看，京哈高速公路路面状况指数为5 3 ，已处于中下 等水平，必须进行路面大修。 3 3 原路面损坏机理分析 3 3 ：1 路面钻孔调查 钻孔检测结果表明，发生龟裂沉陷段的路面基层大都松散开裂，而发生车辙 拥包段的路面基层大都完好；发生严重车辙的路段上下面层都变形破坏，发生较 轻微车辙的路段一般是上面层变形破坏。 通过对钻孔取样沥青面层混合料进行抽提试验，分析沥青混合料的级配和沥 青含量。从试验结果看，发生车辙破坏的沥青面层沥青含量相对偏高，而发生龟 裂破坏的沥青面层沥青含量相对偏低。沥青混合料的级配范围与标准级配范围相 差较大。 第3 章原路面使用性能检测、评定及损坏机理分析 表3 - 9 孔隙率实验结果统计表( 单位) 桩号超车道 行车道 硬路肩 表面层中面层表面层中面层表面层中面层 k 1 + 2 0 04 13 43 82 3 k 3 + 5 0 06 62 2 1 0 9 6 8 k 5 + 5