《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

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一、工作简况

1.任务来源

水泥路面在我国低等级道路硬化铺装中的比率超过80%，占绝对优势地位。低等级

道路交通荷载不大，同等PCI情况下，相对结构性损伤（断板率）较轻、功能性损伤较

重。低等级的农村公路维护水平较低，普遍的路面损伤不能得到及时的修复，致使服务

水平低下、损伤加速度发展。在“四好农村路”建设中利用有限资金“白改黑”能极大

改善旧路服务水平。复合封层作为“白改黑”技术措施具有耐久性优良、造价低、工艺

简单、施工速度快、节能环保等优点，能够结合经济性和功能性需求，满足低等级农村

公路提质改造的合理技术方案。

复合封层是碎石封层和微表处/稀浆封层的联合应用，能同时发挥碎石封层的与旧

路的高粘结，以及微表处对旧路缺陷的弥合作用，加铺于旧水泥路面时可极大改观旧路

的平整性和抗滑性等表面功能。当允许旧路带裂缝工作时，则其可以成为高性价比“白

改黑”技术措施。目前复合封层主要应用于沥青路面的预防性养护，国内外尚无将其应

用于旧水泥路面的技术标准。

鉴于本技术与当前低等级公路水泥路面的养护需求相匹配，试点应用已经取得良好

的效果，而有关标准和规范尚为空白，适时推出行业标准（指南）有助于此高性价比的

技术在行业内推广应用。2022年11月，在中国交通运输协会的牵头组织下，东北林业

大学、龙建路桥股份有限公司、北京泰路科技有限公司、重庆海木交通技术有限公司、

黑龙江省鸡西市交通运输局、鸡西市路桥建设总公司、福建省三明市将乐县交通运输局、

内蒙古通辽市深远道路材料再生有限公司等单位联合申请编制团体标准《旧水泥路面加

罩复合封层技术指南》获得批准。计划完成时间为2023年12月。

2.编制组基本信息

（1）本标准组织起草单位

东北林业大学

（2）本标准参加起草单位

龙建路桥第四工程有限公司、黑龙江省鸡西市交通运输局、鸡西市路桥建设有限公

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司、北京泰路科技有限公司、重庆海木交通技术有限公司、湖南省众力建设工程有限公

司、山东省武城县达通筑路机械有限责任公司、黑龙江省高速公路服务中心、福建省三

明市将乐县交通运输局、内蒙古通辽市深远道路材料再生有限公司。

（3）本标准主要起草人

王黎明、王立军、金贞学、王艳、张英书、王泽民、李劲、刘明、李洪武、张利先、

吴雷、赵卉放、林述军、高仰煊、庄立文、那小东

3.主要编制过程

（1）起草工作阶段

根据要求，于2022年下半年开始着手成立标准编制工作起草小组，组织标准编制

的相关工作。作为主要起草单位，东北林业大学积极收集有关本标准的各类信息，并组

织相关的调研和试验验证工作，联络合作单位，最终明确了标准起草工作组的成员单位，

成立了标准起草工作组。于2022年10月编写完成了团体标准《旧水泥路面加罩复合封

层技术指南》的立项申请材料。11月，协会组织行业专家在北京召开立项审查会议，对

标准立项报告进行审核，通过了标准项目的编制申请。

随后，标准起草工作组开始了标准编制立项申请、计划大纲编写，明确任务分工及

各阶段进度时间，工作组成员认真学习了GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：

标准化文件的结构和起草规则》，结合标准制定工作程序的各个环节，进行了探讨和研

究。起草小组进入工作大纲和编制草稿的相关工作。编制工作大纲草案稿通过微信、邮

件等方式提交给参编单位和协会专家分别审核，综合了多方意见，确定了标准起草编

制的总体计划内容，形成了正式的标准工作大纲文件。标准起草工作组按照立项审查会

议内容，结合编制工作大纲进行认真分析、理解和总结，迅速开展标准的征求意见草稿

的编制以及试验项目的实施工作，于2023年1月底完成了国内外调研和试验验证工作，

3月初编写完成了团体标准《旧水泥路面加罩复合封层技术指南》草稿和工作大纲。

（2）征求意见阶段

2023年4月~2023年6月，根据项目分工，完成标准各章节条文的编写，汇总形成

征求意见稿。

2023年7月~2023年8月，将标准编制说明和征求意见稿通过行业协会组织专家征

求意见，同时将标准编制说明和征求意见稿向各起草单位发出征求意见。

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2023年8月底，将各意见汇总修改后形成完整的标准编制说明和征求意见稿，根据

流程9月上旬再组织专家集中审核。

（3）审查阶段

2023年9月~2023年10月：送审稿阶段

2023年9月，编写组逐条归纳整理收集到的意见，根据专家意见对征求意见稿进行

修改。2023年10月，编写组编制形成标准的送审稿，组织召开送审稿审查会议，形成

意见汇总处理表和会议纪要。

2023年11月：总校稿阶段

编写组根据送审稿审查意见和会议纪要对送审稿进行修改，形成标准的总校稿，组

织召开总校稿审查会议，形成意见汇总处理表和会议纪要。

2023年12月：报批稿阶段

编写组根据送审稿审查意见和会议纪要对总校稿进行修改，形成标准的报批稿。提

交标准报批稿，待发布。

二、制定标准的原则和依据，与有关的现行法律、法规和强制性标准的关

系

1.编写原则

编写规则：按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构

和起草规则》。

标准内容：就水泥路面复合封层的设计、施工、质量控制与验收进行规定。

2.与有关的现行法律、法规和强制性国家标准的关系

本标准与相关法律、法规、规章及相关标准协调一致，没有冲突。

三、主要条款的说明，主要技术指标、参数、实验验证的论述

1.主要内容

标准的主要分12条3个附录，如下所示,。详细内容参见标准征求意见稿。

1.范围

说明指南的使用范围、规定内容、适用条件。

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2.规范性引用文件

列出本指南所涉及的必不可少的规范性引用文件。

3.术语及符号

定义本指南所涉及的必要性术语和必须要说明的符号。

4.符号

列出并解释本指南所涉及非通用性符号或缩略语。

5.适用条件

规定复合封层结构的适用条件

6.技术方案

规定水泥路面复合封层的材料类型和结构类型，以及不同结构组合的适用条件。

7.材料

7.1一般规定

7.2乳化沥青

7.3改性乳化沥青

7.4集料

7.5填料

8.碎石封层撒（洒）布量设计

给出碎石封层撒（洒）布量确定方法，以及乳化沥青推荐洒布量

9.稀浆封层及微表处混合料配合比设计

给出复合封层用稀浆封层及微表处混合料的配合比设计的方法

10.旧路处置

给出旧路处置的原则、针对旧路路基病害、结构性损坏、功能性损坏的具体处置

方法

11.施工

11.1一般规定

11.2施工准备

11.3碎石封层施工

11.4稀浆封层或微表处施工

12.质量控制与验收

11.1一般规定

11.2质量控制

11.3施工验收

附录A（规范性）碎石封层撒（洒）布量试验

附录B（资料性）同步碎石封层车现场标定方法

附录C（资料性）稀浆封层车现场标定方法

2.主要试验（或验证）综述

按照编制的需求，组织实施和总结相关重要的试验项目进行验证，实施的试验项目

有：（1）碎石封层碎石和沥青撒（洒）布量设计的方法；（2）微表处混合料配合比设

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计方法；（3）基于层间粘结的结构组合优化分析；（4）现场路用性能试验。主要试验

验证过程及结论如下：

2.1碎石和沥青撒（洒）布量设计的确定方法

2.1.1理论计算法

碎石封层的设计内容包括碎石撒布率和沥青洒布量两个方面。有关于碎石封封层的

理论计算方法主要有计算法主要有Mcleod方法、Kearby方法、Lowering方法、美国沥

青协会AI方法等[33]，上述方法大同小异，都是理论计算和经验修正的结合。其中Mcleod

方法是其中代表性的计算方法如下公式。

C(10.4V)HGE（式1）

B(0.4HTVSA)（式2）

其中的项目符合定义如下：

C：满铺时单位面积碎石用量（kg/㎡）；

B：单位面积沥青用量（L/㎡），对乳化沥青计算结果需要除以浓度；

V：松散碎石的空隙率，V1(W1000G)；

H：碎石平均最小尺寸，HM(1.1392850.011506FI)；

W：松散碎石堆积密度，kg/m³；G：碎石表观密度，kg/m³；

M：碎石尺寸中值，内插确定的通过率为50%的碎石粒径理论值，mm；

FI：碎石针片状指数；E：碎石损失系数，1.05~1.15，道路等级高取高值；

T：交通量修正因子；S：路面状况修正因子；

A：碎石吸水率，%；ρ：沥青密度，kg/m³；

我们注意到Mcleod方法的理论基础在于碎石用量由碎石级配、形状及密度决定，

沥青用量则由碎石级配、形状、吸收度，以及交通量、路面状况和沥青材料中基质沥青

的含量共同决定。众多纷繁的参数都需要事先确定，还有很多待定的经验系数和修正因

子很难确定，理论公式使人望而生畏，实用性不强。

2.1.2经验法

碎石封层技术在美国应用非常普遍，许多州的养护部门认为碎石封层是“不可设计”，

要求工程师在施工中根据情况在允许的用量范围内确定材料撒（洒）布的量，我国的道

路养护部门事实上也接受这一观点，在某些相关规范如参考文献[63][69]中规定了碎石

撒布量的经验确定方法，其他相关规范则多以推荐用量的方式直接加以规定，而在实践

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中根据表面是否脱粒、泛油等现象对用量进行微调。

通过试验和经验确定两种基本材料用量非常简便，其基本原理是手工将烘干随机捡

出的集料颗粒逐粒满铺摆放在广口平盘的盘底，满铺质量与平盘盘底面积之比即为单位

面积满铺（100%覆盖）时的碎石撒布量。

图1可用于确定碎石和沥青用量的平盘

沥青的用量也可基于此试验继续进行，在满铺碎石且完全水平的平盘中注水至刚好

完全淹没碎石，所注水量的2/3与平盘底部面积之比近似为单位面积热沥青洒布量（率），

3/4~4/5可近似为乳化沥青用量。但是决定沥青用量的因素太多，实际乳化沥青的流动

性、路面对沥青的吸收、经验上沥青用量和交通的关系等因素都不可依据2/3液体量原

则直接确定。工程中更多依据推荐值初步确定用量，而在具体操作时再以不脱粒同时不

泛油流淌两个原则微调。

目前部分相关标准给出的推荐剂量（按浓度60%计）列于表1。

表1部分标准推荐的单位面积乳化沥青用量

碎石规格单位面积改性乳化沥青用量（kg/㎡）

(mm)DB41/T253-2021DB61/T1534-2022DB51/T2516-2018JTG/5142-01-2021

3~5---1.2~1.5

5~8-1.2~1.6-1.5~1.8

7~10-1.6~1.8-1.8~2.1

9~12---2.1~2.4

12~15---2.4~2.7

2.36~4.75--1.3~1.5-

4.75~9.51.9~2.2-1.4~1.6-

9.5~13.22.1~2.4-1.8~2.0-

9.5~16--1.8~2.0-

目前多个地方性标准对于碎石封层所用改性乳化量用量的规定有一定的差异，但普

遍与集料粒径有关，粒径越大，用量越多。

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2.1.3试验法

碎石和沥青的撒（洒）布量是匹配的关系，受匹配关系影响最大的就是颗粒在路面

的粘附特性，它同时受到路面状态、碎石粒径、路面吸水（油）率、集料吸水（油）率、

结构需要（单层还是双层）、交通荷载状况等多重因素的的影响。在碎石封层直接做磨

耗层时，当二者匹配关系不好则最有可能造成碎石的脱粒，先后也有数种通过模拟试验

控制两种材料撒（洒）布量的方法，其中典型的是扫刷脱粒试验方法和冲击脱粒试验方

法。

扫刷试验法通常借助湿轮磨耗仪，通过用于稀浆混合料配伍性检验的湿轮磨耗机进

行简单改造，将湿轮磨耗头替换为毛刷，测试经300s扫刷后脱落的颗粒重量百分比。

图2扫刷试验设备

冲击脱粒试验法的大致过程是将尽可能模拟实际工程状况沥青和碎石粘结在试验

钢板上制成试件，用500g的小球从50cm高度落在反扣的试验板中心并重复3次，试验

板上保留的碎石就是试验的结果。在国外这一试验方法通常称为Vialit试验，我国Vialit

试验录于《公路沥青及沥青混合料试验技术规程》（JTGE20-2011）中的T0660，称为沥

青与集料的低温黏结性试验。如图3示意。

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图3冲击脱粒试验示意

扫刷脱粒试验和冲击脱粒试验都反映一定条件碎石封层颗粒初期的粘附特性，可以

验证碎石封层用碎石和沥青比例的匹配是否合理，也可用于沥青的粘结能力检验。

2.1.4经验法确定乳化沥青剂量的试验验证与优化

理论法需要参数多、实用性和准确性差，试验法过于繁琐，不适合工程现场使用。

工程中更多依据经验法或推荐值初步确定用量，而在具体操作时再以不脱粒同时不泛油

流淌两个原则微调。根据扫刷脱石率不超过15%，同时不明显流淌两个限定原则对沥青

洒布量进行了优化[59]。由数据绘图如4以便于分析。

扫刷试验的结果为单位面积脱石率，计算方法如式3-3。

G

TT100（式3）

SA

GZ

SZ

其中：T—单位面积脱石率，%；

GZ—试模内总的碎石撒布量，kg；

SA—刷子扫过的面积，㎡；

SZ—试模内总的碎石撒布面积，㎡。

图4扫刷脱石率随乳化沥青洒布量变化关系

图4中不同粒径碎石封层的脱石率都随着乳化沥青的洒布量而降低基本呈线性变化，

但洒布量较高时已经有明显流淌。按照既有研究15%的下限和流淌参考线之间的范围来

看，4.75~9.5mm时为1.65~2.10kg/㎡、9.5~13.2mm为1.80~2.20kg/㎡、9.5~16mm为

1.95~2.25kg/㎡，这三个值的下限与平盘3/4~4/5计算还是比较接近的，因此平盘经验法

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在实践可作为参考。这三个范围的中值在后文的研究中使用1.88kg/㎡、2.00kg/㎡、2.10

kg/㎡，但在施工中则更应参考推荐值和平盘注水量试验并依现场经验通过试验路确定。

2.1.5结论

由此，制定了《指南》8.1和8.2的推荐方法（附录A）和单位面积乳化量推荐洒

布量（表3）

2.2稀浆封层及微表处混合料配合比设计方法

1963年美国VSS等公司发起并成立了国际稀浆封层协会（ISSA），随后的几年中该

协会就发展到拥有36个国家的121年成员。该协会颁发技术指南《乳化沥青稀浆封层

使用指南》(A105-1998)和《微表处使用指南》(A143-1996)；同时美国沥青协会制定了

《稀浆封层施工手册》，美国材料试验协会制定了《稀浆封层混合料试验和检验标准》

(ASTMD3910)。美国对微表处的研究在全世界影响巨大，其建立的微表处混合料设计

方法也在世界通行，我国《微表处和稀浆封层技术指南》基本全面引入美国标准对材料

和配合比设计的规定。

2.2.1微表处混合料的级配设计

我国早期的技术标准如《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）、《微表处

和稀浆封层技术指南》（公交便字[2005]329号）沿袭ISSA的规定，将微表处的矿料级

配分为MS-2（最大粒径9.5mm细型）和MS-3（最大粒径9.5mm粗型）型两种。《公路

沥青路面预防性养护技术规范》（JTG/T5142-01-2021）根据近年的应用情况增加了MS-4

（最大粒径13.2mm）。将不同级配范围绘制成线图，以观察其级配特点，如图5.

图5不同级配范围的分布图（横轴为筛孔的0.45次方）

从三个级配范围的分布来看都属于连续型，其中MS-2的上下限都是类似对数曲线

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上凸的形势，预示着级配偏向悬浮结构，这样的结构细多粗少有利于稀浆混合料的流动。

新增加的MS-4偏向均匀分布，如果以我国JTGF40采用的泰伯曲线（通过率为筛孔的

0.45方）为最大密实度线，则会发现MS-4的中值与0.45次方泰伯曲线几乎重合，因此

MS-4是更接近最优连续密集配的组成。MS-3的上限上凸，下限平直，颗粒组成结介于

最密实和悬浮之间。

2021版《公路沥青路面预防养护技术规范》规定的MS-2和MS-3与JTGF40的规

定基本相同，主要区别是增加了0.72筛孔的要求以便于区分粗细，同时0.075筛孔通过

率范围相对比过去收窄（JTGF40及微表处和稀浆封层技术指南中都是5~15%）。

在开普复合封层的研究和应用中，主要采用MS-3+9.5mm碎石封层的组合，上下两

层粒径一致有利于在车轮荷载扰动下逐渐嵌挤密实。MS-2级配颗粒细，能适度降低轮

胎噪音，当用于市政道路时可优先选择。因理论上上粗下细的倒装结构会破坏下层的稳

定性，除非下层采用13.2mm或16mm的碎石封层，否则开普复合封层的不应采用MS-4。

前述4.2节已经介绍过微表处所用集料的规格要求，当配制MS-3时可采用

4.75~9.5mm+2.35~4.75mm+0~3mm机制砂+矿粉的四挡混合料，当配制MS-2时相应缩

减为三挡。与其他混合料的级配设计一样，合理的级配曲线应在级配区间且线型圆顺光

滑，不应出现陡峭断阶、明显驼峰或凹陷，以及突兀锯齿，由于配料普遍较细，上述要

求较容易实现。

2.2.2稀浆封层及微表处混合料配合比设计

总液体量（乳化沥青+外加水）是保证浆状混合料工作性的必要条件，而油石比则

与破乳后最终硬化铺层的性能直接相关。外加水量和油石比可按国际稀浆封层协会

ISSA推荐的指标体系进行，在我国已经使用多年。将我国《公路沥青路面施工技术规

范》、《微表处与稀浆封层技术指南》及最新的《公路沥青路面预防性养护技术规范》

（JTG/T5142-01-2021）中所包括的项目与标准列于表2。

表2微表处混合料技术要求

单指标要求试验

项目

微表处与稀浆JTG/T5142-01

位JTGF40方法

封层技术指南（B级）

可拌合时间（25℃）s≮120≮120120~300T0757

破乳时间min--≯20T0753

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30min初凝时间≮1.2≮1.2≮1.2

粘聚

N.m≮2.0，且初级成T0754

力60min开放交通时间≮2.0，≮2.0

型

负荷轮黏附砂量（g/m2）g/m2≯450≯450≯450T0755

湿轮25℃浸水1h≯540≯540≯540

磨耗g/m2T0752

25℃浸水6d≯800≯800≯800

值

轮辙变形试验的宽度变化率%-≯5≯5T0756

配伍性等级值--≮1≮1T0758

由表4-17，含2021年最新版的我国不同标准所提出的指标体系几乎完全相同，其

中2021版的预防性养护技术规范中额外提出了采用设计完成的级配进行乳化沥青破乳

时间检验的要求，试生产乳化沥青时候可能集料尚未采购到位，因此列在此处是比较合

理的。指标体系中的轮辙变形试验的宽度变化率是针对以填平微车辙为使用目标而采用

的控制指标，当不用于该场合时则无需进行。配伍性等级检验仅作为参考指标。

2.2.3结论

复合封层用稀浆封层或微表处与其单独使用时没有本质区别，因此，直接引用最新

的相关上位标准《公路沥青路面预防性养护技术规范》（JTG/T5142-01-2021）中有关配

比的技术要求，规定了稀浆封层及微表处混合料配合比设计的方法。

2.3基于层间粘结的组合优化分析

2.3.1试验设计与试验方法

（1）影响因素和变量

在开普复合封层结构中，微表处混合料摊铺于不规则形状的碎石封层之上，理论上

表处层的颗粒粒径与下层越接近就越易与其形成“嵌挤结构”。既有研究已经表明[70][71]，

上层颗粒能够充分填充下层碎石之间的空隙的结构能形成坚强骨架，层间稳定性最好；

而上层仅通过沥青胶浆砂浆填充下层空隙的结构，层间稳定性差，在外界水平荷载作用

下易发生层间滑移变形。综合考虑到材料功能和结构目标，开普复合封层的结构方案以

上下两层粒径相近的MS-3（最大粒径9.5mm）+10mm碎石封层（4.75~9.5mm）为核心，

其他变化都围绕此方案。其中上层微表处混合料的配合比关系不可大幅度变化，但下层

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碎石的撒布率对层间力学特性有显著影响。同时上下两层的材料粗细组合关系，可为上

细下粗（正装）、粗细相等、上粗下细（倒装）三种型式，也可能对层间力学关系形成

影响。

本研究根据影响因素将试验的变量设定为碎石封层的碎石撒布率、上下两层粗细组

合两个方面。

（2）试验设计

分析下层碎石撒布率对层间力学特性影响时，固定上层为MS-3，下层采用三种粒

径的满铺碎石，变化撒布率，形成试验变量和水平安排如表3。

表3碎石撒布率分析时的试验安排

沥青洒布量（kg/

项目上层下层规格碎石撒布率（%）

㎡）

4.75~9.5mm1.9

80、85、90、95、

变量MS-39.5~13.2mm2.1

100

9.5~16mm2.3

分析上下层粗细组合对层间力学特性影响时，固定沥青洒布量和碎石撒布率为上两

个分析最优值，上层为MS-2和MS-3两种，下层采用2.36~4.75mm、4.75~9.5mm碎石、

9.5~13.2mm碎石、9.5~16mm碎石四种，形成上细下粗（正装）、粗细相等、上粗下细

（倒装）三种型式四种组合，试验变量和水平安排如表4。

表4碎石撒布率分析时的试验安排

项目上层下层规格碎石撒布率和沥青洒布量

2.36~4.75mm

4.75~9.5mm

MS-2

9.5~13.2mm

变量9.5~16mm上步分析的最优值

2.36~4.75mm

4.75~9.5mm

MS-3

9.5~13.2mm

9.5~16mm

（3）试验方法

采用试验室车辙时间模具成型混凝土底板，如图6，表面不拉毛但用钢丝刷刷去浮

浆以模拟旧路表面较光滑的状态。

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图6混凝土底板制作

按平盘摆放法及撒布率计算碎石用量，按面积计量沥青碎石用量，人工洒布乳化沥

青刮平后即刻均匀洒布碎石并整平，自然养护30min后在试件上覆橡胶板以模拟胶轮压

路机碾压2~3次，再之后置于60℃烘箱养护12h。

图7碎石封层制作

制备微表处混合料后人工在碎石封层表面抹平，抹平时厚度以手感无法水平下压来

控制厚度，如图5-3。抹平后置于60℃烘箱中养护24h

图8微表处层制作

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试件成型后用直径转头10cm取芯，一个试件能取5个，用作平行试验。其中拉拔

试件需要进一步用环氧树脂粘结到夹具上。考虑温度的影响，采用UTM试验机在环控

25℃下开展拉拔与直剪试验。

图9试件转芯取样及试件制作

2.3.2试验结果分析

（1）碎石封层的碎石撒布率对层间力学特性的影响

依表5-1安排的拉拔试验和直剪试验的结果如表5，其中拉拔强度计算如公式5-1，

直剪强度如公式5-2。

（）

tFtSt5-1

（）

sFsSs5-2

式中：t、s——拉拔强度和直剪强度，kPa；

、——最大

FtFs拉拔力和直剪力，kN；

、——2

StSs拉拔受力面积和直剪受力面积，m；

表5碎石撒布率对层间力学特性的影响

拉拔强度（kPa）直剪强度（kPa）

碎石撒布率

碎石规格mm碎石规格mm

（%）

4.75~9.59.5~13.29.5~164.75~9.59.5~13.29.5~16

80448.8409.4386.1185.7168.3155.7

85540.3481.9469.3201.1178.8154.0

90573.2527.2508.6208.9185.3162.9

95533.4476.3408.3166.9160.0134.8

100415.2395.6378.3162.3144.4130.5

依表中数据绘制图10和11。可以看出无论是拉拔强度还是直剪强度都存在明显的

峰值特征，当碎石撒布率为90%时的两种强度最高，而当碎石撒布率变高或更低时都将

降低。这种现象说明在碎石撒布率90%时两层嵌挤粘结性能最好，上下两层能够形成更

强的强度。这种现象对MS-3铺筑于不同粒径上的表现相同，但MS-3和粒径相近的

14

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

4.75~9.5mm碎石的组合强度最高，而MS-3和9.5~16mm的组合强度最低。

图10拉拔强度随撒布率变化图11直剪强度随撒布率变化

（5）上下两层粗细组合对层间力学特性的影响

按照表5-2安排粗细组合对层间力学性能影响试验，其中无论是何种粒径都采用

90%的撒布率。而沥青洒布量不变，采用扫刷试验中值的1.9kg/㎡、2.1kg/㎡、2.3kg/

㎡。试验结果如表6，并绘制成图12和13以便分析。

表6碎石撒布率对层间力学特性的影响

拉拔强度（kPa）直剪强度（kPa）

微表处

碎石规格mm碎石规格mm

规格

2.36~4.754.75~9.59.5~13.29.5~162.36~4.754.75~9.59.5~13.29.5~16

MS-2386.2435.7425.4408.8206.6188.3171.9150.2

MS-3371.5585.0551.2522.0167.3222.2186.9156.0

图12组合对拉拔强度的影响图13组合对直剪强度的影响

图12中，无论MS-2还是MS-3，其与4.75~9.5mm组合时强度最高，但MS-2组的差

异不明显；典型上粗下细的组合（MS-3+2.36~4.75mm）的拉拔强度最低，典型上下粗

细相近（MS-3+4.75~9.5mm）最高，典型上细下粗的组合（MS-2+9.5~16mm）介于中间

且较低。最高和最低相差36%，非常明显。

15

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图13中，不论MS-2还是MS-3，典型典型上下粗细相近（MS-2+2.36~4.75mm或

MS-3+4.75~9.5mm）的直剪强度都最高，而其他组合条件强度都衰减，但上粗下细

（MS-3+2.36~4.75mm）时直剪强度明显高于上细下粗（MS-2+9.5~16mm），此时可能是

底层颗粒对层间强度的贡献已经不大。

上述现象说明，不同组合中，无论是抗拉还是抗剪上下粗细接近情况的层间强度最

高；采用正装结构（上细下粗）时，随着上下两层粒径差异的加大强度降低，其中较粗

的MS-3在不同组合情况下比MS-2的组合更优；采用倒装结构（上细下粗），直剪强度

中等而拉拔强度最低，此时可能颗粒结构关系对拉拔强度影响降到最低。

2.3.3结论

无论是拉拔强度还是直剪强度都随碎石撒布率呈显著的变化，在碎石撒布率90%时

出现明显的峰值，而当碎石撒布率变高或更低时两种强度指标都将降低。

不同组合中，上下粗细接近情况的层间强度最高，其中更粗粒径的

MS-3+4.75~9.5mm强度最高；采用正装结构（上细下粗）时，随着上下两层粒径差异的

加大强度降低，其中较粗的MS-3在不同组合情况下比MS-2的组合更优；采用倒装结

构（上细下粗），直剪强度中等而拉拔强度最低，此时可能颗粒结构关系对拉拔强度影

响降到最低。

由此，制定了《指南》草稿的8.1碎石封层的覆盖率指标；以及制定了6.4旧水泥

路面复合封层结构方案的适用条件。

2.4现场路用性能试验验证

在黑龙江省富裕县、鸡西市等地在低等级水泥路面上试验性实施开普复合封层。其

中富裕县自2017年开始，依托地方公路管理站，用全国“四好农村路”的奖励资金自

建乳化沥青生产设施，购置了同步碎石封层车、稀浆封层车（微表处车）等设备，先后

用开普复合封层技术改造低等级水泥路面7段，约18km近10万㎡；鸡西市自2020年

开始，借助部分“国省道提质改造”资金，先后实施5段（2小3大），约35km近22

万㎡的开普复合封层改造低等级公路旧水泥路面项目。本章所介绍的施工工艺是从理论

出发，系统总结上述路段技术经验的结果。

2.4.1旧路处置原则和方法

农村公路水泥路面的的建设标准低、养护管理差，因此路况变化千差万别，但实施

加铺类路面养护/改造的前提首先是路基稳定，板块坚实稳定，路表无明显缺陷且大致平

16

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

整。

（1）路基损坏的处置

按《公路技术状况评定标准》（JTG5210-2018），路基的损坏包括路肩损坏、边坡

滑塌、水毁冲沟、路基构造物损坏、路缘石缺损、路基沉降、排水不畅等7类，消除引

起道路损毁的路基隐患宜在实施路面大中修前彻底完成。其中彻底治理影响路面平整性

的病害缺陷如路基沉降、翻浆，为实施开普复合封层（或其他类型的路面加铺改造措施）

的首要要求，治理的方法通常是开挖换填后换板（换板后表面需拉毛），或对农村公路

来说可以在换填后加铺贫混凝土至顶面。针对路基损坏的处置应在加铺工程之前完成，

为换板水泥混凝土或贫混凝土留出2~3周的养护时间。如图14。

图14路基沉陷、翻浆部位换板或换贫混凝土

（2）路面结构性损坏的处置

需要处置的路面结构性损坏主要为碎裂后的局部板块失稳、脱空沉陷。此时可局部

开挖后回填贫混凝土/乳化沥青碎石/热沥青碎石至顶面，板块稳定也可直接回填乳化沥

青混合料料/冷补料补平。如图15。

17

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图15旧路碎裂失稳、脱空沉陷区的处置

（3）表面功能性损坏的处置

需要处置的水泥路面功能性损坏包括接缝、裂缝及坑洞。经年使用的农村公路水泥

路面的接缝和裂缝都有损坏，对边缘平齐且缝隙较窄的可不处置；对缝隙宽度大于20mm

的应清除杂质后用砂粒式乳化沥青碎石/冷补料填平。明显的深度大于2cm的坑洞也应

清除杂质后采用砂粒式乳化沥青碎石/冷补料填平。

因开普复合封层工程项目全程使用乳化沥青，因此采用乳化沥青碎石混合料填平接

缝和坑洞经济合理。乳化沥青碎石的使用较为简单，工艺为先用有一定级配的集料（通

常用0~3mm机制砂和3~5mm各50%）填充缝隙或坑洞，之后用快裂型阳离子乳化沥青

饱满灌入，固化时间约30min。针对接缝、裂缝及坑洞的处置应在加铺工程之前完成，

可安排作业班组在加铺作业的前一天完成，在摊铺当天再次检查质量并查漏补缺。如图

16。

18

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图16接缝、裂缝及坑洞的处置

2.4.2开普复合封层的施工准备

（1）施工机械配套

开普复合封层的施工包括两种乳化沥青加工、两种集料/混合料准备的后台作业，以

及同步碎石和微表处两个前台作业环节，机械配套要求较为繁琐。

1）后台设备

后台的乳化沥青加工及存储设备典型配套如表7和图17。

表7典型闭式3-6T/h乳化沥青加工及存储设备配套

设备名称单位数量备注要求

基质沥青储罐个2卧式20T以上，带搅拌和导热管

乳化量储罐个2卧式20T以上，带搅拌和导热管

热水罐与皂液制备储存罐个3~4立式，4T

乳化机/胶体磨个13~6T/h，乳化细度不大于5μm

导热油或导热蒸汽加热炉套1-

图17典型3-6T/h乳化沥青设备布置图

碎石封层和微表处对集料粒径的控制都很严格，其中微表处因刮平施工，对超尺寸

粒径是不能接受的，因此后台设备中还应包含滚筛机（或小型振动筛）以应对本地区普

19

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

遍的集料品质，以及一台配料机用于微表处混合料的配制，如图18。这两种设备的规格

没有特定的要求，能在工程开工之前完成筛分和配料即可。

图18滚筛机及配料机

2）前台设备

同步碎石封层用设备配套如表8和图19。同步碎石封层车目前在建设单位和养护单

位的配备较为普遍，功能和性能大同小异。

表8典型低等级道路同步碎石施工设备配套

设备名称单位数量技术要求

同步碎石封层车台1≥8T

装载机台130型以上

运输车台1-

轮胎压路机台1≥26T

20

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图19同步碎石封层车和轮胎压路机

微表处用典型设备配套如表9和图20。因微表处相对碎石封层摊铺中材料消耗量更

大，施工接茬处问题也更多，考虑衔接的要求，通常需配制2台以上的稀浆封层车接力

作业。微表处开放交通后在车轮荷载的扰动下自然碾压密实，但对硬路肩、临时停车带

和停车场等处较少经历车轮的位置，可在稀浆封层或微表处混合料破乳后、开放交通前，

采用6-10T轻型胶轮压路机进行碾压。

表9典型低等级道路微表处施工设备配套

设备名称单位数量技术要求

动力系统功率100kW以上，集料仓容量10m³

稀浆封层车台≥2以上，乳化沥青罐容量2m³以上，水管容量

2m³以上，配有外加剂罐

摊铺箱个1具有2.5~5.0m的伸缩功能

装载机台130型以上

运输车台1-

轮胎压路机*台16~10T

微表处的核心设备是稀浆封层车，因其专用性，稀浆封层车目前在本地区养护单位

的配置量远不如同步碎石封层车。稀浆封层车的组成主要包括拌合车系统（底盘、工作

发动机及附件、集料给料装置、乳化沥青供给装置、供水装置、添加剂给料装置、填料

供给装置、配比装置、拌合系统）和摊铺箱等组成。如图20。

21

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图20稀浆封层车及摊铺箱

稀浆封层摊铺箱接受拌合车拌好的稀浆混合料，通过液压马达驱动的双螺旋布料器

将其分布在摊铺面上，通过摊铺箱两侧的滑橇和中部的路拱调节器初步调整摊铺厚度，

之后的橡胶刮皮将稀浆刮平。多数时候需要在摊铺箱刮皮后拖一块布（各种材料皆可）

以形成光滑表面。

（2）材料准备

1）乳化沥青

施工用两种改性乳化沥青，其中碎石封层用65%浓度PCR，胶乳含量5%（按胶乳

浓度不同SBR含量占沥青比例约4%）；微表处用60%浓度BCR，胶乳含量3%（按胶

乳浓度不同SBR含量占沥青比例约2.5%）。两种改性乳化沥青都采用二次混合法加工生

产，其工艺较为简单，皂液的制备、调酸和胶乳的掺入都可人工计量和操作，如图21。

两种乳化沥青都宜提前1~3天制备，制备后的乳化沥青60~80℃保温保存，使用前应检

查贮存稳定性，丁苯胶乳是否漂浮，如有此类问题则应在使用前开动储罐搅拌器1~2h

以搅拌均匀。

22

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图21人工投放胶乳及贮存状态检查

2）单档集料

施工用粗集料应提前过筛砂机（滚筛机或其他筛分设备）以去除超尺寸粒径。粗细

集料益提前采购筛分和妥善堆放，以尽量自然风干，保持含水量稳定。如图22。

图22鸡西麻山至梨树段施工现场配备的筛砂机和材料堆放

3）微表处用干混集料

微表处用干混集料在料场用配料机提前准备，其混合比例按当时含水率折算后控制，

施工前操纵配料机按折算后比例出料后做单仓单位时间出料量标定，混合后再次进行筛

分校核，按筛分曲线与配合比设计曲线尽量接近，4.75mm和2.36mm两个关键筛孔的

通过率浮动±5%，0.075mm上下浮动±2%的技术要求反复调整配料机单仓出料比例。

集料批次更换、生产周期较长时或集料含水率变化时，配料机的参数都要再次检核标定。

生产调试过程与沥青混合料生产配合比设计的冷料仓调试工艺相同。

（3）技术准备

1）同步碎石封层车标定

同步碎石封层车的标定内容含匀速前进时固定吐料档位的碎石撒布量，以及与车速

匹配的单位面积沥青洒布量。施工前碎石撒布量的标定方法为在平整地面上以施工速度

匀速行走后洒布集料（不洒沥青），小心收集1㎡颗粒称量标定其与平盘摆放法事先确

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《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

定的单位面积集料撒布量之间的关系，此时应考虑含水率换算和撒布率折算。乳化沥青

的洒布量由车载系统自动泵送计量，施工前可由泵送口接取做一次性单位时间泵送量标

定，按公式4计算。施工中碎石和乳化沥青的撒（洒）布量每日一次做单车总量检核。

Q1LsD(式4)

其中：Q1—同步碎石封层车的乳化沥青单位时间泵送量，kg/s；

L—设定单位面积乳化沥青洒布量，kg/㎡；

s—车辆前进速度，m/s；

D—洒布宽度，m。

2）稀浆封层车标定

稀浆封层车的标定内容为干混集料与乳化沥青的连续混合比例。干混集料在封层车

内按档位吐料，与前进速度无关，施工前对不同档位下吐料量进行标定（通常至少做两

个档位的标定）。稀浆封层车乳化沥青的匹配泵送量按公式5计算。

G

Qwip(式5)

2i(100w)e

其中：Q2i—某档位下乳化沥青单位时间泵送量，kg/s；

Gwi—某档位下单位时间湿集料吐料量，kg/s；

w—集料含水率，%；

pe—设计乳石比，%。

3）试验段工艺验证

试验段的铺设目的对同步碎石封层来说是碎石和沥青撒（洒）布量的再次标定调整，

沥青爬升高度到达碎石粒径的2/3可以作为调整的依据，以及对车辆前进速度、碾压和

清扫等作业工序的适配关系标定；对稀浆封层车来说是浆状混合料状态调节（泵水量调

节，参考设计的外加水量依浆液工作性按经验调整）、摊铺厚度调节、开放交通时间确

定或水泥剂量调节（视破乳时间确定）、两台车接力作业时横向施工接茬的工艺调整；

以及对整个施工过程的交通组织（对双车道通常可半幅施工而不完全封闭交通）、碎石

封层和微表处两步工艺的时间衔接的调整适配。

24

《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图23碎石封层沥青爬升高度、微表处摊铺厚度、微表处破乳时间的检查

2.4.3同步碎石封层施工工艺流程

同步碎石施工工艺流程含：路面清理（清洗）撒（洒）布作业人工找补碾压

养护五个步骤。

同步碎石封层施工前需仔细对路面清扫、风力灭火机吹净，路面沾污时可用高压射

水冲洗。因采用乳化沥青，降雨及清洗后，除非路面有积水，否则潮湿的路面不影响工

程的进行。总的作业流程如图24所示。

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《低等级公路旧水泥混凝土路面加铺沥青复合封层技术规范》编制说明

图24碎石封层作业过程示意

2.4.4微表处施工工艺流程

微表处层摊铺经历如下步骤：碎石封层表面清吹稀浆封层车作业人工边缘及接

茬处找补养护初步开放交通压实浮粒清扫完全开放交通。

微表处施工前须再次对碎石封层表面清理，用高压空气或风力灭火机将碎石封层的

表面浮动颗粒清除，之后方可进入微表处