沥青路面加铺技术

1、沥青路面加铺技术高等级沥青路面的修建，推动了沿线经济及社会的发展，但就目前国内外沥青路面使用状况 而言，还存在着不少问题，尤其是早期修建的高等级路面不同程度地出现了结构性破坏和功 能性的缺陷，严重影响了道路的服务水平及车辆的行驶安全。特别是近几年，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，目前国内很多沥青路面正处于维修、 待修状态。因此，近年来，公路设计、施工及科研的重点已逐渐从新设计和新建转移到旧路 网的养护和维修。项目重点的转变使得沥青路面的加铺技术研究成为必要。采用沥青面层作为原有路面的

2、加铺层，是一种非常典型的补强方法。然而，国内外对原有沥 青路面加铺改造仍处于研究、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 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。在沥青路面上加铺沥青混凝土层存在车辙、推移、拥包、 反射裂缝及加铺层疲劳寿命的问题。如何针对不同的问题，从不同的角度对原有沥青进行评 价、确定适宜的铣刨厚度及选择最佳的加铺层结构，并使加铺层功能、结构与材料统一起 来，至今仍是道路工程界所面临的一大难题。如何在现有沥青

3、路面铺筑和使用经验基础上， 进一步提高公路路面工程质量，实现公路路面质量再上新台阶，不仅关系到数额巨大的建设 和养护资金的使用效益，还将对路网整体服务质量产生重要影响。因此，在广泛收集并分析国内外原有沥青路面加铺沥青层有关资料的基础上，结合我国加铺 层结构现有具体情况，对用沥青加铺层改造旧沥青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、切实可行的沥青路面加铺技术。在原有路面 上直接加铺沥青层具有非常多的优点，研究的重点在于解决工程中的实际问题和难点问题， 推进原有路面加铺沥青层这个领域研究的深度，将研究成果应用到实际工程。目前，我国正在大力建设和谐社会，随着

4、和谐社会的进一步推进和全面建设小康社会的深入， 适宜铣刨厚度、适宜加铺厚度、适宜加铺结构、适宜加铺材料的路面加铺可以快速、经济地 改善当地的交通状况，提高路网的运营能力，为科学地进行沥青加铺层设计提供依据，减少 设计和施工中的自由性和任意性，延长路面的有效使用寿命，确保路面的使用质量，促进和 谐社会建设有极大的经济效益和社会效益。因此，开展在原有沥青路面加铺沥青层研究有着非常重要的现实意义。存在问题：综上所述，世界各国对沥青路面加铺相关技术进行了大量研究，取得了许多可喜的成果。但 是，在某些方面研究还不够深入和系统。经过认真分析，认为至少在以下几个方面还有待进 一步的研究。综合评价与路段划分：

5、现有的路面使用性能评价方法都未曾从指标数据代表的可靠性出发研究，而大多方法都是指 标单项加权确定，不曾从整体逼近的角度考虑。事实上，路况数据具有很大的不确定性，而 路况代表数据的客观准确对路面使用性能至关重要，如果采用定值的估计，则其可靠性与客 观性较差。因此，有必要探索一种新的评价方法，为道路管理者进行准确决策提供依据。 路段是指具有相同路面属性的道路段落，又称为均匀路段。路段的合理划分直接影响到诸如 基本数据的存储、调用、养护对策各项养护管理工作，必须建立一种适用易于操作的划分方 法。目前，划分路段时对路段属性变异性未曾深入细致的考虑，导致每个路段要么设计不足 （即早期损坏），要么过分设计

6、（材料使用不经济）。因此根据路段属性的变异性合理划分路段 是公路交通部门面临的一项刻不容缓的任务。弯沉控制铣刨处治：究竟旧路表面弯沉达到什么程度需要铣刨，如何通过旧路表面弯沉控制铣刨路面厚度，从而 确定更加科学合理的弯沉划分设计标准，国内外尚未进行相关的研究。因此，我们有必要对 此进行深入研究，确定铣刨设计准则，为铣刨厚度的确定及加铺层的设计提供依据。层间工作状态与处理技术：现有的沥青路面沥青加铺层的研究，尚没有将层间列为专门的研究对象，缺乏对层间结构的 工作状态及层间处理技术的全面分析，因此也没有将层间的有关研究上升到应有的理论高度。 到目前为止，将层间作为相对独立的加铺层结构，研究其固有的

7、属性和规律，仍然处于研究 的初级阶段，有许多未知的领域和课题。若从层间结构的破坏形态出发，考虑交通及自然环 境因素等角度出发，进行全面的分析就会发现层间作用机理的复杂性和多面性。因此，有必 要在一个更为宽广的领域内，站在更高的理论高度、进行学科交叉研究，全面分析层间的工 作状态、处理技术等诸方面问题，从而完善层间技术。夹层合理层位：理论分析和工程实践证明，在沥青加铺层结构中设置火层可以起到延迟路面开裂、延长路面 疲劳寿命、减薄沥青面层厚度、抵抗高温车辙等作用，诸如格栅火层。以往的力学分析主要 集中火层对抗反射裂缝与抗车辙上，但未曾系统从格栅的功能上分析格栅层位对加铺层结构 的影响，对格栅位置在

8、加筋沥青路面中的工作机理研究较浅；以往试验大都是将格栅置于加 铺层层底并取得了相当好的效果，如果以层底出现裂缝作为加铺层破坏的标准，格栅置于加 铺层层底是合理的，但层底出现裂缝，并不代表加铺层寿命的终结。格栅应当设置在能最大限度发挥其功能的地方，但对于这一点国内外尚无相关的理论以及成 套的试验。为将功能、结构、材料统一起来，有必要探索沥青加铺层结构火层最佳位置，同 时探索格栅层位对沥青混合料性能影响的规律与属性。路面性能评价是依据所采集到的路面状况数据，对路面性能满足使用要求的程度做出判断。 路面性能的正确评价是合理制定养护维修计划、进行投资决策的重要依据之一，是路面养护 管理系统中重要的一环

9、，对于分析路面病害的成因，改进工程项目建设质量有重要指导意义。 随着高等级公路的发展，路面使用性能评价问题日益突出。目前，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，但针对不同状况的旧路面，所采取的加铺改造方案 也不同。因此，为使加铺改造措施和养护维修措施更具针对性、费用最小化、改造结果最经 济有效，对原有路面状况进行准确的检测和对使用性能进行客观评价就显得非常重要，尤其 是提出针对高等级公路路面使用性能评价方法与标准更是有着极其重要的理论和现实意义。 目前，路面使用性能评价主要采取单项评价或综合评价，根据道路养护维修的目的不同可采 用不同的评价方法。在确定具体的路面维修措施或

10、加铺措施时，通常采用单项评价指标及其 标准；在多路段进行对比优化时，通常采用综合评价。许多养护决策者在道路维修时，为了 能够较为准确地制定养护决策，通常采用单项评价和综合评价二者相结合的方式。本文对这 两种评价方法分别进行研究。路段合理划分：路段是指具有相同路面属性的道路段落，又称为均匀路段，是以里程桩定位参照系统建立的 路面管理系统中的最小管理单元。系统中的路况数据、评价、分析、预测和决策结果等大部 分数据，都是按照路段这个最小长度单位来进行存储和管理的。路段的合理划分直接影响到 诸如基本数据的存储、调用、养护对策各项养护管理工作，必须建立一种适用于操作的划分 方法。一般来讲，路段划分主要采

11、用等长分段法和变长分段法。路段划分方法的分类：划分路段的方法，根据所划分的路段长度特征，有定长和变长两种：根据划分时是否考虑路 况随时间进展的变化，有静态和动态两种。定长划分法：又称为固定长度分段法，是指将路面划分成等长的段落（如500米，1000米），作为系统的 最小管理单位。通常划分时不考虑路面的状况和性能，将路段的定长长度取为l千米，以里 程桩为界。这种方法在我国公路行业中多年得到了普遍使用，为广大使用者所按纳和熟悉。 变长划分法：变长划分法主要是指根据道路的属性，分别取不同的路面段落长度，作为系统的最小管理单 位。这种方法在划分时将路面状况及性能相近的道路合并处理，可大大减少数据，节省

12、计算 机的存储资源。静态划分法：静态划分法是根据某路面属性的相对值，将道路划分为一定的长度（定长或变长），划分结果 在一定时间内保持相对稳定：在应用一段时间后，若管理者认为必要，再重新划分、做出慎 重改变。动态划分法：动态划分法是基于路网不同时刻的状况自动划分的一种方法。例如，设定某一指标的允许变 化范围，路面状况数据采集后，当某些实测值超过规定的变化范围时，自动生成新的管理路 段。该法立足于真实的路面状况，反映了更丰富、适用的养护信息：但在路面状况改变较大 时，路段的划分会有明显变化，要求系统具有较高的管理水平。基于累积差分法的均匀路段划分：众所周知，由于路面类型、建筑历史（包括修复和主要的

13、养护）的、路面横断面（路面结构层 材料类型、厚度）、路基、交通、路况等多种因素的影响，一条公路的不同路段属性变量可 能存在较大的变异性，称为“路段属性变异性”，路段属性变异性分析是非常重要的，因为 它与某一项目最终的路面修复设计可靠度有关。合理考虑路段变异性对路面修复设计具有十分主要的意义。如果划分路段时对路段属性变异 性不进行深入细致的考虑，就会使路面修复策略完全失效。每个路段要么设计不足（即早期 损坏），要么过分设计（材料使用不经济）。因此根据路段属性的变异性合理划分路段是公路 交通部门面临的一项刻不容缓的任务。但是，目前国内在对路段划分时，仅通过目测主观确 定相对均匀的路段是不合理的，需

14、要提出一种科学的路段划分方法。推荐采用“累积差”方法，这种方法易于采用计算机评价，数学原理也简单。当变量与长度 关系确定以后，那么路段边界点的位置就是曲线斜率正负符号变化的位置。这种方法基本上是肉眼能够看到，但是大量数据人工处理很费时，然而，这种方法使用计算 （微机）解和图示分析就变得很容易。这种方法能用于大量不同的路面属性变量，例如弯沉、 服务性指数、抗滑阻力、路面破坏指数等等。为将结构功能与结构设计统一起来，通过分析火层设置位置对加铺层结构的应孔力应变影响， 首次系统地从火层提高沥青加铺层结构抗开裂能力、延长疲劳寿命及提高抗剪切性能二个不 同功能考虑，确定了沥青加铺层结构火层合理位置。根据

15、沥青加铺层常见开裂型式及其产生机理，考虑旧路有无裂缝，系统分析了交通荷载和温 度作用下，不同火层位置的格栅之下沥青层层底及格栅之上沥青层表面的受力状况。从抗反 射裂缝以及BUC开裂的角度来看，格栅火层越靠近加铺层层底越有利，建议将格栅设于加铺 层层底。首次提出了基于加铺层疲劳寿命的火层合理位置。建议在旧路加铺沥青混凝土时，格栅下方 先铺设1/6厚度左右的沥青混凝土层，其功能可视为整平凹凸不平的旧路表面以提供良好的 加铺格栅铺设面，也具有保护作用。旧路无裂缝时，可适当增加整平层的厚度，但最厚不宜 超过1/3。基于结构抗剪性能的火层加筋效果力学对比分析表明，当格栅位置远离无格栅剪应力最大值 所在竖

16、向位置时，加筋效果不太明显，甚至起到相反作用；格栅的加入改变了最大剪应力的 分布，并目前在剪应力最大值发生部位以及周围最小范围内加筋才会取得明显效果。通过系统研究剪应力值及所在点竖向位置随轴载、旧路开裂状况、水平荷载、模量比EAC/E 士及加铺层厚度的变化，确定了无格栅火层时的剪应力最大值所在位置，首次建议了基于抗 剪性能的火层合理位置。沥青加铺层结构层间处理技术：层间粘层油：层间粘结好坏关系到沥青加铺层的寿命能否达到预期值。当旧路路面上加铺沥青混凝土时， 沥青面层应该与旧路面层或基层具有粘结牢固、防水渗入、抗滑耐磨、低温抗开裂、高温抗 车辙、抗剥离的良好性能。粘结层是使沥青下面层、火层与旧路

17、联接成整体的结构层，粘结 层用沥青应具有较大的粘结力。粘层油的选择：层间要洒布粘层油，因此层间粘结强度则是靠高聚物分子间的吸引力。在交通及温度荷载引 起的张拉应力的反复作用下，层间出现粘结薄弱的区域，也就意味着部分沥青分子之间发生 断裂，分子引力消失。高聚物在承受各种应力时，其聚集态结构、化学结构和机械性质会发 生程度不同的一系列变化。一般C-C键能约为80千卡每克分子，若将机械力平均分布在每 个化学键上，是不足以将之拉断的，但是如将应力集中在某些弱的键上就有可能。因此，为了提高层间的抗疲劳性能，必须提高层间粘结材料分子间的抗冲击强度。在选择粘层油时要注意以下几点：选用粘弹性好的沥青材料。从结

18、构因素来分析，凡能提高大分子链柔顺性的，就可以提高抗 冲击强度。因为冲击作用力非常急速，往往使高聚物大分子链构象来不及作强迫性粘弹形变， 即链段来不及做松弛运动以分散应力，便出现脆性断裂。只有无定形高聚物处于高弹态，或 大分子链柔顺性大者，粘弹性也大，耐冲击性才较好。 选用分子量较大的改性剂对沥青材料改性。在一定范围内，抗冲击强度随分子量增大而增大。 当分子量超出某一范围，外力达到使大分子主价键断裂而仍不足以使大分子滑动时，断裂便 发生于主价键上，强度便不再随分子量增大了。根据研究，APP改性剂的分子量大约为5至 7万，SBS改性剂的分子量大约为21至25万，说明前者分子之间的抗冲击强度要小于后者， 所以作为粘结层材料，SBS改性的抗疲劳性能要优于APP。在粘结层材料中添加增塑剂。增塑剂是小分子油状物，能屏蔽大分子间相互作用力，有利于链段运动