长寿路面成套技术分析和应用

1、长寿命路面成套技术分析和应用一 前言二 高速公路路面的主要病害三 高速公路路面寿命不足的原因四 常用高速公路路面结构分析五 长寿命路面技术与实践 高速公路是一个完整的系统，有路基、路面、桥涵、隧道、防护排水、安全设施等共同构成的一个整体，共同承受荷载、环境对它的影响，任何一个环节出了问题，都会直接或间接地影响到它的使用功能和寿命。 一、前 言 设计、施工是保证公路使用寿命的两大关键因素。设计是灵魂施工是关键 设计需要综合考虑各个环节； 施工讲究工艺、设备、材料协调一致。 从一个完整的系统出发，全面考虑各个环节的协调、相互关系、相互配合。 出手时应该是 一套组合拳！二、高速公路主要病害车 辙水损

2、坏纵向裂缝 横向裂缝三、高速公路寿命不足的原因 我国的高速公路沥青路面和水泥路面的设计年限一般分别为15年和30年，但令人触目惊心的是，多数高速公路存在使用35年后即需大修的情况。 其主要原因有以下几方面： 1、目前的设计理论仅仅是以前轻交通条 件下的设计理论和方法的简单外延 ； 2、超、重载交通的客观存在与设计规范 的严重不一致； 3、高速公路渠化交通与一般道路混合交 通的巨大差异； 4 、道路施工及部分主要材料生产与工业 化、标准化的生产模式尚存在较大 差异； 5 、建设管理和施工力量与飞速发展的 高速公路建设规模严重不适应。 四、常用高速公路路面 结构分析 高速公路的路面结构型式主要有沥

3、青混凝土路面、水泥混凝土路面与复合式路面三种（结构型式见下页图）。其中，半刚性基层沥青路面占90以上，水泥混凝土路面以及复合式路面占剩余的大约10。沥青路面典型结构 812cm 粗粒式沥青混泥土 3240cm 基 层 土 基1620cm 底 基 层 46cm 细 粒 式 沥 青 混 凝 土 68cm 中粒式沥青混凝土优点： 行车舒适性好、 噪音小 适应性强 养护维修方便路面总厚度6685cm 缺点: 耐水性差 温度稳定性差 平整度的保持性差水泥路面典型结构 2426cm 水泥混凝土面板 1620cm 基 层 1620cm 底 基 层 土 基路面总厚度5666cm 优点 稳定性好 强度高 耐久性

4、好 有利于夜间行车 平整度的保持期长缺点: 有接缝 修复困难 易脱空，产生断裂破坏 沥 青 砼 面 层 水 泥 砼 面 层 基 层 底 基 层 土 基复合式路面结构图 路面总厚度5769cm优点可承受重大交通作用改善平整度 有效利用旧水泥路面改善公路环境造价降低 缺点 反射裂缝 水损害 推移 在复合式路面中，沥青混凝土水泥混凝土路面结构独树一帜，倍受青睐。 这种路面“刚中有柔、以刚为主”，综合了沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两者的优点。 为克服沥青混凝土路面的诸多缺点，目前多采用改性沥青混凝土作为罩面层，其中包括乳化沥青、树脂沥青、橡胶沥青、水泥沥青混凝土、纤维沥青等多种型式。 五、长寿命路面

5、技术与实践 5.1 长寿命路面设计思想 5.2 新技术、新材料、新工艺 一种新思维 可以打开一把旧锁5.1 长寿命路面设计思想路面结构外在影响因素 车辆荷载 环境影响（温度、水） 在进行长寿命路面思考、论证的过程中，我们借助“PCCAC复合式路面”这种路面结构，采取新思路、新技术，来实现长寿命路面的设计。 改性沥青砼面层 4cm 水泥砼面层 28cm 二灰碎石基 层18cm 灰土或固化剂处理路床 20cm 冲击压实处理路床（影响深度80cm） 长寿命路面结构厚度53.5cm应力吸收层2cm防水联接层1.5cm 对于长寿命路面结构，其结构主要由水泥混凝土板来提供持久、强大的承载力，而沥青混合料面

6、层主要提供行车的安全性和舒适性。原主线路面结构图 现主线路面结构图 5.2 新技术、 新材料和新工艺 （1）路基冲击压实技术 （2）土壤固化剂 （3）二灰稳定碎石基层中掺加硫酸钠 （4）新型沥青防水联接层 （5）高抗折强度、大厚度、小板块水泥砼路面 （6）高性能沥青应力吸收层和上面层 （7）防水排水综合设计 （8）路肩敷设法通信管道设置 （9）28米路基设置六车道 （10）提高行车安全性的措施 （1） 路基冲击压实技术 高速公路路基顶层采用冲击压实施工技术，提高路基上部约80cm深范围内的压实度，提前完成了约4cm的路基沉降，形成整体稳定、均匀连续的高速公路上路床，为实现高速公路路面的长寿命提

7、供基础保证。 冲击压实施工 （2） 土壤固化剂 采用美国进口的土壤固化剂稳定砂性土。不但可以减少裂缝，而且与二灰稳定土相比，减少环境污染，方便施工，加快施工进度，对粉性土壤效果显著。尉许路采用的路床顶面20cm土壤固化剂处理强度达到0.6MPa以上。 土壤固化剂处理路床施工（3）二灰稳定碎石基层中掺加硫酸钠 二灰稳定碎石基层具有较好的抗裂性能，但早期强度较低，所以，掺加硫酸钠，可以提高早期强度，减少裂缝，降低施工难度，保证质量。二灰碎石养生 （4）新型沥青防水联接层 与通常的0.6-0.8cm厚的封层相比，我们采用的沥青防水联接层厚度达1.5cm，不但起到防水和保护基层的作用，而且有效地联接了

8、基层和水泥砼面层，分散水泥面层和基层之间的应力，减轻了水泥砼面层对基层的冲击与磨损。因此，联接层的设置，大大降低了基层破坏、面板脱空、唧泥等病害发生的可能性，并保护基层免遭施工车辆的损坏。 防水联接层施工（5）高抗折强度、大厚度、小板块水泥砼路面 采用超强的设计强度。设计弯拉强度达5.5 MPa。实际施工中，无论是室内小梁试验数据，还是现场钻芯的劈裂强度数据，混凝土的强度都达到了6.0MPa以上。 采用滑模摊铺技术 为保证路面施工质量和工程进度，在河南省第一次全面采用滑模摊铺技术进行水泥混凝土面板施工。水泥混凝土滑模施工二灰碎石 18cm防水联接层1.5cm水泥砼面层 28cm 面板的全部缩缝

9、设传力杆，防止大吨位车辆荷载对路面的损害，保证路面行驶舒适性。研究并开发了传力杆自动植入机，并成功地运用于实际工程施工。 传力杆自动植入机传力杆埋置效果传力杆埋置效果 通过巧妙的板块划分技术，减少约34%的温度和荷载综合板底应力；28cm是目前河南省最厚的水泥混凝土面板，将大大提高水泥砼路面的使用寿命。（详细板块划分方案见稍后的图示） 巧妙的板块划分方式 水泥混凝土路面平面尺寸一般是4m4m、4m5m，板宽一般为4m。高速公路行车道宽一般为3.5m3.75m，这样的划分方式经常导致车辆行驶在一块混凝土板上，或使一侧车轮沿缝行驶，致使混凝土板底经常处于高应力水平的荷载作用下，造成混凝土因局部应力

10、过大而破坏，实际使用寿命降低。 40075 375375 50 300400375紧急停车带行车线行车线 纵缝纵缝单位：（cm）常规板块划分前进方向 路 缘 带 我们创造性地提出在高速公路上采用3m4m的板块划分方式，旨在解决上面所述问题。行车线纵缝纵缝纵缝行车线行车线行车线300300300300单位：（cm）5035037537550前进方向 3m4m板块划分 3m4m的板块划分，能确保各个行车道上的车辆能够骑缝而行，两侧车轮分别作用在两块板上，使板底应力尽可能降低。3mx4m 板块划分板长4m板宽3m裸化机的研制裸化机的改进裸化机定型产品 灌 缝 图(cm)1.2 0.60.021.92

11、0.06270.4填缝条填缝料9切缝深度 ( 6 ) 高性能沥青应力吸收层和上面层 2cm的应力吸收层采用特殊配比和高品质沥青，起粘结、防水与防止反射裂缝作用。 2 cm 应力吸收层 28cm 水泥砼面层4cm厚改性沥青面层技术指标 采用SBS改性沥青，满足我国部颁标准I-D级技术要求，还应满足以下指标：软化点70以上弹性恢复（25）80TFOT后5延度25cm车辙试验动稳定度 DS4000次/mm 小梁弯曲试验最大破坏应变 max2500u2cm厚改性沥青应力吸收层技术指标 采用特制SBS改性沥青，SBS含量5%，指标满足部颁标准I-D级的要求软化点7585弹性恢复（25）85%TFOT后5

12、延度30cm车辙试验动稳定度 DS2000次/mm小梁弯曲试验最大破坏应变max3500u混合料级配需专门设计，其中矿粉用量8%，油石比8%直径25cm 直径30cm 直径35cm现场温度 25 以防为主、层层设防、防排结合。 依据地形，分散与集中相结合。 雨水利用，回馈自然。（7）防水排水综合设计 在路基高度低于2.5米，横坡大于纵坡，距高速公路越远地势越低的地段，采用分散排水，通过植草和种灌木进行边坡防护。 取消坡脚防护砌体，采用坡脚护坡道并绿化的方式，融入自然。 排水方式放样图5 13.6 5 三维网植草边坡剖面 （一） 粘性土 H5m土路肩集水槽小冠花 砂性土0H5m0H2.5 用二层

13、网垫 2.5H5 用三层网垫三维网植草边坡剖面图 （二）75811绿色植被混凝土25cm厚7.5号浆砌片石护脚2002881001：1.51001:180浆砌砼预制块水泥石灰土40 原边沟、边坡设计1012 （8）路肩敷设法通信管道设置 根据课题研究成果，尉许高速公路由12孔变更为4孔通信管道，避免造成通信管道的闲置。 通信管道由中央分隔带移至路肩，采用防眩板代替植物防眩，把中央分隔带完全封闭。中央分隔带积水中央分隔带横向排水管中粗砂填土 夯实防护栏直径8cm中空耐压型塑料管中央分隔带内通信管道埋设断面图路面设计高程土路肩下通信管道埋设断面图路缘带土路肩750231405路 面路 基中粗砂单侧

14、管群中心线土路肩边缘线400 2802001：0.01路基边坡尉许路中央分隔带护栏尉许路中央分隔带护栏美国水泥砼护栏 （9）28米路基设置六车道 我们采用了“四车道改六车道”方案，即在28m路基上设置六车道。由于四车道布置时，紧急停车带的利用率很低，造成很大的资源浪费。我们提出的设计是增加1m宽的路面，而布置六车道，另外在跨线桥附近设置停车岛以代替紧急停车带。 四改六车道布置（单位m）超车道行车道紧 急停车带中央带小车行车道大货 路缘带停车岛双向四车道布置图双向六车道布置图7.510.80.70.75中央带0.5 3.00.75路缘带 “四车道改六车道”方案仅增加了1米宽的路面建设费用，但经济

15、效益和社会效益是巨大的。 首先，六车道分担四车道的车辆荷载，增加了道路通行能力，避免了目前紧急停车带利用率极低造成的浪费。特别是外侧车道的划分，将速度相对较慢、载重较大的大货车与拖挂车进行分流，既提高了车道的通行能力，又延长了车道的使用寿命。 其次，“四车道改六车道”方案可以大大节约以后“四改六”的扩建投资费用，减少占用土地资源，并可避免高速公路扩建施工给高速公路正常运营和安全运输带来的不利影响。 (10) 提高行车安全性的措施 在尉许路路基高度低于2.5米的路段不设防撞护栏，采用放缓边坡的方法，降低工程造价，减少二次事故，提高行车安全性。 车道边缘线外侧设置隆声带。八、尉许路的先进性（一）国

16、内第一次（9项）1、第一个提出并设计使用寿命50年以上长寿命路面理论设计和典型路面结构组合，并大规模付诸实践（铺筑了长度达64的高速公路）。为解决重、超载对路面使用寿命的影响，延长道路使用寿命，具有特别重大的社会效益和经济效益。2、第一个详细、系统研究了高速公路通讯管道数量与通信能力；位置的相互关系，提出并设计实施了4管路敷设法方案，有效地节约了资源，并为解决中央分离带积水和通讯管理维修对高速安全和运行能力的影响打下了基础。3、第一次提出并实施了在水泥砼板下设置1.5沥青砼防水连接层方案（稀浆封层、三层实施、改性沥青5延度达50以上），对防止水泥砼类路面结构板下唧泥、脱空、造成断板具有重要作用

17、。4、第一次提出并实施了小板块水泥砼路面，板块划分有效地减少了荷载应力，是抵抗重载、超载交通和温度应力的有效型式5、第一次设计并研制了宽12.5m的钢筋植入机（分离式和整体式两种），使水泥砼滑模摊铺由于施工缩缝传力杆植入而实现大规模连续施工成为可能，为有效减轻缩缝竖向变形，提供连续、舒适的行车条件打下了基础。6、第一次在新建水泥砼路面上大规模采用应力吸收层工艺，和小板块水泥砼板共同作用，为减轻水泥砼面板缩缝、纵缝反射至面层进而产生水损坏打下了基础。7、第一次将土壤固化剂引用到高速公路、路床处理和路面基层，通过大量试验研究了粉性土、沙性土、亚粘土掺加固化剂和其它材料作为路面基层的可能性，并作为基

18、层铺筑了400m试验路段，对于环境保护、降低工程造价、提高工程质量具有重要作用。8、第一次在水泥砼板面上采用裸化技术，研制成功了整套的裸化处理设备，通过大量试验，确定了裸化的开始时间和施工工艺，为实现刚柔结合的长寿命路面优异的层间联结创造了条件。9、在综合防排水方面，第一次确定了下述设计原则:路面排水设计原则：以防为主，层层设防，防排结合；路肩、边沟排水设计原则：以分散排水为主，依据地形、土质，分散与集中相结合，保护水资源；防护工程设计原则：以绿色防护为主，以本地苗木为主，尽量减少白色污染，保护环境，融入自然。 （二）河南省内第一次（12项）1、第一次提出并实现了高速公路改高路堤为低路堤的设计目标，全线64设上跨天桥33座，（平均1.941处），路基平均填土高度2.87m。2、第一次提出并实现了“四改六”的车道划分方案，分散了路面车辆荷载，相应增加了路