道橋畢設文獻綜述

1、畢業(yè)設計（論文）文獻綜述課題名稱：高速公路路面結構的使用性能評定與改建設計研究學 院： 土木與交通學院 專 業(yè)： 道路橋梁與渡河工程 年級： C1201 指導教師： 宋金華 學生姓名： 李博楠 學 號： 127499 2016年 4月 13日高速公路路面結構的使用性能評定與改建設計研究 一、前言高速公路在我國交通運輸體系中占有重要地位，與國民經(jīng)濟發(fā)展水平密切相關，客運貨運需求及汽車保有量對高速公路的發(fā)展具有主導作用。自 1988 年我國大陸首條高速公路滬嘉高速公路建成通車以來，經(jīng)過 20 多年的持續(xù)快速發(fā)展，我國高速公路通車總里程實現(xiàn)了歷史性跨越，截至 2013 年末，我國高速公路總里程達到

2、10.44 萬公里，僅次于美國位居世界第二位，近十年來年均增長率在 10%以上（如圖所示），當前的絕對增量依然強勁。雖然我國公路通車總里程已經(jīng)位居世界前列,并且進入一個迅速發(fā)展的時期,但在已經(jīng)建成使用的高速公路中，由于受到當時建設社會經(jīng)濟技術水平和建設思想的制約，有相當多的一部分已不能適應交通量增長和社會發(fā)展的要求，道路的使用性能正在逐年下降，有的還出現(xiàn)了比較嚴重的路面病害。在我國，已建成的高速公路大部分為雙向四車道，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，某些高速公路現(xiàn)有通行狀況將不能適應交通要求，需擴大通行能力，增加行車道數(shù)。從長遠的角度考慮，有必要對這些路段進行改擴建，通過改擴建與必要的原路面翻修，徹底恢復道路

3、的使用性能。本課題將著重研究我國高速公路的路面結構狀況以及對路面現(xiàn)有問題的修復，改擴建措施與方法。二、正文1、國外高速公路路面結構使用狀況及發(fā)展趨勢以德國為例, 自上世紀20 年代德國開始建高速公路, 主要選用水泥混凝土路面, 到第二次世界大戰(zhàn)結束時, 德國高速公路90%采用水泥混凝土路面。戰(zhàn)后50 年,隨著石油工業(yè)的發(fā)展和瀝青路面修筑技術的不斷提高, 高等級公路多數(shù)采用瀝青混凝土路面。到1980 年前聯(lián)邦德國高速公路水泥混凝土路面僅占30%, 而瀝青混凝土路面占70%, 最有代表性地表明了高等級公路路面發(fā)展的趨勢。德國瀝青路面結構歷來以柔性結構為主, 且瀝青層較厚。在1986 年, 半剛性材

4、料明確不允許用作路面結構的基層, 一般采用2226cm 的瀝青面層。半剛性材料只作為底基層, 厚度統(tǒng)一為15cm。2001 年3 月德國新頒布的標準規(guī)定, 結構組合設計與路基土的性質、地區(qū)劃分、水文地質及線路位置等因素有關。美國的瀝青路面結構形式中, 使用最多的是全厚式、瀝青層下臥粒料層的柔性路面結構。半剛性基層瀝青路面在20 世紀50、60 年代曾經(jīng)是美國瀝青路面結構主要類型, 但從70 年代后, 半剛性材料使用越來越少,即使使用半剛性材料也趨向于作底基層, 且主要用于底基層。21 世紀初美國瀝青路面聯(lián)盟APA 帶頭聯(lián)合各單位進行永久性路面研究, 基本結構是全厚式瀝青路面, 高強度厚瀝青路面

5、, 實際上基本否定了在高速公路、重載交通上使用半剛性基層路面。其設計理念對美國瀝青路面結構發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生了重要影響。2、 國內(nèi)高速公路路面結構以及使用現(xiàn)況我國高速公路的路面結構基本上可分為三大類：半剛性基層瀝青路面（簡稱半剛性路面）；水泥混凝土路面(常簡稱剛性路面)；剛性組合式路面(即在水泥混凝土或碾壓混凝土板上鋪一層瀝青混凝土)。目前我國已建成的高等級公路廣泛采用半剛性基層瀝青路面結構。我國高速公路的半剛性路面通常由半剛性材料底基層、半剛性材料基層和瀝青面層構成。多數(shù)高速公路的半剛性基層厚20cm，采用水泥穩(wěn)定碎石或石灰粉煤灰穩(wěn)定碎石。半剛性路面的總厚度變化在5580cm(個別填土高度小和地下

6、水位高且土質不好的路段) ，絕大多數(shù)在6575cm之間。在水泥混凝土剛性板上鋪筑薄瀝青面層的剛性組合式路面也是瀝青路面的一種。剛性組合式路面與半剛性路面之間的差別僅僅表現(xiàn)為：前者的承載能力可完全由普通水泥混凝土或碾壓水泥混凝土板滿足，而后者的承載能力則可完全由半剛性材料層滿足。水泥路面因其舒適性及難于修復等缺點在我國高等級公路建設中所占比重正逐漸減少。但近年來半剛性基層瀝青路面早期破壞嚴重, 促使人們對此結構提出一些質疑, 普遍認為半剛性基層的缺點主要集中在收縮開裂及反射裂縫、內(nèi)部排水性能差、疲勞強度衰減性、對軸載反映敏感性大、破損后難以愈合、難以跨年度施工。國際上瀝青路面結構型式的實際情況,

7、 在高速公路重交通道路上最常用的是全厚式瀝青路面、柔性基層瀝青路面及混合式基層瀝青路面。鑒于我國的實際情況, 由于全厚式路面的瀝青層要求很厚, 價格較高, 短期內(nèi)在我國應用尚不現(xiàn)實。高速公路路面的早期破壞現(xiàn)象主要有：由軟土地基繼續(xù)沉降產(chǎn)生的路面（含橋頭）沉陷、路基壓實度不夠導致的局部沉陷變形和縱向裂縫、水破壞（表面產(chǎn)生坑洞、唧漿、網(wǎng)裂、坑洞等）、轍槽、泛油、松散、橫向裂縫、反射裂縫以及平整度較快變差或不平整度發(fā)展較快等。上述的路面破壞大體上可以分為兩類：一類是結構性破壞，它是路面結構的整體或其某一個或幾個組成部分的破壞，嚴重時已不能承受車輛的荷載；另一類是功能性破壞，如由路面的不平整或抗滑性能

8、降低，使其不再具有預期的功能。無論是哪一類破壞，路面的破壞都是逐漸積累起來的。對于功能性破壞，可以通過修整、養(yǎng)護來恢復路面的平整性，以滿足行車使用要求。但是對于結構性破壞，一般均需進行徹底地翻修。瀝青路面所用的礦料質軟和粒徑規(guī)格不符合要求，往往由于強度不足和劈裂作用使礦料壓碎導致路面破壞。3、當前現(xiàn)有的評價方法有以下幾種方法：模糊綜合評價法模糊綜合評價法既適合于可直接量化的評價指標，也適合不能直接量化的評價指標，可以參照高速公路養(yǎng)護質量檢評方法(試行) 給出的各分項評價指標的權重參考值和建議范圍，路面損壞及其結構狀況的評定可以采用此方法完成。層次分析評價法層次分析法的基本思路是首先根據(jù)問題的性

9、質和要求達到總的目標，把問題層次化，建立起一個有序的遞階系統(tǒng)，然后對系統(tǒng)中各有關因素進行兩兩比較評判，通過對這種比較評價結果的綜合計算處理，最終把系統(tǒng)分析歸結為最低層(決策對象、方案、措施等)相對于最高層(總目標)的相對重要性權重的確定問題。此種方法有一個明顯的缺陷，即評價結果很大程度上受人的主觀意志所決定。灰色關聯(lián)度法灰色關聯(lián)度法的基本思路是由樣本資料確定一個最優(yōu)參考序列，通過計算各樣本序列與該參考序列的關聯(lián)度，綜合分析評價目標，就能對評價目標做出綜合分析?；疑P聯(lián)度法適合于對“外延明確，內(nèi)涵不明確”的對象進行評價，具有一定的客觀性。3、 高速公路病害分析及其加鋪瀝青技術探討本文通過結合某路

10、面改造工程實例，針對存在的病害情況，系統(tǒng)地分析了該公路病害的處理方案，同時對其采取加鋪瀝青路面實施，總結出可行的施工技術措施，為同類工程提供參考實例。某高速公路項目設計面層采用瀝青混凝土路面，荷載標準為公路-I級，本項目日常養(yǎng)護主要是針對路面的坑洞，剝落以及裂縫等病害，采取一些簡單措施進行維護，以確保日常的通車，現(xiàn)項目組根據(jù)不同的檢測內(nèi)容分八個檢測小組進行檢測，分別對路面強度、路面破損、平整度、車轍、鉆心取樣、交通量情況、橋隧構造物和沿線設施等方面進行檢測和調(diào)查。經(jīng)檢測，本高速公路某標段出現(xiàn)了多種路面破壞現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為大面積的麻面、縱橫縫、修補、局部路段的車轍相當嚴重以及路面龜裂和不規(guī)劃裂縫

11、。擬養(yǎng)護路段病害主要以麻面為主，其次為橫向裂縫，有構造物的位置皆有橫向裂縫出現(xiàn)，路面其他位置也有不少橫向裂縫出現(xiàn)，車轍主要出現(xiàn)在經(jīng)過罩面后處治過的路段，其他病害的產(chǎn)生主要是由于麻面或者是剝落引起的次生病害，綜合現(xiàn)有路況調(diào)查，本項目進行瀝青混凝土罩面和以防水為主的預防性養(yǎng)護罩面。本工程對病害路段采取銑刨后，需鋪設瀝青面層，另外本工程為了進一步確保改性瀝青的使用效果和質量，對改性瀝青采取工廠化改性生產(chǎn)，針對瀝青質量采取隨機嚴格抽查檢測，同時針對改性瀝青5攝氏度延度采取加強抽檢。4、高速公路路面結構與路面主要病害成因分析河北省高速公路瀝青面層的厚度大致有三種: 第一種為“4+5+6”, 這種形式的組

12、合是目前我省高速公路面層的主要結構形式; 第二種為“4+6+8”, 是重載交通的面層結構, 在宣大、京張等高速公路的重車方向曾半幅使用過; 第三種為“5+5( 或5+7) ”結構, 為我省早期高速公路的路面結構形式( 京石、石太) 。另外還有一種為“5+6+12 ( 4+5+11) ”, 其在京津塘的應用目前一直作為成功的典范在學習和研究, 但這種路面結構相對較厚, 經(jīng)濟代價相對較高, 且后期應用較少。然而通車1214年的實踐表明, 該路質量良好, 大家也一致公認: 京津塘高速是我國瀝青路面高速公路中最好的一條路。早期設計中下面層的指導思想是, 提高路面的抗車轍能力。設計者在滿足規(guī)范要求中下面

13、層有一層I型瀝青混合料的基礎上,另一層采用II型級配, 而且采用較大粒徑。隨著人們對瀝青路面早期破壞認識水平的不斷提高,中下面層是從粗到細,從II型向I型發(fā)展的。在我省大部分地區(qū)年平均降水量為400mm600mm的情況下, 后來施工的高速公路三層或雙層瀝青混凝土路面全部采用了I型密級配, 如宣大、石黃、寶山、津保、京滬、京張、唐港等, 從使用效果來看, 這樣做不但減少了滲水, 而且加強了瀝青路面本身的強度和熱穩(wěn)性。河北省探索的途徑大致分為兩個: 一個是從礦料的級配入手,通過采用不同的級配組合以提高面層的抗滑能力和抗車轍能力;另一個是從材料的性能入手, 通過采用堅固耐磨耗的玄武巖等骨料和通過加外

14、摻劑等手段, 改善瀝青的路用指標, 加強瀝青與石料的粘附性等, 來實現(xiàn)路面表層的功能提高。我國從歐洲國家引進了SMA瀝青瑪蹄脂碎石的表面層結構, 與此同時, 又自主研究了SAC多碎石瀝青混凝土表面層結構。這兩種結構都是以粗集料為主體的間斷級配型瀝青混合料, 是由過去傳統(tǒng)的連續(xù)級配型演變到間斷級配型的一種新型多碎石結構。河北省高速公路建設的三個階段中各階段的主要特點及病害類型：第一階段: 起步階段(19891995)這一階段集中修建了京津塘( 河北段) 、京石、石太高公路。第一階段路面結構的特點: 面層較薄, 基層厚度薄、強度弱,單層設置, 底基層厚度較大。出現(xiàn)的主要病害有: 唧漿、松散、推移、

15、車轍。第二階段路面結構的特點:a) 增加了層厚, 調(diào)整了結構層,面層厚度增加為三層設置, 一般為4+5+6; b) 基層分上下兩層設置, 通常上層為18cm20cm水穩(wěn)碎石, 下層為20cm二灰碎石( 砂礫) ; c) 底基層一般為單層設置, 厚度多為20cm以下; d) 表面層采用進口瀝青AH- 90; e) 進行了試驗探索, 為了得到更高的表面抗滑、高溫穩(wěn)定等性能, 在石安路上對瀝青混合料的級配進行了調(diào)整, 保津、京秦一些路段使用了SMA面層, 使路面病害得到控制, 但個別路段的問題仍然不少。第二階段出現(xiàn)的主要病害有: 泛油、車轍、裂縫、橋面唧漿、推移。第三階段路面結構的特點:a) 瀝青材

16、料有兩大變化, 表面層采用SBS改性瀝青, 中下面層采用AH- 70; b) 重視水損害, 加強基層頂面的防水層設計, 面層采用密實型級配; c) 對重載交通路面進行專門設計, 根據(jù)輕重車向分別設計路面面層、基層結構層厚度, 用動穩(wěn)定度控制混合料設計, 使基層強度明顯加大。這一階段出現(xiàn)的主要病害有: 大中橋橋面瀝青鋪裝唧漿、擁包等病害仍舊存在; 重載交通半剛性基層反射性裂縫嚴重。高速公路路面試驗段：我省針對以上病害做了SMA、多碎石瀝青混凝土(SLH-20、SAC-16)、GTM試驗路、減噪路面試驗、聚酯纖維路面等試驗段，通過觀察試驗段，總結經(jīng)驗，將取得的好的效果進行大面積推廣。5、高速公路路

17、面病害及成因預測裂縫：橫縫、縱縫、網(wǎng)格裂縫：路面橫縫及原因預測：首先介紹了基層的反射裂縫，基層材料失水收縮而形成或由于基層材料由于外界溫度驟變而發(fā)生的收縮開裂， 路基底層不均勻沉降等原因引起路面的橫向裂縫?？v向裂縫及原因預測：縱向裂縫形成可能是由于瀝青路面面層分路幅攤鋪時兩幅接茬部位未能處理好而在荷載作用下形成縱向縫隙，也有是由于路基邊緣受水侵蝕而產(chǎn)生不均勻沉降而引起縱向裂縫。龜裂，其形成原因主要是由于路面整體或基層強度不足，或由于瀝青老化引起的。車轍與沉陷：分為失穩(wěn)型車轍、結構型車轍、磨耗型車轍，形成原因各異。車轍與沉陷現(xiàn)象一般發(fā)生在溫度較高地區(qū)或季節(jié)，其是由瀝青面層被壓縮沉降與側向隆起向結

18、合的現(xiàn)象，其一旦形成不僅會影響路面觀感影響高速行車的舒適性，嚴重的將影響行車安全。泛油和油斑：泛油與油斑是指瀝青混合料中粘接料集中到局部地方，其判斷方式是在道路輪跡處發(fā)現(xiàn)發(fā)亮的縱向條紋，該種現(xiàn)象在施工鋪設及通車后均有可能現(xiàn)，一旦發(fā)生后會導致路面抗滑性降低。其產(chǎn)生原因主要是由于混合料離析，當離析現(xiàn)象發(fā)生時粗細集料分別集中于鋪筑層某些部位導致瀝青混凝土不均勻、配合比級配發(fā)生變化導致混合料達不到設計粘接力而形成路面推移，當推移嚴重時內(nèi)部瀝青將集中泛到面層形成泛油或油斑。推移：推移是指混合料在道路的縱向發(fā)生位移。形成原因一般與基層施工質量、透油噴灑質量、超載車輛比重以及瀝青混合料性能不良等因素；在路面

19、面層鋪筑前若基層表面清掃不凈，透油層噴灑不均都將造成瀝青面層與基層粘接不良，在路面投入使用后面層在大量行車荷載作用下，由于與基層粘接不良特別是在瀝青面層施工縫處首先開始發(fā)生推移現(xiàn)象，隨著時間延長車輪跡帶兩側將產(chǎn)生壅包，更為嚴重著將由于推移造成路面產(chǎn)生嚴重裂縫；當基層平整度較差或面層厚度較小的地段在投入使用后基層不平整將會反映到瀝青路面面層上，在荷載作用下面層的不平整性將愈加明顯最終形成推移、波浪。水破壞：水破壞即指降水透過路面面層結構后導致路面產(chǎn)生早期破壞的現(xiàn)象，其首先使下層瀝青與石料剝離，之后在動水的作用下瀝青膜被剝落、上浮而引起表層泛油，其形勢主要表現(xiàn)為網(wǎng)裂、坑洞、唧漿等。穩(wěn)定性差： 瀝青

20、混合料是一種彈塑性材料，若瀝青礦料的選擇不當或混合料組成不當則會影響混合料的高溫穩(wěn)定性以及其抗塑性變形能力。當路面在車輛荷載的反復作用下會導致路表變形過大，最終將導致路面混合料產(chǎn)生橫向移動形成轍槽或推移現(xiàn)象。6、京滬高速公路（河北段）瀝青路面技術綜述結合我國已經(jīng)通車的高速公路路面使用經(jīng)驗，針對京滬高速公路項目自身特點，比如部分路段路基填料質量較差等，京滬高速公路路面施工質量可以控制以下幾個方面：（1）對路床強度達不到設計要求的采取換填處治。（2）部分路段將原設計的石灰土底基層改為二灰土底基層。（3）將水泥穩(wěn)定碎石下基層改為二灰穩(wěn)定碎石。（4）瀝青表面層采用密集配改性瀝青混凝土。（5）改進瀝青路

21、面的防水設計。京滬高速瀝青路面新技術的研究探索：京滬高速積極開展路面技術研究，針對河北省已經(jīng)建成高速公路路面常見病害和需要解決的問題鋪筑了多種路面試驗段。（1）為降低路面交通噪聲水平，鋪筑了低噪聲瀝青面層試驗段。（2）為減少瀝青路面車轍病害，鋪筑了GTM試驗段。該項目在瀝青混凝土路面工程中進行了積極穩(wěn)妥的實驗和實踐，取得了良好的效果。7、河北保津高速公路路面病害處治及罩面工程保津高速公路河北段全長104.966km，技術標準為雙向四車道高速公路，路基寬度27m。全線通車以來，已經(jīng)運營了近十年的時間，隨著交通量的快速增長及超載車輛的行駛，路面出現(xiàn)了不同的損害，直接影響到行車的舒適性和道路使用壽命

22、，及時對路面病害采取徹底、有效的治理措施及養(yǎng)護，對于提高路面綜合服務能力，延長道路使用壽命具有十分積極的作用。根據(jù)本工程的特點，現(xiàn)針對不同路面病害采取對應的行之有效的治理措施，即按照中修挖補后進行罩面的設計意圖，在罩面前完成翻漿，坑槽，嚴重裂縫，沉陷，擁包，松散，車轍等病害的修復工作，徹底清除路面上的泥土雜物后罩面，對逐年加厚的軟瀝青層或原瀝青路面結合不好，即將脫皮的瀝青罩面薄層，將其鏟除，對基層，面層現(xiàn)有病害進行徹底挖補處理后再進行罩面。1、 橫向裂縫（1） 對于一般橫縫間距較大路段的裂縫且兩側不出現(xiàn)啃邊，破損現(xiàn)象的，清除裂縫中的雜物，采用開槽灌注熱瀝青的方法予以處理。（2） 對目前已灌膠處

23、理的橫向裂縫，灌縫膠高出原路面2mm以下的不再處理，灌縫膠高出原路面2mm以上的，清理原有灌縫，重新開槽。（3） 對于橫縫間距較大且伴有唧漿、網(wǎng)裂、沉陷等病害的，沿裂縫每側開挖1-2m處理單縫，挖除瀝青面層后按9+6cm結構層重新鋪筑AC-20C型改性瀝青混凝土。基層出現(xiàn)裂縫的，鋪筑32cm寬SA型抗裂帖。（4） 對于橫縫密集型路段，挖除9cm結構層重新鋪筑AC-20C改性瀝青混凝土，下面層有裂縫的鋪設32cm寬SA型抗裂帖。2、 縱向裂縫（1） 對于單一規(guī)則的縱向裂縫，采取清除裂縫雜物，開槽灌注熱瀝青的方法。（2） 對于路面縱向裂縫且基層開裂的，若基層無明顯沉陷、破碎、則銑刨面層，基層灌縫后加鋪32cm寬SA型抗裂帖，按9+6cm進行面層鋪筑。（3） 對于路面縱縫有明顯破損、沉陷或嚴重網(wǎng)裂路段，采用銑刨面層和上基層后，基層采用9+9cm兩層ATB-25瀝青碎石同填，面層采用9+6cm的AC-20C