沥青路面加铺层设计和施工技术研究-中交第一公路勘察设计研究

1、沥青路面加铺层设计和施工技术研究报告简本1 研究背景随着我国社会主义市场经济的迅速发展，交通的日益重型化及交通量的大 幅度增长，加之设计、施工、养护、使用等多种综合因素的影响，加速了路 面 的损坏，目前国内很多高等级路面正处于维修、待修状态。采用沥青面层作 为 原有路面的加铺层是一种非常典型的补强方法。对于沥青路面，上面加铺沥 青 层施工方便且能显著改善路面使用性能；对于水泥路面，这种形式的路面结 构 能吸收两种材料的优点，原有水泥路面可以提供稳定、坚实的基层，沥青加 铺 层可以提供摩阻系数高、平整度好的表面层，大大改善了路面的使用性能。然而，国内外对原有沥青路面和水泥路面加铺改造仍处于研究、

2、试验阶段， 至今仍没有一个效果非常令人满意，施工工艺可行且具有明显社会经济效益 的 防治措施和成熟的理论、设计方法。由于这一问题的复杂性和各地交通、气 候 及筑路条件的差异，在所取得的研究成果之间缺乏共同的认识，给设计和施 工 部门的具体操作带来了极大的困难。因此，本课题研究在广泛收集并分析国内外原有沥青路面和水泥路面加铺 沥青混凝土层有关资料的基础上，以铺筑的试验路为应用研究对象，结合我 国 尤其是西部具体情况，针对在原有路面上加铺沥青层后的路面状况，运用新 技 术、新材料，对用沥青加铺层改造旧沥青路面和水泥路面的方法和理论作进 一 步的研究，探索旧路面加铺沥青层的工作机理，提出符合国情、切

3、实可行的 改 造措施与施工技术指南，对今后高等级公路加铺沥青层设计与施工具有重要 的 借鉴和指导意义。2 研究工作概 况西部交通建设科技项目“沥青路面加铺层设计与施工技术研究”课题（项 目编号： 2005 318 812 13）自 2005 年正式立项以来，由主持单位长安大学以 及参加单位吉林省交通科学研究所、陕西高速机械化工程有限公司组成的项目组根据可行性研究报告和合同规定的研究内容和要求，组织召开了研究大纲专家评审会，并根据专家评审意见，制订了详细、切实可行的研究大纲及进度 计 划，初步确定了课题配套工程及现场试验观测路段。随后，项目组组织研究 人 员并联系合作单位，按计划全面开展研究工作

4、。同时，在 2006 年补充了课题参 加单位：中交第一勘察设计研究院，北京建筑工程学院，西安建筑科技大学 。在研究过程中，项目组采取资料调查整理、现场测试、室内试验与理论分 析 相结合的方式，在收集查阅大量国内外相关文献资料的基础上，以我国部 分 高等 级公路为主体，以实际工程为依托，经过 3 年多的研究，对典型水泥混 凝 土路面 及沥青混凝土路面进行了大量的现场检测、评价、典型加铺层结构试 验 段及室内 外对比试验和理论分析研究，从而开展了 “原有水泥混凝土路面检测、 评价与处 治”、“原有沥青混凝土路面检测、评价与处治 ”、“沥青加铺层结构工作 状态 ”、“沥 青加铺层材料组成研究 ”、“

5、原有水泥路面加铺沥青层设计方法与软件 ”、 “原有沥 青路面加铺沥青层设计方 法与软件”、“沥青加铺层施 工技术指南”、“试验 路铺筑与 验证 ”、“沥青加铺层相关设备仪器开发 ”等多项专题研究工作，并得到 一批有价值 且可供工程应用参考的研究成果和建议，为我国沥青路面加铺层 的 设计与施工提 供了科学合理的依据。3 研究成果特 点（1）创新性：该项目采用多项新技术 、新工艺、新材料和新设备，具有很 强的创新性，在关键技术脱空判断方法、自补偿式板底灌浆 材料、路面使用性能评价方法、加铺层结构层间工作状态及 夹层的最佳位置、加铺层材料及技术要求、层间处治材料及 技术标准、层间专用设备及施工方法、

6、加铺层典型结构、加 铺层设计方法与施工技术等方面均有创新。（2）系统性：综合技术含量较高。不 但考虑了路面加铺结构本身的合理性 和使用年限，同时采用的一系列技术，从评价、处治、周边 环境、防水、设计、施工措施等系统地为路面加铺结构提供 了支持条件。（3）成熟性：研究成果成功应用于吉 林外环试验路、G104徐州机场试验路 及陕西 4条高等级公路，通过近 2 年的通车检验，推荐的典 型结构没有出现传统沥青加铺层的早期病害。（4）经济性：应用在工程建设项目上，显著地减少了养护费用，间接产生的长期经济效益和社会效益是非常巨大的。4主要研究成果4.1原有水泥混凝土路面检测、评价与处治（1）首次提出了基于

7、板中、板边弯沉 差及唧泥高度为一体的板底脱空判别 方法与标准，有效解决了目前准确判别板底脱空的难题。静弯沉检测动弯沉检测动静弯沉值脱空判别 标准（单位：0.01mm）脱空程度板边中点与板中弯沉差板角与板中弯沉差静弯沉标准UB动弯沉标准uF静弯沉标准UB动弯沉标准uF轻度脱空10 202515 2536中度脱空20 3051025 35612重度脱空 30 10 35 12轻度唧泥中度唧泥重度唧泥唧泥高度与脱空程度判别标准（单位：cm）脱空程度轻度中等严重唧泥高度V 1010 30 30（2）建立了基于探地雷达的板底脱空 检测与评价方法。通过广泛调研国外 路用探地雷达标准，并研究选定道路检测雷达

8、测试参数：天线的中心频率、分辨率、时窗、采样率、相邻扫描点间距，推荐出板底脱空雷达检测型号。吉林外环路雷达检测现场（3）在已有研究的基础上，改进了旧水泥混凝土路面使用性能检测与评价方法。（4）对旧水泥混凝土路面表面处理与效果评价、水泥混凝土路面破碎工艺、混凝土旧板再生、板底脱空处治以及路面加铺层间处治方法与标准进行了系统的研究。针对水泥混凝土板轻度脱空、中度脱空和重度脱空三种情况，分别提 出了不同配合比的压浆材料兰派五边形冲击破碎 20遍效果图MHB破碎效果图再生集料性能对比指标再生石灰岩再生花岗岩中下面层粗集料规范值压碎值（）20.424.6 2.5吸水率（）3.04.3 3.0细集料含泥量

9、（）7.5 29005不透水2保持30MIN不透006耐性热能度（受热H时无滑动水、的无压流力淌.17/M拉力无(N/50M滴落）/ （C）纵向76 8001横向5 8008最大拉 力（断纵向0 40横向 409裂时氐温柔度（-20C，弯曲试验无裂纹10延伸伸性R=能（PA）15mm , 3S 弯曲 180 60) C 1.015C 1.511咼温抗剪/MPA60 C，速度10MM/MIN，垂直压力 0.112低温抗 裂（-1MPA）抗拉强度/MPA 8.0延伸率/% 301320撕C 裂 强）纵向 400横向 35014（N/抗老化值（经测试不透水时间）/H300015抗硌破及渗水试验（13

10、0C /2H , 500G重无硌破，渗16锤接3001MM变形高能度力冲，击循后环,5无）水系数0层间抗裂用APP改性沥青油毡技术指标注：参照公路工程 质量检验评定标次水数柱806H2oo4）,8.12.1 ;黑体为抗裂重要指 标。ML/MIN0.1340格栅加筋不同层位的 车辙试验有限元网格模型(4) 通过对不同格栅位置的沥青混凝土强度进行试验，研究格栅层位对加筋沥青混凝土强度性能的影响，并首次引入无量纲的韧性指数对劈裂强度试验进行评价。(5) 首次提出了高粘结撒布式应力吸收层，并系统研究了其材料组成。(6) 系统研究了 SMA-5作为应力吸收层的功能及性能要求，从沥青胶结 料、石料和矿粉、

11、纤维以及集料的级配等方面分别进行了试验研究，设计了 SMA-5用作应力吸收层时的配合比。(7) 深入研究了 AC-5沥青砂应用作为层间应力吸收层时的配合比设计过 程，提出了在马歇尔配合比设计结论的基础上，应根据稳定度和流值的变化适当增加沥青用量0.5%-0.6%。(7)系统研究了 SMA-13，AC-13C及AC-16F在加铺结构中的设计材料 组 成，确定其作为加铺面层时厚度宜取69cm。并提出了一些具体技术要求。4.5原有水泥路面加铺沥青层设计方法与软件(1) 系统分析了旧水泥路面沥青加铺层层间破坏状态，在此基础上提出以 加铺层层底弯拉应力以及剪切应力为设计加铺层的控制指标。(2) 建立了对

12、旧水泥路面无破损与结构评价体系，提出了旧水泥路面疲劳 寿命预估模型和方法，并系统分析了加铺层设计模式。(3) 在对现行公路工程结构可靠度设计标准和大量实际加铺路面结构和材料使用状况进行分析研究基础上，首次提出了基于反射裂缝和目标可靠度的加铺层结构设计方法。(4) 开发了加铺层设计软件，为加铺层的设计提供参考和依据。4.6原有沥青路面加铺沥青层设计方法与软件(1) 提出基于剩余寿命改进的加铺层结构设计方法，在加铺层补强设计时，建议采用剩余寿命对旧路实测弯沉反算的当量回弹模量进行修正，使其能够充分体现旧路有效结构能力。(2) 完善了旧沥青混凝土路面加铺层结构设计指标，建议加铺层结构设计时，考虑加铺

13、层最大竖向剪切应力及加铺层与旧路之间的层间剪切应力，并确定了竖向剪切及层间剪切疲劳轴载换算系数。(3) 提出了加铺层典型结构，首次建立了基于 DEA加铺层结构优化模型，该方法不仅确定最优结构方案，还可进一步确定较差决策方案无效原因，发现进一步提高的可能性，从而弥补了以往优化方法的不足。(4) 开发了加铺层设计软件，为加铺层的设计提供方便。该软件不仅能够进行加铺层结构厚度设计，同时还可进行原有沥青路面铣刨厚度设计及加铺层结构优化。4.7沥青加铺层施工技术指南根据徐州G104国道机场路、吉林外环 高速公路和陕西省西宝 高速、西户 高速、西潼高速以及绛帐-法门寺二级旅游路等依托工程施工，结合交通部颁

14、布 的公路沥青路面施工技术规范(JTG F40- 2004)的规定，吸取国内外成熟经验，提出了旧水泥混凝土路面和旧沥青混凝土路面沥青加铺层施工技术指南，对补充和完善我国相关规范标准具有十分重要工程价值和实用意义。4.8沥青加铺层相关设备仪器开发(1) 首次开发了油毡贴铺机，并成功 的将油毡贴铺机应用于工程实际，得 到相应的数据，验证了其可靠性。加挂油毡油毡贴铺机行进机械贴铺油毡效果人工贴铺油毡质量隐患(2) 针对室内足尺试验台试验费用昂贵及体积大、不易搬运的缺点，研发了更加方便、实用的层间水平拉伸试验台架，并成功的采用其进行试验，得到相关数据，验证了其可靠性。(3) 研究开发了糙化打毛机，并成

15、功的应用于工程实际，得到相应的打毛效果，验证了糙化打毛机的可靠性，具有推广价值图a打毛机全貌图b打毛主机图c 打毛机工作图d 打毛效果糙化打毛机开发(4) 首次提出了基于普通车辙仪改进 的加铺层疲劳模拟对比试验方法，解 决了水泥混凝士板沥青加铺层弯拉型和剪切型反射裂缝扩展过程的检测问题基于普通车辙仪改进的加铺层疲劳模拟对比试验5主要创新点（1）首次提出了集板边、板角动静弯 沉差与唧泥为一体的脱空判断方法。（2）针对水泥混凝土板轻度、中度和 重度三种脱空情况分别提出了相应配 合比的自补偿式板底灌浆材料。（3）针对现有综合评价方法不足，从实测数据的处理出发，首次建立了基 于区间数逼近法的路面使用性能综合评价方法。（4）针对沥青路面施工中铣刨厚度较难控制的问题，首次提出通过旧路表 面弯沉控制旧路铣刨厚度，并确定了基于弯沉控制的旧路铣刨设计准则。（5）全面研究了不同荷载作用位置的旧水泥路面加铺层结构受力状况，并 确定了层间工作状态。（6）首次提出了旧沥青路面加铺层结构夹层的最佳