路 面 工 程 建 设 应 关 注 的 几 个 热 点 问 题 张 起 森 教 授 博 士 生 导 师 长 沙 理 工 大 学
最 近, 美 国 联 邦 公 路 局 (FHWA) 的 Peter Stephanos 提 出 了 美 国 路 面 工 程 今 后 一 段 时 间 应 关 注 的 6 个 焦 点 (FOCUS) 问 题, 目 的 是 为 了 保 证 国 家 公 路 网 的 安 全 长 寿 命 经 济 美 观 和 有 效 的 养 护
6 个 focus 路 面 设 计 和 分 析 路 面 材 料 和 施 工 技 术 路 面 管 理 和 维 护 (Preservation) 路 面 表 面 特 性 施 工 和 材 料 质 量 保 证 环 境 管 理 协 调 (Stewardship)
时 至 今 日, 我 国 的 高 速 公 路 里 程 已 达 到 7 万 4 千 多 公 里, 居 世 界 第 二 位 据 交 通 部 规 划, 到 2025 年, 我 国 高 速 公 路 里 程 要 达 到 8 万 5 千 公 里, 与 美 国 现 有 的 高 速 公 路 里 程 相 当 所 以, 在 不 到 20 年 的 时 间 内, 我 国 将 要 再 修 建 4 万 多 公 里 为 了 把 今 后 的 高 速 公 路 修 得 更 好, 保 证 现 有 的 4 万 多 公 里 高 速 公 路 畅 通 和 安 全, 我 国 的 路 面 工 程 建 设 应 关 注 哪 些 热 点 问 题?
热 点 问 题 路 面 设 计 ( 包 括 可 行 性 研 究 ) 路 面 材 料 设 计 和 质 量 控 制 路 面 施 工 技 术 和 管 理 路 面 预 防 性 养 护 和 养 护 管 理 系 统 推 广 路 面 新 材 料 新 技 术 的 应 用 与 培 训 路 面 的 维 修 改 建 和 扩 建
一 路 面 设 计
主 要 内 容 现 状 改 变 如 何 设 计 以 便 符 合 实 际? 新 的 动 向 长 寿 命 路 面 (Long Life Pavement) 或 永 久 性 路 面 (Perpetual Pavement) AASHTO-2004 设 计 指 南
现 状 粗 糙 基 础 工 作 不 扎 实, 如 交 通 量 的 调 查 与 预 测 材 料 参 数 的 选 取 等 ; 规 范 本 身 的 局 限 性, 如 设 计 指 标 计 算 方 法 的 校 正 等 结 果 路 面 使 用 的 可 靠 性 不 足 ; 早 期 破 坏 较 严 重 ; 早 期 破 坏 较 严 重 ; 使 用 寿 命 短, 达 不 到 设 计 要 求 注 : 当 然 不 能 把 全 部 问 题 归 结 于 设 计, 这 也 是 不 公 平 的, 但 设 计 不 好, 则 是 先 天 不 足
改 变 加 强 基 础 工 作 的 积 累 如 交 通 量 预 测 路 基 模 量 材 料 参 数 与 变 异 性 完 善 规 范 设 计 体 系 沥 青 路 面 水 泥 路 面 重 载 ( 超 载 ) 路 面 路 面 使 用 性 能 的 长 期 跟 踪 观 测 路 面 模 拟 试 验
沥 青 路 面 改 变 设 计 指 标 理 论 计 算 结 果 的 修 正 结 构 层 功 能 划 分 合 理 的 基 层 结 构 选 择 路 基 路 面 综 合 设 计 ( 动 态 ) 排 水 问 题
水 泥 路 面 改 变 设 计 指 标 ( 应 力 控 制 是 否 合 理?) 理 论 计 算 结 果 的 修 正 不 同 层 间 结 合 状 态 的 温 度 应 力 计 算 合 理 的 基 层 结 构 选 择 排 水 问 题
改 变 重 载 ( 超 载 ) 路 面 车 辆 换 算 问 题 材 料 参 数 疲 劳 方 程 ( 高 应 力 比 ) 非 线 性 修 正
改 变 路 面 使 用 性 能 的 长 期 跟 踪 观 测 SHRP LTPP(Long Term Pavement Performance), 我 国 是 否 需 要 LTPP? LTPP 中 一 般 性 的 路 面 试 验 (GPS) 项 目 有 837 个, 有 沥 青 路 面 水 泥 路 面 AC 罩 面 PCC 罩 面 等, 路 基 条 件 有 冻 非 冻 干 和 湿 等 类 型 LTPP 作 用 就 是 用 来 评 价 设 计 方 法, 改 进 设 计 方 法 和 为 进 一 步 研 究 提 出 建 议
路 面 模 拟 试 验 改 变 澳 大 利 亚 ALF 南 非 NVS 长 沙 理 工 大 学 直 道 加 载 试 槽
直 道 加 载 试 槽
新 的 动 向 长 寿 命 路 面 (Long Life Pavement) 或 永 久 性 路 面 (Perpetual Pavement) 这 是 上 个 世 纪 90 年 代 提 出 的 概 念 ( 欧 洲 ), 使 用 寿 命 40-50 年, 期 间 只 需 对 面 层 进 行 修 复 即 可, 不 需 要 结 构 性 重 建 永 久 性 沥 青 路 面 长 寿 命 水 泥 路 面
永 久 性 沥 青 路 面 ESAL 作 用 下 弯 曲 拉 应 变 极 值 < 60 厚 HMA (220-420mm) 垂 直 压 应 变 极 值 < 200 基 层 (as required) 路 基 (40-50MPa)
永 久 性 沥 青 路 面 设 计 理 念 }100 ~ 150 mm 高 压 力 区 40~75mm 高 质 量 SMA OGFC 或 Superpave 100~180mm 高 模 量 抗 车 辙 材 料 ( 根 据 需 要 定 ) 最 大 拉 应 变 柔 性 抗 疲 劳 材 料 75~100mm 路 面 基 础
长 寿 命 水 泥 路 面 面 板 厚 度 28-32cm, 加 筋 或 不 加 筋 ( 加 筋 率 6%) 基 础 多 用 贫 混 凝 土 或 水 泥 稳 定 层, 其 上 有 4-6cm 沥 青 混 凝 土 隔 离 层
长 寿 命 水 泥 路 面 结 构 示 意 图 混 凝 土 面 板 基 层 路 基 钢 筋 沥 青 混 凝 土 防 水 隔 离 层
长 寿 命 路 面 我 国 在 山 东 湖 南 等 地 修 建 了 长 寿 命 试 验 路, 我 们 学 校 对 全 柔 性 长 寿 命 路 面 的 设 计 方 法 做 了 较 详 尽 的 研 究, 对 发 展 我 国 的 长 寿 命 路 面 的 可 能 性 也 做 了 探 讨
AASHTO-2004 设 计 指 南 美 国 公 路 运 输 工 作 者 协 会 和 联 邦 公 路 局 为 了 解 1993 年 版 的 AASHTO 设 计 方 法 存 在 的 问 题,2004 年 3 月 提 出 了 基 于 力 学 经 验 (M-E) 法 的 路 面 设 计 指 南
AASHTO-2004 设 计 指 南 设 计 理 论 破 坏 预 测 交 通 荷 载 考 虑 的 主 要 因 素 优 点
设 计 理 论 和 交 通 荷 载 设 计 理 论 : 弹 性 层 状 体 系 理 论 板 体 理 论 和 可 靠 度 理 论 交 通 荷 载 : 单 轴 单 轮 多 轴 多 轮 轴 载 谱 而 不 用 当 量 换 算
破 坏 预 测 沥 青 路 面 纵 裂 龟 裂 横 裂 车 辙 平 整 度 和 TOP-DOWN 水 泥 路 面 断 层 裂 缝 及 连 续 配 筋 混 凝 土 路 面 裂 缝 贯 通 错 台 和 水 泥 混 凝 土 顶 面 受 拉 问 题
主 要 考 虑 因 素 1 基 础 或 路 基 2 材 料 3 环 境 因 素 ( 湿 度 温 度 ) 4 施 工 5 交 通 荷 载 6 地 下 排 水
主 要 考 虑 因 素 7 路 肩 设 计 8 维 修 处 理 方 法 9 新 建 或 维 修 的 选 择 10 路 面 状 态 11 设 计 可 靠 度 12 使 用 成 本
优 点 1 减 少 路 面 早 期 破 坏 2 延 长 使 用 寿 命 3 能 评 估 新 荷 载 的 作 用 材 料 性 能 变 化 冻 融 作 用 排 水 能 力 等
二 路 面 材 料 设 计 和 质 量 控 制
主 要 内 容 现 状 原 材 料 取 材 混 乱 指 标 控 制 不 严 格 马 歇 尔 试 验 法 有 些 不 适 用 施 工 级 配 控 制 问 题 较 多 路 面 材 料 设 计 ( 原 材 料 和 混 合 料 ) 质 量 控 制
设 计 指 标 原 材 料 混 合 料 材 料 组 成 设 计 路 面 材 料 设 计 我 国 设 计 方 法 美 国 SHRP 的 Superpave 体 积 设 计 法
设 计 指 标 原 材 料 沥 青 石 料 矿 粉 添 加 剂 ( 纤 维 抗 车 辙 剂 ) 水 泥 粉 煤 灰 水 添 加 剂 混 合 料 沥 青 混 合 料 模 量 E 抗 弯 强 度 S 动 稳 定 度 冻 融 劈 裂 强 度 等 水 泥 混 凝 土 模 量 E 抗 弯 强 度 S 外, 目 前 对 于 混 凝 土 结 构 的 防 腐 蚀 问 题 增 加 了 不 少 指 标, 如 : 砼 氯 离 子 扩 散 系 数 砼 的 抗 裂 性 混 凝 土 受 腐 蚀 环 境 作 用 性 能 变 化 ( 炭 化 冻 融 破 坏 磨 损 碱 集 料 反 应 等 )
材 料 组 成 设 计 我 国 设 计 方 法 : 马 歇 尔 试 验 方 法 美 国 SHRP 的 Superpave 体 积 设 计 法
原 材 料 混 合 料 摊 铺 过 程 控 制 检 测 手 段 不 配 套 质 量 控 制
三 路 面 混 合 料 拌 和 运 输 摊 铺 和 压 实
主 要 内 容 现 状 我 国 已 拥 有 许 多 大 型 进 口 施 工 设 备, 国 内 也 产 生 了 不 少, 如 何 用 好 这 些 设 备, 修 出 高 质 量 的 路 面, 是 目 前 一 个 值 得 研 究 的 问 题 材 料 堆 放 污 染 混 杂 使 用 拌 和 进 料 ( 称 量 ) 温 度 控 制 干 拌 湿 拌 时 间 沥 青 用 量 控 制 运 输 降 温 离 析
主 要 内 容 摊 铺 离 析 压 实 压 实 机 械 温 度 ( 初 压 终 压 ) 压 实 度 控 制
试 验 确 定 压 实 遍 数
空 隙 率 与 车 辙 深 度 的 关 系
美 国 加 拿 大 一 些 研 究 人 员 得 到 : 密 级 配 混 合 料 初 期 原 位 空 隙 率 不 能 大 于 8%, 且 在 路 面 使 用 寿 命 期 不 应 低 于 3% 空 隙 率 为 8% 时, 路 面 透 水 性 大 大 增 加, 水 损 坏 的 危 险 性 很 大, 而 空 隙 率 3% 时 很 容 易 产 生 车 辙 所 以, 美 国 规 范 一 般 规 定, 现 场 密 度 至 少 为 室 内 密 度 的 95%, 在 某 些 情 况 下 可 达 98%, 但 禁 止 其 超 过 100%( 马 歇 尔 击 实 次 数 50 或 75 次 < 大 交 通 >), 因 低 空 隙 率 易 引 起 早 期 车 辙
四 路 面 养 护 管 理
主 要 内 容 现 状 未 脱 离 低 等 级 道 路 的 养 护 模 式, 头 痛 医 头, 脚 痛 医 脚 ; 养 护 资 金 分 配 不 合 理 ; 养 护 管 理 系 统 难 推 广 预 防 性 养 护 与 全 寿 命 周 期 费 用 问 题 路 面 预 防 性 养 护 是 保 证 路 面 使 用 性 能 及 延 长 路 面 寿 命, 节 省 成 本 ( 养 护 修 建 成 本 运 输 成 本 ) 的 方 法, 值 得 推 荐 路 面 管 理 系 统 的 建 立 与 推 广 问 题 进 料 ( 称 量 ) 温 度 控 制 干 拌 湿 拌 时 间 沥 青 用 量 控 制
预 防 性 养 护 路 面 性 能 与 使 用 年 限 注 : 问 题 是 怎 样 确 定 预 防 性 养 护 的 开 始 点, 即 路 面 到 什 么 状 态 ( 表 面 强 度 ) 就 开 始 做 养 护? 全 寿 命 周 期 费 用 评 估 问 题
路 面 管 理 系 统 的 建 立 与 推 广 路 面 管 理 系 统 包 括 数 据 采 集 分 析 与 评 价 数 据 库 养 护 决 策 系 统 ( 决 策 树 ) 资 金 分 配 养 护 管 理 系 统 的 推 广 应 用 解 决 数 据 采 集 手 段 用 系 统 对 已 建 路 面 进 行 观 察, 以 正 确 建 立 其 性 能 预 测 方 程
路 面 雷 达
五 路 面 的 维 修 改 建 与 扩 建
主 要 内 容 现 状 路 面 早 期 损 坏 较 突 出 ; 交 通 量 预 测 不 准 确, 现 有 道 路 不 能 满 足 行 车 要 求 ; 使 用 寿 命 段, 改 建 工 程 不 少 改 建 扩 建 路 面 的 设 计 旧 路 面 评 价 冼 刨 或 破 碎 新 的 罩 面 补 强 设 计 旧 路 加 宽 方 法 等 沥 青 混 凝 土 路 面 再 生 进 料 ( 称 量 ) 温 度 控 制 干 拌 湿 拌 时 间 沥 青 用 量 控 制
再 生 方 法 沥 青 混 凝 土 路 面 再 生 厂 拌 热 再 生 厂 拌 冷 再 生 ( 泡 沫 沥 青 ) 现 场 热 再 生 现 场 冷 再 生 再 生 剂 的 选 择 液 体 沥 青 泡 沫 沥 青 乳 化 沥 青
六 路 面 新 材 料 新 技 术 新 工 艺 的 应 用
主 要 内 容 现 状 随 着 科 学 技 术 的 进 步, 路 面 工 程 中 应 用 了 许 多 新 材 料 新 技 术 和 新 工 艺, 但 有 的 得 到 了 应 用, 有 的 还 没 有 引 起 工 程 技 术 界 的 重 视 路 面 新 材 料 改 性 沥 青 高 分 子 材 料 施 工 技 术 旧 混 凝 土 路 面 的 破 碎 加 固 技 术 各 种 养 护 技 术
路 面 新 材 料 改 性 沥 青 SBS SBR PE 和 橡 胶 等 改 性 沥 青 已 在 工 程 中 大 量 应 用, 而 且 取 得 了 良 好 的 效 果 温 拌 沥 青 : 一 种 调 和 沥 青, 拌 和 温 度 100-120, 摊 铺 和 压 实 温 度 80-90, 与 HMA 相 比 施 工 温 度 降 低 了 30 左 右, 也 是 一 种 改 性 沥 青 ( 节 能 环 保 ) 阻 燃 沥 青 : 用 于 隧 道 路 面, 防 火 提 高 燃 点, 减 少 烟 雾 通 常 在 沥 青 中 添 加 7% 的 有 机 卤 素 或 磷 酸 盐 类 阻 燃 剂 如 重 庆 渝 合 高 速 湖 北 沪 蓉 西 高 速
高 分 子 材 料 路 面 新 材 料 纤 维 抗 车 辙 剂 土 工 布 和 土 工 格 栅 等 不 同 类 型 纤 维 和 掺 量 对 路 面 车 辙 的 影 响
AC-20 混 合 料 掺 加 抗 车 辙 剂 的 试 验 结 果 12000 10000 8000 6000 AC-20 AC-20+0.3% 车 辙 王 AC-20+0.5% 车 辙 王 AC-20+0.7% 车 辙 王 4000 2000 0 60 动 稳 定 度 ( 次 /mm) 70 动 稳 定 度 ( 次 /mm)
路 面 施 工 技 术 旧 混 凝 土 路 面 的 破 碎 加 固 技 术 南 非 兰 派 冲 击 机
路 面 施 工 技 术 旧 混 凝 土 路 面 的 破 碎 加 固 技 术 多 锤 头 碎 板 机
路 面 施 工 技 术 旧 混 凝 土 路 面 的 破 碎 加 固 技 术 门 式 砌 刀
路 面 施 工 技 术 旧 混 凝 土 路 面 的 破 碎 加 固 技 术 共 振 破 碎
路 面 施 工 技 术 旧 混 凝 土 路 面 的 破 碎 加 固 技 术 金 刚 研 磨 机
各 种 养 护 技 术 稀 浆 封 层 微 表 处 同 步 碎 石 雾 封 层 Novechip 路 面 施 工 技 术
结 语 提 出 的 问 题 只 是 供 大 家 讨 论, 我 国 路 面 质 量 怎 样 提 高, 是 值 得 大 家 深 思 的 问 题