我国高速公路沥青路面厚度现状调查分析.doc

我国高速公路沥青路面厚度现状调查分析张晓冰 程日盛 汪丽娟(河南省交通厅) (河南省高速公路建设管理局)提要 本文通过对我国几条高速公路路面结构及其使用情况的调查，进行 了分析，并提出了建议。关键词 高速公路 沥青路面结构 现状调查 Analysis and Investigate of Asphalt Pavement Thickness for Expressway in Our CountryZhang Xiaobing(Henan Communications Department)Abstract Based on investigation of pavement structure and performance of several expressways，the analysis andsuggest are presented. Key words Expressway Asphalt pavement Investigate随着我国经济的迅速发展，高速公路的里程不断增加。沥青混凝土路面由于它平整性好，行车平稳舒适，噪音低，许多国家在建设高速公路时都优先采用。而半刚性基层具有强度大，稳定性好及刚度大等特点，被广泛用于修建高等级公路沥青路面的基层或底基层。在我国已建成的高速公路路面，90以上是半刚性基层沥青路面，在今后的国道主干线建设中，半刚性基层沥青路面仍将是主要的路面结构形式。半刚性沥青路面用于高速公路的路面结构具有其合理性，其优点主要表现在：具有较高的强 度和承载能力。一般来说，半刚性基层材料具有较高的抗压强度和抗压弹性模量，并具有一定的抗弯拉强度，且它们都具有随龄期而不断增长的特性，因此半刚性沥青路面通常具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力。由于半刚性基层的刚度大，使得其上的沥青层弯拉应力值较小，从而提高了沥青面层抵抗行车疲劳破坏的能力，甚至可认为半刚性基层上的沥青面层不会产生疲劳破坏，这就鼓励人们去减薄面层。并且以多层体系弹性理论为基础的现行规范计算出的这种路面结构面层受到的弯拉应力很小，已不起控制作用，因此得出的路面厚度也偏小。随着半刚性沥青路面的大量使用，工程实践证明，如果面层不够厚，路表面会很快产生裂缝，初期产生的裂缝对行车无明显影响，但随着表面雨水或雪水的浸入，在大量行车荷载反复作用下，会导致路面强度明显下降，产生冲刷和唧泥现象，使裂缝两测的沥青路面碎裂，加速沥青路面的破坏，影响沥青路面的使用性能。所以路面究竞要多厚，还没有一个确定的观念。不同高速公路的路面结构存在很大差别，甚至不同单位设计的同一条高速公路的路面结构也有显著差别。目前我国高速公路沥青面层的厚度差异很大，薄的仅10cm左右，厚的20cm左右，最厚达32cm，路面结构组合的厚度上的这些显著差异既反映了我国高速公路的半刚性基层沥青路面设计还没有成熟，也反映了设计方法的随意性和一定程度上的盲目性，使路面结构设计要么过分保守，造成较大的材料和资金浪费，要么路面结构过薄，造成早破坏，也将造成经济损失。国外沥青路面结构设计方法经过几十年的完善，已经提出了比较成熟的设计方法，许多国家提出了典型结构设计方法。第十八届世界道路会议上，认为沥青面层厚度取20cm或20cm以上，则可很少出现表面裂缝。壳牌沥青路面设计方法在概括各国的观点和使用经验时指出，水泥底基层上沥青路面面层厚度取决于允许产生裂缝的程度，常变化在1525cm之间。在德、法、英、比利时、西班牙、奥地利等国家是采用典型结构法，并通过适当增加面层的厚度等措施来减少反射裂缝。为了研究半刚性沥青路面的合理厚度范围，为设计路面厚度提供依据，我们对我国广东、浙江、江苏、河南等省区的高速公路的路面结构及使用情况作了调查，下面将调查情况介绍如下：广东省：广东省全境位于北纬20092531和东经1094511720之间。大部分地区为南亚热带和热带季风气候类型，是全国光、热、水资源最为丰富的地区，温度沿纬度的变化显著，年平均气温自粤北而南为916，盛夏7月平均气温为2829。全省多数地区年平均降雨量为15002000mm，年蒸发量为10001200mm，属湿润地区，降雨量的季节变化明显，全省土质以红壤土为主。我们此次调查的路段有：广州佛山高速公路、广州深圳高速公路、广州花都高速公路和深圳深南大道一级公路。四条路的路面结构形式见表1。 调查路段路面结构形式 表1名称路段面层联结层基层广深4cm沥青混凝土磨耗层10cm沥青碎石23cm水泥碎石上基层8cm沥青混凝土上面层25cm级配碎石底基层10cm沥青碎石下面层广佛4cm沥青混凝土上面层6cm沥青碎石25cm 6%水泥石屑上基层5cm沥青下面层2528cm4%水泥土（石粉砂砾）底基层广花3cm沥青混凝土上面层20cm6%水泥稳定碎石上基层，30cm4%水泥稳定碎石、石粉底基层4cm沥青混凝土下面层深南5cm沥青混凝土上面层40cm6%水泥石屑上基层8cm沥青贯入下面层15cm4%水泥石屑底基层从表中的路面结构来看，广深高速公路是最厚的，包括联结层其面层厚度为32cm，路面总厚为100110cm，这个结构是当时外商出于商业目的，自己定的，不是从技术角度考虑的，所以受到了专家的批评，被认为是不合理不经济的结构，尤其不适用于高温多雨的广东地区。从现在的情况来看，表面车辙严重，由于孔隙较大的LHII型在广东多雨地区不适应，下雨后唧水，出现大面积松散，翻修率高。从车辙调查来看，这条路上车辙最大深度达17mm，平均车辙深度为10mm。然而对其纵横缝调查结果来看，这条路上的裂缝率和裂缝度均为零，裂缝率的计算公式为：Ck(CAL0.3)A裂缝度的计算公式为： Cd(L1 L2)A其中：Ck沥青路面总裂缝率(m21000m2)；L单根裂缝的总长度(m)；CA龟裂及块裂的总面积(m2)；A测试路段路面面积，以千平方米计。从这段路的调查情况分析看，车辙较大，是因为沥青层太厚影响其高温稳定性所致，而从另一方面来看，沥青层厚度增加对控制裂缝是非常有效的。广佛路是广东省第一条高速公路，1989年通车，沥青路面厚度为15cm，由于佛山盛产磁砖，所以佛山到广州方向重车多，破坏严重。其中一段于1993年加铺的4cm的奥地利 改性沥青SMA罩面。从调查结果来看，加铺罩面后路面最大车辙深度为14mm，平均车辙深为4.8mm；裂缝为15.8m千m2，裂缝率为8.0m2千m2，未加铺路段的最大车辙深度为21mm，平均车辙深度为6.8mm，裂缝度为28.1m千m2 ，裂缝率为21.2m2千m2。广花路建成于1992年，沥青路面厚7cm，是高速公路中路面厚度最小的 ，当时就是依照强基薄面的思路设计的，建成后出现问题较多， 现已全部加铺了4cm的磨耗层。这段路上的最大车辙深度为14mm，平均车辙深为7.3 mm，裂缝度为83.3m千m2，裂缝率为29.2m2千m2。深南大道是1990年建成通车的汽一级专用路，沥青面层13cm厚，沥青下面层是8cm的沥青贯入式，从使用情况来看，这段路结构较合理，开始使用前3年没有裂缝和车辙，3年后出现裂缝，目前裂缝较多，但并不影响行车，到现在没有大修，其最大车辙深度为15mm，平均车辙深为5.4mm，裂缝度为99.1m千m2，裂缝率为30.2m2千m2。从调查结果来看，虽然目前裂缝还未影响行车，但裂缝已成为该路段的主要病害，这段路之所以使用情况较好，主要是因为其上没有重车通过。浙江省：在浙江省我们主要考察了杭甬高速公路的情况，这条路始建于1992年，完工于1995年，路面结构为：计划后续34cm细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土46cm沥青碎石58cm二灰碎石或水泥稳定碎石2834cm级配碎石 20cm杭甬路所经地带的软土深度在全国是最严重的，深达60m，含水量7080，沉降量达到填一半陷一半，全线145km，有94.5km为软土， 占杭甬路总长的65.2，考虑到深层特厚软土通车后必定会出现较大的不均匀沉降，计划采用过渡路面，分二期铺筑，一期面层厚度为12cm左右，二期路面间隔5年，铺筑后为1218cm。全线路基平均高度为3.8m。由于当时工期紧，预压期没达到要求，提前1年完工。通车1年半以后，局部路段不同程度地出现了沥青混凝土路面裂缝、断裂、贫油、松散 、龟裂，上基层、底基层开裂、变形、破损、唧浆等病害。由于破坏严重，有些数据已无法 统计。从工程实践来看，采用超载预压效果比较好，但有些路段稳定性不够，没办法加载。稳定性计算够时，应采用尽量大的超载，实际表明，实际沉降量远大于计算的沉降量。若采用等载预压，则耗费时间较长。施工时在中间设置了排水沟，但实际看来，因路基变形而排水沟断裂，在江南多雨地区，水都渗下去了，没起到作用，造成的危害较大。分析其路面结 构方面的原因可能是：所采用的过渡路面将原设计的路面面层的4cm中粒式沥青混凝土6cm 粗粒式沥青混凝土7cm沥青碎石1cm沥青砂下封层结构，改为5cmIA型半密实式中粒式沥 青混凝土7cm半开级配沥青碎石混合料乳化沥青透层油结构似有不妥，其一是高速公路路面结构设计中为加强防水抗渗功能明确要求应有一层及一层以上是I型级配沥青混凝土混合料。现场修补表明，当半刚性基层损坏后，此时沥青碎石混合料浸水、松散，并导致沥青混凝土面层间的结合不良，就有可能降低路面结构层的整体受力、抗弯拉应力降低，面层开裂。改变后的路面厚度为12cm，也有些偏薄。调查路上我们又对正在建设的沪杭高速公路进行了了解，沪杭高速属于世行项目，开工于1994年7月，计划1998年底通车。全线102km，所经地区大部分为软土，平均300多米一个构造物，因此解决软土地基上的桥头跳车问题将成为此条路上的关键技术。该路路基设计为6车道，一期路面4车道，所有桥梁均为6车道，路基平均填高为3.05m，软土路段主要是采用预压，打插板桩，部分桥头是粉喷桩，局部换土。路面结构如下：4cm中粒式沥青混凝土上面层6cm粗粒式沥青混凝土中面层7cm粗粒式沥青混凝土下面层37cm二灰碎石(分两层摊铺)20cm水泥碎石土江苏省：沪宁高速公路是江苏省的第一条高速公路，江苏段长248.21km，1994年6月开工，1996年9月竣工，历时2年3个月。沿线水网密布，地质复杂，有软土分布的路段长约92km，软土层厚薄不匀，厚的达几十米。全线平均路基填土高3.73m，软土处理基本上是采用了堆载预压、砂垫层土工布、喷粉搅拌桩3种方法。对于路面结构，沪宁路进行了大量的试验研究，从1992年至1994年，历时3年的研究内容包括：沥青混凝土、基层、底基层基本材料与混合料试验研究；路面结构组合与结构厚度研究；路面表面使用品质研究；路面结构环道试验研究；试验路面工程研究；经济调查与分析等。最后提出了符合江苏省实际的优化路面结构组合：上面层：4cm厚AC16B多碎石级配类型中面层：6cm厚AC25I级配类型下面层：6cm厚AC25II级配类型沥青下封层：不计入结构厚度基层：20cm厚二灰碎石底基层：40cm厚二灰土、二灰及石灰土 总厚度76cm。由于这条路经过了室内试验和试验路铺筑，所以使用情况良好。经过2年运营，面层出现少量横缝和松散，在少数丘岭地带仍有沉降发生，造成了路面纵缝发生。从工程实践的体会中了解到，16cm厚的面层仍感觉有点薄，18cm可能会较合适。如果中间加沥青碎石层反射裂缝会少，但疲劳裂缝可能会成为主要问题。南京机场高速公路北起南京绕城公路，南至南京禄口机场，全长28.75km。1995年6月28日开工建设，1997年6月28日建成通车。在总结现有国内高速公路沥青面层使用情况的基础上，确定了如下路面结构：上面层：4.5cm厚AC16B级配类型中面层：6cm厚AC25I级配类型下面层：6cm厚AC25II级配类型基层：34cm厚二灰碎石底基层：20cm厚二灰土从通车1年的使用情况来看，效果良好。路面各方面都满足要求，唯一出现的是渗水问题，这可能一个是因为级配造成，另一个是当时压实不够，使用1年出现了压密现象，但没有泛油现象，路面平整度均方差通车时为0.549mm，1年后为0.68mm。河南省：河南省地处中原，即黄河中下游、淮河上游地带，自然气候大部分属暖温带半湿润半干旱区，南部跨亚热带湿润半湿润区。目前，河南省已建成高速公路467km，其主要路面结构如表4。我们重点调查了郑许高速公路的机场段和安新高速公路。郑许高速公路郑州至机场段全长25km，建成于1994年12月，通车3年多来，现场调查发现主要有以下3种破坏类型：河南省高速公路路面结构一览表 表4公路名称面层（cm）基层（cm）底基层（cm）总厚（cm）开郑路5AC+22RCC15水泥稳定碎石15石灰（水泥或综合）土57郑洛路4AC+5粗粒式+6热拌沥青碎石15水泥（二灰稳定碎石）40石灰土70安新路4AC+5粗粒式+7热拌沥青碎石20水泥稳定碎石35二灰土71郑许路1郑州至机场1.5AC+25RCC1.120水泥稳定碎石1.35石灰土1852机场至许昌段2.5AC+22RCC2.15水泥稳定碎石2.15石灰土257许漯路4AC+6粗粒式沥混凝土+6粗粒式25水泥稳定碎石35石灰土761)AC层剥落，RCC层完好。调查了解到