【word】 贵州省高速公路沥青路面使用状况与典型结构建议

1、贵州省高速公路沥青路面使用状况与典型结构建议第27卷第4期2007年8月中外公路57文章编号:16712579(2007)o4005705贵州省高速公路沥青路面使用状况与典型结构建议田盛鼎.刘朝晖(1.贵州高速公路开发总公司,贵州贵阳550004;2.长沙理工大学)摘要:结合已完成的贵州贵遵,贵新,凯麻和清镇4条已通车高速公路路况调查结果和贵州自然气候条件,交通条件等调查情况,对已运营的沥青路面破坏形式进行归纳分析,提出贵州省高速公路沥青路面典型结构的建议,有益于减少或避免贵州省高速公路沥青路面的早期损坏,延长和提高沥青路面的使用寿命.关键词:道路工程;高速公路;沥青路面;路况调查;典型结构根

2、据”贵州省骨架公路网规划(20032020)”,贵州省2020年骨架公路网规划方案为”三纵三横八联八支”,总规模约7400km,其中高速公路2960km,一,二级公路约为4440km.目前,贵州已建成贵遵公路,贵新公路,三凯公路等高速公路,到2006年底,贵州省高速公路通车里程达到了678km.可以预见,在今后14年中,贵州省的公路建设将处于高速发展时期,特别是高速公路的建设将构建贵州省2020年骨架公路网的主骨架.在已建成的高速公路中,沥青路面均存在不同程度的早期破坏,路面的使用性能衰减较快,使用寿命受到影响.因此,面对大规模的公路建设中的沥青路面设计和施工等诸多问题,如何吸取东部地区高速公

3、路建设经验,避免或减少高速公路沥青路面的早期损坏,延长和提高沥青路面的使用寿命成为贵州高速公路建设所面临的重要问题.为了深入了解和掌握贵州高速公路沥青路面的使用状况,2004年贵州高速公路开发总公司委托交通部公路科学研究院分别对贵州贵新,贵遵,凯麻和清镇4条高速公路进行了大量的现场路况及沥青路面病害调查,贵州自然气候和交通量等调查和研究.本文结合已完成的贵州贵遵,贵新,凯麻和清镇4条已通车高速公路路况调查结果和贵州自然气候条件,交通条件等调查情况,对已运营的沥青路面破坏形式进行归纳分析,提出了贵州省高速公路沥青路面典型结构的建议.收稿日期:20070528作者简介:田盛鼎,男,硕士.email

4、:guoren163163.corn1贵州高速沥青路面结构设计贵州高速(高等级)公路的建设始于20世纪90年代初期贵黄公路的修建,并经过10多年的发展,先后建成贵(阳)一遵(义)高速公路(简称贵遵高速),贵(阳)一新(寨)高速公路(简称贵新高速),凯里至麻江高速公路(简称凯麻高速)和清(镇)一镇(宁)高速公路(简称清镇高速)等多条高速公路.贵州主要高速公路沥青路面结构见表1.从表1可以看到,贵州高速公路沥青路面结构与同期国内其他省份的沥青路面设计一样,都是采用半刚性基层沥青路面结构形式.建设初期沥青面层采用两层结构,厚度多在14cm,近几年采用三层结构,厚度也提高到18cm左右.半刚性基层材料

5、由起初的二灰碎石调整为现在的水泥稳定碎石,结构设计强度予以适当的提高.从凯麻高速公路起,贵州的高速公路建设均选用水泥稳定碎石基层+沥青面层结构,水泥稳定碎石基层结构厚度变动很小,主要是对沥青面层厚度的调整和上面层沥青材料类型的不断试验和改进.2贵州省主要高速公路沥青路面病害调查通过对已通车的几条高速公路的调查,发现贵州58中外公路27卷表1贵州主要高速公路沥青路面结构设计凯麻高速2001年12月ac-13厚4ac-20厚5ac-25厚6水泥稳定碎石厚36级配碎石厚1520o6年12月ac一1僻4ac咄厚5ac_25厚6水泥稳定碎石厚4o级配碎石厚15清镇高速2004年9月ak一16厚5ac一2

6、0厚6ac-25厚7水泥稳定碎石厚35级配碎石厚15箧鬟嚣在建sma厚4ac一26ac厚8水泥稳定碎石厚37级配碎石厚15667o6870省高速公路沥青路面的早期损坏较严重.早期损坏主要表现为以下几种形式.(1)路面不均匀沉陷,网裂等病害较为普遍贵遵和贵新高速公路沥青路面行车道平整度均比较差,在轮迹上都有不同程度的不均匀沉陷,网裂,龟裂等损坏情况.在水和交通荷载作用下,路面发生唧浆后逐步发展成为坑槽.部分路段在进行了罩面维修后,路面仍不平整,局部仍有沉陷,裂缝,唧浆和坑洞破坏现象发生,此外还有搓板,波浪等推挤现象.(2)路面表面开裂严重贵遵高速除了由于沉陷产生的网裂外,一些路段横向,纵向裂缝较

7、多.贵新高速也同样存在较多的横向开裂和纵向开裂.贵新高速上的纵向开裂基本都在行车道的轮迹上,而横向裂缝基本贯穿于路面表面.根据已有经验分析,纵向裂缝应为荷载型开裂,在交通荷载作用下,沥青层因承受不了荷载的剪切作用而发生开裂;另一种情况是沥青层在荷载重复作用下发生了疲劳开裂,半刚性基层同时发生了疲劳开裂.经观察现场维修养护时的开挖情况,水泥稳定基层已经发生了严重的开裂,半刚性基层的裂缝与沥青层上的纵向裂缝完全是对应的.这说明贵新高速公路的纵向裂缝是由于结构发生了疲劳破坏后产生的.(3)车辙破坏贵新高速公路的车辙深度一般为0.51.2cm.通过对车辙断面上车辙部位与路肩部位钻芯厚度的对比发现,沥青

8、混合料的变形主要集中在上面层,占到总车辙变形量的90左右,下面层变形相对较小,只占到总车辙变形量的10左右.贵新高速公路沥青层为两层结构,分别为5和7cm,据此可以分析得到,在现有交通条件下,塑性变形主要发生在上面层.在上坡路段,调查发现车辙问题更加突出,不仅有典型的压密车辙,还有剪切流变型车辙.一些路段虽然进行了罩面处理,但车辙损坏和其他开裂,网裂损坏仍然发生.(4)路面表面抗滑性能衰减严重贵新,贵遵高速沥青面层集料均选用石灰岩.由于石灰岩硬度较玄武岩低,且贵州地区的石灰岩材质不稳定,在交通荷载的作用下,路面磨光现象严重,构造深度变小,路面抗滑能力下降.(5)路面有麻面,飞散与剥落等病害在贵

9、新,贵遵高速公路的一些路段上有大量的沥青混合料剥落与麻面等病害现象.为了控制病害的进一步发展,贵遵高速多数段落采用改性沥青稀浆封层进行处理.(6)空隙率大,渗水严重清镇高速公路沥青面层采用ak一16型沥青混凝土,面层空隙率较大,通过现场渗水试验发现,ak一16沥青面层渗水速度较快.(7)其他问题土基条件不好.贵州省修建高速公路,存在软基和较多段落高路堤,填挖交界频繁,结构物多,季节性降雨多,这些因素均易造成路基不均匀沉降.初期建成的主干高速公路,路面基层结构强度不足.贵新高速在建成通车几年后半刚性基层便出现大量的纵向疲劳裂缝,这说明贵州省主干高速公路的基层结构强度不足,需进一步加强.从以上分析

10、可以看出,贵州省已运营的高速公路沥青路面出现了多种早期损坏形式,这些早期破坏的4期贵州省高速公路沥青路面使用状况与典型结构建议59产生与结构设计,原材料选择,沥青混合料的级配,沥青面层厚度以及沥青混合料的施工控制等因素有关.因此,沥青路面结构应根据交通量,气候条件等进行精细设计,加强沥青混合料的材料组成设计和路面排水设计,同时也应注重沥青路面的施工质量控制,减小施工中的不均匀性.3贵州省自然气候条件和高速公路交通量状况3.1自然气候条件由于贵州处于我国西南部云贵高原,低纬度,高海拔的地理特点和境内错综复杂的地形地貌,形成了水平分布和垂直分布复杂多样的气候特征.贵州省各地多年平均气温大部分地区为

11、14.016.0,但位于河谷低洼和西部高原的局部地区分别高于和低于此温度范围.贵州中部,西部海拔1000m以上的地区,几乎不出现最高气温大于35的高温天数;7o01000m的海拔高度范围内,一年仅出现5d左右;超过5d的区域很少.但个别区域如赤水河谷洼地,南部罗甸,极端最高气温可达40.0以上,而西北部和中西部地区,极端最低气温可达一15.0一10.0.贵州多数地区的年降雨量大于1000mm,一般为11o01500mm.各地夏季的降雨量占年降雨量的比例最大,存在秋季绵雨现象.总体上贵州的气候条件可简单概括为:气候温和,冬无严寒,夏无酷暑,雨量充沛,雨热同季,无霜期长,冬春干旱,低温,冰雹等多种

12、气象灾害发生频繁,危害严重.贵州省内气候分区,可大致划分为中部温和区,西部高寒区以及赤水河与东南部边缘河谷温暖区,气候分区分别为241区,231区,141区.3.2高速公路交通量调查从贵新高速,贵遵高速,凯麻高速,清镇高速4条高速公路建成通车后的交通量的调查结果来看,贵州各条高速公路交通量增长均较快.贵新高速2001年2418辆/a(以全线日均交通量算),2002年3423辆/a,2003年3650辆/a,2004年19月4068辆/d,年平均增长率为10.1.凯麻高速2002年1427辆/a,2003年1964辆/a,2004年19月2126辆/d.贵遵路于1997年11月通车,到2003年

13、日平均交通量为4249辆/a,2006年达到9291辆/d,增长率达到46.6.贵遵路交通量增长快,但全线交通量分布不均匀,交通量最大的路段达10000辆/d,最小的为20003000辆/d.清镇高速2006年交通量达到8745辆/d,增长率达92.2%,但交通量不大.镇胜公路(在建,根据工可报告)k43+604k97+407及k147+598k197+886段累计当量轴次526万次,41合同段累计当量轴次771万次.1999年g320的交通构成为小货20.2,中货12.5,大货19.6,小客36.7,大客8.9.三凯高速公路(2006年12月通车,根据工可报告)k134+155k137+15

14、0段累计当量轴次840万次,其中小客27.59,大客11.29,小货27.84,中货25.60,大货7.68.从上述交通量和交通组成情况来看,贵州省高速公路的累计当量轴次属中等交通等级,超载车辆相对省外其他主干线较小.当然,随着贵州经济的发展,全国高速公路网络的贯通,贵州高速公路的交通量肯定会适当增加,超载车辆的比例也会有所增大.3.3矿料资源调查贵州石料资源丰富,特另u是石灰岩,白云岩普遍存在,便于开采,但贵州属于喀斯特地貌区,各个地区石灰岩材质差异性大,同一料场也存在材质差异.贵州的部分地区,如六盘水地区,黔西南州地区,分布有一定量的玄武岩石料资源,并已开采应用.4贵州省高速公路沥青路面典

15、型结构建议沥青路面具有优越的使用性能,在道路工程中得到了广泛应用.长期以来,我国高等级公路沥青路面基层,基本上是采用半刚性基层,其具有整体强度高,刚度大,抵抗变形能力强,取材方便,建设成本低等优点.但是石灰,水泥稳定粒料的半刚性基层,在多年的实际使用中也暴露出许多缺点,即存在明显的温度收缩和干燥收缩而发生开裂,以至引起沥青面层出现反射裂缝.虽然路面裂缝并不影响车辆行驶,但雨水渗入路面后积存在沥青层与半刚性基层之间,致使基层逐渐软化,在行车挤压作用下灰浆从裂缝中挤压上来,出现唧浆现象,同时在裂缝周围,路面出现龟裂,坑洞等损坏.这是造成沥青路面早期损害的重要原因之一.水泥,石灰稳定的半刚性基层材料

16、是一种脆性材料,虽然可以承受一定的拉应力,但实际上它的抗疲劳60中外公路27卷寿命并不理想.调查一些破坏路段,常发现半刚性基层已成碎块,因而在路面维修时常需将基层挖除重新加铺基层,给道路维修带来很大困难.这种现象在一些重载交通的道路上特别容易出现.由于沥青面层成本较高,有些高速公路沥青面层仅1516cm.面层越薄,基层承受的荷载越大,这就对基层强度要求越高.实际施工中往往是通过提高水泥或石灰的用量来提高基层的强度,水泥或石灰的剂量越大,基层的刚度也越大,结果收缩性,脆性也就越严重,加剧了病害的发生.为防治高速公路沥青路面早期反射裂缝,我国引进了柔性基层沥青路面和混合式基层沥青路面.柔性基层沥青

17、路面技术在国外有着广泛的应用,是一种成熟的结构,柔性基层具有与半刚性基层不同的优良性能,近期逐渐引起建设单位和工程技术人员的关注,但目前国内尚未大规模推广应用.而我国对半刚性基层有丰富的应用经验,结合我国的具体情况,并不能对半刚性基层沥青路面予以否定.但是需要认真总结和吸取国内外成功的经验与失败的教训,重新认识和分析其优缺点,完善相应设计与应用,扬长避短,最大限度地减少半刚性基层沥青路面早期损坏,延长沥青路面的使用寿命.为提高贵州省高速公路沥青路面结构的长期使用性能,避免或减缓早期损坏的发生,从近来修建的高速公路沥青路面设计中可以看到,贵州交通建设者们一直在寻找一种合理的路面结构,力图解决或缓

18、解目前的问题.根据对4条高速公路沥青路面病害调查及分析,贵州高速公路沥青路面典型结构要实现的目标是:有效解决或缓解水损坏的发生;减少路面结构开裂,从而减少结构性破坏的发生;有效延长和提高沥青路面的长期使用性能.结合上述分析的自然气候条件,交通条件和贵州经济条件,在归纳总结已建成高速公路沥青路面结构设计的基础上,充分借鉴国内外沥青路面结构设计和使用经验,推荐贵州省高速公路沥青路面的典型结构如表2所示.关于推荐的典型结构的说明:(1)表面层采用最大公称粒径为13mm的沥青混凝土可以有效提高沥青路面的防水能力,提高沥青混凝土施工的和易性,减小离析的发生.(2)无论选用何种沥青混合料类型,将沥青面层的

19、最小厚度提高到18cm,有利于提高沥青路面结构的长期使用性能,这从贵州省沥青路面沥青层结构厚度不断调整过程中也可以看到,也考虑了解决早期损坏问题的基本经验.表2贵州高速公路沥青路面推荐典型结构注:路面结构总厚度根据交通量和路基强度计算确定(3)贵州省已有丰富的半刚性基层沥青路面修建经验,因此基层材料仍选用水泥稳定碎石材料,并根据道路的交通情况,参考长寿命路面的设计理念,选择合适的结构组合,计算合理的结构厚度,对于交通量增长快,交通量大的主干高速公路,底基层也应采用水泥稳定碎石材料,以提高基层抵抗疲劳破坏的能力.但是水泥稳定碎石的施工,应尽量优化矿料级配,控制水泥用量,防止施工过程中出现开裂破坏

20、.(4)对于整个贵州省来说,尤其是在多雨地区,年降雨天数180d,沥青混合料的抗水损害性能尤为重要.因此宜采用密实型级配沥青混合料,如ac,superpave,sma.对于ac级配,无论是哪个结构层,都应按照”骨架,密实”的原则,经配合比试验选择适合的级配曲线,表面层材料组成设计中适量掺入抗剥落剂.5沥青路面材料选用及设计(1)玄武岩的选用由于石灰岩硬度较玄武岩低,且贵州地区的石灰岩材质不稳定,在交通荷载的作用下,路面磨光现象严重,构造深度变小,路面抗滑能力下降.因此建议沥青路面表面层采用耐磨的中性岩石,如玄武岩,以提高其抗滑性能.这已经在清镇高速,镇胜高速得以应用.(2)sma的使用与改性沥

21、青的选用为提高沥青路面的抗滑性能和抗水损害性能,在建的镇胜高速公路沥青路面设计上面层采用改性沥青sma一13,造成了工程费用的大幅提高.sma的应用对提高混合料的低温抗裂性,水稳性以及解决表面抗滑与耐久性之间的矛盾都有较好的效果.sma的性能固然很好,但由于贵州路基条件差,4期贵州省高速公路沥青路面使用状况与典型结构建议61高速公路在建成后的运营过程中,仍可能产生较大的不均匀沉降,无疑,sma路面也会因此破坏.另外,sma的工程造价较普通的沥青混凝土高出509/6809/5,相比贵州的交通条件和目前的经济条件,选用造价较为便宜的混合料类型才是现实而又合适的选择.因此,当前更需要按照”骨架,密实

22、”的原则,调整配制适合贵州省的级配曲线.sac就是一种粗细界于ac和sma之间的级配,它不添加木质纤维,可不使用改性沥青,采用满足性能要求的石灰岩矿料即可,在国内多条高速公路已成功铺筑,可以作一定的试验研究.同样地,改性沥青对改善沥青路面使用性能的作用是无庸质疑的,但是改性沥青的价格相对较贵,其使用应结合路段的实际情况和所需改善哪方面性能而定,如长大坡段落,特大桥桥面铺装及沥青路面防水层等处建议使用.(3)加强排水设计由于贵州雨量充沛,各地夏季的降雨量占年降雨量的比例最大,存在秋季绵雨现象.因此,加强中央分隔带及路面边部排水措施的设计很有必要.同时,沥青路面设计应设置防水粘结层,减小雨水下渗并

23、滞留沥青路面中下面层及基层,造成早期水损害的出现.6结语贵州高速公路沥青路面设计经过10多年的不断探索与改进,逐渐选择和形成了适合自己的沥青路面典型结构.在今后的10多年里,根据”贵州省骨架公路网规划(20032020)”,贵州将大规模地新建和改建一批高速公路,因此,如何更好地减小甚至避免以前沥青路面中出现的早期破坏现象,延长和提高沥青路面的使用寿命已成为贵州高速公路建设所面临的重要问题.文中进行了一些有益的总结和讨论,认为解决此问题的关键在优化沥青路面的结构厚度和选用合适而又经济的沥青混合料,并对贵州高速公路沥青路面典型结构提出了建议.参考文献:1贵州高速公路开发总公司.沥青路面工程设计和施工要点建议(试行)er,2007.2jtgd5o一2006,公路沥青路面设计规范s.3jtgf402004,公路沥青路面施工技术规范s.e4覃建龙,田盛鼎.水泥稳定碎石矿料级配优化试验研究j.公路交通科技,2005(11).长江大桥:国内第二大移动模架箱梁浇注成功近日,由中国铁建二十四局集团承担施工的上海长江大桥b1标首跨50in移动模架混凝土箱梁,经过项目部施工人员18.5h的连续浇注顺利完成,一次浇注混凝土总方量达到了672in.,标志着上海长江