既有瀝青路面長(zhǎng)壽命研究

北京既有瀝青路面長(zhǎng)壽命技術(shù)Long-life

asphalt

pavement

for

existing

roads

in

Beijing五.既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

R匯報(bào)提綱Contents2四.路面結(jié)構(gòu)隱性病害的檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement六.成果工程應(yīng)用Ⅵ.Engineering

Application三.既有瀝青路面結(jié)構(gòu)狀況評(píng)價(jià)體系Ⅲ.Evaluation

System

of

Structural

Status二.長(zhǎng)壽命瀝青路面的特征Ⅱ.Characteristicsof

LLP一.背景Ⅰ

.Background2018

年投資

21335

億元投資額年增長(zhǎng)率的波動(dòng)幅度非常劇烈，基本處于過山車狀態(tài)2018年從

2017

年

18.2%

的增速降到了

0.4%全國(guó)公路行業(yè)建設(shè)成績(jī)斐然：2014

-

2018

年，里程不斷增長(zhǎng)，但是增長(zhǎng)趨勢(shì)在放緩，并且呈現(xiàn)下降勢(shì)頭總里程

485

萬(wàn)公里，比上年增加

7

萬(wàn)公里一、背景Ⅰ.Background3公路是支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)設(shè)施，

是

“資源占有”和“能源消耗”型產(chǎn)業(yè)Highway

is

the

important

infrastructure

to

support

the

national

development

.

It

is

an

industry

with

resource-occupying

and

energy-consuming

.改善瀝青混合料環(huán)保性能，減少資源消耗及固廢占地，關(guān)乎我們的生存環(huán)境提高瀝青路面耐久性，延長(zhǎng)路面壽命，關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)壽命短，產(chǎn)生的廢料多Much

Waste

Caused

by

Pavement

Damages設(shè)計(jì)年限8~12年

舊瀝青混合料

3億噸/年污染環(huán)境

養(yǎng)護(hù)成本高High

maintenance

costs十二五期間：

9021億

十三五后期：

4000億/年High

Consumption

of

Resourcesand

Energy砂石料：

3.5億噸/年瀝青：

1000萬(wàn)噸/年占用土地廢瀝青混合料消耗不可再生資源一、背景Ⅰ.Background資源、能源消耗多485萬(wàn)公里的公路養(yǎng)護(hù)費(fèi)用估算：?設(shè)計(jì)年限：普通公路8-12年、高速和一級(jí)路15年

（平均壽命為10年）

?養(yǎng)護(hù)費(fèi)用：需維修48.5萬(wàn)公里/年，

500萬(wàn)元/公里，每年需要2.425萬(wàn)億

元，占全年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的2.7%

（相當(dāng)于中國(guó)義務(wù)教育全年的投入）為此，延長(zhǎng)現(xiàn)有道路的壽命十分必要，

關(guān)乎國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。?the

sustainable

development

of

national

economy.$3.5億美國(guó)正在開展長(zhǎng)壽命瀝青路面研究（Superpave計(jì)劃）It

is

necessary

to

extend

the

service

life

of

existing

roads,

which

is

related

to一、背景Ⅰ.Background！5國(guó)際目標(biāo)：

20-50年不等中國(guó)目標(biāo)：對(duì)既有道路進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，采用適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)維修措施使用壽命≥30年，比原來壽命翻1翻Aim:The

service

life

of

asphalt

pavement

is

more

than

30

years,

which

is

doubled

than

the

existing

service

life.延長(zhǎng)路面壽命帶來的效益：?減少養(yǎng)護(hù)費(fèi)用?節(jié)約資源保護(hù)環(huán)境

（減少舊路挖除和新開采石料）?

降低養(yǎng)護(hù)施工對(duì)社會(huì)交通的影響國(guó)家美國(guó)德國(guó)英國(guó)法國(guó)南非日本加拿大年限30~5030~404030~4030~4020~4030~40國(guó)外一些國(guó)家對(duì)新建長(zhǎng)壽命路面的設(shè)計(jì)年限的統(tǒng)計(jì)一、背景Ⅰ.Background良好的路基和排水

Good

subgrade

and

drainage優(yōu)質(zhì)的筑路原材

High

qualitymaterials通過對(duì)11年國(guó)市縣道路況數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，對(duì)40多條壽命超過30年道路的歸納總結(jié)，長(zhǎng)壽命路面共有的顯著特征為以下6方面：

較合理的路面結(jié)構(gòu)More

reasonable

structure嚴(yán)格的施工和控制Strict

quality

control二、北京地區(qū)既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的特征Ⅱ.Characteristics

of

LLP

in

Beijing砂礫底基層或基層

Gravel

subbase

or

base適合的養(yǎng)護(hù)措施

Suitable

maintenance

measures三、既有瀝青路面結(jié)構(gòu)狀況的評(píng)價(jià)體系Ⅲ.Evaluation

System

of

Structural

Status裂縫

程度基層

損傷

狀況基層

芯樣

強(qiáng)度結(jié)構(gòu)

模量結(jié)構(gòu)

損傷

指數(shù)彎沉

狀況層間

結(jié)合

狀況多指標(biāo)的瀝青路面結(jié)構(gòu)狀況分類評(píng)價(jià)體系路面綜合性能的聚類標(biāo)準(zhǔn)基層狀況整體承載能力路表狀況路表病害從路表狀況、基層狀況、層間結(jié)合、材料強(qiáng)度、整體承載能力等方面，

建立了既有瀝青路面結(jié)構(gòu)狀況分類評(píng)價(jià)新體系：A

new

evaluation

system

of

existing

asphalt

pavement

structure

is

established

from

the

aspects

of

surface

condition,

base

condition,

interlayer

bonding,

material

strength

and

bearing

capacity.三、既有瀝青路面結(jié)構(gòu)狀況的評(píng)價(jià)體系Ⅲ.Evaluation

System

of

Structural

Status瀝青路面病害復(fù)雜多樣，

位置深淺不同，

對(duì)舊路準(zhǔn)確檢測(cè)評(píng)價(jià)是延長(zhǎng)壽命的前提。The

diseases

of

asphalt

pavement

are

complex

and

varied,

and

the

locations

are

different

in

depth.

Accurate

detection

and

evaluation

of

old

roads

is

the

premise

of

prolonging

the

service

life

of

asphalt

pavement.基層土基面層開挖路面四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement基層損壞路面取芯裂縫車轍10?6通道收發(fā)一體式

探地雷達(dá)?6-Channel

Transceiver-Receiver

Integrated

GPR

?1GHz、

2GHz空氣耦合天線2副

?1GHz

air-coupled

antenna

and

2GHz

air-

coupled

antenna?300MHz地耦合天線4副?Four

ground-coupledantennas

with

300MHz自主研發(fā)了用于檢測(cè)瀝青路面層間結(jié)合狀況的探地雷達(dá)GPR

has

been

independently

developed

to

detect

the

interlayer

bonding

of

asphalt

pavement.四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

PavementIa

=

=

若結(jié)構(gòu)層未發(fā)生層間剝離，則11

層間剝離仿真回波信號(hào)?

根據(jù)地下多層介質(zhì)反射折射模型與電磁波傳播理論，

提出層間剝離

指數(shù)：?

The

interlayer

bonding

index

is

proposed.四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement?

路面層間結(jié)合狀態(tài)驗(yàn)證?

Verification

of

the

interlayer

bonding0

0

50

100

SDI(um)

150

200

250內(nèi)部裂縫四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement提出了基于FWD的瀝青路面結(jié)構(gòu)損傷自動(dòng)判別技術(shù)An

automatic

damage

identification

technology

for

asphalt

pavement

based

on

FWD

is600050004000300020001000y

=

115464x-

1.076

R2=

0.7091proposed.面層模量（

MPa）序號(hào)破損狀況面層模量基層模量路基模量1良好3318123001772面層開裂（橫縫）1719137901523基層開裂（橫縫）234226142024縱向裂縫161575761745網(wǎng)狀裂縫78049692076網(wǎng)裂沉陷3042469106四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement?

不同路面病害的實(shí)測(cè)彎沉盆分析?

Analysis

of

measured

deflection

basins

for

different

pavement

diseases彎沉盆參數(shù)與面層模量、基層模量的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：

①?gòu)澇敛钪笜?biāo)DD2與面層模量相關(guān)系數(shù)達(dá)0.956

，曲率指標(biāo)CI2與基層模量相關(guān)系數(shù)

達(dá)0.711

，屬于高度相關(guān)。

②采用FWD彎沉差指數(shù)DD2=D1-D2的變化來作為面層損傷狀況的評(píng)價(jià)參數(shù)，并將

定義為面層損傷指數(shù)SDI；③曲率指標(biāo)CI2=D2-D3的變化來作為基層損傷狀況的評(píng)價(jià)參數(shù)，并將定義為基層損

ww傷指數(shù)lBDIm。四、路面結(jié)構(gòu)隱性病害檢測(cè)方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement?

彎沉盆參數(shù)選取?

Selection

of

Deflection

Basin

Parameters基層模量對(duì)各測(cè)點(diǎn)彎沉的影響面層模量對(duì)各測(cè)點(diǎn)彎沉的影響無累積損傷Log

N五、既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads?傳統(tǒng)長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)理念?Previous

long-life

pavement

conceptww荷載作用m下路面結(jié)構(gòu)層底產(chǎn)生的應(yīng)變小于極限應(yīng)變，無損傷積累，故長(zhǎng)壽Log

應(yīng)

變?

設(shè)計(jì)方法中引入安定理論?

Introducing

shakedown

theory

into

design

method?

路面結(jié)構(gòu)在荷載作用下，處于三向受力狀態(tài)；瀝青路面材料破

壞，本質(zhì)上是一種剪切破壞。?

Melan于1938

年提出了靜力安定理論。如果能夠找到一個(gè)自相平衡的殘余應(yīng)力場(chǎng)，它與由外荷載所引起的

彈性應(yīng)力場(chǎng)共同構(gòu)成一個(gè)處于屈服極限之內(nèi)的應(yīng)力系統(tǒng)，則結(jié)構(gòu)是安

定的。?

AASHO試驗(yàn)路典型路面性能測(cè)試曲線?

Performance

Curve

of

Typical

Pavement

ofwww.theAASHO

Test

Road五、既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads

五、既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads永久變形失效增量破壞（永久變

形速率快速增長(zhǎng)）應(yīng)力水平不斷增大荷載次數(shù)?

路面結(jié)構(gòu)安定分析?

Shakedown

analysis

of

pavement

structure塑性安定（永久變

形速率逐漸減?。┧苄匀渥儯ㄓ谰米?/p>

形速率保持恒定）?

瀝青路面安定水平分類B類極限A類極限五、既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads?

結(jié)構(gòu)安定分析的關(guān)鍵在于根據(jù)已知材料和荷載形式確定安定極限

值，即安定荷載的最大值。如果變值荷載或循環(huán)荷載始終保持在

此極限值以下，結(jié)構(gòu)將處于穩(wěn)定狀態(tài)；反之，則最終破壞。安定分析模型Shakedown

model路面安定分析計(jì)算模型?

舊路長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)流程?

The

design

process

of

long-life

asphalt

pavement

for

existingroads五、既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads

材料初始模量基于交通統(tǒng)計(jì)的

累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次N2基于損傷度的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次N1半剛性基層層底拉應(yīng)力設(shè)計(jì)用實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)軸次N=max(N1,N2)既有瀝青路面基層疲勞壽命彈性層狀理論計(jì)算力學(xué)響應(yīng)路面結(jié)構(gòu)厚度檢測(cè)半剛性基層損傷度計(jì)算溫度、濕度條件半剛性基層材料

彎拉強(qiáng)度半剛性基層模量交通參數(shù)芯樣試驗(yàn)FWD檢測(cè)彈性層狀理論計(jì)算力學(xué)響應(yīng)半剛性基層疲勞壽命

半剛性基層損傷度

半剛性基層層底拉應(yīng)力路面結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算瀝青路面安定性分析五、既有瀝青路面長(zhǎng)壽命的設(shè)計(jì)方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

ExistingDesign

Indicators:fatigue

damage

of

base

course

permanent

deformation

of

the

Overlay

Key

parameter:Determination

of

modulus

of

the

old

road?

設(shè)計(jì)指標(biāo)：基層疲勞損傷加鋪結(jié)構(gòu)永久變形?

關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)：舊路模量確定能否安定?

舊路長(zhǎng)壽命設(shè)計(jì)流程初擬加鋪層厚度、材料參數(shù)設(shè)計(jì)用半剛性基層模量計(jì)算路面結(jié)構(gòu)驗(yàn)收彎沉既有瀝青路面延壽期的累

計(jì)當(dāng)量軸次是

否Roads損傷度<80%??

?否

?

?是?在五環(huán)路、昌金路、順密路等5個(gè)養(yǎng)護(hù)工程中實(shí)施了該技術(shù)The

LLP

technology

for

existing

roads

have

been

applied

to

five

maintenance

projects.?

獲北京公路學(xué)會(huì)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)First

prize

for

technical

progress

of

Beijing

Highway

Society

was

awarded.六、成果工程應(yīng)用Ⅵ.Engineering

Applicationwww.themegallery.c天北路早鮑路

23閻周路1992年建成通車，日均交通量3萬(wàn)輛，

客貨車比例達(dá)15%。路面結(jié)構(gòu)：

6-

10cm瀝青砼+18cm二灰砂礫+18cm石灰土。

ww維修歷史c：om2006年，加鋪4cmAC-

13C?！繇樏苈反笮薰こ淘囼?yàn)段（K13-K14）Test

road

of

the

Shunmi

overhaul

project

(K13-K14)六、成果工程應(yīng)用Ⅵ.Engineering

Application4cm

ARAC-139cm

AC-25C10cm

ARAC-25C4cm

FL-13舊路基層底基層土基4cm

ARAC-1310cm

AC-25C舊路面層舊路基層底基層土基4