我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回顧與思考

我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回顧與思考

長安大學戴經(jīng)梁2008年12月我國瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的回顧與思考

2、我國瀝青路面的使用狀況1、我國瀝青路面的規(guī)模一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用狀況

一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用狀況

1、我國瀝青路面的規(guī)模

1998年滬嘉高速公路、沈大高速公路先后通車，實現(xiàn)了我國高速公路零的突破；1999年10月高速公路通車里程突破1萬公里，居世界第四位；2000年末通車里程1.6萬公里，居世界第三位；2001年通車里程達到1.9萬公里，居世界第二位；2007年底，通車里程猛增5.4萬公里；2009年底，高速公路通車里程達6.51萬公里,穩(wěn)居世界第二位。

高速公路絕大部分采用半剛性基層瀝青路面。2、我國瀝青路面的使用狀況

·部分高速公路瀝青路面的使用狀況比較好。例如：沈大、京津塘、廣琛等高速公路使用7～8年（設(shè)計年限15年）才進入大修,達到相當高的使用水平。

·不少高速公路瀝青路面的早期破壞嚴重。瀝青路面建成當年或2-3年,發(fā)生程度不同的車轍、網(wǎng)裂、坑糟等早期破壞

一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用狀況

·

高速公路瀝青路面普遍達不到設(shè)計年限15年（國際上一般為30~50年），最多7-8年就必須大修——路面結(jié)構(gòu)的耐久性差。

普遍認為：我國瀝青路面的使用壽命短、耐久性差與我國千篇一律地使用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)具有很大的關(guān)系。一、我國瀝青路面的規(guī)模與使用狀況

二、半剛性基層瀝青路面問題分析

半剛性基層瀝青路面的最大優(yōu)點是板體性強，具有很高的承載能力，且價格便宜。

——我國高速公路廣泛采用此種路面的基本出發(fā)點。

思考：

·在國際上發(fā)達國家為什么很少采用半剛性基層瀝青路面結(jié)構(gòu)；

·國外，重交通道路不采用半剛性基層瀝青路面，只是在低等級，交通量低的道路采用。

半剛性基層瀝青路面具有不少問題，有些問題甚至是無法解決的。

1、半剛性基層的最大問題是收縮開裂，它將導致瀝青面層產(chǎn)生反射裂縫，并進一步引起：（1）裂縫進水導致瀝青層與基層界面從連續(xù)狀態(tài)變成滑動狀態(tài)；使基層、底基層、路基含水狀況發(fā)生變化，承載力迅速降低；（2）車輛從裂縫一側(cè)到達另一側(cè)，使路面裂縫處發(fā)生大的應力突變，形成很大的剪應力和表面拉力,加劇瀝青路面破壞。二、半剛性基層瀝青路面問題分析

2、半剛性基層非常致密，基本上是不透水材料，一旦水進入路面并到達基層表面后，難以排出。水分集聚在瀝青層和基層界面，在車輛荷載的反復作用下，基層表面沖刷，并產(chǎn)生唧泥，導致路面的破壞。

半剛性基層瀝青路面的反射裂縫和內(nèi)部排水性能差及基層表面易沖刷是其致命的弱點。二、半剛性基層瀝青路面問題分析

3、半剛性基層具有很好的整體性，但在使用過程中，路面進水后，半剛性基層在長期流水和多次凍融循環(huán)作用下，其板體結(jié)構(gòu)會逐漸破壞、產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性損壞。半剛性基層由整體向大塊、小塊、碎塊變化，按整體結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計路面是偏于不安全的。

二、半剛性基層瀝青路面問題分析

4、半剛性基層瀝青路面對重載車輛具有更大的軸載敏感性。在計算拉應力時，柔性基層的軸載換算按4次方計算，而半剛性基層是8次方計算（實際上，很可能是12-15次方）軸載增大1倍，柔性基層換算軸次增大16倍，半剛性基層換算軸次增大256倍（甚至212=4096倍）

超載對半剛性基層瀝青路面的危害遠大于柔性基層瀝青路面。二、半剛性基層瀝青路面問題分析

5、半剛性性基層損損壞后沒沒有愈合合能力，，且難以以修補。。半剛性基基層一旦旦破壞，，使無可可救藥，，除了挖挖掉重重建外，，別無它它法。半剛性基基層瀝青青路面的的維修只只能是““開膛破破肚”式式進行。。這是半半剛性基基層瀝青青路面使使用過程程中，面面臨的一一大難題題。二、半剛性基基層瀝青青路面問題分析6、半剛性性基層瀝瀝青路面面難以跨跨年度施施工。無論是直直接暴露露或是鋪鋪一層瀝瀝青面層層過冬，，都避免免不了發(fā)發(fā)生橫向向收縮裂裂縫，從從而為瀝瀝青路面面產(chǎn)生反反射裂縫縫留下隱隱患。半剛性基基層暴露露可能凍凍酥，影影響強度度形成。。在季節(jié)節(jié)性冰凍凍地區(qū)，，半剛性性基層的的凍融損損壞幾乎乎難以避避免。7、半剛性性基層瀝瀝青路面面易產(chǎn)生生失穩(wěn)性性車轍,特別在高高溫季節(jié)節(jié)，在重重載的作作用下，，路面將將產(chǎn)生嚴嚴重的轍轍槽，影影響行車車安全，，甚至影影響通行。二、半剛性基基層瀝青青路面問題分析半剛性基基層瀝青青路面的的致命弱弱點——路面開裂裂、進水水且難以以排走，，對重載載敏感性性大。思考：既然半剛剛性基層層瀝青路路面具有有上述種種種問題題，甚至至有些問問題是致致命的。。為什么么一直沿沿用至今今，難以以改變？？這是中國國國情所所定的，，是我國國公路建建設(shè)發(fā)展展歷史的的必然結(jié)結(jié)果。二、半剛性基基層瀝青青路面問題分析2、20世紀70年代的發(fā)展情況1、20世紀60年代的發(fā)展情況三、半剛剛性基層層瀝青路路面的發(fā)發(fā)展歷史史3、20世紀80年代后的發(fā)展情況1、20世紀60年代——采用石灰灰穩(wěn)定土土基層渣渣油表面面處治（（渣油是是一種質(zhì)質(zhì)量很差差、蠟含含量很高高的石油油煉制過過程中付付產(chǎn)品））主要解決決公路晴晴天揚塵塵、雨天天泥濘的的問題。。2、20世紀70年代——采用水泥泥、石灰灰、粉煤煤灰等無無機結(jié)合合料穩(wěn)定定粒料的的半剛性性基層和和貫入式式瀝青路路面、上上拌下貫貫式瀝青青路面及及半開級級配瀝青青碎石瀝瀝青路面面。加快了公公路路面面“黑色色化”，，使我國國公路瀝瀝青路面面使用質(zhì)質(zhì)量有了了顯著改改善。三、半剛剛性基層層瀝青路路面的發(fā)發(fā)展歷史史3、20世紀80年代后——大量采用用半剛性性基層瀝瀝青路面面（1）隨著改改革開放放，國民民經(jīng)濟蓬蓬勃發(fā)展展，交通通量迅速速增加，，開始大大量修建建二級公公路、一一級公路路和高速速公路。。瀝青面面層逐步步向瀝青青混凝土土發(fā)展，，半剛性性基層和和底基層層的強度度也隨之之要求增增加。（2）國產(chǎn)瀝瀝青難以以滿足蓬蓬勃發(fā)展展高速公公路建設(shè)設(shè)形勢，，大量依依賴國外外進口瀝瀝青，經(jīng)經(jīng)濟負擔擔沉重，，難以采采用國外外使用的的柔性基基層瀝青青路面。。三、半剛剛性基層層瀝青路路面的發(fā)發(fā)展歷史史（3）80年代末，，“七五五”國家家科技攻攻關(guān)項目目“半剛剛性基層層重交通通道路瀝瀝青路面面及抗滑滑表層成成套技術(shù)術(shù)”的成成果，成成為半剛剛性基層層瀝青路路面設(shè)計計和施工工的重要要技術(shù)依依據(jù)。半剛性基基層瀝青青路面成成為中國國瀝青路路面的主主要結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，，幾乎成成為包括括高速公公路在內(nèi)內(nèi)的唯一一結(jié)構(gòu)形形式——為我國瀝瀝青路面面的發(fā)展展做出了了巨大貢貢獻。三、半剛剛性基層層瀝青路路面的發(fā)發(fā)展歷史史2、國外與我國使用情況的區(qū)別1、國際上20世紀70年代以前的使用情況四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況1、國際上上20世紀70年代以前前，半剛剛性基層層瀝青路路面曾得得到較多多的應用用。目目前柔柔性基層層與全厚厚式瀝青青路面已已成為路路面的主主流。國際上路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)類型的的轉(zhuǎn)變，，應當引引起我們們認真的的思考——在軸載，，交通量量日益增增大的今今天，中中國公路路仍唯一一的采用用半剛性性基層瀝瀝青路面面，是否否合適？？2、國外半半剛性基基層瀝青青路面普普遍使用用在地方方道路及及低交通通量公路路上，且且在使用用上與我我國有很很大區(qū)別別。（（1）國外半半剛性材材料主要要用于加加強路基基，而我我國將其其作為主主要的承承重層。。國國外瀝青青路面的的承重層層，不僅僅包括基基層，更更主要是是依靠瀝瀝青層。。我國將瀝瀝青層作作為功能能層，國國外除了了將瀝青青層作為為功能層層，更主主要是承承重層。。四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況（2）國外半半剛性基基層瀝青青路面基基層材料料的強度度一般不不太高，，水泥用用量少，，7d設(shè)計強度度一般在在3Mpa左右。我國半剛剛性基層層強度過過高，甚甚至有些些地方認認為強度度越高越越好，導導致鋪筑筑瀝青層層之前開開裂現(xiàn)象象十分嚴嚴重。四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況（3）水泥穩(wěn)穩(wěn)定碎石石基層上上經(jīng)常設(shè)設(shè)置級配配碎石層層作為過過渡層，，以減少少反射裂裂縫和利利于排水水。我國設(shè)計計規(guī)范也也提到這這種路面面結(jié)構(gòu)，，然而由由于這種種路面結(jié)結(jié)構(gòu)難以以滿足設(shè)設(shè)計彎沉沉的要求求，得不不到采用用。四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況3、國外瀝瀝青路面面結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計時，，通常對對路基和和基層提提出起碼碼的要求求（例如如路基豎豎向壓應應變＜200μμε）瀝青層層作為承承受彎拉拉應力的的主要承承重層（（瀝青面面層的彎彎拉應變變＜70μεε）意味著瀝瀝青層的的厚度是是至關(guān)重重要的，，只要路路基、基基層滿足足一定的的要求，，路面破破壞就是是瀝青層層厚度不不足。四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況4.我國半剛剛性基層層瀝青路路面設(shè)計計時，假假定瀝青青層的厚厚度，以以基層或或底基層層作為計計算層進進行結(jié)構(gòu)構(gòu)厚度計計算。意味著瀝瀝青層只只起到功功能作用用，厚度度無關(guān)緊緊要，甚甚至認為為瀝青層層越厚，，彎沉越越大，反反而沒有有好處。。半剛性性基層是是承重層層，路面面承受的的荷載大大、交通通量大就就需要加加強基層層強度（（剛度））和厚度度，路面面破壞意意味著基基層破壞壞。四、國外外半剛性性基層瀝瀝青路面面使用狀狀況2、技術(shù)引進促進跨越式發(fā)展1、我國瀝青路面結(jié)構(gòu)問題五、改善善我國瀝瀝青路面面使用狀狀況的思思考3、瀝青路面結(jié)構(gòu)問題放眼看世界4、改變單一使用方法1、我國高高速公路路采用的的半剛性性基層瀝瀝青路面面結(jié)構(gòu)在在繁重交交通及施施工質(zhì)量量等因素素的影響響下，出出現(xiàn)了早早期破壞壞，提前前達到了了使用壽壽命。大大部分路路面是由由于基層層的損壞壞，而使使路面成成為結(jié)構(gòu)構(gòu)性破壞壞，無法法通過瀝瀝青面層層的維修修得到解解決。大大修往往往是“開開膛破肚肚”式的的作業(yè)，，工程量量十分浩浩大，相相當于重重鋪路面面，這是是一個使使我國道道路工作作者十分分困惑的的難題。。五、改善善我國瀝瀝青路面面使用狀狀況的思思考2、張春賢賢部長在在全國交交通工作作會議上上談到設(shè)設(shè)計問題題時指出出：“要有針針對性地地引進國國外成熟熟的技術(shù)術(shù)、標準準和規(guī)范范?？蒲醒谐晒鞘菍嵺`經(jīng)經(jīng)驗的總總結(jié)，是是人類文文明的結(jié)結(jié)晶，我我們要善善于借鑒鑒一切先先進的科科研成果果。在公公路建設(shè)設(shè)和管理理領(lǐng)域、、國與國國之問技技術(shù)問題題及解決決方法具具有很多多共性。。發(fā)達國國家研究究早、實實踐早、、積累了了豐富的的經(jīng)驗，，許多技技術(shù)、標標準和規(guī)規(guī)范屬于于政府所所有，沒沒有知識識產(chǎn)權(quán)的的障礙，，我們要要把技術(shù)術(shù)引進作作為公路路交通實實現(xiàn)新的的跨越式式發(fā)展的的重要手手段”這一段話話為我國國解決公公路路面面早期損損壞指出出了方向向。五、改善善我國瀝瀝青路面面使用狀狀況的思思考3、在瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)問題題，我們們也需要要放眼世世界。國國際際上的高高速公路路和重交交通公路路，大量量使用柔柔性基層層瀝青路路面，現(xiàn)現(xiàn)在又出出現(xiàn)了永永久性路路面或長長壽命瀝瀝青路面面。該該種路路面的使使用壽命命可達到到40-50年；最最新的的研究發(fā)發(fā)現(xiàn)：該該種路路面瀝青青層厚度度超過一一定厚度度時，良良好材料料組成和和施工的的路面可可避免傳傳統(tǒng)的瀝瀝青層底底開裂和和結(jié)構(gòu)性性車轍。。當標準準軸次超超過一定定次數(shù)后后，瀝青青層厚度度無須增增加。五、改善善我國瀝瀝青路面面使用狀狀況的思思考該種路面面最大特特點是確確保路面面各類損損壞控制制在路面面頂部（（25~100mm）范圍內(nèi)內(nèi)，如自自上向下下的溫度度疲勞開開裂、車車轍、表表面磨耗耗與瀝青青老化等等都限制制在磨耗耗層內(nèi)。。表面層層的損壞壞只需通通過銑刨刨和預防防性養(yǎng)護護就可以以解決。。意味著這這種瀝青青路面在在使用年年限內(nèi)不不需要大大的結(jié)構(gòu)構(gòu)性重修修或重建建，并企企圖無限限期地使使用下去去。五、改善善我國瀝瀝青路面面使用狀狀況的思思考4、我國應應改變目目前單一一使用半半剛性基基層瀝青青路面的的狀況，，使不同同路面結(jié)結(jié)構(gòu)得到到合理的的使用。?！獙ΜF(xiàn)有的的半剛性性基層瀝瀝青路面面應進行行再認識識，努力力克服其其不合理理的一些些因素，，使其得得到改進進，更加加完善；；—開始考慮慮在中國國適當?shù)氐匕l(fā)展柔柔性基層層瀝青路路面的結(jié)結(jié)構(gòu)形式式。探討討該種路路面在我我國各地地高速公公路中使使用的可可行性，，改進我我國瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)單一一的問題題。五、改善善我國瀝瀝青路面面使用狀狀況的思思考4、國外常見的柔性路面結(jié)構(gòu)組成2、部分國家使用的主要瀝青路面結(jié)構(gòu)六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介3、部分國家或單位采用的設(shè)計指標1、國外路面結(jié)構(gòu)的設(shè)計年限6、永久性路面的特點5、永久性路面產(chǎn)生的背景7、永久性路面對結(jié)構(gòu)層材料的要求8、基于力學分析的設(shè)計方法20～4030～4020～4020～4030～404030～4030～50設(shè)計年限澳大利亞加拿大日本南非法國英國德國美國（AASHTO93）國家1、國外路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)的設(shè)計計年限六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介√中國√（輕交通）√√加拿大√√√德國√√日本√√（中、輕交通）√美國√(貧水泥混凝土)√（中、輕交通）√英國√(水穩(wěn)碎石)√√法國薄瀝青層厚粒料基層厚瀝青層下臥基層半剛性基層混合式全厚式粒料基層主要路面結(jié)構(gòu)國家2、部分國國家使用用的主要要瀝青路路面結(jié)構(gòu)構(gòu)六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介※※俄羅斯※※※法國※※※比利時※※諾丁漢大大學※※※※南非※※日本※※※澳大利亞亞※※※SHELL補強※※※AI路表彎沉永久變形形粒料層剪剪切應力路基頂面面壓應變穩(wěn)定粒料料層拉應力力瀝青層疲勞機構(gòu)3、部分國家家或單位位采用的的設(shè)計指指標六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介4、國外常常見的柔柔性路面面結(jié)構(gòu)組組成六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介國外常見見的柔性性路面結(jié)結(jié)構(gòu)組成成六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介5、永久性性路面產(chǎn)產(chǎn)生的背背景重載交通通給歐洲洲瀝青路路面帶來來的挑戰(zhàn)戰(zhàn)表現(xiàn)在在以下方方面：（1）重載交交通量的的增加、、重載軸軸載增加加；（2）慢速交交通產(chǎn)生生了更大大的路面面應力；；（3）高壓輪輪胎引起起作用應應力的增增加；（4）道路磨磨光加速速。六、國外外柔性基基層瀝青青路面結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計計簡介6、永久性性路面的的