我国沥青路面结构设计的回顾与思考

我国沥青路面结构设计的回顾与思考

长安大学戴经梁2008年12月我国沥青路面结构设计的回顾与思考

2、我国沥青路面的使用状况1、我国沥青路面的规模一、我国沥青路面的规模与使用状况

一、我国沥青路面的规模与使用状况

1、我国沥青路面的规模

1998年沪嘉高速公路、沈大高速公路先后通车，实现了我国高速公路零的突破；1999年10月高速公路通车里程突破1万公里，居世界第四位；2000年末通车里程1.6万公里，居世界第三位；2001年通车里程达到1.9万公里，居世界第二位；2007年底，通车里程猛增5.4万公里；2009年底，高速公路通车里程达6.51万公里,稳居世界第二位。

高速公路绝大部分采用半刚性基层沥青路面。2、我国沥青路面的使用状况

·部分高速公路沥青路面的使用状况比较好。例如：沈大、京津塘、广琛等高速公路使用7～8年（设计年限15年）才进入大修,达到相当高的使用水平。

·不少高速公路沥青路面的早期破坏严重。沥青路面建成当年或2-3年,发生程度不同的车辙、网裂、坑糟等早期破坏

一、我国沥青路面的规模与使用状况

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高速公路沥青路面普遍达不到设计年限15年（国际上一般为30~50年），最多7-8年就必须大修——路面结构的耐久性差。

普遍认为：我国沥青路面的使用寿命短、耐久性差与我国千篇一律地使用半刚性基层沥青路面结构具有很大的关系。一、我国沥青路面的规模与使用状况

二、半刚性基层沥青路面问题分析

半刚性基层沥青路面的最大优点是板体性强，具有很高的承载能力，且价格便宜。

——我国高速公路广泛采用此种路面的基本出发点。

思考：

·在国际上发达国家为什么很少采用半刚性基层沥青路面结构；

·国外，重交通道路不采用半刚性基层沥青路面，只是在低等级，交通量低的道路采用。

半刚性基层沥青路面具有不少问题，有些问题甚至是无法解决的。

1、半刚性基层的最大问题是收缩开裂，它将导致沥青面层产生反射裂缝，并进一步引起：（1）裂缝进水导致沥青层与基层界面从连续状态变成滑动状态；使基层、底基层、路基含水状况发生变化，承载力迅速降低；（2）车辆从裂缝一侧到达另一侧，使路面裂缝处发生大的应力突变，形成很大的剪应力和表面拉力,加剧沥青路面破坏。二、半刚性基层沥青路面问题分析

2、半刚性基层非常致密，基本上是不透水材料，一旦水进入路面并到达基层表面后，难以排出。水分集聚在沥青层和基层界面，在车辆荷载的反复作用下，基层表面冲刷，并产生唧泥，导致路面的破坏。

半刚性基层沥青路面的反射裂缝和内部排水性能差及基层表面易冲刷是其致命的弱点。二、半刚性基层沥青路面问题分析

3、半刚性基层具有很好的整体性，但在使用过程中，路面进水后，半刚性基层在长期流水和多次冻融循环作用下，其板体结构会逐渐破坏、产生结构性损坏。半刚性基层由整体向大块、小块、碎块变化，按整体结构的概念设计路面是偏于不安全的。

二、半刚性基层沥青路面问题分析

4、半刚性基层沥青路面对重载车辆具有更大的轴载敏感性。在计算拉应力时，柔性基层的轴载换算按4次方计算，而半刚性基层是8次方计算（实际上，很可能是12-15次方）轴载增大1倍，柔性基层换算轴次增大16倍，半刚性基层换算轴次增大256倍（甚至212=4096倍）

超载对半刚性基层沥青路面的危害远大于柔性基层沥青路面。二、半刚性基层沥青路面问题分析

5、半刚性性基层损损坏后没没有愈合合能力，，且难以以修补。。半刚性基基层一旦旦破坏，，使无可可救药，，除了挖挖掉重重建外，，别无它它法。半刚性基基层沥青青路面的的维修只只能是““开膛破破肚”式式进行。。这是半半刚性基基层沥青青路面使使用过程程中，面面临的一一大难题题。二、半刚性基基层沥青青路面问题分析6、半刚性性基层沥沥青路面面难以跨跨年度施施工。无论是直直接暴露露或是铺铺一层沥沥青面层层过冬，，都避免免不了发发生横向向收缩裂裂缝，从从而为沥沥青路面面产生反反射裂缝缝留下隐隐患。半刚性基基层暴露露可能冻冻酥，影影响强度度形成。。在季节节性冰冻冻地区，，半刚性性基层的的冻融损损坏几乎乎难以避避免。7、半刚性性基层沥沥青路面面易产生生失稳性性车辙,特别在高高温季节节，在重重载的作作用下，，路面将将产生严严重的辙辙槽，影影响行车车安全，，甚至影影响通行。二、半刚性基基层沥青青路面问题分析半刚性基基层沥青青路面的的致命弱弱点——路面开裂裂、进水水且难以以排走，，对重载载敏感性性大。思考：既然半刚刚性基层层沥青路路面具有有上述种种种问题题，甚至至有些问问题是致致命的。。为什么么一直沿沿用至今今，难以以改变？？这是中国国国情所所定的，，是我国国公路建建设发展展历史的的必然结结果。二、半刚性基基层沥青青路面问题分析2、20世纪70年代的发展情况1、20世纪60年代的发展情况三、半刚刚性基层层沥青路路面的发发展历史史3、20世纪80年代后的发展情况1、20世纪60年代——采用石灰灰稳定土土基层渣渣油表面面处治（（渣油是是一种质质量很差差、蜡含含量很高高的石油油炼制过过程中付付产品））主要解决决公路晴晴天扬尘尘、雨天天泥泞的的问题。。2、20世纪70年代——采用水泥泥、石灰灰、粉煤煤灰等无无机结合合料稳定定粒料的的半刚性性基层和和贯入式式沥青路路面、上上拌下贯贯式沥青青路面及及半开级级配沥青青碎石沥沥青路面面。加快了公公路路面面“黑色色化”，，使我国国公路沥沥青路面面使用质质量有了了显著改改善。三、半刚刚性基层层沥青路路面的发发展历史史3、20世纪80年代后——大量采用用半刚性性基层沥沥青路面面（1）随着改改革开放放，国民民经济蓬蓬勃发展展，交通通量迅速速增加，，开始大大量修建建二级公公路、一一级公路路和高速速公路。。沥青面面层逐步步向沥青青混凝土土发展，，半刚性性基层和和底基层层的强度度也随之之要求增增加。（2）国产沥沥青难以以满足蓬蓬勃发展展高速公公路建设设形势，，大量依依赖国外外进口沥沥青，经经济负担担沉重，，难以采采用国外外使用的的柔性基基层沥青青路面。。三、半刚刚性基层层沥青路路面的发发展历史史（3）80年代末，，“七五五”国家家科技攻攻关项目目“半刚刚性基层层重交通通道路沥沥青路面面及抗滑滑表层成成套技术术”的成成果，成成为半刚刚性基层层沥青路路面设计计和施工工的重要要技术依依据。半刚性基基层沥青青路面成成为中国国沥青路路面的主主要结构构形式，，几乎成成为包括括高速公公路在内内的唯一一结构形形式——为我国沥沥青路面面的发展展做出了了巨大贡贡献。三、半刚刚性基层层沥青路路面的发发展历史史2、国外与我国使用情况的区别1、国际上20世纪70年代以前的使用情况四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况1、国际上上20世纪70年代以前前，半刚刚性基层层沥青路路面曾得得到较多多的应用用。目目前柔柔性基层层与全厚厚式沥青青路面已已成为路路面的主主流。国际上路路面结构构类型的的转变，，应当引引起我们们认真的的思考——在轴载，，交通量量日益增增大的今今天，中中国公路路仍唯一一的采用用半刚性性基层沥沥青路面面，是否否合适？？2、国外半半刚性基基层沥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，且且在使用用上与我我国有很很大区别别。（（1）国外半半刚性材材料主要要用于加加强路基基，而我我国将其其作为主主要的承承重层。。国国外沥青青路面的的承重层层，不仅仅包括基基层，更更主要是是依靠沥沥青层。。我国将沥沥青层作作为功能能层，国国外除了了将沥青青层作为为功能层层，更主主要是承承重层。。四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况（2）国外半半刚性基基层沥青青路面基基层材料料的强度度一般不不太高，，水泥用用量少，，7d设计强度度一般在在3Mpa左右。我国半刚刚性基层层强度过过高，甚甚至有些些地方认认为强度度越高越越好，导导致铺筑筑沥青层层之前开开裂现象象十分严严重。四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况（3）水泥稳稳定碎石石基层上上经常设设置级配配碎石层层作为过过渡层，，以减少少反射裂裂缝和利利于排水水。我国设计计规范也也提到这这种路面面结构，，然而由由于这种种路面结结构难以以满足设设计弯沉沉的要求求，得不不到采用用。四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况3、国外沥沥青路面面结构设设计时，，通常对对路基和和基层提提出起码码的要求求（例如如路基竖竖向压应应变＜200μμε）沥青层层作为承承受弯拉拉应力的的主要承承重层（（沥青面面层的弯弯拉应变变＜70μεε）意味着沥沥青层的的厚度是是至关重重要的，，只要路路基、基基层满足足一定的的要求，，路面破破坏就是是沥青层层厚度不不足。四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况4.我国半刚刚性基层层沥青路路面设计计时，假假定沥青青层的厚厚度，以以基层或或底基层层作为计计算层进进行结构构厚度计计算。意味着沥沥青层只只起到功功能作用用，厚度度无关紧紧要，甚甚至认为为沥青层层越厚，，弯沉越越大，反反而没有有好处。。半刚性性基层是是承重层层，路面面承受的的荷载大大、交通通量大就就需要加加强基层层强度（（刚度））和厚度度，路面面破坏意意味着基基层破坏坏。四、国外外半刚性性基层沥沥青路面面使用状状况2、技术引进促进跨越式发展1、我国沥青路面结构问题五、改善善我国沥沥青路面面使用状状况的思思考3、沥青路面结构问题放眼看世界4、改变单一使用方法1、我国高高速公路路采用的的半刚性性基层沥沥青路面面结构在在繁重交交通及施施工质量量等因素素的影响响下，出出现了早早期破坏坏，提前前达到了了使用寿寿命。大大部分路路面是由由于基层层的损坏坏，而使使路面成成为结构构性破坏坏，无法法通过沥沥青面层层的维修修得到解解决。大大修往往往是“开开膛破肚肚”式的的作业，，工程量量十分浩浩大，相相当于重重铺路面面，这是是一个使使我国道道路工作作者十分分困惑的的难题。。五、改善善我国沥沥青路面面使用状状况的思思考2、张春贤贤部长在在全国交交通工作作会议上上谈到设设计问题题时指出出：“要有针针对性地地引进国国外成熟熟的技术术、标准准和规范范。科研研成果是是实践经经验的总总结，是是人类文文明的结结晶，我我们要善善于借鉴鉴一切先先进的科科研成果果。在公公路建设设和管理理领域、、国与国国之问技技术问题题及解决决方法具具有很多多共性。。发达国国家研究究早、实实践早、、积累了了丰富的的经验，，许多技技术、标标准和规规范属于于政府所所有，没没有知识识产权的的障碍，，我们要要把技术术引进作作为公路路交通实实现新的的跨越式式发展的的重要手手段”这一段话话为我国国解决公公路路面面早期损损坏指出出了方向向。五、改善善我国沥沥青路面面使用状状况的思思考3、在沥青青路面结结构问题题，我们们也需要要放眼世世界。国国际际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层层沥青路路面，现现在又出出现了永永久性路路面或长长寿命沥沥青路面面。该该种路路面的使使用寿命命可达到到40-50年；最最新的的研究发发现：该该种路路面沥青青层厚度度超过一一定厚度度时，良良好材料料组成和和施工的的路面可可避免传传统的沥沥青层底底开裂和和结构性性车辙。。当标准准轴次超超过一定定次数后后，沥青青层厚度度无须增增加。五、改善善我国沥沥青路面面使用状状况的思思考该种路面面最大特特点是确确保路面面各类损损坏控制制在路面面顶部（（25~100mm）范围内内，如自自上向下下的温度度疲劳开开裂、车车辙、表表面磨耗耗与沥青青老化等等都限制制在磨耗耗层内。。表面层层的损坏坏只需通通过铣刨刨和预防防性养护护就可以以解决。。意味着这这种沥青青路面在在使用年年限内不不需要大大的结构构性重修修或重建建，并企企图无限限期地使使用下去去。五、改善善我国沥沥青路面面使用状状况的思思考4、我国应应改变目目前单一一使用半半刚性基基层沥青青路面的的状况，，使不同同路面结结构得到到合理的的使用。。—对现有的的半刚性性基层沥沥青路面面应进行行再认识识，努力力克服其其不合理理的一些些因素，，使其得得到改进进，更加加完善；；—开始考虑虑在中国国适当地地发展柔柔性基层层沥青路路面的结结构形式式。探讨讨该种路路面在我我国各地地高速公公路中使使用的可可行性，，改进我我国沥青青路面结结构单一一的问题题。五、改善善我国沥沥青路面面使用状状况的思思考4、国外常见的柔性路面结构组成2、部分国家使用的主要沥青路面结构六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介3、部分国家或单位采用的设计指标1、国外路面结构的设计年限6、永久性路面的特点5、永久性路面产生的背景7、永久性路面对结构层材料的要求8、基于力学分析的设计方法20～4030～4020～4020～4030～404030～4030～50设计年限澳大利亚加拿大日本南非法国英国德国美国（AASHTO93）国家1、国外路路面结构构的设计计年限六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介√中国√（轻交通）√√加拿大√√√德国√√日本√√（中、轻交通）√美国√(贫水泥混凝土)√（中、轻交通）√英国√(水稳碎石)√√法国薄沥青层厚粒料基层厚沥青层下卧基层半刚性基层混合式全厚式粒料基层主要路面结构国家2、部分国国家使用用的主要要沥青路路面结构构六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介※※俄罗斯※※※法国※※※比利时※※诺丁汉大大学※※※※南非※※日本※※※澳大利亚亚※※※SHELL补强※※※AI路表弯沉永久变形形粒料层剪剪切应力路基顶面面压应变稳定粒料料层拉应力力沥青层疲劳机构3、部分国家家或单位位采用的的设计指指标六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介4、国外常常见的柔柔性路面面结构组组成六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介国外常见见的柔性性路面结结构组成成六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介5、永久性性路面产产生的背背景重载交通通给欧洲洲沥青路路面带来来的挑战战表现在在以下方方面：（1）重载交交通量的的增加、、重载轴轴载增加加；（2）慢速交交通产生生了更大大的路面面应力；；（3）高压轮轮胎引起起作用应应力的增增加；（4）道路磨磨光加速速。六、国外外柔性基基层沥青青路面结结构设计计简介6、永久性性路面的的