瀝青加鋪層設(shè)計和施工技術(shù)研究

1、瀝青路面加鋪層設(shè)計和施工技術(shù)研究報告簡本1研究背景隨著我國社會主義市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通的日益重型化及交通量的大幅度增長，加之設(shè)計、施工、養(yǎng)護、使用等多種綜合因素的影響，加速了路面的損壞，目前國內(nèi)很多高等級路面正處于維修、待修狀態(tài)。采用瀝青面層作為原有路面的加鋪層是一種非常典型的補強方法。對于瀝青路面，上面加鋪瀝青層施工方便且能顯著改善路面使用性能；對于水泥路面，這種形式的路面結(jié)構(gòu)能吸收兩種材料的優(yōu)點，原有水泥路面可以提供穩(wěn)定、堅實的基層，瀝青加鋪層可以提供摩阻系數(shù)高、平整度好的表面層，大大改善了路面的使用性能。然而，國內(nèi)外對原有瀝青路面和水泥路面加鋪改造仍處于研究、試驗階段，至今仍沒有一個

2、效果非常令人滿意，施工工藝可行且具有明顯社會經(jīng)濟效益的防治措施和成熟的理論、設(shè)計方法。由于這一問題的復(fù)雜性和各地交通、氣候及筑路條件的差異，在所取得的研究成果之間缺乏共同的認(rèn)識，給設(shè)計和施工部門的具體操作帶來了極大的困難。因此，本課題研究在廣泛收集并分析國內(nèi)外原有瀝青路面和水泥路面加鋪瀝青混凝土層有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，以鋪筑的試驗路為應(yīng)用研究對象，結(jié)合我國尤其是西部具體情況，針對在原有路面上加鋪瀝青層后的路面狀況，運用新技術(shù)、新材料，對用瀝青加鋪層改造舊瀝青路面和水泥路面的方法和理論作進一步的研究，探索舊路面加鋪瀝青層的工作機理，提出符合國情、切實可行的改造措施與施工技術(shù)指南，對今后高等級公路加鋪

3、瀝青層設(shè)計與施工具有重要的借鑒和指導(dǎo)意義。2研究工作概況西部交通建設(shè)科技項目“瀝青路面加鋪層設(shè)計與施工技術(shù)研究”課題（項目編號：2005 318 812 13）自2005年正式立項以來，由主持單位長安大學(xué)以及參加單位吉林省交通科學(xué)研究所、陜西高速機械化工程有限公司組成的項目組根據(jù)可行性研究報告和合同規(guī)定的研究內(nèi)容和要求，組織召開了研究大綱專家評審會，并根據(jù)專家評審意見，制訂了詳細(xì)、切實可行的研究大綱及進度計劃，初步確定了課題配套工程及現(xiàn)場試驗觀測路段。隨后，項目組組織研究人員并聯(lián)系合作單位，按計劃全面開展研究工作。同時，在2006年補充了課題參加單位：中交第一勘查設(shè)計研究院，北京建筑工程學(xué)院，

4、西安建筑科技大學(xué)。在研究過程中，項目組采取資料調(diào)查整理、現(xiàn)場測試、室內(nèi)試驗與理論分析相結(jié)合的方式，在收集查閱大量國內(nèi)外相關(guān)文獻資料的基礎(chǔ)上，以我國部分高等級公路為主體，以實際工程為依托，經(jīng)過3年多的研究，對典型水泥混凝土路面及瀝青混凝土路面進行了大量的現(xiàn)場檢測、評價、典型加鋪層結(jié)構(gòu)試驗段及室內(nèi)外對比試驗和理論分析研究，從而開展了 “原有水泥混凝土路面檢測、評價與處治”、“原有瀝青混凝土路面檢測、評價與處治”、“瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)”、“瀝青加鋪層材料組成研究”、“原有水泥路面加鋪瀝青層設(shè)計方法與軟件”、“原有瀝青路面加鋪瀝青層設(shè)計方法與軟件”、“瀝青加鋪層施工技術(shù)指南”、“試驗路鋪筑與驗證”

5、、“瀝青加鋪層相關(guān)設(shè)備儀器開發(fā)”等多項專題研究工作，并得到一批有價值且可供工程應(yīng)用參考的研究成果和建議，為我國瀝青路面加鋪層的設(shè)計與施工提供了科學(xué)合理的依據(jù)。3研究成果特點（1）創(chuàng)新性：該項目采用多項新技術(shù)、新工藝、新材料和新設(shè)備，具有很強的創(chuàng)新性，在關(guān)鍵技術(shù)脫空判斷方法、自補償式板底灌漿材料、路面使用性能評價方法、加鋪層結(jié)構(gòu)層間工作狀態(tài)及夾層的最佳位置、加鋪層材料及技術(shù)要求、層間處治材料及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、層間專用設(shè)備及施工方法、加鋪層典型結(jié)構(gòu)、加鋪層設(shè)計方法與施工技術(shù)等方面均有創(chuàng)新。（2）系統(tǒng)性：綜合技術(shù)含量較高。不但考慮了路面加鋪結(jié)構(gòu)本身的合理性和使用年限，同時采用的一系列技術(shù)，從評價、處治、周

6、邊環(huán)境、防水、設(shè)計、施工措施等系統(tǒng)地為路面加鋪結(jié)構(gòu)提供了支持條件。（3）成熟性：研究成果成功應(yīng)用于吉林外環(huán)試驗路、G104徐州機場試驗路及陜西4條高等級公路，通過近2年的通車檢驗，推薦的典型結(jié)構(gòu)沒有出現(xiàn)傳統(tǒng)瀝青加鋪層的早期病害。（4）經(jīng)濟性：應(yīng)用在工程建設(shè)項目上，顯著地減少了養(yǎng)護費用，間接產(chǎn)生的長期經(jīng)濟效益和社會效益是非常巨大的。4主要研究成果4.1原有水泥混凝土路面檢測、評價與處治（1）首次提出了基于板中、板邊彎沉差及唧泥高度為一體的板底脫空判別方法與標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了目前準(zhǔn)確判別板底脫空的難題。靜彎沉檢測動彎沉檢測 動靜彎沉值脫空判別標(biāo)準(zhǔn) （單位：0.01mm）脫空程度板邊中點與板中彎沉差板

7、角與板中彎沉差靜彎沉標(biāo)準(zhǔn)uB動彎沉標(biāo)準(zhǔn)uF靜彎沉標(biāo)準(zhǔn)uB動彎沉標(biāo)準(zhǔn)uF輕度脫空102025152536中度脫空20305102535612重度脫空30103512 輕度唧泥 中度唧泥 重度唧泥唧泥高度與脫空程度判別標(biāo)準(zhǔn) （單位：cm）脫空程度輕度中等嚴(yán)重唧泥高度10103030（2）建立了基于探地雷達的板底脫空檢測與評價方法。通過廣泛調(diào)研國外路用探地雷達標(biāo)準(zhǔn)，并研究選定道路檢測雷達測試參數(shù)：天線的中心頻率、分辨率、時窗、采樣率、相鄰掃描點間距，推薦出板底脫空雷達檢測型號。 吉林外環(huán)路雷達檢測現(xiàn)場（3）在已有研究的基礎(chǔ)上，改進了舊水泥混凝土路面使用性能檢測與評價方法。（4）對舊水泥混凝土路面表面

8、處理與效果評價、水泥混凝土路面破碎工藝、混凝土舊板再生、板底脫空處治以及路面加鋪層間處治方法與標(biāo)準(zhǔn)進行了系統(tǒng)的研究。針對水泥混凝土板輕度脫空、中度脫空和重度脫空三種情況，分別提出了不同配合比的壓漿材料。 蘭派五邊形沖擊破碎20遍效果圖 MHB破碎效果圖 再生集料性能對比指標(biāo)再生石灰?guī)r再生花崗巖中下面層粗集料規(guī)范值壓碎值（）20.424.628密度(g/cm³)2.7022.6882.5吸水率()3.04.33.0細(xì)集料含泥量（）7.53.0單槍貼鋪油氈雙槍貼鋪油氈在應(yīng)力吸收層上鋪設(shè)玻纖格柵層間格柵鋪設(shè)效果粘層油的噴灑應(yīng)力吸收層施工4.2原有瀝青混凝土路面檢測、評價與處治（1）在現(xiàn)有指

9、標(biāo)和評價方法的基礎(chǔ)上, 針對高等級公路路面的要求，改進了瀝青路面使用性能單項評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。（2）針對現(xiàn)有綜合評價方法不足，從實測數(shù)據(jù)的處理出發(fā)，首次建立了基于區(qū)間數(shù)逼近法的路面使用性能綜合評價方法，并使用該方法對陜西省西臨高速公路代表路段的路面使用性能進行了評價，驗證了其有效性和實用性。系統(tǒng)分析和總結(jié)路段劃分方法，考慮道路屬性變異，建立了基于累積差分法的路段均勻劃分方法。 （3）提出了混合遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)估方法，建立了路面破損狀況預(yù)估模型。（4）針對施工中銑刨厚度較難控制的問題，首次提出通過舊路表面彎沉控制舊路銑刨厚度，并確定了基于彎沉控制的舊路銑刨設(shè)計準(zhǔn)則，為銑刨厚度的確定及加鋪層的設(shè)計提供

10、了依據(jù)。（5）對瀝青路面常見病害進行了優(yōu)化，提出了相應(yīng)的處治標(biāo)準(zhǔn)和方法，最后對瀝青路面再生處治技術(shù)進行了優(yōu)化。泡沫瀝青再生施工4.3瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)（1）舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)對荷載不同作用位置及層間不同接觸情況下瀝青加鋪層的受力狀況進行了深入的計算分析，得到了瀝青加鋪層應(yīng)力分布規(guī)律，為深入進行瀝青加鋪層荷載應(yīng)力研究奠定了理論基礎(chǔ)。全面系統(tǒng)研究了在荷載作用下軸載及瀝青加鋪層、應(yīng)力吸收層和基層厚度與模量變化對瀝青加鋪層受力狀況的影響，得出了瀝青加鋪層層底荷載應(yīng)力的變化規(guī)律，提出了應(yīng)力吸收層厚度的合適范圍，為荷載作用下瀝青加鋪層和應(yīng)力吸收層設(shè)計提供了力學(xué)依據(jù)。通過對不同層間接

11、觸情況下瀝青加鋪層的溫度變形及應(yīng)力與復(fù)合式路面溫度場進行創(chuàng)新性理論研究，得到了瀝青加鋪層最大溫度應(yīng)力位置及范圍與復(fù)合式路面溫度場變化規(guī)律，為深入進行瀝青加鋪層溫度應(yīng)力研究奠定了理論基礎(chǔ)。全面系統(tǒng)分析了在溫度作用下瀝青加鋪層、應(yīng)力吸收層的厚度和模量變化對瀝青加鋪層應(yīng)力水平與反射裂縫的影響，得出了瀝青加鋪層層底溫度應(yīng)力的變化規(guī)律，為溫度作用下瀝青加鋪層和應(yīng)力吸收層設(shè)計提供了力學(xué)依據(jù)。全面系統(tǒng)分析研究了在荷載與溫度荷載耦合作用下瀝青加鋪層、應(yīng)力吸收層的厚度和模量變化對瀝青加鋪層應(yīng)力水平的影響，得出了瀝青加鋪層層底耦合應(yīng)力的變化規(guī)律，為耦合作用下瀝青加鋪層和應(yīng)力吸收層設(shè)計提供了力學(xué)依據(jù)。全面系統(tǒng)研究了

12、層間工作狀態(tài)。建立了力學(xué)模型，并計算了層間最大壓應(yīng)力和剪應(yīng)力，得出了最大應(yīng)力值的變化規(guī)律。建立了荷載等效法力學(xué)模型，分別計算了I型和II型裂縫不同長度時的應(yīng)力強度因子，提出了應(yīng)力強度因子范圍，為深入進行瀝青加鋪層間工作狀態(tài)研究奠定了力學(xué)基礎(chǔ)。（2）舊瀝青混凝土路面瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)系統(tǒng)研究了荷載作用下瀝青加鋪層內(nèi)力隨結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化規(guī)律，重點對舊路橫向開裂及設(shè)置層間材料等幾種加鋪層結(jié)構(gòu)進行了荷載內(nèi)力分析。進行了溫度場的理論分析與數(shù)值計算，推導(dǎo)了不考慮舊路開裂的溫度應(yīng)力計算公式，研究得出了舊路橫向開裂寬度、深度及設(shè)置不同層間材料等幾種結(jié)構(gòu)對加鋪層結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力的影響規(guī)律。對層間抗壓、抗剪及層間溫

13、度場狀況進行了系統(tǒng)研究，確定了層間工作狀態(tài)。 加鋪層與舊路層間剪應(yīng)力數(shù)值范圍水平摩擦系數(shù)f00.20.30.5層間剪應(yīng)力m0.0630.1680.0670.1990.0690.2140.0730.245 不同加鋪層厚度的層間壓應(yīng)力范圍 加鋪層厚度(cm)4681012141618層間壓應(yīng)力(MPa)0.6570.7850.5200.6900.4080.5880.3250.4920.2620.4110.2150.3460.1780.2940.1520.252針對以往夾層設(shè)計比較模糊的問題，通過分析夾層設(shè)置位置對加鋪層結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變及路面性能的影響，首次系統(tǒng)地從夾層提高瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)抗開裂能力、延長

14、疲勞壽命及提高抗剪切性能三個不同功能考慮，確定了瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)夾層合理位置。a)按中標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場疲勞方程預(yù)估b)按高標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場疲勞方程預(yù)估 加鋪層結(jié)構(gòu)疲勞壽命隨不同夾層位置變化的曲線圖4.4瀝青加鋪層材料組成研究（1）全面分析了層間材料的相關(guān)規(guī)范及工程實踐，綜合力學(xué)計算結(jié)果、室內(nèi)試驗結(jié)論及現(xiàn)場應(yīng)用提出了貼縫油氈的臨界寬度。提出并開發(fā)出了用于層間直接拉伸試驗的水平臺架。（2）首次提出了采用車轍儀進行加鋪層結(jié)構(gòu)抗反射裂縫疲勞試驗設(shè)備的試驗方法，并對復(fù)合式結(jié)構(gòu)進行了彎拉型和剪切型的疲勞試驗。（3）首次對不同格柵層位加筋瀝青混合料的抗車轍性能進行了室內(nèi)試驗與粘彈性有限元力學(xué)計算對比分析，為瀝青層結(jié)構(gòu)設(shè)計提供

15、了依據(jù)。層間抗裂用APP改性瀝青油氈技術(shù)指標(biāo)序號檢 測 項 目性 能 要 求KKK1外 觀表面無明顯壓痕，寬度要求一致，層間不準(zhǔn)有夾裂現(xiàn)象，上表面用細(xì)石屑或細(xì)砂。2總厚度(mm)343胎體聚酯長絲無紡布4可溶物含量（g/m2）3mm21004mm29005不透水性能保持30min不透水的壓力/Mpa0.70.50.36耐熱度（受熱2h時無滑動、無流淌及無滴落）/（）1601501407拉力（N/50mm）縱向800橫向8008最大拉力（斷裂）時延伸率(%)縱向40橫向409低溫柔度（-20，彎曲試驗 r=15mm，3s彎曲180°）無裂紋10粘結(jié)性能(MPa)601.0151.511

16、高溫抗剪/Mpa（60，速度10mm/min，垂直壓力0.1MPa）0.112低溫抗裂（-20）抗拉強度/MPa8.0延伸率/%3013撕裂強度(N/50mm)縱向400橫向35014抗老化值 （經(jīng)測試不透水時間）/h>300015抗硌破及滲水試驗（130/2h，500g重錘300mm高度沖擊后，500mm水柱16h）無硌破，滲水系數(shù)1ml/min16接縫變形能力，循環(huán)無破壞次數(shù)10000注：參照公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)(JTGF80/1-2004)，8.12.1；黑體為抗裂重要指標(biāo)。有限元網(wǎng)格模型 格柵加筋不同層位的車轍試驗（4）通過對不同格柵位置的瀝青混凝土強度進行試驗，研究格柵層位

17、對加筋瀝青混凝土強度性能的影響，并首次引入無量綱的韌性指數(shù)對劈裂強度試驗進行評價。 （5）首次提出了高粘結(jié)撒布式應(yīng)力吸收層，并系統(tǒng)研究了其材料組成。（6）系統(tǒng)研究了SMA-5作為應(yīng)力吸收層的功能及性能要求，從瀝青膠結(jié)料、石料和礦粉、纖維以及集料的級配等方面分別進行了試驗研究，設(shè)計了SMA-5用作應(yīng)力吸收層時的配合比。（7）深入研究了AC-5瀝青砂應(yīng)用作為層間應(yīng)力吸收層時的配合比設(shè)計過程，提出了在馬歇爾配合比設(shè)計結(jié)論的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)穩(wěn)定度和流值的變化適當(dāng)增加瀝青用量0.5%-0.6%。（8）系統(tǒng)研究了SMA-13，AC-13C及AC-16F在加鋪結(jié)構(gòu)中的設(shè)計材料組成，確定其作為加鋪面層時厚度宜取

18、69cm。并提出了一些具體技術(shù)要求。4.5原有水泥路面加鋪瀝青層設(shè)計方法與軟件（1）系統(tǒng)分析了舊水泥路面瀝青加鋪層層間破壞狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上提出以加鋪層層底彎拉應(yīng)力以及剪切應(yīng)力為設(shè)計加鋪層的控制指標(biāo)。（2）建立了對舊水泥路面無破損與結(jié)構(gòu)評價體系，提出了舊水泥路面疲勞壽命預(yù)估模型和方法，并系統(tǒng)分析了加鋪層設(shè)計模式。（3）在對現(xiàn)行公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)和大量實際加鋪路面結(jié)構(gòu)和材料使用狀況進行分析研究基礎(chǔ)上，首次提出了基于反射裂縫和目標(biāo)可靠度的加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。（4）開發(fā)了加鋪層設(shè)計軟件，為加鋪層的設(shè)計提供參考和依據(jù)。4.6原有瀝青路面加鋪瀝青層設(shè)計方法與軟件（1）提出基于剩余壽命改進的加鋪層結(jié)

19、構(gòu)設(shè)計方法，在加鋪層補強設(shè)計時，建議采用剩余壽命對舊路實測彎沉反算的當(dāng)量回彈模量進行修正，使其能夠充分體現(xiàn)舊路有效結(jié)構(gòu)能力。（2）完善了舊瀝青混凝土路面加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計指標(biāo)，建議加鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計時，考慮加鋪層最大豎向剪切應(yīng)力及加鋪層與舊路之間的層間剪切應(yīng)力，并確定了豎向剪切及層間剪切疲勞軸載換算系數(shù)。（3）提出了加鋪層典型結(jié)構(gòu)，首次建立了基于DEA加鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，該方法不僅確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案，還可進一步確定較差決策方案無效原因，發(fā)現(xiàn)進一步提高的可能性，從而彌補了以往優(yōu)化方法的不足。（4）開發(fā)了加鋪層設(shè)計軟件，為加鋪層的設(shè)計提供方便。該軟件不僅能夠進行加鋪層結(jié)構(gòu)厚度設(shè)計，同時還可進行原有瀝青路面銑

20、刨厚度設(shè)計及加鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化。4.7瀝青加鋪層施工技術(shù)指南根據(jù)徐州G104國道機場路、吉林外環(huán)高速公路和陜西省西寶高速、西戶高速、西潼高速以及絳帳-法門寺二級旅游路等依托工程施工，結(jié)合交通部頒布的公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范 (JTG F402004)的規(guī)定，吸取國內(nèi)外成熟經(jīng)驗，提出了舊水泥混凝土路面和舊瀝青混凝土路面瀝青加鋪層施工技術(shù)指南，對補充和完善我國相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要工程價值和實用意義。4.8瀝青加鋪層相關(guān)設(shè)備儀器開發(fā)（1）首次開發(fā)了油氈貼鋪機，并成功的將油氈貼鋪機應(yīng)用于工程實際，得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，驗證了其可靠性。 加掛油氈 油氈貼鋪機行進 機械貼鋪油氈效果 人工貼鋪油氈質(zhì)量隱患（2）針對室內(nèi)足尺試驗臺試驗費用昂貴及體積大、不易搬運的缺點，研發(fā)了更加方便、實用的層間水平拉伸試驗臺架，并成功的采用其進行試驗，得到相關(guān)數(shù)據(jù)，驗證了其可靠性。（3）研究開發(fā)了糙化打毛機，并成功的應(yīng)用于