山区沥青路面修筑关键技术研究.ppt

山区沥青路面修筑关键技术研究 秦巴地区十天公路为例 长安大学2011年11月 研究内容 七 预期研究成果及形式 一 项目概要 1 陕西沥青路面存在的主要问题1 车辙问题2 水害问题3 层间处理问题 路面和桥面 4 隧道路面结构问题 桥面铺装层损害主要原因 铺装层自身高温性能不足 车辙 与防水粘结层间的抗剪切强度不足 脱落 推移 防水粘结层粘结强度不足 裂缝 渗水 不断提高沥青路面的设计 施工和维修管理水平并防止和控制路面的早期破坏 对于促进陕西公路交通基础设施的健康发展具有重要意义 课题针对陕西省沥青路面出现的不同问题采取不同的修筑技术 包括隧道复合式沥青路面 桥面铺装以及沥青混合料问题等开展研究 具有现实意义 2 项目的研究意义 目的随着我国国民经济的飞速发展 大力发展高等级公路已成为当今公路运输发展的一个重要特征 在所有已建公路中 沥青路面在路面结构中应用得越来越广泛 但是许多沥青路面在通车后不久就出现了一系列的病害现象 我国高等级沥青路面的这些早期病害 严重地降低了沥青路面的行驶性能 缩短了沥青路面的使用寿命 造成了巨大的经济损失与不良的社会影响 不断提高沥青路面的设计 施工和维修管理水平并防止和控制路面的早期破坏 对于促进我国公路交通基础设施的健康发展具有重要意义 本研究以十天高速公路沥青路面实体工程为依托 针对秦巴山区高速公路气候 交通环境及材料供应等具体情况 开展山区沥青路面设计与施工关键技术研究 研究成果将为山区公路建设 提供可靠的技术支撑 为地区经济的增长 社会的可持续发展 提供有力的保障 项目研究具有十分重要的现实意义和推广价值 3 市场需求前景及推广应用领域通过本项目研究 总结目前陕西秦巴山区沥青路面修筑技术 为山区沥青路面实施提供技术支撑 本科研项目在水损害 车辙等问题上进行研究 提出针对性的改进策略 同时 在隧道复合式路面 桥面铺装上都有一定的突破 使修筑技术在国内路道路工程建设中获得应用 二 项目前期科研及工作基础 1 国内外研究概况2 项目前期科研及工作基础 1 国内外研究概况 1 1防治沥青路面的早期损坏措施1 改善矿料级配合理的级配可以使沥青混合料形成稳定的嵌挤骨架结构 提高混合料的整体强度 抗高温性能 抗水损害能力 superpave级配设计方法及贝雷设计法是国外影响较大的级配设计方法 针对superpave的限制区和控制点很多学者提出了质疑 国内学者研究了贝雷级配设计中三个参数 结合马歇尔设计方法和路用性能的试验结果 提出了ca fac以及faf参数的修正 完善了参数的取值范围 2 改善沥青性能国内外的使用经验表明 优质改性沥青可多方面的改善沥青混合料路用性能 有效的防止和延缓路面损坏的发生 从而大大延长了路面的使用寿命 国际上作为改性剂的聚合物较多的是橡胶类 如sbr cr 橡胶塑料类 如sbs 树脂类 如pe eva 和sbr胶乳 在许多欧洲国家 不常采用改性沥青作为提高沥青混合料抗永久变形的技术手段 认为这种技术手段非常不经济 在我国 改性沥青由于具有良好的高温稳定性 低温抗裂性等优点 已经成为路面工程领域的主流改性材料 特别是在我国高速公路建设领域 大量采用sbs改性沥青 国内对于改性沥青的研究热点主要集中在 改性剂与沥青的配伍性 改性沥青的存储稳定性 改性沥青以及其混合料评价方法 改性沥青机理解释等方面 但是近年来使用sbs改性沥青在存储稳定性上存在一定的问题 3 外掺剂针对某些特定的要求可以在混合料中掺加外掺剂 以提高混合料的某些性能 通过对国内外研究应用情况分析可以得出 与sbs改性沥青相比 抗车辙剂使用简便 不存在存储稳定性问题和性能衰变的现象 由于抗车辙剂出现时间较短 其研究计算不如sbs改性沥青充分 掺加抗车辙剂沥青混合料常规路用性能的试验研究范围较窄 缺乏系统性 甚至部分研究获得的结论相互矛盾 因此亟待加强掺加抗车辙剂沥青混合料的路用性能研究和机理分析 4 选用高模量沥青混凝土 1 2增强沥青混合料水稳性措施提高沥青与集料粘附性措施在日本一般采用消石灰 也可以使用以油脂为主要成分的胺类 酞胺季 胺盐类等阳离子表而活性剂 在美国 作为抗剥落剂措施 也是以掺加消石灰粉和水泥为最基本的方法 在我国新规范要求 掺加消石灰 水泥或饱和石灰水处理后使用 必要时可在沥青中掺加耐热耐水长期性能好的抗剥离剂 也可采用改性沥青的措施 使沥青混合料的水稳定性检验达到要求 合理地选择混合料类型据研究 沥青路面的空隙率在8 以下时 沥青层中的水在荷载作用下一般不会产生动水压力 不容易造成水损害破坏 而当路面实际空隙率为8 一12 时 水容易进入沥青混合料中 在荷载作用下易产生较大的毛细压力而成为动水力 容易造成沥青混合料的水损害破坏 按照美国最近对superpave和sma的综合研究 对高速公路所用沥青混合料要求目标空隙率为4 左右 控制施工碾压质量施工工艺对混合料的水稳定性的影响集中体现在压实上 没有得到很好压实的沥青混合料 开放交通后的行车碾压会造成混合料的压密变形而形成车辙 严重时将产生一系列的水损害 减轻沥青混合料的离析粗集料集中的部位往往空隙率过大 沥青含量偏少 这是加速出现水损害 形成坑槽的原因 相反细集料集中的部位往往沥青含量偏多 空隙率过小 而这将导致路而的永久变形 出现泛油 1 3复合式沥青路面为了满足我国经济的高速发展 道路交通量的迅猛增加 复合式沥青路面被作为一种适应重载交通的长寿命路面结构被广泛使用 复合式沥青路面作为一种刚柔并济的路面结构 吸收了沥青混泥土路面与水泥混凝土路面的优点 但是由于水泥混泥土与沥青混凝土的回弹模量相差较大 其结合界面容易因为抗剪能力不足而引起滑移 拥包和分层等病害 故层间抗剪强度是一项重要的设计指标 提高复合式路面的层间抗剪能力主要研究有以下三个方面 提高沥青层厚度 提高材料模量 提高层间结合能力 其中以提高层间结合为主 国内外使用的复合式路面层间夹层材料主要类型有 土工布 土工格栅 改性沥青防水油毡 改性 橡胶 沥青砂 沥青混凝土 沥青碎石等 夹层厚度一般在0 2 3 0cm之间 1 4桥面铺装保证铺装层与桥面板之间良好的稳定性 是桥面铺装体系功能实现的必要条件 选择抗剪性能好的沥青铺装结构型式 界面处理方面入手方法有喷洒防水粘结层布加强筋表面粗糙处理 提高铺装层层间稳定性 近年来 我国也引入了国外一些先进的改善层间稳定性的技术方法 但是 由于国外比较流行的处理方法虽然工效高 但工艺过于复杂 造价高 配套设备加工困难 有时并不适合我国国情 因此 我国应对改善桥面铺装层层间稳定性方面开展更加深入的研究 研制出适合我国情况的抗剪性能好 施工方便 经济实用的桥面铺装技术及高效的层间防水粘结材料 在混凝土界面处理方面应找到替代传统的工作条件恶劣 劳动强度较大的界面处理工艺 2 项目前期科研及工作基础我们已经开展了如下工作 1 对秦巴山区高速公路气候 交通环境及材料供应等进行了初步的调研 掌握了研究所需的基本素材 2 已具备一套研究所需的试验设备和相应的技术条件 这些工作的进行为接下来的课题研究奠定了良好的基础 三 项目研究开发实施方案 1 研究内容 沥青路面桥面铺装技术研究 隧道复合式路面层间抗剪性能研究 本课题研究的主要内容 基于路面性能的沥青混合料设计方法研究 秦巴山区沥青路面经济 社会效益量化评价 1 1基于路面性能的沥青混合料设计方法研究1 秦巴地区高速公路沥青路面现状调查研究及高温多雨地区高速公路沥青路面水损坏机理与对策研究对沥青混合料水损坏机理 路面排水系统 施工离析的影响因素进行研究 提出针对性的改进策略 编制防止施工离析的沥青路面施工技术指南和课题研究报告 动水压力试验系统开发 2 沥青混合料级配走向研究对比不同配合设计方法设计出的级配对高温稳定性及水稳定性的影响 确定适合秦巴山区交通气候特点的级配 3 高温多雨地区合理路面结构及材料研究针对表层结构详细地分析了不同混合料的级配特征并进行相关的级配优化试验 得到更合理的级配范围 提出秦巴地区多雨 炎热沥青路面的结构组合 修筑试验路段 4 秦巴高温地区高速公路沥青路面抗永久变形研究分析沥青与改性沥青用量及水泥 石灰掺量等对高温稳定性的影响 结合十天高速公路所使用的原材料 对国内多种类型沥青混合料高温稳定性进行试验研究 提出了改善沥青混合料高温稳定性的建议 5 沥青混合料抗剪强度测定方法和评价方法研究根据沥青路面车辙形成机理以及抗剪试验特点 研究不同类型沥青混合料抗剪强度与车辙性能的关系 建立其相关性 提出抗剪强度控制标准和沥青混合料车辙性能评价指标 1 2隧道复合式路面层间抗剪性能研究1 隧道复合式路面层间抗剪受力分析研究通过有限元软件模拟不同层间结合状态下 隧道复合式沥青路面层间抗剪能力的情况 在理论上得到沥青层厚 混合料模量等对层间抗剪能力的影响 2 隧道复合式路面层间抗剪能力试验研究根据计算机模拟结论 选用室内剪切试验验证设计指标的正确性 提出适合于隧道复合式沥青路面设计的检测控制标准 通过试验路的铺筑 建立一套适合秦巴山区复合式沥青路面的设计检验方法 1 3沥青路面桥面铺装技术研究1 桥面铺装层间结构层试验评价方法研究选用层间拉拔试验 层间直剪试验 渗水试验 层间疲劳试验等方法 确定层间界面 防水材料等对层间稳定性的影响 确定层间接触条件对沥青铺装层路用性能的影响 最后确定适于桥面铺装层间结构层的试验评价方法 2 层间界面对铺装结构层间稳定性的影响研究研究不同温度 压力 剪切速率 铺装混合料性能 界面形式等对层间稳定性的影响 3 桥面防水层材料对层间抗剪性能影响研究研究不同防水材料对层间抗剪性能的影响 确定桥面铺装防水层材料的选择原则 4 不同界面形式的桥面铺装结构层间理论分析从理论角度探讨不同界面形式对提高层间稳定性及抵抗推移 拥包病害的力学机理 采用高温及疲劳评价体系评价沥青铺装层的路用性能 1 4秦巴山区沥青路面经济 社会效益量化评价开展秦巴山区沥青路面经济 社会效益的量化评价 为秦巴山区沥青路面的推广应用提供科学依据 2 技术路线主要的研究手段是以室内试验和现场试验路检验验证 并辅以理论分析 实施过程为 收集与分析现有国内外技术资料 在此基础上制定详尽的项目实施方案和室内试验方案并实施 以室内试验结果为基础进行试验路应用检验 对检验反馈的数据与情况进行必要的理论分析 通过室内试验和新的工程实践完善和提高 最后 总结提交研究成果 3 探讨点适于秦巴山区的基于路用性能的沥青混合料设计方法与施工质量控制方法 运用有限元软件理论分析复合式沥青路面层间抗剪能 并通过室内剪切试验验证 提出适合秦巴山区隧道复合式沥青路面的设计与检验方法 从沥青铺装层结构形式 层间处理方法等方面研究提高桥面沥青铺装层层间稳定性的技术手段 理论分析不同界面形式桥面铺装结构层间的受力情况 从理论角度探讨不同界面形式对提高层间稳定性及抵抗推移 拥包病害的力学机理 四 考核目标与技术经济指标 开发关键技术3项 包括 适于秦巴山区的基于路用性能的沥青混合料设计方法与施工质量控制方法 秦巴山区隧道复合式沥青路面的设计与检验方法 确定适于桥面铺装层间结构层的试验评价方法 编制秦巴山区沥青路面技术指南 通过该技术修筑的沥青路面可以延长使用寿命15 提出提高桥面沥青铺装层层间稳定性的技术手段 提出适合秦巴山区特点的沥青路面修筑成套技术 五 项目依托工程情况及支撑条件 依托工程 十堰至天水高速公路十堰至天水高速公路是国家高速公路网规划中的一条重要的横向联络线 连接了福银 包茂 京昆和连霍四条国家高速 也是构建陕西省 承东启西 连接南北 覆盖全省 通达四邻 高速公路网的重要组成部分 陕西省境内设计里程466公里 概算总投资386亿元 汉中境内全长249 7公里 概算投资200亿元 其中 安康至汉中高速公路汉中段95 7公里 概算投资67亿元 汉中至陕甘界高速公路154公里 概算投资133亿元 已开工的安康至汉中高速公路汉中段95 7公里主要工程量为 路基土石方2602万m3 挖方1577万m3 填方1025万m3 桥梁196座 单幅总长57708米 隧道14座 单幅总长20065米 全段桥隧比例占40 全线设互通式立交6处 停车区3处 服务区1处 本段设计混凝土1645157m3 钢材总用量181416吨 本段工程由中交第二公路勘察设计院和西安公路研究所2家单位分段设计 监理实行二级管理模式 设1个总监办和8个驻地监理办 1个中心试验室 路基桥隧道工程共分为18个标段 支撑条件 研究课题组由管理和科研单位组成 人员组成科学合理 设备先进 满足科研需要 六 承担单位概况 十天高速公路陕西段汉中管理处长安大学 长安大学是本项目的主要参与单位 是教育部所属重点大学 近年来承担了大量国家 省部级科研项目 在路基路面工程方面具有很强的研究基础 积累了丰富的经验和资料 且道路学科是国家级重点学科 具有雄厚技术力量 在沥青的改性 沥青混合料的级配组成设计及路用性能等方面取得了一系列国内外领先的成果 学校的道路实验室是交通部和教育部的重点实验室 拥有一系列先进的试验仪器与检测设备 如美国的shrp设备 mts 车辙仪 热分析仪等 近期还将购置路面加速