我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回顧與思考

1、我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回顧與思考長安(chn n)大學(xué)戴 經(jīng) 梁2008年12月我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回顧(hug)與思考長安大學(xué)戴 經(jīng) 梁2010年12月共四十四頁2、我國瀝青路面的使用狀況1、我國瀝青路面的規(guī)模一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用(shyng)狀況共四十四頁 一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用狀況 1、我國瀝青路面的規(guī)模 1998年滬嘉高速公路、沈大高速公路先后通車，實現(xiàn)了我國高速公路零的突破；1999年10月高速公路通車?yán)锍?lchng)突破1萬公里，居世界第四位；2000年末通車?yán)锍?lchng)1.6萬公里，居世界第三位；2001年通車?yán)锍?lchng)達(dá)到1.9萬公里，居世界第二

2、位；2007年底，通車?yán)锍?lchng)猛增5.4萬公里；2009年底，高速公路通車?yán)锍?lchng)達(dá)6.51萬公里,穩(wěn)居世界第二位。 高速公路絕大部分采用半剛性基層瀝青路面。共四十四頁2、我國瀝青路面的使用狀況 部分(b fen)高速公路瀝青路面的使用狀況比較好。例如：沈大、京津塘、廣琛等高速公路使用78年（設(shè)計年限15年）才進入大修,達(dá)到相當(dāng)高的使用水平。 不少高速公路瀝青路面的早期破壞嚴(yán)重。瀝青路面建成當(dāng)年或2-3年,發(fā)生程度不同的車轍、網(wǎng)裂、坑糟等早期破壞 一、我國瀝青路面的規(guī)模(gum)與使用狀況共四十四頁 高速公路瀝青路面(lmin)普遍達(dá)不到設(shè)計年限15年（國際上一般為3050

3、年），最多7-8年就必須大修路面(lmin)結(jié)構(gòu)的耐久性差。 普遍認(rèn)為：我國瀝青路面的使用壽命短、耐久性差與我國千篇一律地使用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)具有很大的關(guān)系。一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用(shyng)狀況共四十四頁二、半剛性基層瀝青路面問題分析 半剛性基層瀝青路面的最大優(yōu)點(yudin)是板體性強，具有很高的承載能力，且價格便宜。 我國高速公路廣泛采用此種路面的基本出發(fā)點。 思考： 在國際上發(fā)達(dá)國家為什么很少采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)； 國外，重交通道路不采用半剛性基層瀝青路面，只是在低等級，交通量低的道路采用。共四十四頁 半剛性基層瀝青路面具有不少問題，有些問題甚至(shnzh)是無法

4、解決的。 1、半剛性基層的最大問題是收縮開裂，它將導(dǎo)致瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫，并進一步引起： （1）裂縫進水導(dǎo)致瀝青層與基層界面從連續(xù)狀態(tài)變成滑動狀態(tài)；使基層、底基層、路基含水狀況發(fā)生變化，承載力迅速降低； （2）車輛從裂縫一側(cè)到達(dá)另一側(cè)，使路面裂縫處發(fā)生大的應(yīng)力突變，形成很大的剪應(yīng)力和表面拉力,加劇瀝青路面破壞。二、半剛性(n xn)基層瀝青路面問題分析共四十四頁 2、半剛性基層非常致密(zhm)，基本上是不透水材料，一旦水進入路面并到達(dá)基層表面后，難以排出。水分集聚在瀝青層和基層界面，在車輛荷載的反復(fù)作用下，基層表面沖刷，并產(chǎn)生唧泥，導(dǎo)致路面的破壞。 半剛性基層瀝青路面的反射裂縫和內(nèi)部排水性

5、能差及基層表面易沖刷是其致命的弱點。二、半剛性基層(jcng)瀝青路面問題分析共四十四頁 3、半剛性基層具有很好的整體性，但在使用過程中，路面進水后，半剛性基層在長期流水和多次凍融循環(huán)作用下，其板體結(jié)構(gòu)會逐漸破壞、產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞。半剛性基層由整體向大塊、小塊、碎塊變化(binhu)，按整體結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計路面是偏于不安全的。 二、半剛性基層瀝青路面問題(wnt)分析共四十四頁 4、半剛性基層瀝青路面對重載車輛(chling)具有更大的軸載敏感性。 在計算拉應(yīng)力時，柔性基層的軸載換算按4次方計算，而半剛性基層是8次方計算（實際上，很可能是12-15次方） 軸載增大1倍，柔性基層換算軸次增大16倍，

6、半剛性基層換算軸次增大256倍 （甚至212=4096倍） 超載對半剛性基層瀝青路面的危害遠(yuǎn)大于柔性基層瀝青路面。二、半剛性(n xn)基層瀝青路面問題分析共四十四頁 5、半剛性基層損壞后沒有愈合能力，且難以修補。 半剛性基層一旦(ydn)破壞，使無可救藥，除了挖 掉重建外，別無它法。 半剛性基層瀝青路面的維修只能是“開膛破肚”式進行。這是半剛性基層瀝青路面使用過程中，面臨的一大難題。二、半剛性基層瀝青路面問題(wnt)分析共四十四頁 6、半剛性基層瀝青路面難以跨年度施工。 無論是直接暴露或是鋪一層瀝青面層過冬，都避免不了發(fā)生(fshng)橫向收縮裂縫，從而為瀝青路面產(chǎn)生反射裂縫留下隱患。 半

7、剛性基層暴露可能凍酥，影響強度形成。在季節(jié)性冰凍地區(qū)，半剛性基層的凍融損壞幾乎難以避免。 7 、半剛性基層瀝青路面易產(chǎn)生失穩(wěn)性車轍,特別在高溫季節(jié)，在重載的作用下，路面將產(chǎn)生嚴(yán)重的轍槽，影響行車安全，甚至影響通行。二、半剛性基層(jcng)瀝青路面問題分析共四十四頁 半剛性基層瀝青路面的致命弱點路面開裂、進水且難以排走，對重載敏感性大。 思考： 既然半剛性基層瀝青路面具有上述種種問題，甚至有些問題是致命的。為什么一直(yzh)沿用至今，難以改變？ 這是中國國情所定的，是我國公路建設(shè)發(fā)展歷史的必然結(jié)果。二、半剛性基層(jcng)瀝青路面問題分析共四十四頁2、20世紀(jì)70年代的發(fā)展情況1、20世紀(jì)

8、60年代的發(fā)展情況三、半剛性(n xn)基層瀝青路面的發(fā)展歷史3、20世紀(jì)80年代后的發(fā)展情況共四十四頁 1、 20世紀(jì)60年代采用石灰穩(wěn)定土基層渣油表面處治（渣油是一種質(zhì)量很差、蠟含量很高的石油煉制過程中付產(chǎn)品） 主要解決公路晴天揚塵、雨天泥濘的問題(wnt)。 2、20世紀(jì)70年代采用水泥、石灰、粉煤灰等無機結(jié)合料穩(wěn)定粒料的半剛性基層和貫入式瀝青路面、上拌下貫式瀝青路面及半開級配瀝青碎石瀝青路面。 加快了公路路面“黑色化”，使我國公路瀝青路面使用質(zhì)量有了顯著改善。三、半剛性基層瀝青路面的發(fā)展(fzhn)歷史共四十四頁 3、 20世紀(jì)80年代后大量(dling)采用半剛性基層瀝青路面 （1）

9、隨著改革開放，國民經(jīng)濟蓬勃發(fā)展，交通量迅速增加，開始大量修建二級公路、一級公路和高速公路。瀝青面層逐步向瀝青混凝土發(fā)展，半剛性基層和底基層的強度也隨之要求增加。 （2）國產(chǎn)瀝青難以滿足蓬勃發(fā)展高速公路建設(shè)形勢，大量依賴國外進口瀝青，經(jīng)濟負(fù)擔(dān)沉重，難以采用國外使用的柔性基層瀝青路面。三、半剛性(n xn)基層瀝青路面的發(fā)展歷史共四十四頁 （3） 80年代末，“七五”國家科技攻關(guān)項目“半剛性基層重交通道路瀝青路面及抗滑表層成套技術(shù)”的成果，成為半剛性基層瀝青路面設(shè)計和施工的重要技術(shù)依據(jù)。 半剛性基層瀝青路面成為中國瀝青路面的主要結(jié)構(gòu)形式，幾乎成為包括(boku)高速公路在內(nèi)的唯一結(jié)構(gòu)形式為我國瀝青

10、路面的發(fā)展做出了巨大貢獻。三、半剛性(n xn)基層瀝青路面的發(fā)展歷史共四十四頁2、國外與我國使用情況的區(qū)別1、國際上20世紀(jì)70年代以前的使用情況四、國外半剛性基層瀝青路面使用(shyng)狀況共四十四頁四、國外半剛性基層瀝青路面使用狀況 1、國際上20世紀(jì)70年代以前，半剛性基層瀝青路面曾得到較多的應(yīng)用。 目前柔性基層與全厚式瀝青路面已成為(chngwi)路面的主流。 國際上路面結(jié)構(gòu)類型的轉(zhuǎn)變，應(yīng)當(dāng)引起我們認(rèn)真的思考在軸載，交通量日益增大的今天，中國公路仍唯一的采用半剛性基層瀝青路面，是否合適？共四十四頁 2、國外半剛性基層瀝青路面普遍使用在地方道路及低交通量公路上，且在使用上與我國有很大

11、區(qū)別。 （1）國外半剛性材料主要用于加強路基，而我國將其作為主要的承重(chngzhng)層。 國外瀝青路面的承重(chngzhng)層，不僅包括基層，更主要是依靠瀝青層。 我國將瀝青層作為功能層，國外除了將瀝青層作為功能層，更主要是承重層。四、國外半剛性基層瀝青路面使用(shyng)狀況共四十四頁 （2）國外半剛性基層瀝青路面基層材料的強度一般不太高，水泥用量少，7d設(shè)計強度一般在3Mpa左右。 我國半剛性基層強度過高，甚至有些地方認(rèn)為強度越高越好，導(dǎo)致鋪筑瀝青(lqng)層之前開裂現(xiàn)象十分嚴(yán)重。四、國外半剛性基層瀝青路面使用(shyng)狀況共四十四頁 （3）水泥(shun)穩(wěn)定碎石基層上

12、經(jīng)常設(shè)置級配碎石層作為過渡層，以減少反射裂縫和利于排水。 我國設(shè)計規(guī)范也提到這種路面結(jié)構(gòu)，然而由于這種路面結(jié)構(gòu)難以滿足設(shè)計彎沉的要求，得不到采用。四、國外半剛性(n xn)基層瀝青路面使用狀況共四十四頁 3、國外瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常對路基(lj)和基層提出起碼的要求（例如路基(lj)豎向壓應(yīng)變200）瀝青層作為承受彎拉應(yīng)力的主要承重層（瀝青面層的彎拉應(yīng)變70 ） 意味著瀝青層的厚度是至關(guān)重要的，只要路基、基層滿足一定的要求，路面破壞就是瀝青層厚度不足。四、國外半剛性基層瀝青路面使用(shyng)狀況共四十四頁 4. 我國半剛性基層瀝青路面設(shè)計時，假定瀝青層的厚度，以基層或底基層作為計算層進

13、行結(jié)構(gòu)厚度計算。 意味著瀝青層只起到功能作用，厚度無關(guān)緊要，甚至認(rèn)為瀝青層越厚，彎沉越大，反而沒有好處(ho chu)。半剛性基層是承重層，路面承受的荷載大、交通量大就需要加強基層強度（剛度）和厚度，路面破壞意味著基層破壞。四、國外半剛性基層瀝青路面使用(shyng)狀況共四十四頁2、技術(shù)引進促進跨越式發(fā)展1、我國瀝青路面結(jié)構(gòu)問題五、改善(gishn)我國瀝青路面使用狀況的思考3、瀝青路面結(jié)構(gòu)問題放眼看世界4、改變單一使用方法共四十四頁 1、我國高速公路采用的半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)在繁重交通及施工質(zhì)量等因素(yn s)的影響下，出現(xiàn)了早期破壞，提前達(dá)到了使用壽命。大部分路面是由于基層的損壞，而

14、使路面成為結(jié)構(gòu)性破壞，無法通過瀝青面層的維修得到解決。大修往往是“開膛破肚”式的作業(yè)，工程量十分浩大，相當(dāng)于重鋪路面，這是一個使我國道路工作者十分困惑的難題。五、改善我國瀝青路面使用狀況(zhungkung)的思考共四十四頁 2、張春賢部長在全國交通工作會議上談到設(shè)計問題時指出：“要有針對性地引進國外成熟的技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范?？蒲谐晒菍嵺`經(jīng)驗的總結(jié)，是人類文明的結(jié)晶，我們要善于借鑒一切先進的科研成果。在公路建設(shè)和管理領(lǐng)域、國與國之問技術(shù)問題及解決方法具有很多共性。發(fā)達(dá)國家研究早、實踐早、積累了豐富的經(jīng)驗，許多(xdu)技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范屬于政府所有，沒有知識產(chǎn)權(quán)的障礙，我們要把技術(shù)引進作為公路交

15、通實現(xiàn)新的跨越式發(fā)展的重要手段”這一段話為我國解決公路路面早期損壞指出了方向。五、改善(gishn)我國瀝青路面使用狀況的思考共四十四頁 3、在瀝青路面結(jié)構(gòu)問題，我們也需要放眼世界(fng yn sh ji)。 國際上的高速公路和重交通公路，大量使用柔性基層瀝青路面，現(xiàn)在又出現(xiàn)了永久性路面或長壽命瀝青路面。 該種路面的使用壽命可達(dá)到40-50年； 最新的研究發(fā)現(xiàn)： 該種路面瀝青層厚度超過一定厚度時，良好材料組成和施工的路面可避免傳統(tǒng)的瀝青層底開裂和結(jié)構(gòu)性車轍。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)軸次超過一定次數(shù)后，瀝青層厚度無須增加。五、改善我國瀝青路面使用狀況(zhungkung)的思考共四十四頁 該種路面最大特點(td

16、in)是確保路面各類損壞控制在路面頂部（25100mm）范圍內(nèi)，如自上向下的溫度疲勞開裂、車轍、表面磨耗與瀝青老化等都限制在磨耗層內(nèi)。表面層的損壞只需通過銑刨和預(yù)防性養(yǎng)護就可以解決。 意味著這種瀝青路面在使用年限內(nèi)不需要大的結(jié)構(gòu)性重修或重建，并企圖無限期地使用下去。五、改善我國瀝青路面使用狀況(zhungkung)的思考共四十四頁 4、我國應(yīng)改變目前單一使用半剛性基層瀝青路面的狀況，使不同路面結(jié)構(gòu)得到合理的使用。 對現(xiàn)有的半剛性基層瀝青路面應(yīng)進行再認(rèn)識，努力克服其不合理的一些因素(yn s)，使其得到改進，更加完善； 開始考慮在中國適當(dāng)?shù)匕l(fā)展柔性基層瀝青路面的結(jié)構(gòu)形式。探討該種路面在我國各地高

17、速公路中使用的可行性，改進我國瀝青路面結(jié)構(gòu)單一的問題。五、改善我國瀝青路面使用狀況(zhungkung)的思考共四十四頁 4、國外常見的柔性路面結(jié)構(gòu)組成 2、部分國家使用的主要瀝青路面結(jié)構(gòu) 六、國外柔性基層(jcng)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介3、部分國家或單位采用的設(shè)計指標(biāo)1、國外路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計年限6、永久性路面的特點5、永久性路面產(chǎn)生的背景 7、永久性路面對結(jié)構(gòu)層材料的要求8、基于力學(xué)分析的設(shè)計方法共四十四頁204030402040204030404030403050設(shè)計年限澳大利亞加拿大日本南非法國英國德國美國（AASHTO93）國家 1、國外路面(lmin)結(jié)構(gòu)的設(shè)計年限六、國外柔性(ru

18、xn)基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁 中國（輕交通）加拿大德國日本（中、輕交通）美國(貧水泥混凝土)（中、輕交通）英國(水穩(wěn)碎石)法國薄瀝青層厚粒料基層厚瀝青層下臥基層半剛性基層混合式全厚式粒料基層主要路面結(jié)構(gòu)國家2、部分國家使用的主要(zhyo)瀝青路面結(jié)構(gòu) 六、國外柔性(ru xn)基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁俄羅斯法國(f u)比利時諾丁漢大學(xué)南非(nn fi)日本澳大利亞SHELL補強AI路表彎沉永久變形粒料層剪切應(yīng)力路基頂面壓應(yīng)變穩(wěn)定粒料層拉應(yīng)力瀝青層疲勞機構(gòu) 3、部分國家或單位采用的設(shè)計指標(biāo)六、國外柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁 4、國外常見的柔性路面結(jié)構(gòu)(jig

19、u)組成六、國外柔性基層(jcng)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁國外常見的柔性路面(lmin)結(jié)構(gòu)組成六、國外柔性基層(jcng)瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁5、永久性路面(lmin)產(chǎn)生的背景 重載交通給歐洲瀝青路面帶來的挑戰(zhàn)表現(xiàn)在以下方面： （1）重載交通量的增加、重載軸載增加； （2）慢速交通產(chǎn)生了更大的路面應(yīng)力； （3）高壓(goy)輪胎引起作用應(yīng)力的增加； （4）道路磨光加速。六、國外柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁 6、永久性路面(lmin)的特點 （1）在總費用上：初期修建費很高，日常養(yǎng)護費較少，總費用效益比最大； （2）在設(shè)計年限上：至少40年； （3）在損壞模式上：路面(lmin)的損壞只發(fā)生在表面層，如表面開裂，不存在結(jié)構(gòu)性破壞； （4）在養(yǎng)護維修上：只需要日常養(yǎng)護，不需要進行結(jié)構(gòu)性大修。六、國外柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁最大拉應(yīng)變(yngbin)路面(lmin)基礎(chǔ)（Pavement Foundation）高模量抗車轍材料（聯(lián)結(jié)層）柔性抗疲勞材料 3 - 4”（HMA基層） 1.5 - 3” SMA, OGFC 或 Superpave （表面層 ） 4”to6”高壓應(yīng)力區(qū)六、國外柔性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計簡介共四十四頁 7、永久性路面對