長壽路面成套技術(shù)分析和應(yīng)用

1、長壽命路面成套技術(shù)分析和應(yīng)用一 前言二 高速公路路面的主要病害三 高速公路路面壽命不足的原因四 常用高速公路路面結(jié)構(gòu)分析五 長壽命路面技術(shù)與實踐 高速公路是一個完整的系統(tǒng)，有路基、路面、橋涵、隧道、防護排水、安全設(shè)施等共同構(gòu)成的一個整體，共同承受荷載、環(huán)境對它的影響，任何一個環(huán)節(jié)出了問題，都會直接或間接地影響到它的使用功能和壽命。 一、前 言 設(shè)計、施工是保證公路使用壽命的兩大關(guān)鍵因素。設(shè)計是靈魂施工是關(guān)鍵 設(shè)計需要綜合考慮各個環(huán)節(jié)； 施工講究工藝、設(shè)備、材料協(xié)調(diào)一致。 從一個完整的系統(tǒng)出發(fā)，全面考慮各個環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)、相互關(guān)系、相互配合。 出手時應(yīng)該是 一套組合拳！二、高速公路主要病害車 轍水損

2、壞縱向裂縫 橫向裂縫三、高速公路壽命不足的原因 我國的高速公路瀝青路面和水泥路面的設(shè)計年限一般分別為15年和30年，但令人觸目驚心的是，多數(shù)高速公路存在使用35年后即需大修的情況。 其主要原因有以下幾方面： 1、目前的設(shè)計理論僅僅是以前輕交通條 件下的設(shè)計理論和方法的簡單外延 ； 2、超、重載交通的客觀存在與設(shè)計規(guī)范 的嚴(yán)重不一致； 3、高速公路渠化交通與一般道路混合交 通的巨大差異； 4 、道路施工及部分主要材料生產(chǎn)與工業(yè) 化、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)模式尚存在較大 差異； 5 、建設(shè)管理和施工力量與飛速發(fā)展的 高速公路建設(shè)規(guī)模嚴(yán)重不適應(yīng)。 四、常用高速公路路面 結(jié)構(gòu)分析 高速公路的路面結(jié)構(gòu)型式主要有瀝

3、青混凝土路面、水泥混凝土路面與復(fù)合式路面三種（結(jié)構(gòu)型式見下頁圖）。其中，半剛性基層瀝青路面占90以上，水泥混凝土路面以及復(fù)合式路面占剩余的大約10。瀝青路面典型結(jié)構(gòu) 812cm 粗粒式瀝青混泥土 3240cm 基 層 土 基1620cm 底 基 層 46cm 細(xì) 粒 式 瀝 青 混 凝 土 68cm 中粒式瀝青混凝土優(yōu)點： 行車舒適性好、 噪音小 適應(yīng)性強 養(yǎng)護維修方便路面總厚度6685cm 缺點: 耐水性差 溫度穩(wěn)定性差 平整度的保持性差水泥路面典型結(jié)構(gòu) 2426cm 水泥混凝土面板 1620cm 基 層 1620cm 底 基 層 土 基路面總厚度5666cm 優(yōu)點 穩(wěn)定性好 強度高 耐久性

4、好 有利于夜間行車 平整度的保持期長缺點: 有接縫 修復(fù)困難 易脫空，產(chǎn)生斷裂破壞 瀝 青 砼 面 層 水 泥 砼 面 層 基 層 底 基 層 土 基復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)圖 路面總厚度5769cm優(yōu)點可承受重大交通作用改善平整度 有效利用舊水泥路面改善公路環(huán)境造價降低 缺點 反射裂縫 水損害 推移 在復(fù)合式路面中，瀝青混凝土水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)獨樹一幟，倍受青睞。 這種路面“剛中有柔、以剛為主”，綜合了瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩者的優(yōu)點。 為克服瀝青混凝土路面的諸多缺點，目前多采用改性瀝青混凝土作為罩面層，其中包括乳化瀝青、樹脂瀝青、橡膠瀝青、水泥瀝青混凝土、纖維瀝青等多種型式。 五、長壽命路面

5、技術(shù)與實踐 5.1 長壽命路面設(shè)計思想 5.2 新技術(shù)、新材料、新工藝 一種新思維 可以打開一把舊鎖5.1 長壽命路面設(shè)計思想路面結(jié)構(gòu)外在影響因素 車輛荷載 環(huán)境影響（溫度、水） 在進行長壽命路面思考、論證的過程中，我們借助“PCCAC復(fù)合式路面”這種路面結(jié)構(gòu)，采取新思路、新技術(shù)，來實現(xiàn)長壽命路面的設(shè)計。 改性瀝青砼面層 4cm 水泥砼面層 28cm 二灰碎石基 層18cm 灰土或固化劑處理路床 20cm 沖擊壓實處理路床（影響深度80cm） 長壽命路面結(jié)構(gòu)厚度53.5cm應(yīng)力吸收層2cm防水聯(lián)接層1.5cm 對于長壽命路面結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)主要由水泥混凝土板來提供持久、強大的承載力，而瀝青混合料面

6、層主要提供行車的安全性和舒適性。原主線路面結(jié)構(gòu)圖 現(xiàn)主線路面結(jié)構(gòu)圖 5.2 新技術(shù)、 新材料和新工藝 （1）路基沖擊壓實技術(shù) （2）土壤固化劑 （3）二灰穩(wěn)定碎石基層中摻加硫酸鈉 （4）新型瀝青防水聯(lián)接層 （5）高抗折強度、大厚度、小板塊水泥砼路面 （6）高性能瀝青應(yīng)力吸收層和上面層 （7）防水排水綜合設(shè)計 （8）路肩敷設(shè)法通信管道設(shè)置 （9）28米路基設(shè)置六車道 （10）提高行車安全性的措施 （1） 路基沖擊壓實技術(shù) 高速公路路基頂層采用沖擊壓實施工技術(shù)，提高路基上部約80cm深范圍內(nèi)的壓實度，提前完成了約4cm的路基沉降，形成整體穩(wěn)定、均勻連續(xù)的高速公路上路床，為實現(xiàn)高速公路路面的長壽命提

7、供基礎(chǔ)保證。 沖擊壓實施工 （2） 土壤固化劑 采用美國進口的土壤固化劑穩(wěn)定砂性土。不但可以減少裂縫，而且與二灰穩(wěn)定土相比，減少環(huán)境污染，方便施工，加快施工進度，對粉性土壤效果顯著。尉許路采用的路床頂面20cm土壤固化劑處理強度達到0.6MPa以上。 土壤固化劑處理路床施工（3）二灰穩(wěn)定碎石基層中摻加硫酸鈉 二灰穩(wěn)定碎石基層具有較好的抗裂性能，但早期強度較低，所以，摻加硫酸鈉，可以提高早期強度，減少裂縫，降低施工難度，保證質(zhì)量。二灰碎石養(yǎng)生 （4）新型瀝青防水聯(lián)接層 與通常的0.6-0.8cm厚的封層相比，我們采用的瀝青防水聯(lián)接層厚度達1.5cm，不但起到防水和保護基層的作用，而且有效地聯(lián)接了

8、基層和水泥砼面層，分散水泥面層和基層之間的應(yīng)力，減輕了水泥砼面層對基層的沖擊與磨損。因此，聯(lián)接層的設(shè)置，大大降低了基層破壞、面板脫空、唧泥等病害發(fā)生的可能性，并保護基層免遭施工車輛的損壞。 防水聯(lián)接層施工（5）高抗折強度、大厚度、小板塊水泥砼路面 采用超強的設(shè)計強度。設(shè)計彎拉強度達5.5 MPa。實際施工中，無論是室內(nèi)小梁試驗數(shù)據(jù)，還是現(xiàn)場鉆芯的劈裂強度數(shù)據(jù)，混凝土的強度都達到了6.0MPa以上。 采用滑模攤鋪技術(shù) 為保證路面施工質(zhì)量和工程進度，在河南省第一次全面采用滑模攤鋪技術(shù)進行水泥混凝土面板施工。水泥混凝土滑模施工二灰碎石 18cm防水聯(lián)接層1.5cm水泥砼面層 28cm 面板的全部縮縫

9、設(shè)傳力桿，防止大噸位車輛荷載對路面的損害，保證路面行駛舒適性。研究并開發(fā)了傳力桿自動植入機，并成功地運用于實際工程施工。 傳力桿自動植入機傳力桿埋置效果傳力桿埋置效果 通過巧妙的板塊劃分技術(shù)，減少約34%的溫度和荷載綜合板底應(yīng)力；28cm是目前河南省最厚的水泥混凝土面板，將大大提高水泥砼路面的使用壽命。（詳細(xì)板塊劃分方案見稍后的圖示） 巧妙的板塊劃分方式 水泥混凝土路面平面尺寸一般是4m4m、4m5m，板寬一般為4m。高速公路行車道寬一般為3.5m3.75m，這樣的劃分方式經(jīng)常導(dǎo)致車輛行駛在一塊混凝土板上，或使一側(cè)車輪沿縫行駛，致使混凝土板底經(jīng)常處于高應(yīng)力水平的荷載作用下，造成混凝土因局部應(yīng)力

10、過大而破壞，實際使用壽命降低。 40075 375375 50 300400375緊急停車帶行車線行車線 縱縫縱縫單位：（cm）常規(guī)板塊劃分前進方向 路 緣 帶 我們創(chuàng)造性地提出在高速公路上采用3m4m的板塊劃分方式，旨在解決上面所述問題。行車線縱縫縱縫縱縫行車線行車線行車線300300300300單位：（cm）5035037537550前進方向 3m4m板塊劃分 3m4m的板塊劃分，能確保各個行車道上的車輛能夠騎縫而行，兩側(cè)車輪分別作用在兩塊板上，使板底應(yīng)力盡可能降低。3mx4m 板塊劃分板長4m板寬3m裸化機的研制裸化機的改進裸化機定型產(chǎn)品 灌 縫 圖(cm)1.2 0.60.021.92

11、0.06270.4填縫條填縫料9切縫深度 ( 6 ) 高性能瀝青應(yīng)力吸收層和上面層 2cm的應(yīng)力吸收層采用特殊配比和高品質(zhì)瀝青，起粘結(jié)、防水與防止反射裂縫作用。 2 cm 應(yīng)力吸收層 28cm 水泥砼面層4cm厚改性瀝青面層技術(shù)指標(biāo) 采用SBS改性瀝青，滿足我國部頒標(biāo)準(zhǔn)I-D級技術(shù)要求，還應(yīng)滿足以下指標(biāo)：軟化點70以上彈性恢復(fù)（25）80TFOT后5延度25cm車轍試驗動穩(wěn)定度 DS4000次/mm 小梁彎曲試驗最大破壞應(yīng)變 max2500u2cm厚改性瀝青應(yīng)力吸收層技術(shù)指標(biāo) 采用特制SBS改性瀝青，SBS含量5%，指標(biāo)滿足部頒標(biāo)準(zhǔn)I-D級的要求軟化點7585彈性恢復(fù)（25）85%TFOT后5

12、延度30cm車轍試驗動穩(wěn)定度 DS2000次/mm小梁彎曲試驗最大破壞應(yīng)變max3500u混合料級配需專門設(shè)計，其中礦粉用量8%，油石比8%直徑25cm 直徑30cm 直徑35cm現(xiàn)場溫度 25 以防為主、層層設(shè)防、防排結(jié)合。 依據(jù)地形，分散與集中相結(jié)合。 雨水利用，回饋自然。（7）防水排水綜合設(shè)計 在路基高度低于2.5米，橫坡大于縱坡，距高速公路越遠(yuǎn)地勢越低的地段，采用分散排水，通過植草和種灌木進行邊坡防護。 取消坡腳防護砌體，采用坡腳護坡道并綠化的方式，融入自然。 排水方式放樣圖5 13.6 5 三維網(wǎng)植草邊坡剖面 （一） 粘性土 H5m土路肩集水槽小冠花 砂性土0H5m0H2.5 用二層

13、網(wǎng)墊 2.5H5 用三層網(wǎng)墊三維網(wǎng)植草邊坡剖面圖 （二）75811綠色植被混凝土25cm厚7.5號漿砌片石護腳2002881001：1.51001:180漿砌砼預(yù)制塊水泥石灰土40 原邊溝、邊坡設(shè)計1012 （8）路肩敷設(shè)法通信管道設(shè)置 根據(jù)課題研究成果，尉許高速公路由12孔變更為4孔通信管道，避免造成通信管道的閑置。 通信管道由中央分隔帶移至路肩，采用防眩板代替植物防眩，把中央分隔帶完全封閉。中央分隔帶積水中央分隔帶橫向排水管中粗砂填土 夯實防護欄直徑8cm中空耐壓型塑料管中央分隔帶內(nèi)通信管道埋設(shè)斷面圖路面設(shè)計高程土路肩下通信管道埋設(shè)斷面圖路緣帶土路肩750231405路 面路 基中粗砂單側(cè)

14、管群中心線土路肩邊緣線400 2802001：0.01路基邊坡尉許路中央分隔帶護欄尉許路中央分隔帶護欄美國水泥砼護欄 （9）28米路基設(shè)置六車道 我們采用了“四車道改六車道”方案，即在28m路基上設(shè)置六車道。由于四車道布置時，緊急停車帶的利用率很低，造成很大的資源浪費。我們提出的設(shè)計是增加1m寬的路面，而布置六車道，另外在跨線橋附近設(shè)置停車島以代替緊急停車帶。 四改六車道布置（單位m）超車道行車道緊 急停車帶中央帶小車行車道大貨 路緣帶停車島雙向四車道布置圖雙向六車道布置圖7.510.80.70.75中央帶0.5 3.00.75路緣帶 “四車道改六車道”方案僅增加了1米寬的路面建設(shè)費用，但經(jīng)濟

15、效益和社會效益是巨大的。 首先，六車道分擔(dān)四車道的車輛荷載，增加了道路通行能力，避免了目前緊急停車帶利用率極低造成的浪費。特別是外側(cè)車道的劃分，將速度相對較慢、載重較大的大貨車與拖掛車進行分流，既提高了車道的通行能力，又延長了車道的使用壽命。 其次，“四車道改六車道”方案可以大大節(jié)約以后“四改六”的擴建投資費用，減少占用土地資源，并可避免高速公路擴建施工給高速公路正常運營和安全運輸帶來的不利影響。 (10) 提高行車安全性的措施 在尉許路路基高度低于2.5米的路段不設(shè)防撞護欄，采用放緩邊坡的方法，降低工程造價，減少二次事故，提高行車安全性。 車道邊緣線外側(cè)設(shè)置隆聲帶。八、尉許路的先進性（一）國

16、內(nèi)第一次（9項）1、第一個提出并設(shè)計使用壽命50年以上長壽命路面理論設(shè)計和典型路面結(jié)構(gòu)組合，并大規(guī)模付諸實踐（鋪筑了長度達64的高速公路）。為解決重、超載對路面使用壽命的影響，延長道路使用壽命，具有特別重大的社會效益和經(jīng)濟效益。2、第一個詳細(xì)、系統(tǒng)研究了高速公路通訊管道數(shù)量與通信能力；位置的相互關(guān)系，提出并設(shè)計實施了4管路敷設(shè)法方案，有效地節(jié)約了資源，并為解決中央分離帶積水和通訊管理維修對高速安全和運行能力的影響打下了基礎(chǔ)。3、第一次提出并實施了在水泥砼板下設(shè)置1.5瀝青砼防水連接層方案（稀漿封層、三層實施、改性瀝青5延度達50以上），對防止水泥砼類路面結(jié)構(gòu)板下唧泥、脫空、造成斷板具有重要作用

17、。4、第一次提出并實施了小板塊水泥砼路面，板塊劃分有效地減少了荷載應(yīng)力，是抵抗重載、超載交通和溫度應(yīng)力的有效型式5、第一次設(shè)計并研制了寬12.5m的鋼筋植入機（分離式和整體式兩種），使水泥砼滑模攤鋪由于施工縮縫傳力桿植入而實現(xiàn)大規(guī)模連續(xù)施工成為可能，為有效減輕縮縫豎向變形，提供連續(xù)、舒適的行車條件打下了基礎(chǔ)。6、第一次在新建水泥砼路面上大規(guī)模采用應(yīng)力吸收層工藝，和小板塊水泥砼板共同作用，為減輕水泥砼面板縮縫、縱縫反射至面層進而產(chǎn)生水損壞打下了基礎(chǔ)。7、第一次將土壤固化劑引用到高速公路、路床處理和路面基層，通過大量試驗研究了粉性土、沙性土、亞粘土摻加固化劑和其它材料作為路面基層的可能性，并作為基

18、層鋪筑了400m試驗路段，對于環(huán)境保護、降低工程造價、提高工程質(zhì)量具有重要作用。8、第一次在水泥砼板面上采用裸化技術(shù)，研制成功了整套的裸化處理設(shè)備，通過大量試驗，確定了裸化的開始時間和施工工藝，為實現(xiàn)剛?cè)峤Y(jié)合的長壽命路面優(yōu)異的層間聯(lián)結(jié)創(chuàng)造了條件。9、在綜合防排水方面，第一次確定了下述設(shè)計原則:路面排水設(shè)計原則：以防為主，層層設(shè)防，防排結(jié)合；路肩、邊溝排水設(shè)計原則：以分散排水為主，依據(jù)地形、土質(zhì)，分散與集中相結(jié)合，保護水資源；防護工程設(shè)計原則：以綠色防護為主，以本地苗木為主，盡量減少白色污染，保護環(huán)境，融入自然。 （二）河南省內(nèi)第一次（12項）1、第一次提出并實現(xiàn)了高速公路改高路堤為低路堤的設(shè)計目標(biāo)，全線64設(shè)上跨天橋33座，（平均1.941處），路基平均填土高度2.87m。2、第一次提出并實現(xiàn)了“四改六”的車道劃分方案，分散了路面車輛荷載，相應(yīng)增加了路