水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究

1、主 要 内 容 一、概述一、概述 二、国内外研究现状二、国内外研究现状 四、加铺设计过程四、加铺设计过程 五、加铺层结构设计方法五、加铺层结构设计方法 六、工程案例六、工程案例 三、技术关键三、技术关键水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究公路总里程公路总里程高速公路总里程高速公路总里程一一、概概 述述水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究20102010年底，有铺装路面年底，有铺装路面191.80191.80万公里，其中万公里，其中沥青混凝土路面沥青混凝土路面54.2554.25万公里，水泥混凝土路万公里，水泥混凝土路面达面达137.551

2、37.55万公里。万公里。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面维修养护工程量逐步增大路面维修养护工程量逐步增大养护技术需要进一步创新养护技术需要进一步创新修复工作机械化程度低修复工作机械化程度低快通早强材料快通早强材料预防性养护措施缺失预防性养护措施缺失加铺时机的选择加铺时机的选择水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究十二五目标十二五目标国省干线公路路面铺装率达到国省干线公路路面铺装率达到95%95%以上，总体技术状况以上，总体技术状况MQIMQI达到达到8080以上；高速公路平均路面使用性能指数以上；高速公路平均路面使用性能指数PQI

3、PQI大于大于9090，国省干线公路（高速公路除外）平均国省干线公路（高速公路除外）平均PQIPQI大于大于8080，且，且PQIPQI值值小于小于7070的比重下降至的比重下降至12%12%以内以内积极推进绿色养护，推广水泥路面就地利用积极推进绿色养护，推广水泥路面就地利用加强水泥路面养护新技术和新材料研发加强水泥路面养护新技术和新材料研发水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面耐久性不足路面耐久性不足早期损坏：早期损坏：开裂、断板、开裂、断板、 错台、沉陷等错台、沉陷等原因原因l路面结构与材料耐久性不足路面结构与材料耐久性不足l施工与养护质量控制不佳施工与养护质

4、量控制不佳水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面养护技术水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究通行能力通行能力显著下降显著下降平整度降低平整度降低行车舒适性降低行车舒适性降低行车噪声增大行车噪声增大水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究加铺水泥混加铺水泥混凝土面层凝土面层 水泥混凝土路面水泥混凝土路面加铺改造方式加铺改造方式加铺沥青混加铺沥青混凝土面层凝土面层行车舒适、施工方便、快速开行车舒适、施工方便、快速开放交通，又能够充分利用旧水放交通，又能够充分利用旧水泥混凝土路面的强度泥混凝土路面的强度水泥混

5、凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 沥青加铺层与水泥混凝土层作沥青加铺层与水泥混凝土层作为两种不同的材料和结构层组为两种不同的材料和结构层组合在一起时，由于模量的不同，合在一起时，由于模量的不同，在受到荷载及温度应力作用时，在受到荷载及温度应力作用时，两种材料将会产生不同的应两种材料将会产生不同的应力力应变状态，因此，在其应变状态，因此，在其界面会产生应变差和应力差，界面会产生应变差和应力差，如果结构及材料设计不合理如果结构及材料设计不合理层间粘结失效，加铺层间粘结失效，加铺层脱落层脱落。1 ，11 ，12 ，22 ，2脱落严重脱落严重水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水

6、泥混凝土路面加铺沥青层技术研究反反 射射 裂裂 缝缝水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究目前，我国现行的规范明确规定要针对路面检查评定结果确定养护对策，安排大、中修或专项工程，对整个路段路面平整度、抗滑能力不足的，可采取罩面，铺筑加铺层，以恢复其表面功能。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究规范增加了旧水泥混凝土路面加铺沥青层这一设计内容，但没有较为成熟的理论分析及设计方法，主要是充分吸收国外经验，参照国外相关研究成果，结合我国交通荷载情况，以经验法设计为主。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究二、国内外研究概

7、况二、国内外研究概况近几十年来国外发达国家如西班牙、美国、法国、近几十年来国外发达国家如西班牙、美国、法国、加拿大、澳大利亚、日本等国家先后进行了复合加拿大、澳大利亚、日本等国家先后进行了复合式路面技术的开发与应用研究，已分别铺筑了实式路面技术的开发与应用研究，已分别铺筑了实验路与实体工程。验路与实体工程。河南开封至洛阳段高速、尉氏至许昌高速、河南开封至洛阳段高速、尉氏至许昌高速、京珠高速长沙至湘潭段京珠高速长沙至湘潭段 ，广西桂林至南宁高，广西桂林至南宁高速、黄沙河至灵川段旧水泥混凝土路面改造速、黄沙河至灵川段旧水泥混凝土路面改造中均采用了复合式结构型式。中均采用了复合式结构型式。复合式路面

8、研究应用复合式路面研究应用 水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究橡胶沥青复合式路面橡胶沥青复合式路面橡胶沥青复合式路面，最早始于橡胶沥青复合式路面，最早始于2020世纪世纪4040年代的年代的美国，经研究发现，在道路工程中应用这种材料美国，经研究发现，在道路工程中应用这种材料后，沥青路面的抗滑性能、抗磨损性能、疲劳性后，沥青路面的抗滑性能、抗磨损性能、疲劳性能和抗车辙性能有了一定的提高，如果是同样的能和抗车辙性能有了一定的提高，如果是同样的道路设计寿命年限，橡胶沥青路面厚度至少可减道路设计寿命年限，橡胶沥青路面厚度至少可减薄薄1/21/2，可节约大量的建设费用，同时

9、还可缩短，可节约大量的建设费用，同时还可缩短施工工期。施工工期。美国在室内试验研究和试验路研究的基础上，建美国在室内试验研究和试验路研究的基础上，建立了一系列的橡胶沥青混合料性能指标，以及相立了一系列的橡胶沥青混合料性能指标，以及相应的试验评价方法，积累了大量的成功经验。应的试验评价方法，积累了大量的成功经验。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究橡胶沥青复合式路面橡胶沥青复合式路面我国对橡胶沥青复合式路面的应用研究，主要集我国对橡胶沥青复合式路面的应用研究，主要集中在橡胶改性沥青的加工工艺、橡胶改性沥青性中在橡胶改性沥青的加工工艺、橡胶改性沥青性能评价指标和标准、橡

10、胶沥青混合料设计方法以能评价指标和标准、橡胶沥青混合料设计方法以及施工工艺这些方面。及施工工艺这些方面。胶粉（胶粉（40目）目）200220190210 45分钟分钟 水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究超薄橡胶沥青磨耗层超薄橡胶沥青磨耗层减薄加铺层厚度减薄加铺层厚度水泥混凝土路面水泥混凝土路面橡胶沥青磨耗层橡胶沥青磨耗层加入橡胶（高弹性）加入橡胶（高弹性）与我国构建资源节约与我国构建资源节约环境友好型社会及畅环境友好型社会及畅通平安出行环境方针通平安出行环境方针政策相一致政策相一致节省表面节省表面优质材料优质材料显著提显著提高疲劳高疲劳耐久能耐久能力力保证路保证路

11、面结构面结构承载能承载能力力水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 世界不同国家和地区都积极开展了复合式路面的应用研究，从国内外的工程实践世界不同国家和地区都积极开展了复合式路面的应用研究，从国内外的工程实践应用研究来看，成功与失败各占一半。主要原因是结构组合及材料设计不合理、施工应用研究来看，成功与失败各占一半。主要原因是结构组合及材料设计不合理、施工工艺问题。工艺问题。研究现状分析研究现状分析无材料选择依据无标准规范无成熟设计方法三无三无水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究1、旧水泥混凝土路面状况检测及评价、加铺前旧水泥混凝土路面病害处

12、治、水泥路面和沥青路面层间结合、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施、沥青加铺层厚度的确定三、技术关键三、技术关键水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究1、加铺前旧水泥混凝土路面状况检测及评价路面破损情况结构承载能力行驶质量抗滑能力采用目测及仪具量测采用目测及仪具量测优良中次差采用无破损和破损相采用无破损和破损相结合的方法（结合的方法（FWDFWD或贝或贝克曼梁）克曼梁）优良中次差断面类或反应类设备断面类或反应类设备优良中次差摆式仪摆式仪优良中次差水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、加铺前旧水泥混凝土路面病害处治水泥混凝土路面加铺沥青层技术

13、研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、加铺前旧水泥混凝土路面病害处治水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究加铺沥青层前如果不对旧水泥混凝土路面进行表面处理，会导致层间粘结不够，加铺后不久就产生早期破坏。、水泥路面和沥青路面层间结合水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施 加铺维修改造技术最大的难点是防止或减少水泥混凝土旧路面的反射裂缝。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施 反射裂缝是由于原有的旧水泥混凝土路面的裂缝在荷载和温度的作用下会扩展到沥青

14、面层，而形成的一种裂缝。反射裂缝在许多寒冷国家或地区如北美、加拿大、日本、俄罗斯、北欧以及我国北方地区非常普遍。反射裂缝反射裂缝水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施 反射裂缝的存在会极大地影响沥青加铺层的使用寿命，不仅影响行车舒适性，而且导致路面水下浸，影响到路基的强度与稳定性。更为重要的是，在行车荷载反复作用和周期性变化环境温度的影响下，常常使得裂缝迅速向四周扩展，大大缩短了罩面层的使用寿命。反射裂缝是水泥路面加铺沥青层面临的一大技术难题。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、防治旧水泥混凝土路面反射

15、裂缝的措施目前国内外对减少反射裂缝的主要方法有：（）使用防裂效果更好的面层；（）增加沥青面层厚度；（）从结构本身入手防止和减少反射裂缝(如采用碎石化技术)；（）设置应力吸收层等。上述方法中有的造价偏高，有的在设计上难度较大。而应力吸收层是上述方法中有的造价偏高，有的在设计上难度较大。而应力吸收层是一种造价适中，阻裂效果良好的方法。一种造价适中，阻裂效果良好的方法。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究、防治旧水泥混凝土路面反射裂缝的措施应力吸收层在路面结构中能依靠自身的塑性变形来吸收应力。根据断裂力学的理论，低弹性模量，高韧性的应力吸收层，可以缓解裂缝尖端的应力集中现

16、象，因而能起到较明显的防裂作用。国内外对此类防裂措施开展了不少试验研究，并取得了一定的研究成果。常用常用措施措施土工布土工布土工格栅土工格栅改性沥青改性沥青层层改性沥青改性沥青砂砂细粒式沥细粒式沥青混凝土青混凝土碎石封层碎石封层水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究碎石封层应力吸收层施工示意图碎石封层应力吸收层施工示意图水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 采用采用SBS等聚合物改性沥青等聚合物改性沥青 软化点软化点75758585 车辙试验动稳定度车辙试验动稳定度 DS2000DS2000次次/mm/mm 小梁弯曲试验最大破坏应变小梁弯曲

17、试验最大破坏应变max3500umax3500u 混合料级配需专门设计，其中矿粉用量大于混合料级配需专门设计，其中矿粉用量大于8%8%，油石比，油石比8%8%。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究四、加铺设计过程四、加铺设计过程1.路面损坏状况调查及评定2.旧水泥混凝土路面的修复设计3.最小加铺厚度的计算4.道路纵断面设计5.沥青混凝土加铺层结构设计 水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究在车辆荷载与温度应力作用下

18、，旧水泥混凝土板接缝处，在车辆荷载与温度应力作用下，旧水泥混凝土板接缝处，会产生垂直相对位移与水平相对位移，从而导致沥青加铺会产生垂直相对位移与水平相对位移，从而导致沥青加铺层内产生较大的拉应力与剪应力，引发反射裂缝。层内产生较大的拉应力与剪应力，引发反射裂缝。设计控制的指标为因旧路面板的移动产生的拉应变和因设计控制的指标为因旧路面板的移动产生的拉应变和因接缝两侧不同的竖向位移造成的剪应变。接缝两侧不同的竖向位移造成的剪应变。 该方法力学概念简单清楚，易于接受和应用，但由于该该方法力学概念简单清楚，易于接受和应用，但由于该分析方法中作了一些粗糙的假定，从而并不能准确的分析分析方法中作了一些粗糙

19、的假定，从而并不能准确的分析沥青加铺层中应力分布状况，无法考虑接缝或裂缝处的应沥青加铺层中应力分布状况，无法考虑接缝或裂缝处的应力集中对罩面层反射裂缝的影响。力集中对罩面层反射裂缝的影响。ARE(AustinARE(Austin Research Engineers) Research Engineers)法法五、加铺层设计方法五、加铺层设计方法水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 该法是一种经验法，认为沥青加铺层的破坏原因是行车荷载所引起的接缝处的竖向弯沉差。设计参数主要考虑水泥混凝土板长、接缝宽度和层间处置措施。层间处置可设置土工织物、应力吸收薄膜层、排水下封层

20、或对旧水泥混凝土板进行破碎与稳定处理。AI(AI(美国沥青学会美国沥青学会) )法法 该法以弯沉差为控制指标，给出了简单的图表来确定罩面层的厚度，虽然考虑了防反措施在减薄罩面层厚度方面的影响，但没有给出定量的关系。五、加铺层设计方法五、加铺层设计方法水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究AASHTOAASHTO法法 AASHTO设计法是迄今为止较完善的经验设计方法，是基于等效结构数来确定沥青加铺层的厚度，具体内容包括可行性研究、旧水泥混凝土板的处理、防反措施的选择和厚度计算等。AASHTO经验设计法是以新建水泥混凝土路面设计方程为基础，考虑旧路面的剩余寿命，对影响路面

21、使用性能的其他因素也作了较全面的考虑，并引入了可靠度的概念。此法设计概念明确，易于操作，但它没有考虑防反措施对路面使用性能和罩面层厚度的影响。五、加铺层设计方法五、加铺层设计方法水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究工程案例工程案例原路面结构示意图原路面结构示意图 随着周边道路网络的不断完善，人民生活水平的提高，乘客对于行车舒适性的要求越来越强烈，水泥路面舒适性差的弊端逐渐体现，为了满足乘客舒适性的要求，同时提高高速公路的服务质量，对原路段进行加铺沥青混凝土改造设计。一、工程概况一、工程概况水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究二、设计依据二

22、、设计依据水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究（一）交通调查与分析（一）交通调查与分析三、原路面状况及总体评价三、原路面状况及总体评价交通流及交通组成交通流及交通组成水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究轴重超载状况轴重超载状况（一）交通调查与分析（一）交通调查与分析水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究交通量预测交通量预测（一）交通调查与分析（一）交通调查与分析水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 根据方案设计中的车型分类及超载比例，利用AASHTO中的轴载换算系数对各类车辆进行轴载换

23、算，得到设计基准期10年的累计标准轴载作用次数为4327. 2万次。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究（二）路况评估（二）路况评估评价指标评价指标水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面行驶质量评价路面行驶质量评价水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究平整度指数平整度指数水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面破损情况路面破损情况破碎板破碎板微细网状裂缝微细网状裂缝水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面破损情况路面破损情况横向裂缝横向裂缝纵向裂缝纵向裂缝

24、水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面破损情况路面破损情况角隅断裂角隅断裂错台错台水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面破损情况路面破损情况接缝料脱落接缝料脱落超高路段唧浆超高路段唧浆水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 通过现场采用贝克曼梁对超车道的砼板角进行脱空检测，共检测了2170块，板角弯沉值达到20 (0. 01mm)的共194块，占检测数量的6. 1%。由于贝克曼梁弯沉检测是抽查，每三块板检测一块板，由于对病害板不进行检测，因此实际脱空比例应该加上病害板，计算得到的脱空比例为16. 6%。水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究路面结构情况路面结构情况基层顶面当量回弹模量（基层顶面当量回弹模量（MPa）水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究水泥混凝土路面加铺沥青层技术研究 A线方向共检测100块板，基层顶面当量回弹模量平均值为397MPa，最大值为1082MPa，最小