刚性基层柔性面层复合式路面研究现状及发展

刚性基层柔性面层复合式路面研究现状及发展【摘要】本文针对刚柔复合式路面研究及应用现状进行调研和评述，分析了rcc+ac和cc+ac两种典型的复合式路面结构在我国的应用前景，并对其存在的问题进行了探讨，给出了解决问题的可行之途径，最后针对刚柔复合式路面研究现状提出了须着重研究解决的技术难点和问题。

【关键词】道路工程；复合式路面；刚柔性界面；层间粘结；反射裂缝

1.概述

随着社会经济的不断发展，公路尤其是高速公路在带动区域经济发展中扮演越来越重要的角色。随着筑路技术和水平的不断提高，各种新材料、新设备、新工艺、新结构层出不穷，人们对路面的要求也越来越高。高速公路不仅要求满足快速、安全、舒适，还要求具有足够的耐久性和良好的经济性。广东地处东南沿海，经济发达，交通需求量大，超载超限运输屡禁不止。从实践来看，常规沥青路面在应对重载交通（超载、超限）能力有限，虽然采用了改性沥青，沥青高温等级也逐步提高（如采用pg82），采用骨架密实型混合料，通过不断优化混合料级配以提高混合料抗剪强度，减少车辙，但实际效果均不十分理想。采用水泥路面其舒适性又难以保证，一旦出现断损坏将严重影响高速公路行车安全，且维修困难，对路面交通影响较大。因此，研究一种新的路面结构以适应当前交通发展的需要迫在眉睫。新路面结构既要满足结构承载力要求，能够抵抗重载交通，又要满足高速行车安全性和舒适性要求，且养护维修方便，路面主体结构的使用寿命长，全寿命周期费用少。结合本公司多年从事路面研究和实践的经验和成果，借鉴国内外长寿命路面研究成果，笔者认为采用水泥刚性基层+沥青柔性面层的复合式路面结构来实现以上目的。

2.目前国内外研究现状

2.1复合式路面概念

目前，研究较多的复合式路面包括：刚性+刚性、柔性+刚性、刚性+柔性+刚性三类，分别如下：刚性+刚性（rcc+cc、pcc+pmcc、rcc+crcp）；柔性+刚性（rcc+ac、cc+ac、crc+ac、pmcc+ac）；刚性+柔性+刚性（rcc+isac+cc），从目前国内外研究和实践情况来看，采用最多的还是rcc+ac和cc+ac。

2.2国内外主要研究成果综述。

（1）刚性基层+柔性面层复合式路面实际上是指在水泥混凝土刚性基层上铺筑沥青混合料柔性面层形成的刚柔复合式路面（以下简称cc+ac）。事实上，cc+ac复合式路面在国外有相当长的发展历史。早在20世纪30年代，英国就修筑连续配筋混凝土上加铺沥青层的路面结构，并把这种结构称为连续配筋混凝土路面承重层，20世纪40~50年代用于一些城市道路。美国于20世纪50年开始采用沥青层修复旧水泥路面（cc）和连续配筋混凝土路面（crc）。西班牙很多的主观经验性。

国内，西安公路学院、同济大学、空军工程学院等单位利用空间等参元、有限层、层状体系理论、断裂力学等对cc+ac层复合式路道面结构进行了初步分析，取得了一定成果。

北京交通大学任大鹏针对城市旧水泥路面加铺沥青层复合式路面结构的使用性能预测开展了研究，提出了复合式路面使用性能模糊综合评价模型及方法。

长安大学王朝辉对复合式路面的养护维修技术开展了研究，着重研究了复合式路面的功能性与结构性评价方法，同时利用bisar程序，从整个设计参数范围、不同层间状态出发，对复合式路面沥青层的压缩量进行了系统研究，并对在役路面结构的剩余寿命进行了预估。

重庆交通大学王火明对刚柔复合式路面界面层强度特性开展了研究，运用ansys有限元分析软件对界面层剪应力进行了计算，提出了界面层抗剪强度标准、对比研究了不同界面防水粘结层材料的力学特性和不同刚性板界面处理方式对界面层抗剪强度和粘结强度的影响。

长沙理工大学的李文科针对连续配筋混凝土复合式路面（crc+ac）的层间结合及施工技术展开了研究，分析计算了层间最大剪应力，采用直剪仪测试了不同界面条件、不同粘结材料、不同温度条件下的界面层抗剪强度。从保证高粘度复合改性沥青粘结层施工质量的角度出发，对材料质量、施工技术、工艺进行了探讨和分析，并提出了一些措施和建议，成功解决了sbs+crm复合改性沥青粘结层施工中的一些关键技术问题。

东南大学陈铎铎、黄晓明等人应用有限元软件abaqus建立有限元模型，采用断裂力学理论及奇异等参元法，对连续配筋混凝土和沥青混凝土（crc-ac）复合式路面中沥青层反射裂缝问题进行了数值分析。探讨了i型和ii型的应力强度因子(k1、k2)在沥青层裂缝扩展过程中的变化规律及路面结构参数对k2的影响。

此外，长安大学范振兴对设应力吸收层的复合式路面力学响应及结构设计展开了研究。基于断裂力学理论，重点针对偏载和低温两种不利情况，通过计算设与不设isac复合式路面结构最不利位置的应力强度因子，分析了isac的防裂优势。长安大学王朝辉对cc+ac复合式路面沥青加铺层设计方法展开了研究，综合了弹性层状体系与有效厚度法，设计时考虑材料的非线性以及旧路面破损或者其他缺陷对加铺层使用寿命的可能影响，探讨了基于fwd检测和有效厚度的弹性层状体系cc-ac复合式路面加铺层设计方法。

广西大学的杨太钦针对cc+ac复合式路面典型结构开展了研究。采用bisar程序对层间剪应力进行了系统的研究，分析了设置夹层情况下层间剪应力的变化规律。采用ansys软件对荷载应力和温度应力进行了系统的分析，充分考虑了传力杆对应力的影响。采用优化理论和遗传算法对典型结构的优选进行了研究，得到了不同输入参数下的典型结构优选方案。

3.当前复合式路面研究热点总结

当前，针对复合式路面的研究，主要集中在以下几个方面：

3.1复合式路面结构力学分析，多采用有限元分析软件，计算层间剪应力、沥青层压缩模量、刚性基层的受力、有上覆层的水泥板的温度应力等，采用断裂力学的方法，运用有限元分析软件abaqus分析了反射裂缝产生条件，裂缝的发展变化规律等。

3.2复合式路面层间反射裂缝的防治问题，主要是针对柔性+刚性复合式路面，研究较多，多是以室内试验和实体工程试验路研究为主。

3.3复合式路面结构设计方法的探讨；分几类：1、采用等效厚度的方法，即将沥青层等效为一定厚度的水泥混凝土刚性基层，然后按照水泥路面的设计方法，等效基础，应力和应变等效，基于fwd的弯沉等效方法；2、当沥青层较薄时，在结构受力计算时，不考虑沥青层的作用，只考虑功能层；3、按照荷载和温度应力作用下，路面结构的受力，采用弹性层状体系计算刚性基层的荷载和温度翘曲应力，根据温度梯度的变化计算分析沥青上覆层的所需的最小厚度，然后，对沥青层层底拉应力和层间剪应力进行验算，层间剪应力验算目的是防治刚柔性层间发生剥离破坏、沥青层层底拉应力验算目的是防治沥青层开裂破坏。

3.4复合式路面施工技术研究，重点是层间防反层（应力吸收层的施工介绍较多）的施工技术研究文章较多。

3.5复合式路面典型结构研究，采用bisar程序计算复合式路面层间剪应力，然后讨论沥青层厚度、模量、轴载、界面层厚度、模量等对于层间剪应力的影响，采用ansys软件分析计算设置传力杆对于路面结构层荷载应力和温度应力的影响，考虑传力杆有无和间距变化的影响。

3.6复合式路面经济性分析研究；主要是与传统的水泥路面和沥青路面结构进行对比，分析周期为全寿命周期费用的比较。

4.复合式路面研究存在的问题

4.1针对复合式路面结构力学分析和计算较多，但都不系统、深入和全面，都只是针对一个具体的路面结构，假设一些条件，采用某个分析软件进行计算和分析，各有侧重点，分析结果实用性不强，结论对于建立复合式路面力学分析模型基本没有帮助。

4.2目前仍无刚柔复合式路面的力学分析模型，水泥路面采用弹性地基上的小扰度薄板理论分析、沥青路面采用弹性层状体系理论，而对于刚柔复合式路面，目前尚无统一公认的力学分析模型；此处目前空白，尚须着重研究。

4.3针对层间防反技术研究较多，这一块比较结论很多，但是总体感觉比较乱，东说东好，西说西好，成果可借鉴性、可信度，可操作性不强，需要进行归纳，总结，提炼，去粗存精，需要建立完善的刚柔复合式路面层间力学分析流程、层间剪应力典型曲线、剪应力指标、层间典型防反措施等。

4.4复合式路面典型结构的研究，目前，由于各研究分散，对于复合式路面结构缺乏系统的研究，导致复合式路面结构百花齐放，厚度、结构组合、层间措施，传力杆设置的等等千差万别，并没有形成一个完整的体系，也没有统一公认的做法，导致的后果就是，有些路修好了，但是，不知道好在哪里，是结构本身好，还是有其他原因，同样的结构能否在别的地方推广，是否同样的好；有些路坏了，不知道坏在哪里，同样的结构在别的地方修是否不会坏，不清楚。因此，需要对复合式路面的典型结构进行重点研究，统一认识，各结构层厚度的考虑、层间防反层的考虑，柔性面层和刚性基层的力学计算和分析，典型损坏的考虑及控制，设计指标，等等，最终建立复合式路面典型结构图谱，包括厚度、层间措施、结构组合、力学指标等等。

4.5复合式路面的长期性能观测及损坏模式研究；目前，我国各地都修建有一些复合式路面，试验路也好，大规模白改黑路面也好，都有工程实例，其长期路用性能如何，需要我们做大量的、细致的调研工作，然后结合室内的理论分析和试验研究结果，进行补充研究。

4.6复合式路面设计与施工技术指南，目前，有关复合式路面的设计和施工尚无统一的规范和标准，可以考虑通过本项目的研究，制定一个相对统一和完善的复合式路面结构设计与施工技术指南，内容全面，参数、指标完善、可操作性强。

4.7复合式路面长寿命的实现问题，事实上，复合式路面是一种最有可能实现长寿命的路面结构形式，如何在长寿命方面做一些考虑和研究，需要加强。很多时候，复合式路面的初期建设投资可能比单纯的水泥路面或者沥青路面还贵，但是，如果从长远来看，从路面的全寿命周期分析来分析，则不一定，因此，研究长寿命的复合式路面，重点研究复合式路面的长期性能（耐久性）意义重大。

5.今后研究重点及方向

针对刚柔复合式路面研究及应用现状，笔者认为，今后在以下几个方面须着重开展研究：

5.1刚柔复合式路面使用状况调查研究；

针对国内已建刚柔复合式路面结构、材料、施工及气候条件进行调查，包括路面使用现状、典型病害、交通条件调查等，最后对刚柔复合式路面典型结构及使用性能进行综合评价。

5.2刚柔复合式路面力学行为及结构设计研究；

包括：刚柔复合式路面力学模型及结构受力计算、刚柔复合式路面结构设计研究、适应于重载交通的长寿命刚柔复合式路面典型结构；其中，刚柔复合式路面力学模型及结构受力计算是关键。

5.3刚柔复合式路面界面处治技术研究；

刚柔复合式路面界面处治是关系到整个路面工程成败的关键，是影响路面使用寿命关键环节。本部分研究内容包括：刚柔复合式路面层间应力分析、刚柔复合式路面反射裂缝防治措施比对试验、刚柔复合式路面刚性基层表面同步处理技术、刚柔复合式路面层间防水粘结技术。

5.4刚柔复合式路面施工工艺及质量控制技术研究；

本部分主要解决以下两个问题：刚柔复合式路面施工工艺及质量控制措施、刚柔复合式路面施工技术指南、刚柔复合式路面实体工程实践及其使用性能评价。

参考文献

［1］任大鹏。复合式路面使用性能评价预测研究［d］，北京交通大学，硕士，2007.

［2］王朝辉。高等级公路复合式路面养护维修技术研究［d］，长安大学，硕士，2006.

［3］李文科。连续配筋混凝土复合式路面（crc+ac）层间结合与施工关键技术研究［d］，长沙理工大学，2009.

［4］王火明。刚柔复合式路面界面层强度特性试验研究［d］，重庆交通大学，硕士，2008.

［5］范振兴。设isac复合式路面力学响应与结构设计研究［d］长安大学2011.

［6］王朝辉，王选仓等。复合式路面沥青混凝土加铺层设计方法探讨［j］公路2007-06-25.

［7］王朝辉，王选仓等。高等级公路复合式路面养护标准［j］，长安大学学报(自然科学版)，2007.

［8］刘朝晖，郑健龙等。crc+ac复合式路面结构荷载应力分析［c］，第17届全国结构工程学术会议论文集（第ⅱ册），2008.

［9］m.ameri-gaznon,andd.n.little.permanentdeformationpotentialinasphaltconcreteoverlaayoverportlandconeretepavement.researchreportno.452～3f.tti.collegestation.texas,nov.1988.

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