中原地区高速公路沥青路面养护的研究

分类号:?该步犬海工程硕士学位论文中原地区高速公路沥青路面养护研究史鸿远彭波教授导师姓名职称硕士 学科专业名称建筑与土木工程申请学位级别年月日论文提交日期 年月日论文答辩日期长安大学学位授予单位戴经梁教授答辩委员会主席李青宁教授学位论文评阅人张宜洛副教授 :.,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: 汐/年月杉日蛐遗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矽,/年月雪日论文作者签名:乡鸣左导师签名: ,辱 黾么砸摘 要我国高速公路经历了快速的建设时期,高速公路的建设及运营大大拉动了经济和社会的发展。随着越来越多的高速公路投入运营,路面养护成为今后道路管理工作的重要内容。由于交通流量、交通荷载的增大以及气候、水文等因素的影响,许多高速公路路面过早地出现裂缝、车辙、坑槽、翻浆等病害,路面的使用性能下降迅速。如何有效地预防、及时地处治路面病害成为道路养护研究及养护工作的重点。高速公路沥青路面养护是一个系统的工程,要做好养护工作,首先需要对该路段做详细的路面状况调查及检测,对所检测的数据予以分析,对的路面质量状况做出评价,制定出科学合理的养护维修对策并快速予以实施。本文研究了河南省中部的几段高速公路路面的养护情况,分析了中原地区高速公路沥青路面的常见病害及检测手段,探究了几种常见病害所产生的原因及特点,阐述了中原地区高速公路沥青路面各种性能评价方法及常用的养护措施。同时,本文探索了沥青路面预防性养护,提出了适合中原地区高速公路的预防性养护体系以及采取预养护时机的确定办法,结合河南省高速公路预防性养护情况的工程实例进一步分析了各类预防性养护措施的特点及适用性。关键词:沥青路面,养护,病害,评价指标,预防性养护 .,. , . . , , ,. ,.,.: ; ;目 录第一章绪论.研究背景及目的.国内外路面养护技术及研究现状.国外养护技术概况.我国高速公路养护技术及研究现状.本课题的研究内容第二章 高速公路沥青路面的主要病害类型及其特点?.河南高速及部分背景路段概况.沥青路面病害类型.裂缝类病害?.松散类病害.变形类病害.其他类病害第三章 高速公路沥青路面的检测.检测手段选择的原则?.常用的检测技术.沥青混凝土路面破损检测?.沥青混凝土路面平整度检测?.沥青混凝土路面强度检测?.沥青混凝土路面抗滑性能检测.路表破损检测技术?第四章沥青路面性能评价及养护对策?.沥青路面性能评价.路面功能性评价.路面结构性能评价.结构承载能力评价.路面抗滑性能评价.路面车辙评价?.路面使用性能综合评价.路面维修养护目标.维修养护对策?.一般性养护.预防性养护.中修.大彦第五章高速公路沥青路面常用养护措施的选择及应用.路面养护措施的制定原则.裂缝类病害的处治措施?.松散类病害的处治及预防措施.变形类病害的处治.其他类病害的处治第六章 高速公路沥青路面预防性养护研究及应用.预防性养护概念.预防性养护的必要性及应用现状?.预防性养护的必要性?.预防性养护的现状?.预防性养护方案的制定.预防性养护体系的建立.路面质量等级及预防性养护时机的确定?.几种预防性养护措施的适用性.微表处技术在郑漯段的应用?.前景展望第七章结论及展望?.本文的主要结论.研究展望参考文献攻读学位期间取得的研究成果致谢长安大学工程硕士学位论文第一章 绪论.研究背景及目的我国自年建成第一条高速公路?沪嘉高速公路,结束了没有高速公路的历史,在之后短短二十多年时间内,尤其是“十五与“十一五”期间,高速公路建设得了迅速发展。年全国高速公路通车里程突破万公里,跃居世界第四;年突破.万公里,仅次于美国位居世界第二;至年底,通车里程达到.万公里,稳居世界第二位。高速公路及其他高等级公路建设的迅速发展,改变了我国公路事业落后的面貌,为我国国民经济社会发展提供了坚实的基础和保证。随着我国高速公路网的逐步建设完成,高速公路事业的重心将由以建设为主逐步过渡为以养护为主。今后高速公路的养护管理工作,特别是路面养护在高速公路管理中将越来越重要。我国大多数高速公路采用沥青路面作为面层结构,沥青路面就是用沥青材料作为结合料粘结矿料修筑面层与各类基层和垫层所组成的路面结构。同其他类型的路面相比沥青路面有以下良好的性能特点:、具有足够的力学强度,能够很好地承受车辆荷载施加到其表面的各种作用力;、有一定的弹性和塑性变形能力,能够承受荷载而不易碎裂或松散;、表面较粗糙,与汽车轮胎之间有较好的附着力,能保证行车的安全;、属柔性路面,具有高度的减振性,可使汽车快速平稳行驶,同时噪声很小;、沥青路面不起灰,不扬尘,容易进行保洁和冲洗;、路面损坏时维修方便,其废料可以再生利用。正是基于其这些优点,当前我国及世界各国高等级公路普遍采用沥青混凝土路面作为面层。然而近年来随着道路交通载荷的重型化、交通流的渠道化、交通密度的增大,以及气候、水分等因素的影响,再加上施工及养护不当等原因,许多高速公路路面品质快速下降,使用性能严重衰减,过早地出现了裂缝、车辙、沉陷、松散等病害现象,导致其使用期限大大缩短,维修费用持续增加。如何保持高速公路路面优良的使用性和耐久性,保障其持续、长久地为车辆提供快速、畅通和舒适行车的服务功能,是摆在道路研究工作者和管理者面前的一个重要课题。高速公路沥青路面养护的目的是要保持高速公路沥青路面良好的使用性能,充分发挥其安全、高效、快速、舒适、经济的优点,创造出更高的经济效益和社会效益。通过各种科学的方法和先进的检测手段掌握调查道路路面状况,建立基于路面状况指数、行驶质量指数、抗滑系数、路面强度系数、车辙系数、路面综合评价指标的路面使用性能分项及综合评价体系,对该路段进行分项及综合评价,对比判断出该路段路面现有的使第一章绪论用性能,当发现路面状况达到一定限度或路面使用性能已下降到接近最低可接受水平时,我们就要及时采取相应的科学合理的养护对策,快速有效地对之实施修复,恢复沥青路面的使用品质并使之保持在良好的状态。.国内外路面养护技术及研究现状.国外养护技术概况自年世界上第一条高速公路德国波恩至科隆高速公路建成通车以来,高速公路已经历了年的的发展历史。大多数发达国家早在上个世纪年代就已基本建成了高速公路网,并逐渐全面进入养护维修期,其在养护维修方面积累了较成熟的经验并探索出了新的技术和方法。尤其是近十几年,欧美发达国家的养护技术日臻成熟,以研究开发节能环保的新材料为着眼点,推陈出新,改进并大量应用新型的养护工艺并开发出了与之配套的新型养护设备,例如,其采用坑槽修补来维修和加强坑槽、局部网裂、龟裂等病害,坑槽修补技术除了有常规的热补法,还运用再生修补法、压力喷射修补和逐步兴起的新型材料修补;裂缝的修补是采用改性沥青等灌缝材料,在使用时配以扩缝机、清缝机、热风镐等小型机械,机械化程度较高、人力劳动强度较低;路面再生技术除了就地热再生和冷铣削重铺再生技术以外,还有在上个世纪年代末伴随着乳化沥青技术的发展而出现的冷再生技术,令路面的养护维修效率得以大大提高。美国在世纪年代初提出了道路预防性养护 概念,它的两个主要观点:一是让状态良好的道路系统保持更长时间,延缓未来的破坏,在不增加结构承载能力的前提下改善系统的功能状况;二是 在适当的时间,将适用的措施,应用在适宜的路面上 。预防性养护的核心是要求采用最佳成本效益的养护措施,强调养护管理的计划性。在美国,把预防性养护归入“路面保值的范畴中,所谓路面保值,就是指为提供和保持道路使用性能所采取的包括预防性养护和矫正性养护 及某些小型修复。项目在内的所有措施,这是美国联邦公路局的定义上世纪年代中期,伴随路网规模扩大和交通量增长、路龄增加与资金短缺,促使美国公路部门在如何保护巨额的公路资产、延长道路的使用寿命和提供优质的行驶质量等问题上承担着越来越大的压力,美国寻求一种具有良好费用效益的养护模式,以保持路面行驶质量,满足公共要求。路面预防性养护费用低廉效果良好,引起人们的广泛长安大学工程硕士学位论文关注。根据咨询委员会年月的调查报告,在美国和加拿大两国参与调查的个州和个省中,有.%的州省实施了路面预防性养护项目,有.%的州省制定了路面预防性养护技术指南。总体上看,国外发达国家在养护技术、施工工艺方面优于我国,其机械化作业程度高,注重开发效率高且环保的新型养护技术及养护作业机械,广泛应用新材料,与此同时,更加注重预防性养护,在养护技术方面的投资亦较大。.我国高速公路养护技术及研究现状我国对于高速公路养护技术的研究起步较晚,在路面养护管理技术方面,总体水平较为落后,主要表现在如下几个方面:路况检测设备及检测手段落后或数量不足,往往不能及时采集和更新数据;因检测设备及方法落后,很多路况调查还停留在人工目测的阶段,从而导致采集和更新的数据精度差、不全面,耗费的检测资金多、劳动量大。没有真正建立起预防性养护的理念,大多数的道路养护部门仍然实行“坏路优先”的原则,决策不够科学,不能做到有针对性的采取合理的养护措施,往往使道路错过最佳养护时机。在路面养护工程技术方面,总体水平也较为落后,表现在维修养护技术研究工作和标准规范修订工作滞后,不能满足公路养护的实际需要,采用的养护技术仍以补坑和铣刨、罩面等传统手段为主,措施单一,针对性不强,养护成本高,效果不佳。在理论上对高速公路路面基于预防性养护的性能评价,最佳预防性养护时机的确定,以及从技术角度上针对预防性养护的对策方法还处研究及探索阶段,未形成一套预防性养护成熟完善的理论体系。当前,我国大多数公路管理养护部门仍然使用矫正性养护及一些小修复的方法来养护、维修公路。矫正性养护,也就是我们传统上的修补路面的局部损害,或对某些特定病害进行的养护作业,这种方法适用于路面已经发生局部的结构性破损但还没有波及全局的情况,这是一种事后、被动的养护方式往往治标而不治本。改变传统的矫正性养护模式,对道路进行科学的性能评价,根据评价结果来采取适当的预防性养护对策是我国高速公路养护的发展趋势。目前,已经有一部分高速公路养护管理部门开始尝试着采取预防性养护的措施对道路实施养护,这些措施主要包括季节第一章绪论预防性养护及稀浆封层、微表处、雾封层、精细抗滑保护层、薄层沥青混合料罩面、封缝等。近年来,我国的道路研究工作者也开始将道路养护研究工作的重点转向了预防性养护,在路面性能评价、预防性养护时机的确定、经济效益的评估等研究出大量的成果,同时,国内许多高速公路研究及管养部门对各类养护技术不断进行技术革新,推出了适合我国的许多道路养护新技术、新材料、新工艺。长安大学支喜兰、王威娜等针对沥青混凝土路面早期破坏现象,将裂缝、车辙、平整度和抗滑性作为基于预防性养护的早期性能评价内容,并对其进行了分级,并从技术角度提出了针对预防性养护的对策方法。长安大学姚玉玲、李学红等通过分析沥青路面使用性能评价指标与预防性养护工程特点,建立了基于路面状况指数、行驶质量指数、抗滑系数及车辙的路面使用性能综合评价指标体系。考虑到不同路面所处的地理环境及所承担的荷载组合与交通量的差异,根据道路的实际状况,应用灰色关联度理论确定各分项指标的权重。广东省公路建设有限公司的刘慧敏在现行规范已有的评价指标的基础上建立了车辙的评价指标及指标建议值,提出了在高温多雨地区路面综合评价指数模型各指标权重的建议值,并采用决策树模型建立了高速公路沥青混凝土路面养护决策模型。华南理工大学的苏卫国等针对目前国内外尚没有成型的预防性养护成本效益评估的模式和方法的问题,探讨了路面预防性养护的成本和效益构成及对比分析有关评价方法,且在分析预防性养护对道路寿命周期成本影响的基础上,提出了预防性养护财务分析法。国内某公路养护技术有限公司坚持走技术创新道路,先后创新并推广了纤维微表处技术、精细抗滑保护层技术、低噪声微表处技术等并推出国内第一台加纤同步碎石封层车,填补了纤维封层技术领域的一项空白。.本课题的研究内容本论文结合近年来京港澳高速公路新乡至郑州段、郑州至漯河段、郑州西南绕城高速公路等河南地区中部的几段高速公路沥青路面养护情况,研究了河南省及中原地区交通量及气候等因素作用下沥青路面的主要病害类型、特点及适用的检测方法,分析这些病害产生的主要原因及影响因素。路面养护的决策很大程度上取决于对沥青混凝土路面使用性能能否做出合理的评价,根据中原地区路面病害特点及各项评价指标对路面使用性能的影响比重,本文设计了适用于中原地区的沥青路面使用性能综合评价的各项指数,依据对路面的检测及性能评价,针对河南中部高速公路出现的典型病害,本课题研究了其有效的治理措施、预防长安大学工程硕士学位论文措施及实际应用情况,这些病害治理措施都是在河南地区广泛应用的并经时间检验行之有效的方法措施。最后,本课题研究了我国高速公路养护发展的方向?预防性养护,研究在路面结构状况处于良好或还未到需要正常养护维修的状态时,考虑成本效益,如何有针对性、有计划性地采取一系列事前、主动、低成本的养护措施,来改善路面的使用性能、延长路面使用寿命、创造最佳养护经济社会效益。同时重点分析并研究了微表处作为一项适用于预防性养护的新型技术在河南省的应用情况,总结了其施工要点、技术特点,适用性等。第二章高速公路沥青路面的主要病害类型及其特点第二章高速公路沥青路面的主要病害类型及其特点.河南高速及部分背景路段概况河南省位于黄河中下游,地跨温带和北亚热带两大自然单元,气候温和,四季分明,其中冬季寒冷少雨雪,春短干旱多风沙,夏天炎热多雨,秋季晴朗日照长;区位上地处中原,东接安徽、山东,北接河北、山西,西连陕西,南临湖北,区位优势明显,是全国承东启西、连南贯北的重要交通枢纽,拥有铁路、公路、航空、水运、管道等多种运输方式相结合的综合交通运输体系,尤其是公路交通成为全国公路交通枢纽中心。国家规划并正实施的“五纵七横十二条国道主干线中的北京至珠海、连云港至霍尔果斯两条高速公路在郑州交汇,国务院公布的国家高速公路网规划中的三十条国家重点干线公路中有七条从河南经过,另外还有九条国道穿越河南。截至年底,河南省高速公路通车里程突破了公里,达到公里,连续多年居全国第一;全省个省辖市中有个形成了高速公路的十字交叉,全省个县市中有个通达高速公路,通达率%,其中个县有两条高速通过;全省高速公路已基本形成了以郑州为中心的个半小时中原城市群经济圈,小时可达全省任何一个省辖市,小时可达周边省任何一个省会城市,初步形成了以郑州为中心,纵贯南北、连接东西、辐射八方的高速公路网络。京港澳高速公路新乡至郑州段全长.公里,桩号为,其中双向八车道.公里,双向六车道.公里,总投资.亿元,于年月日建成通车;郑州至漯河段全长.公里,双向六车道,其路段桩号为?,于年底建成通车;郑州西南绕城高速年月建成通车,双向车道,全长.公里,桩号为,环绕郑州西南两厢,其起点在连霍高速的荥阳市靳庄处,终点在中牟县席庄,与京珠高速相接。上述几段高速公路位于河南省的中北部,在建成通车运行的这些年中,由于车流量的迅速增长,超载车辆的快速增加,致使部分路段病害较严重,路面的主要病害类型包括裂缝、车辙、坑槽、沉陷、翻浆、拥包等。至年,有关部门分别委托相关道路检测机构对这几段道路路面状况进行了调查与检测并实施了专项养护,下面结合部分的调查检测结果分析这些在中原地区常见路面病害的类型、各自特点及产生原因。.沥青路面病害类型根据高速公路沥青路面损坏的形态、特征和因素,可将路面的损坏形式分为裂缝类、长安大学工程硕士学位论文松散类、变形类及其他损坏类等四大类;各种损坏类型根据损坏的严重程度,又可分为轻、中、重等等级。表.为沥青路面各种破损类型的分类分级表:表.沥青路面破损分类分级破损类型 分级 外观描述 分级指标 计量单位轻 初期龟裂、缝细、无散落,裂区无变形 块度:.裂块明显,缝较宽,无或轻散落或轻度变龟裂 中 块度:形裂块破碎,缝宽,散落重,变形明显,急重 块度:待修理不规裂轻 缝细,不散落或轻微散落,块度大 块度:则裂缝重 缝宽,散落,裂块小 块度:缝类轻 缝壁无散落或轻微散落,无或少支缝 缝宽: 纵裂重 缝壁散落重,支缝多 缝宽: 轻 缝壁无散落或轻微散落,无或少支缝 缝宽:横裂重 缝壁散落重,支缝多 缝宽: 轻 坑浅,面积较小 坑深:坑槽重 坑深,面积较大 坑深: 麻面 细小嵌缝料散失,出现粗麻表面 松散 脱皮 路面面层层状脱落类啃边 路面边缘破碎脱落,宽度以上 轻 细集料散失,路面磨损,路表粗麻松散重 粗集料散失,多量微坑,表面剥落变轻 深度浅,行车无明显不适感 深度:形 沉陷重 深度深,行车明显颠簸不适 深度:类轻 变形较浅 深度:车辙重 变形较深 深度:搓板 路面产生纵向连续起伏、似搓板状的变形轻 波峰波谷高差小 高差:; 波浪重 波峰波谷高差大 高差:接上表:破损分级 外观描述 分级指标计量单位类型轻 波峰波谷高差小 高差:拥包重 波峰波谷高差大 高差:泛油 路表呈现沥青膜、发亮、镜面、有轮印磨光 路表原有粗构造衰退或丧失,路表光滑其 修补因破损或病害而采取修复措施进行处治,他 损坏 路表外观上已修补的部分与未修补部分明类 面积 显不同路基下部的水分向上聚集并冻结成冰引起冻胀路面结构膨胀,造成路表拱起和开裂因路基湿软,路面出现弹簧、破裂、冒浆翻浆 的现象促使高速公路沥青路面出现损坏的原因是多方面的,路面病害的类型和特征也多种多样,导致路面产生病害主要因素有:、车量荷载的影响;如超载行驶、重复加载和水平荷载导致的损坏。、环境因素的影响,如温度变化、湿度变化和冰冻作用引起的损坏。、设计、材料、施工和养护管理等因素导致的损坏。对沥青路面的同一种影响因素可以导致不同类型及不同程度的损坏,同一种损坏形态又可能是由不同因素所造成。下面结合河南省中北部的几段高速公路养护过程中发现其出现的裂缝类、松散类、变形类及其他损坏类病害分析这些种类病害各自的特征及成因。.裂缝类病害沥青路面建成后,往往会出现各种形式的裂缝,初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能影响较小,但随着表面雨水的侵入,导致路面强度逐渐下降,在大量行车荷载作用下,会使沥青路面产生结构性破坏。沥青路面的裂缝多种多样,就其开裂的主要原因来说,可分为非荷载型和荷载型裂缝。.、非荷载型裂缝即非由行车荷载因素引起的裂缝,沥青面层上的非荷载型裂缝主要是温度裂缝,它的主要表现形式为横向裂缝和纵向裂缝。长安大学工程硕士学位论文横向裂缝是与路面中线近于垂直的裂缝,低温收缩或半刚性基层收缩是其产生的主要原因。沥青材料在较高温度条件下,具有良好的应力松弛性能,温度升降产生的变形不至于产生过高的温度应力。但当冬季气温骤降时,沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长,同时劲度急剧增高,一旦超过混合料的极限强度或极限拉伸应变,便会产生开裂。这种情况在沥青面层与基层的附着力不够好,并且允许有一定自由收缩时更易发生。另一种情况,温度反复升降导致温度应力疲劳,使混合料的极限拉伸应变变小,又加上沥青的老化使沥青劲度增高,应力松弛性能降低,故可能在比一次性降温产生开裂温度更高的温度下开裂,同时裂缝是随着路龄的增加而不断增加。还有可能是由于半刚性基层收缩引起的裂缝,这些裂缝在交通荷载或温度作用下,由下层逐渐反射到表面。横向裂缝是沥青面层发生最多的一种裂缝,它也是沥青路面早期主要破坏现象之一。另一种非荷载型裂缝是纵向裂缝。道路的不均匀冻胀是诱发纵向裂缝的重要因素,冬季低温时,由于路面材料尤其是黑色路面的热传导性比路肩土壤和分隔带土壤速度快,道路在土壤冻结过程中横向受力是不均匀的,路面下的土体含水量和聚冰量是不均匀的,因而路面的冻胀量也是不均匀的,横向的不均匀冻胀使路面表面在纵断面上承受拉力。当不均匀冻胀量充分增大,引起路面纵断面上的拉力大于该低温条件下沥青材料所能承受的拉力时,路面即出现纵向裂缝。此外,车道接缝施工质量差、面层以下的裂缝所引起的反射裂缝也是纵向裂缝产生的重要原因。、荷载型裂缝也即主要由于行车荷载作用而产生的裂缝,主要类型为龟裂与网裂。龟裂是路面在车辆荷载的反复作用下,由于结构的强度不足而产生的。龟裂的初始形态是沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝,而后,在纵缝间出现横向和斜向连接缝,形成缝网。此外,基层排水不良,低温时沥青混合料变硬或变脆,也可能造成龟裂。龟裂的产生,反映了路面结构的强度不足以承受行车荷载,它是沥青路面的一种主要结构损坏类型。按其形成过程和原因龟裂可分为三种类型:发展型先是树枝状和密集形横缝,或纵横交叉缝,使路面被割裂成几个较大的块体,失去了整体作用,强度降低,又未得到及时处理,经历几次冻融循环和行车的往复碾压,加之缝内渗水浸湿基层等原因,使得比较大的块体被割裂成小块,形成龟背似的网状裂缝,这种裂缝杂乱无章,没有规则。强度型局部路面强度不足,往往在春融季节土基在最不利情况时出现,在冬季局部土基发第二章高速公路沥青路面的主要病害类型及其特点生最大聚冰,该处路面相应发生大量冻胀,到春季时又融沉恢复原位。这种一冻一融、一胀一沉,路面往复弯沉,从而出现隐患。在春融期路基强度将急剧下降,路面整体强度不足,严重变形,平整度下降,路面出现网状龟裂。龟裂在京港澳高速公路河南段路面普遍存在,且病害面积较大,分布较广,春融时期尤为严重。材料型沥青混凝土材料低温稳定性能不好,抗疲劳强度低,也是产生不规则网裂的原因之一。此外,设计和施工方面存在的一些问题也是路面产生各种裂缝的主要影响因素。.松散类病害沥青路面的松散类破损指路面或桥涵的沥青铺装层精细集料的散失现象。也就是由于沥青路面水稳定性不足,在春融季节或雨季等不利天气条件下,受到水损害破坏,路面逐渐出现麻面、松散、啃边、掉粒直至发展为坑槽现象的病害。沥青路面的水损害破坏,指沥青路面在存在有水分的情形下,经受交通荷载和温度胀缩的反复作用,一方面水分逐步浸入沥青与集料的界面上,同时由于水动力的作用,沥青膜渐渐地从集料表面剥离,并导致集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程。、松散松散即集料和沥青逐渐脱开并散失。松散可出现在整个路面表面,但由于行车的作用,一般轮迹带处比较严重。产生松散的主要原因是混合料中沥青的含量偏低,沥青与集料粘附性差,此外由于沥青的老化,水的浸入也是产生松散的主要原因。雨水浸入沥青混凝土内部,在高温和重载作用下浸入沥青膜使沥青剥落,面层局部松散,失去应有的抗压强度和抗剪强度,出现坑槽和坑洞。、坑槽坑槽即路面上出现的坑洞,它是由龟裂、松散等其它损坏进一步发展的结果。由于表面水从这些损坏处浸入,停留在基层表面上,在行车荷载反复作用下动水冲刷基层的细料并逐渐形成灰浆,使沥青面层与基层脱开,灰浆被车载挤压,通过面层裂缝或面层混合料中的空隙挤到表面,使沥青面层产生网裂,一些碎裂的小块面层或基层材料被车轮带走,而逐步形成坑洞,并不断的扩大。坑槽是京港澳高速公路路面产生最多、维修养护量最大的路面病害现象之一,往往在春融季节和雨季出现频率较高,且易重复出现,有时同一处坑洞一年要修补多次。京港澳高速河南段许多松散类病害集中出现在桥面上,在降雨过后,桥面上的沥青长安大学工程硕士学位论文面层往往会出现许多小坑槽,这是因为桥面沥青铺装层比一般路段薄,在重载车辆的反复冲击作用下,水分的浸入使沥青与集料的粘附性大大降低。集料与沥青膜剥离,在荷载作用下,对桥面铺装的混凝土表面产生撞击,使得其粉质部分如水泥、石灰及土质部分成为稀浆,通过沥青铺装层的缝隙向上挤出,出现白色的卿浆,桥面将出现网状裂缝,继而形成大小不一的坑槽。.变形类病害沥青路面变形类病害主要包括车辙、沉陷、波浪、搓板和拥包等。、车辙车辙是沥青路面表面轮迹的纵向凹陷,是沥青路面特有的一种损坏现象。一般情况下,按成因车辙可分结构性车辙和流动性车辙两种类型:结构性车辙。这种车辙的宽度较大,两侧没有隆起现象,横断面成字形。这种车辙的产生主要是由于车辆荷载作用超过了路面各层的强度。流动性车辙。在高温的条件下,车轮碾压的反复作用,荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限,沥青混凝土侧向流动变形,不断积累形成车辙。一方面是轮迹部位下凹,另一方面车轮作用较少的车道两侧受挤压力向上隆起,在弯道处还明显向外推挤,这种车辙一般都有两侧隆起现象,横断面形成型。京港澳高速公路新乡至郑州段近年来来多处出现了不同程度的车辙,其中以右半幅的车辙情况较为严重,其形成主要原因是由车辆渠道化行驶、重载车辆的增加而引起的。影响车辙形成的因素有以下几方面:沥青混合料的影响。沥青混合料是一种粘弹性材料,对密级配沥青混凝土来说,尤其在较高路面温度条件下,它可以看成是一种热流变性材料,流变学原理完全适用于沥青路面,此时弹性因素相对较弱,粘性因素起主导作用,亦即车辙的产生与沥青感温性相关。集料级配的影响。对密级配沥青混凝土而言,增大集料的粒径对提高抗车辙能力有一定效果,面层的孔隙率对车辙的影响非常大,所以增大集料的粒径的同时必须保证有较好的级配以增大密实度。沥青面层厚度的影响。厚度是影响车辙的重要因素,一般情况下,面层厚度越厚越易产生车辙。交通及环境条件影响。交通量、轴载、轮胎气压是影响车辙的重要因素,气第二章 高速公路沥青路面的主要病害类型及其特点候特点对车辙也有重要影响。、沉陷沉陷是路面出现表面的局部不均匀凹陷。沉陷产生的主要原因是路基土的压实度不够,导致路面在横向和纵向产生不均匀沉陷和严重的纵向开裂,同时由于路基压实度不足导致路基强度显著降低和路面承载能力不足,从而产生路面早期损坏现象。在一些高填方和半填半挖路段,碾压机械难以到达需要压实的位置而使填方路堤的下部无法压实,导致道路建成后出现沉陷。有些桥梁桥台的后部填土压实不够,导致出现桥头跳车现象。桥头跳车是路基路面纵向变形的一种形式,也常是纵向变形中的一种最严重的形式,它除了是由路基路面沉降引起的之外,和构造物本身也有很大关系,特。别是大中型桥梁通常采用桩基础,桥台的沉降量很小,甚至没有,而桥头填土往往较高,路基路面很容易造成大的沉降,从而产生错台高差,引起跳车。、波浪波浪即路面表面有规律的纵向起伏。产生波浪的主要原因是:路面材料组成设计不合理和施工质量差,使路面材料不足以抵抗车轮水平力的作用。基层平整度不好。因基层平整度不好,重载车辆不断冲击,使面层产生波浪。面层与基层之间存在着不稳定的夹层。面层在行车荷载的作用下产生蠕动变形而形成波浪。基层强度不足或稳定性差等原因造成波浪的产生。、拥包拥包是在行车水平力作用下路面产生推拥、挤压,在路面两侧或行车道范围内所形成的一种局部的不规则隆起变形。沥青混合料抗剪强度不足是产生拥包的主要原因,此外,还有以下原因造成路面产生拥包:因面层沥青用量过多或细集料集中,在重载车辆的冲击下产生拥包。因路面基层局部含水量过大,导致沥青面层与基层结合不良而被推挤变形造成拥包。因基层局部强度不足或水稳性不好,使基层松软导致产生拥包。.其他类病害其他类病害包括沥青路面表面功能衰减、冻胀和翻浆、泛油、磨光等。长安大学工程硕十学位论文、沥青路面表面功能衰减沥青路面的表面层直接承受车辆荷载,它经受车轮对它的施压、撞击、磨耗,所以表面层又称为磨耗层。沥青路面的表面层直接承受车辆行驶,沥青路面抗滑性能不足,容易使汽车在急刹车、超车或沿曲线转弯时车轮打滑,造成事故。沥青路面的平整度不好,容易造成行车的不舒适。所以沥青面层应具有良好的抗滑性能和优良的平整度。决定路面抗滑能力的因素包括微观构造和宏观构造。微观构造对轮胎与面层表面的附着力有很大影响,微观构造大,轮胎与面层表面的附着力也大,因此,石料磨光值越大,石料的抗滑性能就越好。宏观构造主要影响高速行车时表层的抗滑能力,表面构造深度越大,高速行车时表层的抗滑能力也越大。促使沥青路面抗滑性能迅速下降的原因还有:沥青标号过大针入度偏大,沥青用量过多,导致路面渐渐泛油,构造深度下降,甚至变成光滑的油面。粗集料不耐磨,在表面车辆荷载作用下被迅速磨光。沥青混合料拌和时没有充分拌匀,施工过程中碾压不足。影响沥青路面表面功能的另一个因素是路面的平整度,高速公路路面的平整度不好会严重影响其服务质量。造成路面平整度不好主要有以下几种原因:路基的不均匀沉降。由于新建时地基未做适当处理以或填土压实度不够,随着龄期的增长,路基路面将会产生不均匀沉陷,桥头甚至会出现较严重的桥头跳车现象。路面出现水破坏。表面水进入沥青面层使沥青路面产生坑槽、网裂等多种水损害或剥落,局部还可能产生车辙,这些现象主要产生在行车道上,使路面平整度下降。半刚性基层质量不好,局部位置没有形成一个整体结构。、冻胀和翻浆由于冰冻的作用,路基上层积聚的水分引起路面胀起并开裂,春融时在行车的作用下产生翻浆,路基的翻浆必然会导致路面的破坏。道路翻浆是多种因素综合作用的结果,这些因素主要指水、土质、温度、路面状况及行车荷载五个主要因素。其中水、土质、温度是造成翻浆的三个自然因素,形成翻浆该三因素缺一不可。翻浆多发生在挖方或半填半挖路段,因排水不畅造成路基含水量过大,在冬季冻胀,春融季节面层破裂,泥浆被挤出,造成翻浆。京港澳高速公路新乡至郑州部分路段基层时有翻浆、横向推移、拱起的现象产生,且呈逐年加重趋势,经现场实地开挖验证,发现部分路面基层结合料脱落,基层结构己第二章高速公路沥青路面的主要病害类型及其特点松散破坏。其中的原阳收费站进出口匝道,京港澳一郑焦晋连接处匝道由于两侧为稻田区,地下水位高,边沟水量大,路基含水量也相对较大,在春融季节及雨季多次出现严重的翻浆现象。图.为上行路面翻浆情况照片。图.道路翻浆、泛油泛油是沥青路面因沥青含量偏多或稠度偏低,当气温较高时,在行车作用下沥青被挤出,路面表面出现薄油层的现象。泛油多数是由于沥青面层的沥青用量过大、稠度太低或热稳性差等原因所引起,有时也可能是由于施工时处于低温季节,层铺法施工时沥青路面的嵌缝料散失过多,在气温转暖后,在行车作用下多余沥青溢至表面而形成。、磨光磨光即路面在行车作用下集料棱角被磨成圆滑或平滑状。路面表面纹理丧失,路面抗滑能力降低,抗滑性能低于规范要求值。路面磨光多发生在高等级公路上,主要是由于路面在行车水平力的作用下路面表层骨料棱角被磨掉,或沥青路面油石比含油量过大,泛油严重所造成。长安大学工程硕士学位论文第三章 高速公路沥青路面的检测高速公路因受行车荷载、自然环境等多方面因素的综合作用,其沥青混凝土路面和基层在使用一段时期之后,会出现不同程度的损坏,从而影响到公路的使用性能和服务功能,因此需要有目的有计划地定期或不定期对路面病害的类型及其损坏程度进行检测,掌握路面状况第一手资料,为之后采取科学的养护措施奠定基础。随着科学技术的发展及先进设备、技术的广泛应用,沥青混凝土路面病害的检测手段也在不断更新发展,每一种检测手段都有其不同的优点和缺点,选择合理的检测手段是非常有意义的。.检测手段的选择原则、准确性原则在对沥青混凝土路面病害选择检测手段时,可以采用多种检测手段互相补充相互校核,最终要能够准确反映出该路段损坏情况及损坏程度。、效率性原则由于路面检测一般是在高速公路完全开放交通的情况下进行,这就要求检测手段要选择快速、高效的方法,以尽量对高速公路通行以及检测人员安全形成保障。、经济性原则检测手段的选择应遵循经济性原则,一般力求以较少的经济花费达到理想的检测目的和效果。.常用的检测技术沥青混凝土路面破损的类型主要有裂缝类、松散类、变形类及其他类等四大类病害,相应地,沥青混凝土路面的检测调查主要包含路面破损状况、路面结构强度、路面平整度及路面抗滑能力等四项内容,常用的病害检测技术及各自特点如下:.沥青混凝土路面破损检测路面破损的调查指标主要是路面综合破损率调查。目前在我国路面破损自动检测的研究领域仍处于刚刚开始起步阶段。由于沥青混凝土路面病害的类型非常复杂,传统的检测设备很难达到调查要求的效果,因而在各级公路包括高速公路对路面破损的调查,主要还是采用人工现场调查和仪器设备检测相结合进行测量。对不规则形状的损坏面积进行计算时,先按当量所测面积进行计算,然后根据破损程度乘上系数确定。第三章高速公路沥青路面的检测人工现场检测的缺陷是各种病害的判断及相应数值读数的人为误差较大,测量精度较低,且人工劳动强度密集,效率较低,且检测时会影响路面交通,尤其是在高速公路路面检测时,一般不能封闭交通,操作通常存在危险性。目前较先进的检测手段是采用车载路面检测系统,采集路面的图像数据,自动分析并记录病害种类及分布面积,该手段的应用大大提高了检测效率和精度。.沥青混凝土路面平整度检测沥青混凝土路面的平整度,是评定路面使用质量、施工质量及现有路面破坏程度的一个重要指标。传统的方法为使用直尺检测,该方法效率低、精度差,现行规范规定,二级以上公路必须采用连续式平整度仪进行检测,检测结果采用国际平整度指标及标准差。表示。路面平整度的检测设备分为断面类和反应类两种。断面类检测设备用于测定路面凸凹情况,如最常用的直尺和连续式平整度仪;反应类检测设备用于测定路面凸凹不平引起车辆颠簸的情况,最常用的是车载式颠簸累积仪。高速公路因全封闭、车流量大等的特殊性,目前最便捷高效的检测手段是使用激光平整度检测系统,该检测手段不受车速影响,检测稳定性良好,检测结果准确度高。、连续式平整度仪法连续式平整度仪法主要特点是设备较复杂,可沿路面连续测量,工作效率高;一般采用先进的微机处理技术,自动显示路面平整度的标准差、正负超差等各项技术指标,并绘出路面平整度偏差曲线,反映凸凹程度。该方法适用于竣工验收时数据采集测定路段表面的平整度,评定路面的施工质量和使用质量;不适用于已有较多坑槽、破损严重的路面测定。、车载式颠簸累积仪法车载式颠簸累积仪法的主要特点是设备较复杂,操作简便,工作效率高,自动采集数据,能进行连续测试,检测的结果能准确地反映行车舒适性;但应注意使用方法对检测结果存在一定影响,应严格按照操作规程的要求进行。该方法适合于较长路段内测定路面表面的平整度,评定路面的施工质量和使用期的舒适性;不适用于在已有较多坑槽、破损严重的路面上测定;适合路面工程质量验收或大面积路网评价,为新建项目质量评定及道路早期破坏状况提供准确、快捷的技术分析依据。、激光平整度检测系统长安大学工程硕士学位论文激光平整度检测系统可在正常车速的条件下对路面进行长距离快速自动检测与现场计算机数据分析与评价。其工作原理为:采用激光传感器和距离传感器组合成惯性参照路面纵断面剖面检测系统,通过对应于轮迹为止的激光传感器测得距离路面的高度,随着车辆的行使可以得到路面纵向断面,即可计算纵向平整度,惯性运动传感器可以反映水平纵向、水平横向和竖向的角度,扫描得到的数据经专业软件分析后可以输出各种评价指标。其优点有:检测速度快,是传统检测方法的几倍甚至是几十倍;可充分保证路面检测的高精度,其检测精度高达.,样点采集间距.,检测车速可达到/,适用于高速公路路面病害数据采集工作;可直接检测和输出值、行驶质量指数、纵断面及几何参数,如坡度值、曲率半径或曲率数据等,且精确可靠;取消了人为操作,实现计算机自动化,更好地保证测试的精度和准确性;功能强,除可检测路面平整度外,还可用于测量路面纹理和车辙深度等。.沥青混凝土路面强度检测沥青混凝土路面强度检测主要是对弯沉值的调查,当前路面弯沉的检测方法主要有三种:贝克曼梁法、落锤式弯沉仪法和自动弯沉仪法。贝克曼梁法为传统检测方法,以人工操作为主,工作强度大,效率低,可靠性差,后两种方法均为计算机控制下的自动测量方法,测速快,精度高,具有传统检测方法不可比拟的优势。高速公路宜采用自动式弯沉仪或落锤式弯沉仪进行调查。、贝克曼梁测定法贝克曼梁测定主要特点是利用杠杆原理制成的杠杆式弯沉仪测定轮隙处的弯沉。其缺点是检测速度慢;检测结果精度较低,受人为的因素影响大:检测人员的劳动强度较大,不适合高速公路长里程路面强度的检测。其适用于非高速公路路面回弹弯沉值的检测,用以评定其整体承载能力。、自动弯沉测定仪法该测定仪在检测路段上在牵引车的作用下以一定的速度行驶,将测定仪的弯沉测定梁放在车辆底盘的前端并支于地面保持不动,当后轴双轮隙通过测头时,弯沉通过位移传感器等装置被自动记录下来。这时,测定梁被拖动,以两倍的牵引车速度拖到下一测点。周而复始地向前连续测定。通过计算机可输出路段弯沉检测统计结果。整个测定是在测定车连续行驶的情况下进行的。它可对路面进行高密集点的强度测量,适用于对高速公路路面检测。第三章高速公路沥青路面的检测、落锤式弯沉仪检测法是一种脉冲动力弯沉仪,它的基本原理是通过液压系统提升和释放荷载块对路面施加冲击荷载,荷载大小由落锤质量和起落高度控制,荷载时程和动态弯沉盆均由相应的传感器测定。研究表明冲击的荷载与时速公里的车辆对路面的荷载相似,可以较好地模拟行车荷载作用,并且测速快,精度高,且信息量大,使用方便、快速、安全,节省人力。其主要适用于高速公路上长距离、连续测定沥青混凝土路面的弯沉值,可以将检测的结果用于路面强度的评价。.沥青混凝土路面抗滑性能检测当前我国路面抗滑性能的检测方法较多,主要方法有:制动距离法、偏转轮拖车法横向力系数测试、摆式仪法、构造深度测试法手工铺砂法,电动铺砂法、激光构造深度仪法及横向力系数检测仪法等。摆