既有沥青路面长寿命研究

北京既有沥青路面长寿命技术Long-life

asphalt

pavement

for

existing

roads

in

Beijing五.既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

R汇报提纲Contents2四.路面结构隐性病害的检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement六.成果工程应用Ⅵ.Engineering

Application三.既有沥青路面结构状况评价体系Ⅲ.Evaluation

System

of

Structural

Status二.长寿命沥青路面的特征Ⅱ.Characteristicsof

LLP一.背景Ⅰ

.Background2018

年投资

21335

亿元投资额年增长率的波动幅度非常剧烈，基本处于过山车状态2018年从

2017

年

18.2%

的增速降到了

0.4%全国公路行业建设成绩斐然：2014

-

2018

年，里程不断增长，但是增长趋势在放缓，并且呈现下降势头总里程

485

万公里，比上年增加

7

万公里一、背景Ⅰ.Background3公路是支撑国民经济发展的重要基础设施，

是

“资源占有”和“能源消耗”型产业Highway

is

the

important

infrastructure

to

support

the

national

development

.

It

is

an

industry

with

resource-occupying

and

energy-consuming

.改善沥青混合料环保性能，减少资源消耗及固废占地，关乎我们的生存环境提高沥青路面耐久性，延长路面寿命，关乎国家经济的可持续发展设计寿命短，产生的废料多Much

Waste

Caused

by

Pavement

Damages设计年限8~12年

旧沥青混合料

3亿吨/年污染环境

养护成本高High

maintenance

costs十二五期间：

9021亿

十三五后期：

4000亿/年High

Consumption

of

Resourcesand

Energy砂石料：

3.5亿吨/年沥青：

1000万吨/年占用土地废沥青混合料消耗不可再生资源一、背景Ⅰ.Background资源、能源消耗多485万公里的公路养护费用估算：◼设计年限：普通公路8-12年、高速和一级路15年

（平均寿命为10年）

◼养护费用：需维修48.5万公里/年，

500万元/公里，每年需要2.425万亿

元，占全年国内生产总值的2.7%

（相当于中国义务教育全年的投入）为此，延长现有道路的寿命十分必要，

关乎国民经济可持续发展。◼the

sustainable

development

of

national

economy.$3.5亿美国正在开展长寿命沥青路面研究（Superpave计划）It

is

necessary

to

extend

the

service

life

of

existing

roads,

which

is

related

to一、背景Ⅰ.Background！5国际目标：

20-50年不等中国目标：对既有道路进行准确评价，采用适当的养护维修措施使用寿命≥30年，比原来寿命翻1翻Aim:The

service

life

of

asphalt

pavement

is

more

than

30

years,

which

is

doubled

than

the

existing

service

life.延长路面寿命带来的效益：◼减少养护费用◼节约资源保护环境

（减少旧路挖除和新开采石料）◼

降低养护施工对社会交通的影响国家美国德国英国法国南非日本加拿大年限30~5030~404030~4030~4020~4030~40国外一些国家对新建长寿命路面的设计年限的统计一、背景Ⅰ.Background良好的路基和排水

Good

subgrade

and

drainage优质的筑路原材

High

qualitymaterials通过对11年国市县道路况数据进行挖掘，对40多条寿命超过30年道路的归纳总结，长寿命路面共有的显著特征为以下6方面：

较合理的路面结构More

reasonable

structure严格的施工和控制Strict

quality

control二、北京地区既有沥青路面长寿命的特征Ⅱ.Characteristics

of

LLP

in

Beijing砂砾底基层或基层

Gravel

subbase

or

base适合的养护措施

Suitable

maintenance

measures三、既有沥青路面结构状况的评价体系Ⅲ.Evaluation

System

of

Structural

Status裂缝

程度基层

损伤

状况基层

芯样

强度结构

模量结构

损伤

指数弯沉

状况层间

结合

状况多指标的沥青路面结构状况分类评价体系路面综合性能的聚类标准基层状况整体承载能力路表状况路表病害从路表状况、基层状况、层间结合、材料强度、整体承载能力等方面，

建立了既有沥青路面结构状况分类评价新体系：A

new

evaluation

system

of

existing

asphalt

pavement

structure

is

established

from

the

aspects

of

surface

condition,

base

condition,

interlayer

bonding,

material

strength

and

bearing

capacity.三、既有沥青路面结构状况的评价体系Ⅲ.Evaluation

System

of

Structural

Status沥青路面病害复杂多样，

位置深浅不同，

对旧路准确检测评价是延长寿命的前提。The

diseases

of

asphalt

pavement

are

complex

and

varied,

and

the

locations

are

different

in

depth.

Accurate

detection

and

evaluation

of

old

roads

is

the

premise

of

prolonging

the

service

life

of

asphalt

pavement.基层土基面层开挖路面四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement基层损坏路面取芯裂缝车辙10✓6通道收发一体式

探地雷达✓6-Channel

Transceiver-Receiver

Integrated

GPR

✓1GHz、

2GHz空气耦合天线2副

✓1GHz

air-coupled

antenna

and

2GHz

air-

coupled

antenna✓300MHz地耦合天线4副✓Four

ground-coupledantennas

with

300MHz自主研发了用于检测沥青路面层间结合状况的探地雷达GPR

has

been

independently

developed

to

detect

the

interlayer

bonding

of

asphalt

pavement.四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

PavementIa

=

=

若结构层未发生层间剥离，则11

层间剥离仿真回波信号➢

根据地下多层介质反射折射模型与电磁波传播理论，

提出层间剥离

指数：➢

The

interlayer

bonding

index

is

proposed.四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement➢

路面层间结合状态验证➢

Verification

of

the

interlayer

bonding0

0

50

100

SDI(um)

150

200

250内部裂缝四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement提出了基于FWD的沥青路面结构损伤自动判别技术An

automatic

damage

identification

technology

for

asphalt

pavement

based

on

FWD

is600050004000300020001000y

=

115464x-

1.076

R²=

0.7091proposed.面层模量（

MPa）序号破损状况面层模量基层模量路基模量1良好3318123001772面层开裂（横缝）1719137901523基层开裂（横缝）234226142024纵向裂缝161575761745网状裂缝78049692076网裂沉陷3042469106四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement➢

不同路面病害的实测弯沉盆分析➢

Analysis

of

measured

deflection

basins

for

different

pavement

diseases弯沉盆参数与面层模量、基层模量的相关性分析发现：

①弯沉差指标DD2与面层模量相关系数达0.956

，曲率指标CI2与基层模量相关系数

达0.711

，属于高度相关。

②采用FWD弯沉差指数DD2=D1-D2的变化来作为面层损伤状况的评价参数，并将

定义为面层损伤指数SDI；③曲率指标CI2=D2-D3的变化来作为基层损伤状况的评价参数，并将定义为基层损

ww伤指数lBDIm。四、路面结构隐性病害检测方法Ⅳ.Detection

Methods

of

Hidden

Diseases

of

Pavement➢

弯沉盆参数选取➢

Selection

of

Deflection

Basin

Parameters基层模量对各测点弯沉的影响面层模量对各测点弯沉的影响无累积损伤Log

N五、既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads➢传统长寿命设计理念➢Previous

long-life

pavement

conceptww荷载作用m下路面结构层底产生的应变小于极限应变，无损伤积累，故长寿Log

应

变◼

设计方法中引入安定理论◼

Introducing

shakedown

theory

into

design

method⚫

路面结构在荷载作用下，处于三向受力状态；沥青路面材料破

坏，本质上是一种剪切破坏。⚫

Melan于1938

年提出了静力安定理论。如果能够找到一个自相平衡的残余应力场，它与由外荷载所引起的

弹性应力场共同构成一个处于屈服极限之内的应力系统，则结构是安

定的。⚫

AASHO试验路典型路面性能测试曲线⚫

Performance

Curve

of

Typical

Pavement

ofwww.theAASHO

Test

Road五、既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads

五、既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads永久变形失效增量破坏（永久变

形速率快速增长）应力水平不断增大荷载次数➢

路面结构安定分析➢

Shakedown

analysis

of

pavement

structure塑性安定（永久变

形速率逐渐减小）塑性蠕变（永久变

形速率保持恒定）⚫

沥青路面安定水平分类B类极限A类极限五、既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads⚫

结构安定分析的关键在于根据已知材料和荷载形式确定安定极限

值，即安定荷载的最大值。如果变值荷载或循环荷载始终保持在

此极限值以下，结构将处于稳定状态；反之，则最终破坏。安定分析模型Shakedown

model路面安定分析计算模型◼

旧路长寿命设计流程◼

The

design

process

of

long-life

asphalt

pavement

for

existingroads五、既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

Existing

Roads

材料初始模量基于交通统计的

累计标准轴次N2基于损伤度的累计标准轴次N1半刚性基层层底拉应力设计用实际标准轴次N=max(N1,N2)既有沥青路面基层疲劳寿命弹性层状理论计算力学响应路面结构厚度检测半刚性基层损伤度计算温度、湿度条件半刚性基层材料

弯拉强度半刚性基层模量交通参数芯样试验FWD检测弹性层状理论计算力学响应半刚性基层疲劳寿命

半刚性基层损伤度

半刚性基层层底拉应力路面结构应力应变计算沥青路面安定性分析五、既有沥青路面长寿命的设计方法Ⅴ.Design

Method

of

Long-life

Pavement

for

ExistingDesign

Indicators:fatigue

damage

of

base

course

permanent

deformation

of

the

Overlay

Key

parameter:Determination

of

modulus

of

the

old

road⚫

设计指标：基层疲劳损伤加铺结构永久变形⚫

关键设计参数：旧路模量确定能否安定➢

旧路长寿命设计流程初拟加铺层厚度、材料参数设计用半刚性基层模量计算路面结构验收弯沉既有沥青路面延寿期的累

计当量轴次是

否Roads损伤度<80%✓⚫

✓否

⚫

✓是◼在五环路、昌金路、顺密路等5个养护工程中实施了该技术The

LLP

technology

for

existing

roads

have

been

applied

to

five

maintenance

projects.◼

获北京公路学会技术进步一等奖First

prize

for

technical

progress

of

Beijing

Highway

Society

was

awarded.六、成果工程应用Ⅵ.Engineering

Applicationwww.themegallery.c天北路早鲍路

23阎周路1992年建成通车，日均交通量3万辆，

客货车比例达15%。路面结构：

6-

10cm沥青砼+18cm二灰砂砾+18cm石灰土。

ww维修历史c：om2006年，加铺4cmAC-

13C。◆顺密路大修工程试验段（K13-K14）Test

road

of

the

Shunmi

overhaul

project

(K13-K14)六、成果工程应用Ⅵ.Engineering

Application4cm

ARAC-139cm

AC-25C10cm

ARAC-25C4cm

FL-13旧路基层底基层土基4cm

ARAC-1310cm

AC-25C旧路面层旧路基层底基层土基4