柔性基层沥青路面

1、交通交通运输部公路科学研究院运输部公路科学研究院严二严二虎虎 研究员研究员河北河北. .张家口张家口20142014年年9 9月月柔性柔性基层沥青路面基层沥青路面20132013年底，我国公路达到年底，我国公路达到423.75423.75万万公里。公里。地域地域辽阔，条件各异辽阔，条件各异结构单一结构单一，早期，早期8080采用采用了薄层半刚性基层沥青路面了薄层半刚性基层沥青路面目前结构存在问题目前结构存在问题开裂问题；开裂问题； 排水性能差，容易导致水损坏；排水性能差，容易导致水损坏；对重载、超载的敏感性大；对重载、超载的敏感性大；结构性车辙问题；结构性车辙问题；基层耐久性差；基层耐久性差；

2、加铺改造能力较差；加铺改造能力较差； 层间的联结较弱，且变形随从性差；层间的联结较弱，且变形随从性差；半刚性基层对软基不均匀沉降的适应性差，在路半刚性基层对软基不均匀沉降的适应性差，在路 基土强度不均匀的地方适应性差。基土强度不均匀的地方适应性差。早期损坏问题早期损坏问题开裂开裂水损坏水损坏车辙车辙使用使用1 13 3年、甚至通车不仅就发生病害，年、甚至通车不仅就发生病害，主要为局部的车辙、水损坏、坑槽、裂缝主要为局部的车辙、水损坏、坑槽、裂缝、松散等。、松散等。结构耐久性差、使用结构耐久性差、使用 寿命短寿命短沥青路面达不到设计年限要求，沥青路面达不到设计年限要求，5 58 8年年就必就必须

3、进行大修或结构性重建。须进行大修或结构性重建。坑槽坑槽早期损坏问题早期损坏问题结构耐久性差、使用结构耐久性差、使用 寿命短寿命短 主要是材料主要是材料选择、选择、混合料混合料设计设计、施工、施工控制不当造成控制不当造成，通过，通过一些技术措施可以缓解。一些技术措施可以缓解。 属于深层次的问题，主要是结构设计原因造成，需属于深层次的问题，主要是结构设计原因造成，需要从结构上进行调整要从结构上进行调整。泥结碎泥结碎( (砾砾) )石路面石路面 渣油表处渣油表处级配碎级配碎( (砾砾) )石石 沥青表处沥青表处级配碎级配碎( (砾砾) )石石 或石灰稳定或石灰稳定 水泥稳定水泥稳定 或二灰稳定或二灰

4、稳定 或级配碎或级配碎( (砾砾) )石石 贯入式或沥青碎石贯入式或沥青碎石初期初期60-7060-70年代年代7070年代年代70-8070-80年代年代我国路面结构发展我国路面结构发展915cmAC 80年代末年代末1525cm 半刚性基层半刚性基层 1216cmAC 90年代中年代中 90年代末本世纪初年代末本世纪初 1218cmAC 2036cm 沥青面层沥青面层 降低基层强度；降低基层强度；加厚沥青面层加厚沥青面层 2036cm 沥青面层沥青面层 2032cm半刚性底基层半刚性底基层降低基层强度及厚降低基层强度及厚度；加厚沥青面层度；加厚沥青面层增设柔性基层增设柔性基层 3040cm

5、 半刚性底基层半刚性底基层 812cmAC 增设刚性基层；复增设刚性基层；复合式结构；减薄沥合式结构；减薄沥青面层青面层目前我国沥青路面结构类型目前我国沥青路面结构类型 合理选择沥青路面的结构型式，是合理选择沥青路面的结构型式，是减少沥青路面减少沥青路面早期损早期损坏，提高路面耐久性，延长使用寿命的重要措施之一。坏，提高路面耐久性，延长使用寿命的重要措施之一。美国美国/ /加加拿大拿大澳大利澳大利亚亚/ /新西新西兰兰南非南非法国法国/ /英国英国/ /德国德国/ /西班牙西班牙/ /意大利意大利/ /比利时比利时/ /波兰波兰/ /捷捷克斯洛伐克克斯洛伐克/ /俄罗斯俄罗斯/ /挪挪/ /瑞

6、典瑞典/ /丹麦丹麦/ /芬兰芬兰/ /冰岛冰岛 日本日本/ /印度印度/ /巴基斯坦南巴基斯坦南亚以及中东国家亚以及中东国家国际上国际上路面结构应用情况调查路面结构应用情况调查5 5大州大州2020多个国家，能够代表多个国家，能够代表当今沥青路面结构应用状况当今沥青路面结构应用状况沥青面层沥青面层 沥青面层沥青面层 沥青面层沥青面层 沥青面层沥青面层 沥青面层沥青面层 半刚性路面半刚性路面组合组合I路面路面组合组合II路面路面全柔性路面全柔性路面全厚式路面全厚式路面 40年年 40年年 40年年 60年年 50年年 2 15 18 26 10 法国法国结构型式结构型式结构组合结构组合国道国道

7、高速高速公路公路全厚式全厚式8-10cm8-10cm沥青层沥青层31.57026-38cm26-38cm沥青基层沥青基层组合式组合式I I8-10cm8-10cm沥青层沥青层151017cm17cm沥青基层沥青基层25cm25cm半刚性底基层半刚性底基层全柔性全柔性8-10cm8-10cm沥青层沥青层2517cm17cm沥青基层沥青基层20-35cm20-35cm级配碎石基层级配碎石基层半刚性半刚性14.5-16cm14.5-16cm沥青层沥青层10(交通量交通量于于1500/日日)038cm38cm半刚性基层半刚性基层英国英国结构型式结构型式结构组合结构组合国道国道全柔性全柔性20cm-38

8、 20cm-38 沥青层沥青层8015-35cm 15-35cm 级配碎石底基层级配碎石底基层半刚性半刚性无无0美国美国 769条路统计条路统计结构型式结构型式结构组合结构组合国道国道全厚式全厚式18-63cm18-63cm沥青层沥青层20组合式组合式I I18-50cm18-50cm沥青层沥青层6.215-30cm15-30cm半刚性底基层半刚性底基层组合式组合式IIII18-50cm18-50cm沥青层沥青层615-30cm15-30cm级配碎石基层级配碎石基层10-30cm10-30cm半刚性底基层半刚性底基层全柔性全柔性(1)(1)18cm18cm沥青层沥青层38（低交通）（低交通）2

9、0-80cm20-80cm级配碎石基层级配碎石基层全柔性全柔性(2)(2)18-50cm18-50cm沥青层沥青层25.810-35cm10-35cm级配碎石基层级配碎石基层半刚性半刚性18cm18cm沥青层沥青层2(标准轴载累计轴次标准轴载累计轴次90全柔性全柔性28-30cm28-30cm沥青层沥青层15-20cm15-20cm级配碎石级配碎石组合式组合式I I28-30cm28-30cm沥青层沥青层很少量很少量15cm15cm半刚性底基层半刚性底基层半刚性半刚性无无0日本日本 63条高速公路条高速公路结构型式结构型式结构组合结构组合高速公路高速公路全柔性全柔性18-30cm18-30cm

10、沥青层沥青层7910-30cm10-30cm级配碎石级配碎石组合式组合式I I18-30cm18-30cm沥青层沥青层2115-30cm15-30cm半刚性底基层半刚性底基层半刚性半刚性无无0(700万次万次) 8 8省市，覆盖全国主要片区。省市，覆盖全国主要片区。国内级配碎石基层沥青路面国内级配碎石基层沥青路面 四川四川1993年年 成渝高速成渝高速广西玉林地区广西玉林地区，1990年以来年以来 陕西陕西1989年年西三试验路西三试验路河北河北1988年年正定试验路正定试验路北京北京80年代京密路、老年代京密路、老107国道、京周公路国道、京周公路 黑龙江黑龙江1992年年林齐试验路林齐试验

11、路 江苏江苏1992年沪年沪宁高速公路无宁高速公路无锡江阴试验路锡江阴试验路青海青海80、90年年路面结构路面结构段落段落成渝高成渝高速速沪宁高速公沪宁高速公路无锡江阴路无锡江阴试验路试验路广西玉林广西玉林 林齐试验路林齐试验路河北正定试河北正定试验路验路西安试验路西安试验路沥青层沥青层 12cmAC12cmAC3cm表处表处9cmAC69cmAC 912cmAC级配碎石级配碎石层层20cm15cm10-15cm32cm1012cm10、20cm半刚性底半刚性底基层基层2836石石灰稳定灰稳定泥岩泥岩15cm水泥结水泥结碎石或二灰碎石或二灰碎石碎石35cm石灰土石灰土17-24cm掺掺5的水泥

12、稳的水泥稳定山砂砾定山砂砾10cm水泥水泥稳定砂砾稳定砂砾20-30cm砂砂垫层垫层1012cm二二灰碎石灰碎石3235cm石石灰土灰土20cm二灰二灰砂砾砂砾38cm石灰石灰土土2002年交通部西部交通建设科技：年交通部西部交通建设科技：高速公路早期病害预防措施的研究高速公路早期病害预防措施的研究西部地区合理路面厚度及西部地区合理路面厚度及结构型式的结构型式的研究研究铺筑了大量柔性基层试验路和实体工程铺筑了大量柔性基层试验路和实体工程首次提出首次提出应用级配碎石结构型应用级配碎石结构型式建议式建议 2005年年2010年：年：南方湿热地区高速公路新型沥青路面技术研究南方湿热地区高速公路新型沥

13、青路面技术研究 浙江省高速公路沥青路面合理路面结构形式研究浙江省高速公路沥青路面合理路面结构形式研究沥青路面长期性能研究沥青路面长期性能研究沥青层厚度与相对车辙量沥青层厚度与相对车辙量高温车辙高温车辙下雨下雨后的级配碎石表面情况后的级配碎石表面情况 级配级配碎石碎石底部有水底部有水的排出的排出 在相同条件下级配碎石基层较在相同条件下级配碎石基层较半刚性基层顶面的半刚性基层顶面的饱和状态的饱和状态的时间可降低时间可降低8391。 排水、减少水损坏排水、减少水损坏材料类型材料类型渗水系数渗水系数(m/s)级配碎石级配碎石10-4510-3沥青混合料沥青混合料10-6510-4路基土路基土10-71

14、0-8半刚性半刚性基本不渗水基本不渗水半刚性基层半刚性基层表面层表面层中面层中面层ATB材料类型材料类型渗水系数渗水系数(m/s)级配碎石级配碎石10-4510-3沥青混合料沥青混合料10-6510-4路基土路基土10-710-8半刚性半刚性基本不渗水基本不渗水级配碎石基层级配碎石基层表面层表面层中面层中面层ATB厚厚度度，cm动孔隙水压力，动孔隙水压力，kPa服务期内材料的模量变化特性服务期内材料的模量变化特性半刚性路面弯半刚性路面弯沉的变化规律沉的变化规律5年年沥青混凝土沥青混凝土级配碎石级配碎石半刚性材料半刚性材料时间模量200-300MPa材料状态材料状态3000-4000MPa初始阶

15、段初始阶段1500-2000MPa材料状态材料状态使用阶段使用阶段破碎破碎半刚性材料的模量衰减规律半刚性材料的模量衰减规律(南非南非)半刚性材料的模量衰减规律半刚性材料的模量衰减规律(2002AASHTO)沥青混凝土模量变化规律沥青混凝土模量变化规律(2002AASHTO)半刚性半刚性全柔性全柔性50cm38cm38cm33cm15cmI I：未开裂：未开裂9.69E+088.24E+082.74E+071.31E+075年年材料状态材料状态第一阶段第一阶段二阶段分析二阶段分析半刚性结构半刚性结构半刚性结构半刚性结构新型结构新型结构设计标准轴次设计标准轴次沥青层厚度沥青层厚度15cm18cm2

16、6cm1.31E+0715年年材料状态材料状态第二阶段第二阶段破碎破碎交通量交通量I I：未开裂：未开裂9.69E+088.24E+082.74E+071.31E+07半刚性结构半刚性结构半刚性结构半刚性结构新型结构新型结构设计标准轴次设计标准轴次沥青层厚度沥青层厚度15cm18cm26cm1.31E+07IIII：开裂：开裂3.40E+067.70E+061.81E+071.31E+075年年第一阶段第一阶段15年年交通量交通量9年年13年年21年年国家国家加拿大加拿大美国美国德国德国英国英国法国法国年限年限3040305030-404020、30国家国家日本日本澳大利亚澳大利亚 西班牙西班

17、牙南非南非中国中国年限年限20-4020-4020、3020、4012-15部分国家沥青路面设计寿命，年部分国家沥青路面设计寿命，年视角：更长时间跨度来考虑问题视角：更长时间跨度来考虑问题假定假定：交通：交通增长率为增长率为5.0%。设计第一年的累计标准轴次为设计第一年的累计标准轴次为 N1。 5.5 N116.1 N1总年限 第I阶段寿命占总寿命百分比 15年： 5.5N1 / (5.5 N1 +16.1 N1)= 2620年： 17% 30年： 8%40年： 5% 50年： 3%5年年第一阶段第一阶段15年年交通量交通量第二阶段第二阶段不同国家沥青层厚度与标准轴次曲线不同国家沥青层厚度与标

18、准轴次曲线长寿命沥青路面长寿命沥青路面 = = 长寿命基层长寿命基层 + + 高性能面层高性能面层长寿命沥青路面理念长寿命沥青路面理念 路面结构层位路面结构层位设计寿命设计寿命(年年)全寿命周期中全寿命周期中上面层上面层510中修中修6次次中面层中面层1015中修中修3次次下面层下面层2030大修大修1次次底、基层底、基层4050不需维修不需维修取消弯沉设计指标取消弯沉设计指标级配碎石、级配碎石、ATB柔性基成为重柔性基成为重要典型结构之一要典型结构之一设计沥青层厚度设计沥青层厚度按工程实际选择结构形式按工程实际选择结构形式交通荷载等级交通荷载等级极重极重特重特重重重中等中等轻轻设计使用年限内

19、设计车道累设计使用年限内设计车道累计计大型客车和货车交通量大型客车和货车交通量（106，辆，辆）20.020.09.09.05.05.01.5 1.5表表3.0.4交通荷载分级交通荷载分级全国自全国自20012001年开始在全国年开始在全国2020多个省修建了多个省修建了200200多多个路段的试验路和实体工程个路段的试验路和实体工程，柔性基层近，柔性基层近12000km12000km，其中级配碎石其中级配碎石路段路段70007000多多kmkm。柔性柔性基层基层应用应用情况情况1989-20121989-2012年年中国中国高速公路沥青层厚度的演变高速公路沥青层厚度的演变 2005山东 福建江西等西部59.6% 薄沥青层半刚性基层薄沥青层半刚性基层3