瀝青混凝土病害成因分析及處理技術畢業(yè)論文

1、哈爾濱市哈平路瀝青混凝土病害成因分析及處理技術研究 摘 要哈平路連接三大動力路、和平路與和興路，是哈爾濱市內城市道路主干道，連接哈爾濱市二環(huán)道路。隨著哈爾濱市汽車保有量的不斷增長，交通量增大，交通荷載繁重增加了道路的負荷，造成路面破壞。因為哈爾濱地處寒冷的中國東北地區(qū)，路面常年受到季節(jié)性冰凍氣候的影響，路面受到冬季低溫和春節(jié)凍融循環(huán)的影響以及材料和養(yǎng)護管理等各方面的原因，引起了瀝青混凝土的破壞，主要有裂縫（橫向、縱向及網(wǎng)絡裂縫）、車轍、松散剝落、表面磨光以及坑槽等。本論文首先介紹和分析瀝青混凝土穩(wěn)定性的影響因素，詳細分析了瀝青混凝土病害的形成原因和特點，然后結合哈平路的道路工程實際情況和氣候特

2、點，認真分析了哈平路路面主要病害的形成原因，并且本論文根據(jù)哈平路路面損壞狀況的調查數(shù)據(jù)，運用路面損壞指數(shù)pci評價哈平路路面損壞嚴重程度。最后，根據(jù)哈平路路面病害的成因分析情況和路面損壞程度，本論文結合現(xiàn)階段瀝青混凝土路面病害處理技術和最新科技成果，制定病害處理的各種方案，然后對各種方案進行綜合論證，建立路面維修方案選擇的決策樹，找出適宜各路段的病害處置方案和處理技術。關鍵詞：路面病害；成因分析；路面損壞指數(shù)；路面維修 research on disease causes and treatment technologies of asphalt concrete in harbin hapi

3、ng roadabstract haping road is the urban trunk road which connects sandadongli road, heping road and hexing road, connecting the second ring road in harbin。with the increasing rate of car ownership, traffic volume, heavy traffic load, increasing the load on the road, causing road damage. because har

4、bin is located in northeast of china, the road was affected by year-round to seasonal freezing climate, low temperature in winter and freeze-thaw cycles in spring. and the impact of freeze-thaw cycles and materials and maintenance management and other reasons, causing damage of asphalt concrete, con

5、taining the maincracks(horizontal, vertical and network cracking), rutting, loose flaking, polished surface and the pits and so on. firstly, this paper introduces and analyses that the factors which influencing the stability of asphalt concrete, analyzed detailedly the causes of asphalt concrete and

6、 characteristics of disease, then combined with the actual situation of road and climate characteristics to elaborate the causes of main diseases in haping road. according to the pavement condition of survey data on haping road , using pci（pavement condition index）to evaluate the severity of pavemen

7、t. finally, based on the of analysis on disease causes and the severity of asphalt concrete in haping road, this paper listed the usually technology and the latest technical achievement on pavement maintenance, formulate various diseases treatment of various project, then establish comprehensive arg

8、umentation, found the selection decision trees of pavement maintenance, and find out the suitable for each section of diseases and processing technology disposal scheme.key word ：pavement diseases, cause analysis, pavement condition index, pavement maintenance.目 錄摘要abstract1 緒論11.1 本論文研究背景及依據(jù)11.1.1國

9、內外公路與城市道路狀況簡介11.1.2瀝青混凝土性能與特點21.1.3瀝青混凝土常見病害情況和分類21.1.4哈平路瀝青混凝土路面狀況簡介及調查數(shù)據(jù)21.2 國內外瀝青路面的發(fā)展狀況簡介51.2.1我國瀝青路面發(fā)展歷程簡介51.2.2國內外瀝青路面病害的一些相關研究51.3 本論文研究內容和意義52 瀝青混凝土穩(wěn)定性影響因素與病害成因分析72.1 瀝青混凝土穩(wěn)定性影響因素分析72.1.1行車荷載對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響72.1.3瀝青混合料類型對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響92.1.4環(huán)境條件對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響102.1.5壓實方法對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響112.2 瀝青混凝土常見病害及特點112.3

10、 瀝青混凝土常見病害形成原因分析122.3.1概述122.3.2瀝青混合料的強度特性122.3.3瀝青混合料的應力應變特性132.3.4瀝青混合料的疲勞特性133 哈爾濱市哈平路道路工程簡介及路面狀況調查分析143.1 哈平路道路工程介紹及工程特點143.2 哈平路瀝青路面狀況調查結果分析153.3 哈平路瀝青混凝土病害形成原因分析163.3.1裂縫163.3.2剝落松散183.3.3凹陷和坑槽183.3.4表面磨光194 哈平路瀝青混凝土病害處理技術研究204.1 哈平路路面破損嚴重程度分析204.1.1路面破損面積換算204.1.2路面破損狀況評價指標204.1.2哈平路目標路段的路面損壞

11、狀況評價結果214.2 瀝青混凝土路面病害常用處理技術研究214.2.1裂縫類及其他病害維修處治方法214.2.2瀝青混凝土坑槽維修方法224.2.3瀝青混凝土磨光維修處治方法224.2.4哈平路路面部分病害處理措施適用性224.3 哈平路瀝青混凝土路面病害處理治方案研究224.3.1養(yǎng)護維修方案設計原則224.3.2養(yǎng)護維修方案224.4 哈平路路面病害處理方案技術論證244.4.1方案一的優(yōu)、缺點244.4.2方案二的優(yōu)、缺點244.4.3哈平路路面病害處理方案選擇原則244.4.4總結255 結論27參考文獻致謝東北林業(yè)大學畢業(yè)論文哈爾濱市哈平路瀝青混凝土病害成因分析及處理技術研究1 緒

12、論1.1 本論文研究背景及依據(jù)1.1.1國內外公路與城市道路狀況簡介五十年代以來，我國公路和城市道路的建設進入了快速發(fā)展的時期，我國瀝青路面修建的數(shù)量迅猛增長，所占比重很大。截至2010年年底，我國公路總里程達到398.4萬公里，高速公路總里程約7.4萬公里，在世界上排在第二位，僅次于美國。根據(jù)瀝青建設史料可知，英國在18321838年之間，用煤瀝青在格洛斯特郡修筑了第一段煤瀝青碎石路；法國于1858年在巴黎用天然巖瀝青修筑了第一條瀝青碎石路；到20世紀，使用量最大的鋪路材料為石油瀝青。目前世界各國的公路總長度約2300多萬公里，約80個國家和地區(qū)修建了高速公路，建成通車的高速公路已達23萬公

13、里，其中美國、英國、德國、法國、意大利、日本、加拿大和澳大利亞這些主要經(jīng)濟發(fā)達國家公路里程和高速公路里程占據(jù)了世界公路總里程和高速公路里程絕大部分。截止2010年美國擁有約10萬公里高速公路，居世界第一，已完成以州際為核心的高速公路網(wǎng)。根據(jù)2008年至2009年世界知識年鑒統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我將部分國家的公路建設狀況列舉于表1-1 中。 表1-1 國內外公路與城市道路狀況 單位：萬公里統(tǒng)計年份公路總里程高等級公路里程瀝青路面中國2010年398.47.4美國2007年 646.587.5 (到2010年為10)英國2008年以前38.80.35法國2007年以前1081.1(高速)，2.8(國家)，3

14、.7(省級)巴西2007以前175.180.75(聯(lián)邦級)委內瑞拉200396200無3.2300牙買加20081.79250.0786(一級公路)0.4991多哥20081.20400.2926(國家級)0.1650岡比亞20080.2390無0.0510喀麥隆20085無0.433南非20080.7436無0.1189德國200823.12新西蘭20069.345981.0894澳大利亞200381.16阿曼4.4977無0.7407葡萄牙20057.84700.2341(國家級)1.2661(高速)備注：上表空格處代表沒有確切統(tǒng)計數(shù)據(jù)1.1.2瀝青混凝土性能與特點瀝青路面是用瀝青材料作結

15、合料粘結礦料修筑面層與各類基層和墊層所組成的路面結構。由于瀝青面層使用瀝青結合料，因而增強了礦料間的粘結力，提高了混合料的強度和穩(wěn)定性，使路面的使用質量和耐久性都得到提高。瀝青混凝土路面有著良好的路用性能，具有表面平整、無接縫、行車舒適、耐磨、震動小、噪聲低、施工工期短、養(yǎng)護維修簡便等優(yōu)點1。世界各國常把瀝青路面作為城市道路和高等級公路的主要形式，而且獲得越來越廣泛的應用。瀝青路面也是我國高速公路的主要路面形式，在我國建成的高等級公路中，70%以上是瀝青路面。1.1.3瀝青混凝土常見病害情況和分類自從我國第一條高速公路上海滬嘉高速公路建成以來，我國高速公路建設迅速發(fā)展。隨著我國高速公路與城市道

16、路的發(fā)展，所暴露出來的問題也十分嚴重，路面出現(xiàn)了嚴重的早期損壞。瀝青混凝土常見病害有裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)裂裂縫）、車轍、松散剝落和表面磨光、凹陷和坑槽、擁包等。國外習慣上按照損壞現(xiàn)象將早期損壞分為裂縫、修補和坑洞、表面損壞、水損壞及其他損壞。我國對瀝青路面病害的分類也沒有統(tǒng)一的標準，孫立軍2教授等將瀝青路面損壞分為四類，裂縫、變形、表面損壞和其他損壞，每一類損壞又有不同的表現(xiàn)形式。裂縫分為橫向裂縫、縱向裂縫、反射裂縫、龜裂、塊狀裂縫、龜裂；變形分為沉陷、車轍和推擠；表面磨損分為磨光、麻面和坑槽；其他損壞包括泛油和補丁。1.1.4哈平路瀝青混凝土路面狀況簡介及調查數(shù)據(jù) 哈平路連接三大動力

17、路、和平路和和興路，是哈爾濱市內城市道路主干道（見圖1-2），處于哈爾濱市二環(huán)上，其交通量大，交通荷載繁重。隨著哈爾濱市汽車保有量的不斷增長，交通量的不斷增長，重載超載車輛的增多，增加了道路的負荷，造成路面破壞。又因為哈爾濱地處寒冷的中國東北地區(qū)，路面常年受到季節(jié)性冰凍氣候的影響，環(huán)境因素的變化，材料和養(yǎng)護管理等各方面的原因，引起了瀝青混凝土的破壞。哈平路的病害主要有裂縫（橫向、縱向及網(wǎng)絡裂縫）、車轍、松散剝落、表面磨光以及坑槽等。這些病害影響了運輸?shù)男剩档土诵熊囀孢m性、行車安全性，從而降低了道路的通行能力。（哈平路位置圖1-2） 為了方便研究，我首先對哈平路路面病害狀況進行定性觀測，然后

18、隨機抽取一段50米長的路段（以下稱為目標路段）作為研究對象，觀測各種參數(shù)，用以本文的研究和探索，本次測量選擇了哈平路公交站附近選擇50米長路段定為目標路段進行觀測，將目標路段分為5段，每段10米，該路段寬11.25m，面積共562.5m2，根據(jù)所列數(shù)據(jù)進行實際測量。而且，該路段具有如下特點，觀測段兩端都有轉向車輛，中間直行車道分隔分明，兩側損壞較為嚴重，中間損壞較為輕微。下表1-1 1-5是有關參數(shù)的實際調查數(shù)據(jù)，將作為本文各章所涉及調查數(shù)據(jù)的依據(jù)。表1-1路面層結構組合 路面面層結構組合調查情況描述面層結構路面面層采用了瀝青混凝土面層，采用三層結構，上面層、中間層和下面層。路面基層結構半剛性

19、基層，厚度為20cm左右。路基結構土基主要為砂質黑土表1-2 氣候條件地區(qū)全年平均氣溫()最高月平均氣溫()最低月平均氣溫()全年日照時數(shù)(小時)全年降水量(毫米)最大月降水量(毫米)無霜期天數(shù)(天)濕度(%)風速(米 /秒)哈爾濱市5.30823.454-19.3922467.723472.323118.023142.76964.4622.49市區(qū)6.624.4-17.62337.843994.8174602表1-3 哈爾濱市民用車輛擁有量情況及哈平路交通統(tǒng)計指標單位2007年2008年全市私人全市私人民用汽車輛517594337702525624353634載貨汽車輛11341459107

20、9834353579載貨汽車載重量噸位865565451099750545408910載客汽車輛305142187953335177216831載客汽車載客量客位7493799522143182314116023677汽車掛車輛21715423169840 表1-5 路面損壞狀況統(tǒng)計路面損壞類型描述坑槽和凹陷此路段共有17處坑槽，約占27.65m2，其中測量路段1為5個，測量路段2為3個，測量路段3為0個，測量路段4為5個，測量路段5為4個，坑槽最大深度在30mm左右，坑槽發(fā)生處路面損壞嚴重，周圍伴有大量的裂縫，發(fā)生在埋設地下管道井蓋的坑槽也比較嚴重。剝落松散在路面大量的裂縫周圍，伴隨著路面瀝

21、青結合料與礦料脫落，路面損壞處可見石砂，有些還有少量碎石，表面剝落嚴重，每天路面都需要環(huán)衛(wèi)工人清掃路面，約占橫向裂縫總面積的30%。表面磨光大部分路面磨損嚴重，觀測時大多路段可以直接看到礦料和碎石，路面平整度較差，車輛行駛顛簸。表1-4 路面裂縫類損壞狀況統(tǒng)計路面損壞類型分類條數(shù)或個數(shù)總長度(m)面積(m2)損壞密度(%)最大裂縫寬度(mm)描述測量路段1裂縫橫向4條21.753012裂縫邊緣有嚴重剝落，有較多支縫縱向1條108在內側車道中網(wǎng)狀4個33.757數(shù)條橫、縱向裂縫交錯，有嚴重剝落測量路段2裂縫橫向5條20.625207裂縫邊緣有中等剝落，有較多支縫縱向1條106在內側車道中網(wǎng)狀2條

22、22.506數(shù)條橫、縱向裂縫交錯，有輕微剝落測量路段3裂縫橫向3條11.93806裂縫邊緣有中等剝落，有較多支縫縱向1條107在內側車道中網(wǎng)狀0測量路段4裂縫橫向6條36135裂縫邊緣有嚴重剝落，有較多支縫縱向3條4908在內側車道中網(wǎng)狀3個1510數(shù)條橫、縱向裂縫交錯，有嚴重剝落測量路段5裂縫橫向5條27.5815裂縫邊緣有嚴重剝落，有較多支縫縱向2條98在內側車道中網(wǎng)狀5個106數(shù)條橫、縱向裂縫交錯，有嚴重剝落總計橫向23條117.813平均值17.759縱向8條887.4網(wǎng)狀19個26.57.25備注：計算損壞面積時，網(wǎng)狀裂縫的面積直接量測，其他裂縫類面積要通過當量換算。1.2 國內外瀝

23、青路面的發(fā)展狀況簡介1.2.1我國瀝青路面發(fā)展歷程簡介 我國瀝青路面的發(fā)展史，可以說路面材料的變革和進步促進了路面結構的技術進步。 在五、六十年代，我國的公路主要是砂石路，砂石料和粘土是最基本的路面材料。80年代中期，以京津唐高速公路建設為契機，我國開始進入了高等級公路建設的新時期，瀝青混凝土路面逐漸成為高等級公路工程嶄新的結構形式。國家“七、五”，“八、五”科技攻關，對瀝青路面材料、結構、施工工藝、質量控制的研究得到了前所未有的深入，一系列先進的施工機械開始引入國內，施工技術規(guī)范和各種試驗規(guī)程得到了全面修訂，瀝青路面的整體水平得到了很大的提高，開始走向世界的前列。隨著國民經(jīng)濟和現(xiàn)代化道路交通

24、運輸?shù)男枰瑸r青路面必將有更大的發(fā)展?，F(xiàn)在，我國的公路建設又進入了一個新的時期，嚴酷的交通環(huán)境對瀝青路面提出了更高的要求，對瀝青和集料都提出了更高的要求，開始采用改性瀝青，瀝青混合料采用瀝青瀝青瑪蹄脂碎石混合料(sma)。1.2.2國內外瀝青路面病害的一些相關研究近二十年來，我國的公路和城市道路使用瀝青材料修筑了相當數(shù)量的瀝青路面。而我國現(xiàn)行彈性層狀理論設計方法和設計指標，主要是考慮在車輛荷載的反復作用下，使路面具有相應的整體剛度（即承載能力），以及抵抗各結構層因拉應力或拉應變而產(chǎn)生的疲勞破壞3。對于當前出現(xiàn)的水損害、車轍、推移、擁包等病害，用彈性層狀理論尚難以得出符合實際的設計結果，我國瀝青

25、路面出現(xiàn)早期損壞，許多僅為13年4，為了克服路面損壞現(xiàn)象，國內進行了大量的研究。我國對瀝青路面病害的研究上雖然晚于西方的一些發(fā)達國家，目前在研究瀝青病害的書籍還不多，知識結構體系還不夠完善，但是我國道路研究者們在面病害的研究方面已取得了不錯的成績。例如，同濟大學孫立軍教授編著的瀝青路面結構行為理論，涵蓋了多名道路研究者們得心血，其中對路面溫度場預估、路面結構輪載分析、瀝青混合料抗剪強度測定方法、瀝青路面損壞的機制等研究。國內外許多調查研究列舉了多種早期路面損壞，國外習慣上按照損壞現(xiàn)象將早期損壞分為裂縫、修補和坑洞、表面損壞、水損壞及其他損壞。國外很早就對路面損壞進行了調查和研究。例如，對于路面

26、的早期損壞之一的水損壞的產(chǎn)生和發(fā)展，lewis r.brown5，fraiz.parker6等進行了深入的研究。目前，世界上許多學者都在對路基路面水、熱、力三場耦合進行研究，不斷探索著瀝青路面損害的機理。目前，我國對此也在進行大量的研究，例如長安大學裴建中編著的瀝青路面細觀結構特性與衰變行為7，薛強、盛謙編著的瀝青路面損壞的多場耦合效應及控制技術8等。 1.3 本論文研究內容和意義 隨著國家公路網(wǎng)的逐步形成，新建公路的建設減少而現(xiàn)有公路的養(yǎng)護維修問題日益突出，我國公路建設工作重點開始由公路的規(guī)劃、設計、施工等實體性工作，轉移到如何管理和維護這些耗資巨大的公路建設上。目前我國瀝青混凝土路面結構早

27、期損病害比較嚴重，為了延長路面使用壽命，降低養(yǎng)護成本將是公路瀝青路面養(yǎng)護管理的主要任務。預計今后一個時期，我國公路將由建設為主，轉為建設與養(yǎng)護并舉，并逐步以養(yǎng)護為主。在這種形勢下，研究瀝青路面養(yǎng)護新技術，探索更科學的養(yǎng)護管理模式具有重要意義。 此次探索與研究，我立足哈爾濱市哈平路瀝青混凝土的病害實際情況，本文將從哈平路瀝青混凝土危害入手，詳細分析哈平路的病害成因，找出瀝青混凝土各種病害產(chǎn)生的原因，對路面實時地作出預防性養(yǎng)護和維修以及為道路的改擴建提供依據(jù)，并且提出路面病害治理方案，并以此作為結合最新科技成果，制定病害處理的各種方案，最后對各種方案進行綜合論證，找出合理的處治方案和處理技術。具體

28、來說，主本文的研究內容包括以下幾個部分。第一，瀝青混凝土穩(wěn)定性病害影響因素與病害的形成原因分析，主要包括集料、混合料類型、荷載和環(huán)境條件對瀝青砼穩(wěn)定性的影響，以及瀝青路面的高溫穩(wěn)定性、低溫抗開裂性和水穩(wěn)定性等，然后通過對瀝青材料的結構和力學特性進行分析，深入分析瀝青路面產(chǎn)生裂縫、坑槽等各種病害的機理；第二，根據(jù)瀝青混凝土路面病害形成原因分析原理和參數(shù)，調查哈平路道路交通量，重載交通，軸載譜以及哈平路道路工程的狀況以及現(xiàn)階段哈平路路面病害的特點，實際分析造成瀝青混凝土常見病害形成的原因。第三，根據(jù)哈平路路面損壞狀況的調查數(shù)據(jù)，運用路面損壞指數(shù)pci評價哈平路路面損壞嚴重程度。最后，根據(jù)哈平路路面

29、病害的成因分析情況和路面損壞程度，結合各種瀝青路面的施工技術，熟悉瀝青路面的各種處置技術，結合哈平路道路的實際病害情況，制定符合實際的瀝青路面處治技術方案，最后對哈平路路面病害處理方案技術進行論證及病害養(yǎng)護與維修方案選擇的研究。第四，對本文進行總結，提出改進意見等。2 瀝青混凝土穩(wěn)定性影響因素與病害成因分析2.1 瀝青混凝土穩(wěn)定性影響因素分析瀝青混凝土穩(wěn)定性影響因素有：行車荷載、集料、組合料、瀝青混合料類型、環(huán)境條件（溫度與濕度）、壓實方法。2.1.1行車荷載對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響我國瀝青路面方法采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性體系理論，汽車的總荷載通過車軸和車輪傳遞給路面，所以路面結構的

30、設計主要以荷載作為荷載標準，并且以100kn為標準軸載。汽車對道路的作用有靜態(tài)荷載與動態(tài)荷載。當汽車停住在道路上時，對道路的作用是靜態(tài)荷載，主要是輪胎傳給路面的垂直壓力pi，輪胎與地面的接觸部分，是不規(guī)則的圖形，它的輪廓近似于橢圓形，在路面設計時，通常假設為圓形接觸面，將車輛荷載簡化為當量的圓形荷載。如下圖（2-1）所示車輛靜態(tài)荷載的計算圖示。車輪靜態(tài)荷載計算示意圖2-1當量圓的半徑r可以按以下公式（2-1）確定。 （2-1）對于雙輪組車軸，如上圖所示用雙圓表示，稱為雙圓荷載，其當量圓直徑d可以由下式（2-2）確定。 （2-2）汽車在道路上行駛時，汽車不僅是施加給路面垂直靜壓力，還給路面施加水

31、平力和振動力。此時，路面受到汽車施加的動態(tài)荷載。汽車在停駐、起動、勻速行駛、加速、減速和制動以及轉向時對路面的影響是多方面的。如下各圖顯示車輪在各種行駛狀態(tài)下作用于路面的垂直壓力和水平力。由下圖，q值是汽車施加給路面的各種水平力，p值是車輪的垂直壓力，路面的受力情況主要有以下幾種情況。當汽車停駐在道路上時，路面只受到輪胎傳遞給路面的垂直壓力，如圖2-2 a圖。當汽車道路上正常行駛（起動、勻速行駛、加速）時，車輪受到路面給它滾動摩阻力，路面也受到車輪給它施加的一個水平力，如圖2-2 b圖；當汽車在上坡行駛，或者在加速行駛時，為了克服重力與慣性力的作用，需要給路面施加向后的水平力，如圖2-2 b圖

32、。當汽車在下坡行駛，或者在減速行駛時，為了克服重力與慣性力的作用，需要給路面施加向前的水平力，如圖2-2 c圖；當汽車在彎道上行駛時，為了克服離心力，需要給路面施加側向水平力，如圖2-2 d圖。a) b) c) d)(車輪動態(tài)荷載計算示意圖2-2)若設q和p分別表示接觸面上的單位水平力和單位垂直接觸力，是路面與輪胎的附著系數(shù)則最大的水平力qmax應滿足式（2-3）： （2-3） 在水平荷載作用下，路面面層結構直接遭受水平荷載作用，如果，瀝青混凝土路面的抗剪強度不足，將會導致裂縫、車轍等路面損壞。在路面結構設計時，還要考慮各種車型軸載在總軸載中所占的比例，所以要探明路面的損壞的機理，必須對道路的

33、交通組成，設計年限內的累計交通量和各級軸載進行調查。不同重力的軸載給路面結構帶來的損傷程度是不一樣的，必須了解清楚各級軸載組成。而且，繁重的交通荷載，是導致哈平路瀝青混凝土病害的一個重要原因。因為瀝青路面在行車重復荷載作用下，往往因路面彎曲而產(chǎn)生開裂破壞。而且，設計時，還要完成軸載當量換算，我國規(guī)范規(guī)定，軸載換算分為三種情況，一是以彎沉值和瀝青層的層底拉應力為設計指標，按式（2-4）換算；二是以半剛性材料結構層的層底拉應力為設計指標時，按式（2-5）換算；三是對于混凝土基層以拉應力為設計指標時，按式（2-6）換算。 （2-4） （2-5） （2-6）式中：n 標準軸載的當量軸次（次/日）； n

34、 各種被換算車輛的租用次數(shù)（次/日）； p 標準軸載； pi各種被換算車型的軸載（kn）； c1軸載系數(shù)； c2輪組系數(shù)。 2.1.2集料和組合料對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響集料是由不同粒徑礦料顆粒組成，并在混合料中起骨架和填充作用的粒料，可分為粗集料、細集料和礦料，要有碎石、卵石、天然砂、人工砂、煤渣、礦渣等9 。集料是混凝土的主要組成材料之一，集料的質量對所制成混凝土的性能影響很大。 路面設計工作是一個系統(tǒng)工程，它不是單純地厚度計算。因原材料性質決定瀝青混合料或各種基層混合料的物理力學特性，各種混合料的性質決定了各結構層的路用性能，所以，材料直接影響路面質量與耐久性10。瀝青混合料的剪切強度是一

35、項重要的指標，瀝青路面的推移、擁抱、車轍都是剪切變形的結果?；旌狭蠈r青混凝土穩(wěn)定性有重要的影響，路面材料在低于極限抗拉強度下經(jīng)受重復拉應力或拉應變時，導致路面出現(xiàn)破壞。2.1.3瀝青混合料類型對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響在進行瀝青混合料選擇時，要綜合考慮氣候條件、交通條件、公路等級、路面類型、結構層次等因素，選擇合適的混合料類型，以提高路面的質量。在低溫持續(xù)長的北方，或者交通負荷不是太繁重的路段，應充分考慮低溫抗開裂性能，選用較小的設計空隙率；在高溫、低溫氣候都比較惡劣且交通特別繁重的路段的道路，要求路面同時具備良好的高溫穩(wěn)定性和低溫抗開裂性，選用合適的設計空隙率；在東北冰雪融化對路面有嚴重危害的

36、地區(qū)，在考慮抗車轍穩(wěn)定性的同時，還必須重視密水的重要性，防止水損壞，選用適當減少設計空隙率。在進行瀝青混合料配合比設計時，要根據(jù)瀝青混合料穩(wěn)定性檢測數(shù)據(jù)，結合哈爾濱的天氣和哈平路路面情況，保證道路的穩(wěn)定性和耐久性。根據(jù)鄧學均編寫的路基路面工程給出的瀝青混合料穩(wěn)定性檢測試驗事例,結合哈平路道路工程特點和實際情況，得出檢測試驗案例如下表2-1至2-4。（1）高溫穩(wěn)定性檢測在環(huán)境60，輪壓0.7mpa條件下進行車轍實驗，其動穩(wěn)定度應符合下表（2-1）的要求。表2-1 瀝青混合料車轍試驗動穩(wěn)定度技術要求氣候條件及技術指標氣候分區(qū)所要求的動穩(wěn)定度（次/mm）試驗方法最高月平均氣溫()24.49t 071

37、9氣候分區(qū)22 夏熱區(qū)普通瀝青混合料，不小于800改性瀝青混合料，不小于2400sam混合料非改性，不小于1500改性，不小于3000排水式開機配磨耗層ogfc混合料3000（重交通量路段）（2）水穩(wěn)定性檢測在規(guī)定條件下進行浸水馬歇爾試驗和凍融劈裂試驗，以檢驗瀝青混合料的水穩(wěn)定性，水穩(wěn)定性以及浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度以及凍融劈裂試驗的殘留強度比表示，應達到表2-2所列出的要求。表2-2瀝青混合料水穩(wěn)定性檢測技術要求氣候條件及技術指標氣候分區(qū)所的技術要求（%）試驗方法全年降水量(毫米)439（250500）t 0709氣候分區(qū)半干旱浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度（%） 不小于普通瀝青混合料75改性

38、瀝青混合料，不小于80sam混合料普通瀝青75改性瀝青80凍融劈裂試驗的殘留強度比（%）不小于t 0729普通瀝青混合料70改性瀝青混合料，不小于75sam混合料普通瀝青75改性瀝青80（3）低溫抗裂穩(wěn)定性檢測在-10的環(huán)境溫度和50mm/min的加載速率下進行彎曲試驗、測試破壞應變、破壞進度模量，用于評價低溫抗開裂穩(wěn)定性。不同瀝青混合料的低溫彎曲破壞應變應不小于表2-3的要求，如達不到要求，請重新調整瀝青材料的品種、標號、用量。重新進行試驗，直至滿足要求為止。表2-3瀝青混合料低溫彎曲試驗破壞應變應（）技術要求氣候條件及技術指標氣候分區(qū)所要求的破壞應變（）試驗方法年極端最低溫()< -

39、37.0t 0728氣候分區(qū)22 冬寒區(qū)普通瀝青混合料，不小于2300改性瀝青混合料，不小于2800（4）滲水性能檢驗取碾壓機型的車轍試驗試件進行滲水系數(shù)試驗，其滲水系數(shù)應符合表2-4規(guī)定的要求。表2-4 瀝青混合料試件滲水系數(shù)（ml/min）技術要求級配類型滲水系數(shù)要求（ml/min）試驗方法密級配瀝青混凝土，不小于120t 0730sam混合料，不小于80ogfc混合料，不小于實測2.1.4環(huán)境條件對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響影響路基路面穩(wěn)定性的因素主要有溫度和濕度的變化。路面材料的體積隨路基路面結構內溫度和濕度的升降而引起膨脹和收縮。瀝青路面處于自然環(huán)境的影響中，經(jīng)受持續(xù)變化著的各種環(huán)境因素的

40、影響。而這些作用的結果主要集中地體現(xiàn)為路面溫度場的復雜分布。路基路面溫度場受到環(huán)境因素的影響如下圖（2-3）所示。 氣候條件對路面結構內溫度影響，包括氣溫、太陽輻射、風力、降水量、蒸發(fā)量和冷凝作用等。太陽輻射僅出現(xiàn)在白天，是促使路面溫度在白天升高的重要因素，也是除氣溫之外最主要的影響因素。風力加強了空氣的對流，使路面喪失部分熱量。降水和蒸發(fā)降低由日照所提高的路面溫度。相對氣溫和太陽輻射而言，云層狀況、大氣的相對濕度、風速、降水等其他環(huán)境因素對于路面溫度場的影響十分有限，且與氣溫和太陽輻射之間具有一定的相關性。同時，路面材料和地區(qū)的地質特征對內在因素的作用有重大影響，路面材料內在因素一般是指從地

41、球長波輻射熱的散發(fā)和熱的特性，它包括路面材料和地基的熱傳導率、熱容量、對輻射熱的吸收的能力等。2-3 環(huán)境條件對路面溫度場的影響因此，這些因素的影響可以通過氣溫和太陽輻射部分體現(xiàn)出來。氣溫和太陽輻射是影響路面溫度的主要環(huán)境因素，二者與路面溫度的影響具有滯后性和累積性的特點11。瀝青材料是溫度敏感型材料，溫度對瀝青路面的承載能力和使用性能都有顯著影響。瀝青路面的各種常見損壞，也直接或間接的與路面溫度的分布狀況有關。在眾多環(huán)境因素中，氣溫對瀝青路面溫度場的影響最為顯著。在氣候較寒冷地區(qū)，當在冬季氣溫下降時，特別是急驟降溫時，瀝青混合料發(fā)生收縮，如果收縮受阻，就會產(chǎn)生拉應力，該應力超過瀝青混合料的抗

42、拉強度，路面就會產(chǎn)生開裂。瀝青混合料在低溫下的抗拉強度同瀝青的性質、瀝青含量、礦質混合料的級配、溫度等因素有關。而且，路基路面結構的穩(wěn)定很大程度上取決于各結構層的濕度變化。對于瀝青混凝土，水使瀝青從石料表面剝落造成剝落、松散、坑槽等病害。路基回彈模量隨濕度增長而急劇下降，不適宜的路基濕度，將影響路基的強度、剛度和穩(wěn)定性，最終對瀝青混凝土路面造成不利的影響。2.1.5壓實方法對瀝青混凝土穩(wěn)定性影響在目前的道路施工過程中，對路基路面壓實多數(shù)是使用振動壓路機。壓實方法會影響瀝青混合料的內部結構，瀝青混凝土在施工時，瀝青混合料經(jīng)碾壓后，在高溫下處于半流態(tài)的瀝青和礦粉組成的膠漿被擠進礦料間隙中，同時集料

43、被強力排列成具有一定能夠骨架的結構。道路建成后，在行車荷載作用下，密實過程進一步發(fā)展，在輪轍位置產(chǎn)生局部沉陷。壓實不當會造成路面早期破壞如裂縫、坑槽、擁包以及車轍等)，造成的直接后果是：影響路面的使用壽命、增加養(yǎng)護費用、車輛損耗和油耗以及影響行車安全12。2.2 瀝青混凝土常見病害及特點瀝青混凝土常見病害有裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)裂）、車轍、松散剝落和表面磨光、凹陷和坑槽、擁包等。(1)裂縫 裂縫是高等級公路瀝青路面最主要的一種損壞形式，其形式是多種多樣的，裂縫從表現(xiàn)形式可分為橫向裂縫、縱向裂縫和網(wǎng)狀裂縫三種。橫向裂縫是指垂直于行車方向裂縫。按其成因，可以分為荷載型裂縫和非荷載型裂縫。 荷

44、載型裂縫首先在路面的地面發(fā)生，在車輛荷載的反復作用下，裂縫逐漸向上擴展到表面。非荷載型裂縫是橫向裂縫的主要形式，它又可以分為面層裂縫和基層發(fā)射裂縫。瀝青面層縮裂主要發(fā)生在冬季氣溫較低的地區(qū)或發(fā)生溫度驟變的地區(qū)13?？v向裂縫主要發(fā)生在瀝青路面兩路幅接茬處，或者由于路基不均勻沉陷，導致路面能明顯看出路面縱向的裂縫。 網(wǎng)裂主要發(fā)生在冰雪融化，在融雪期間冰融交加的春季，惡劣的天氣環(huán)境引起了路面的損壞。而且，在路面在長期使用過程中老化也導致了路面網(wǎng)裂。(2)車轍 車轍是在交通荷載因素和氣候因素共同的反復作用下，路面輪跡帶逐漸下洼，產(chǎn)生永久變形的積累，最終導致路面出現(xiàn)車轍。主要發(fā)生在渠化交通的瀝青混凝土路

45、面。(3)松散剝落松散是直接影響行車安全的路面病害，松散可能出現(xiàn)在整個路面表面。松散剝落是指瀝青從礦料表面脫落在車輛荷載的作用下瀝青面層呈現(xiàn)松散狀態(tài)，以致從路面剝落形成坑槽。(4)表面磨光瀝青路面在使用過程中，在車輪反復滾動摩擦的作用下 ，集料表面被逐漸磨光，有時還伴有瀝青不斷上翻從而導致瀝青路面泛油 ，尤其在雨季會因路面抗滑能力不足造成車禍。(5)凹陷和坑槽瀝青混凝土路面產(chǎn)生的網(wǎng)裂、松散剝落，在行車荷載和天氣因素的作用下，逐漸形成坑槽，或者在冰凍季節(jié)路面發(fā)生水毀現(xiàn)象逐漸出現(xiàn)坑槽，或者局部路面強度不足，在行車荷載的作用下產(chǎn)生凹陷。(6)擁包瀝青混凝土的擁包是由于瀝青路面的高穩(wěn)定性不足造成的，主

46、要由于瀝青路面在水平荷載作用下抗剪強度不足所引起的。2.3 瀝青混凝土常見病害形成原因分析2.3.1概述 瀝青混凝土路面病害的形成是多方面有原因造成的，路面直接受到環(huán)境因素、交通條件等多方面因素的影響，使得外界施加給路面的外力或者變形超過瀝青路面所能承受的極限狀態(tài)而出現(xiàn)路面損壞的現(xiàn)象，下面本文將從瀝青混凝土的強度特性、瀝青混合料的應力應變特性和疲勞特性三方面來論述瀝青砼常見病害形成原因與三者的關系。2.3.2瀝青混合料的強度特性 為了分析瀝青路面的病害機理，探明常見病害形成原因與力學特性關系，首先要研究表征瀝青混合料力學強度的參數(shù)抗壓強度、抗剪強度和抗拉（包括抗彎拉）強度。一般瀝青混合料均具有

47、較高的抗壓強度，而抗剪強度和抗拉強度則較低。因此，瀝青路面的損壞，往往是由拉裂或滑移開始而逐漸擴展。（1）抗剪強度瀝青混合料的力學強度主要取決于集料顆粒間的摩擦力、嵌擠力和粘結力以及瀝青與集料間的粘附性等，路面某一點在外荷載作用下受到的剪應力大于了瀝青混合料的極限抗剪強度，就會產(chǎn)生抗剪損壞。瀝青路面的推移、擁抱、車轍都是剪切變形的結果，所以瀝青混合料的剪切強度是一項重要的指標。瀝青混合料的剪切破壞可按摩爾庫侖原理進行分析。材料在外力作用下如不產(chǎn)生剪切破壞，則應具備下列條件 （2-7）式中：max在外荷載作用下，某一點所產(chǎn)生的最大的剪應力; 在外荷載作用下，在同一剪切面上的正應力； c材料的粘結

48、力； 材料的內摩阻角。（2）抗拉強度在氣候較寒冷地區(qū)，冬季氣溫下降，特別是急驟降溫時，瀝青混合料發(fā)生收縮，如果收縮受阻，就會產(chǎn)生拉應力，該應力超過瀝青混合料的抗拉強度，路面就會產(chǎn)生開裂。瀝青混合料在低溫下的抗拉強度同瀝青的性質、瀝青含量、礦質混合料的級配、溫度等因素有關。瀝青的粘滯度大，或瀝青含量較大，瀝青混合料具有較高的抗拉強度。密級配混合料的抗拉強度較開級配混合料高，在低溫下瀝青混合料的抗拉強度隨溫度降低而提高，形成一個峰值（脆化點），低于脆化點后則強度下降。（3）抗彎強度 瀝青路面在行車重復荷載作用下，往往因路面彎曲而產(chǎn)生開裂破壞。瀝青混合料的抗彎拉強度，取決于所用材料的性質（瀝青的性質

49、、瀝青的用量、礦料的性質、混合料的均勻性）及結構破壞過程的加荷狀況（重復次數(shù)、應力增長速度等）。2.3.3瀝青混合料的應力應變特性瀝青混合料是一種彈性粘塑性材料，在應力應變關系中呈現(xiàn)出不同的性質。有時僅呈現(xiàn)為彈性性質，有時則主要呈粘塑性性質。而大多數(shù)情況下，幾乎同時綜合呈現(xiàn)上述性質。掌握表征這些性質的指標，就能正確地判斷瀝青混合料在不同條件下的特性，特別是瀝青混合料在最高和最低溫度下的變形特性。瀝青混合料在冬季低溫時具有很高的粘滯度，因而應力松弛時間大大超過荷載作用時間。在此情況下，瀝青混合料就呈現(xiàn)為彈性體，并且具有彈性體的變形特性。夏季高溫時，瀝青混合料的粘滯度迅速降低。因此，應力松弛時間也

50、就大大縮短，與荷載作用時間接近或比它短得多，在臨界狀態(tài)下就產(chǎn)生塑性變形。由此可見，瀝青混合料的應力應變特性，不僅同荷載大小和作用時間有關，而且與材料的溫度有關。2.3.4瀝青混合料的疲勞特性瀝青混合料的變形和破壞，不僅與荷載應力的大小有關，而且同荷載作用次數(shù)有大關系。影響瀝青混合料疲勞特性的因素很多，除了與材料的性質（種類、組成等）、環(huán)境因素（溫度、濕度等）、加荷方式等因素有關外，還取決于瀝青混合料的勁度。3 哈爾濱市哈平路道路工程簡介及路面狀況調查分析3.1 哈平路道路工程介紹及工程特點 哈平路早期是通往郊區(qū)的二級公路，隨著交通量的增大，路面逐漸滿足不了交通使用者的需求，道路進行了改擴建目前

51、，哈平路是雙向四車道，道路中間用護欄作為中央分隔帶隔開，兩側有公交車專用車道。該路段基層采用了半剛性基層，面層采用了瀝青混凝土。而且，哈平路又一次拓寬改造工程于今年正式啟動開工建設，今年將對哈平路公鐵立交橋北側引道(九州電器)向南至繞城高速，全長3.7公里進行雙向8車道拓寬改造(原道路為雙向4車道)，其中包括一座500米長雙向4車道橋梁進行拓寬改造。同時，這也反映出哈平路交通量的急劇增長和交通的繁重程度。如下圖（3-1）和（3-2）分別顯示哈平路的改擴建橫斷面示意圖和現(xiàn)階段橫斷面示意圖。圖3-1 哈平路改建前道路橫斷面示意圖圖3-2 哈平路道路橫斷面示意圖哈平路在改擴建時，基層使用了半剛性基層

52、，面層為瀝青混凝土。如路面結構示意圖圖3.1.4，可以清楚的看出哈平路瀝青混凝土的路面結構。圖3-3 哈平路路面結構示意圖半剛性基層是運用石灰無機結合料，對級配集料作穩(wěn)定處理的基層機構。半剛性基層經(jīng)過適當養(yǎng)生后，穩(wěn)定性好，機構本身自成板體，具有較高的路面結構剛度。但其不足之處是脆性大，抗變形能力差。當在半剛性基層上鋪筑較薄的瀝青面層時，由于瀝青對溫度的敏感性，以及在疲勞荷載作用下，半剛性基層裂縫便反射到面層上形成反射裂縫。其中，橫向裂縫是半剛性基層瀝青面層破壞的主要形式，它包括瀝青面層本身的低溫收縮裂縫、溫度疲勞裂縫、半剛性基層收縮反射性開裂及土基土壤收縮引起的開裂等許多復雜情況，是多種因素綜

53、合的結果。這些裂縫主要發(fā)生在降溫過程中，而溫度應力是最直接的原因14。而且，對于石灰穩(wěn)定土基層，如果基層施工方法和壓實方式以及保濕養(yǎng)生條件不當時，容易造成半剛性基層的干縮開裂，或者在環(huán)境因素和在交通荷載的共同作用下，基層產(chǎn)生干縮開裂，石灰穩(wěn)定類基層這些縮裂會反射到路面，造成路面的損壞。并且哈平路道路面層為瀝青混凝土，而瀝青路面屬柔性路面，其強度與穩(wěn)定性在很大程度上取決于土基和基層的特性。 3.2 哈平路瀝青路面狀況調查結果分析根據(jù)對哈平路路面的調查，哈平路瀝青混凝土病害主要有裂縫（橫向、縱向及網(wǎng)狀裂縫）松散剝落和表面磨光、坑槽等，尤其是裂縫，并且裂縫的數(shù)量在該路段所有的路面病害所載比例最大，松散剝落和坑槽等病害也比較嚴重。從抽取的哈平路觀測路段調查數(shù)據(jù)顯示，從哈平路公交站臺到花卉市場公交站之間的路段，路面損壞非常嚴重，整條路到處是裂縫，其次是松散剝落，有些地方還有不同大小的坑槽，路面磨損較為嚴重。觀測路段總面積為562.5m2，裂縫總面積約為89.8m2，約占總面積的15.96%，橫向裂縫23條，縱向