Transcript 长寿命沥青路面的含义与发展

我国长寿命沥青路面
的发展及其关键技术
王旭东
欧美长寿命沥青路面的提出及发展
1997年英国TRL Nunn提出，假如路面能
够使用40年，那么它的周期寿命费用最少。
——全寿命周期设计的理念。
RIOH
欧洲

1999年，欧洲成立了欧洲长寿命路面
（ELLPAG）组作为欧洲国家公路研究实验
室论坛（FEHRL）和欧洲道路董事会
（CEDR）工作小组开展长寿命的研究工作。



2004年，ELLPAG编制了《欧洲长寿命柔性
路面使用技术指南》。
2010年，又编制出版了《欧洲长寿命半刚
性路面使用技术指南》。
如今正在编制《长寿命刚性路面的使用技
术指南》。
美国


2001年美国在四个州铺了长寿命路面，
2002~2005年美国联邦沥青技术中心，以
35年无结构性破坏，每次需表面层罩面修
复的间隔大于12年为标准，颁布了长寿命
路面奖，
约20个州的近40个路段获奖，大部分为州
际高速公路或公路主干线。实际交通量都
是以小客车为主。


美国AI、NCAT等单位提出基于柔性基
层的长寿命沥青路面典型结构。
2007年由美国国家沥青路面协会
（NAPA）、联邦公路局（FHWA）、
AASHTO和AI等单位联合制定了美国沥
青路面发展规划，将长寿命路面和路
面性能研究作为重点研究内容之一，
并将长寿命路面作为首要发展目标。
欧美国家长寿命典型结构




柔性基层结构的
三层形式：
表面功能层
抗车辙结构层及
承重层
抗疲劳层
美国德州长寿命路面结构
（柔性基层）

2008年TRB材料
欧美长寿命路面的定义
欧洲（1998~1999）—— 长寿命路面
美国（2001）—— 永久式路面
所谓长寿命路面是指路
面基层或基础没有严重
的结构性破坏，且仅需
要表面功能维护的路面
结构
欧洲
50年不产生结构性破坏
，20年功能罩面维修
美国

长寿命路面并不是意味着路面永远不
坏，而是通过经验总结、技术完善、
工艺革新等手段，提升现有路面的服
役寿命。

欧美国家对修建长寿命路面的认识是
一致的，根据现阶段路面技术发展的
水平，提出了五个基本措施：
 1、改进施工工艺和施工方法，
 2、避免沥青混合料结构层的疲劳，
 3、施工高性能的路面材料和产品，
 4、增加结构层厚度，
 5、加强培训，增强创新意识。
我国修建长寿命沥青路面
的现实意义
可持续发展的公路建设的需求
 节约资源、保护环境的切实措施
 引领路面设计和施工技术的发展

我国长寿命沥青路面技术历程
2005年起，交通运输部立项，沙庆
林院士负责开展 “重载交通长寿命半刚
性路面关键技术的研究”，并于2007年
竣工完成秦皇岛试验路。奠定了半刚性
基层长寿命沥青路面的基础，在国际上
处于领先地位。
交通运输部为了进一步推广“重载交通
半刚性基层长寿命沥青路面关键技术研究”
的研究成果， 2009年，专门立项“重载交
通沥青路面设计施工关键技术研究及示范应
用”。计划在河北、内蒙、山西修建示范工
程。
RIOH
2011年，交通运输部立项编制“公路长寿
命沥青路面技术规程”，是我国长寿命沥青
路面技术逐渐走向成熟和推广应用的标志。
我国长寿命路面标准
（双指标）


结构安全标准——使用年限不少于40
年或单车道承受累计标准轴载（BZZ100）作用次数为不少于1亿次时而不
产生结构性破坏；
使用功能标准——沥青面层罩面维修
周期不少于10年以上。
长寿命路面与现行路面的差异
设计标准的差异
指标
长寿命路面
设计
正常路面
设计
设计年限
（年）
适用范围的差异
承受荷载
（万次）
适用条件
全寿命周期
分析
>40
重载、
>10000次 高速公路、
特殊需求
最低
15
2000~3000
不详
所有
我国长寿命路面设计的指导思想



以半刚性基层沥青路面结构为主，以对现
有成功的工程经验的总结、提升为主导，
以路面结构——材料——工艺三位一体的
综合设计为主线，
主要针对重载交通的高速公路以及具有重
要社会影响意义的高速公路的沥青路面设
计为对象。



采用“强基、薄面、稳土基”的主体设计
思想，
在总体设计中考虑路基路面综合设计、路
面结构组合设计、路面材料优化设计和厚
度验算等四大内容，
以经验设计法为主。
A. 长寿命路面与路面结构形式

柔性基层路面≠长寿命路面。

研究长寿命半刚性基层沥青路面，保
持我国的国际领先地位，也是我国长
寿命沥青路面发展的方向之一。
中国半刚性基层沥青路面发展历程
四大试验路的修建
上世纪七十年代末以前，中国高等级公路建设的初期，一
些国道主干线以冻胀翻浆为代表的早期损坏比较严重，半刚性
基层的应用有效的解决了这一问题。
图片
图片
四大试验路的修建
肇东试验路
Heilongjiang
Beijing
门头沟试验路
这些试验路修建证明半刚性基层路面结构具有良好的结构稳
定性好，造价经济，工艺简单，且适用于中国广大的气候和
地理环境。
Guangxi Guangdong
玉林试验路
广佛二级路
京津塘高速公路
• 上世纪80年代初，中国开始了第一条高
速公路的设计——京津塘高速公路。
京津塘高速公路奠定了我国高速公路半
刚性基层沥青路面设计、研究的基础。
20~23cmAC
18~20cmAC
20cm
水稳碎石
二灰碎石
30cm 石灰土
30cm 石灰土
正常路段
软土路段
第一代半刚性基层沥青路面技术的形成
10’s of 21th
90’s
80~90’s
70~80’s
解决使用功能为主的
早期损害问题
形成中国半刚性基层沥青路面
设计体系
发展高等级道路
设计体系的构建
中国沥青路面设计体系的发展
基本形成了以弯沉和弯拉应力为主要指标的，
基于弹性层状体系的设计模型，构建了工程经
验与力学分析相结合的沥青路面设计体系。
路基路面综合设计
1
M-E
system
4
2
路面结构组成设计
3
路面材料组合设计
力学验算
中国半刚性基层沥青路面发展
16~18cmAC
12~15cmAC
16~18cmAC
36~40cm
半刚性基层
15~25cm
半刚性结构层
15~25cm
半刚性结构层
非整体性结构层
20~30cm
半刚性底基层
20~30cm
半刚性底基层
八十年代末
九十年代中
九十年代末
如今？
半刚性基层沥青路面的发展
20~24cm
沥青面层
18~20cm
沥青面层
10~15cm
柔性基层
8~18cm
沥青面层
8~12mmAC
25~30cm
刚性基层
36~40cm
半刚性基层
18~20cm
36~40cm
为进一步完善半刚性基层沥青路面结构设计，
半刚性基层
18~20cm
半刚性基层
半刚性基层
提高耐久性，进行了大量探索。
20~30cm
半刚性底基层
20~30cm
半刚性底基层
降低基层强度
加厚沥青面层
降低基层强度
及厚度
加厚沥青面层
增设柔性基层
30~40cm
半刚性底基层
30~40cm
半刚性底基层
提高基层强度
增设刚性基层
及厚度
复合式结构
优化沥青面层设计 减薄沥青面层
B. 长寿命路面与早期损坏的区分
 消除早期损坏与修建长寿命沥青路
面是两个不同层面的问题。
病害及成因分析
六大类病害
主要成因
层间结合
高温失稳
材料性能不足
水损坏
结构组合不完善
结构失稳
层间结合处理不当
路面开裂
施工质量不足
基层质量
设计
施工
C. 长寿命路面与交通荷载

交通荷载是路面寿命的标准尺度；

长寿命路面必须要承受大的交通荷载
作用；

特重交通荷载是我国特有的环境，长
寿命路面应该解决。
严重的超载问题
1.2
1
接
地 0.8
压 0.6
强 0.4
(MPa)
0.2
1
设计标准
实际情况
轴载水平
10t
15~20t
轮胎接地压强
0.7MPa
>1.0MPa
设计年限
15年
10年左右
累计作用次数
2000~3000万次
1亿次以上
0.96
0.8
0
前轴
中轴
后轴
超过标准接地压强
0.7MPa
严重的超载问题
部分公路累计轴载作用次数调查数据
Design axle loads：
Ne=2*107
修建长寿命路面的关键技术
结构设计功能化
材料设计均衡化
施工工艺均一化
质量控制过程化
我国长寿命路面设计的指导思想
以半刚性基层沥青路面结构为主，以
对现有成功的工程经验的总结、提升
为主导，
 以路面结构——材料——工艺三位一
体的综合设计为主线，
 主要针对重载交通的高速公路以及具
有重要社会影响意义的高速公路的沥
青路面设计为对象。

采用“强基、薄面、稳土基”的主体
设计思想，
 在总体设计中考虑路基路面综合设计、
路面结构组合设计、路面材料优化设
计和厚度验算等四大内容，
 以经验设计法为主。

结构设计功能化

半刚性基层路面的承载

沥青面层的设计功能

层间结合的功能层设计
材料设计均衡化

沥青混合料的均衡设计

半刚性基层材料的均衡设计
施工工艺均一化

降低施工工艺的变异性
质量控制过程化

原材料的控制

混合料生产的控制

结构层施工的控制
提高承载能力
技术措施 1
增加半刚性基层整体厚度
技术措施 2
基于材料优化设计的高强、
低裂半刚性基层材料设计技术
提高承载能力
增加半刚性基层厚度
25
~
30
One
layer
two
layers
22
~
25
半刚性基层
20cm
半刚性基层
20cm
柔性底基层
半刚性底基层
20cm
Three
layers
17
~
20
弯沉 0.01mm
半刚性基层厚度
基层厚度
弯沉
0.01mm
Four
layers
<15
双层半刚性
基层
40cm
双层半刚性
基层
40cm
半刚性底基层
20cm
双层半刚性
底基层
40cm
提高承载能力
基于级配优化技术的半刚性材料强度提高
半刚性基层级配优化
30%
Passing rate
富勒曲线
抗压强度
开裂率
间断曲线
Sieve（mm）
50%
加强层间结合及防水设置
层间结合模型
技术措施
软结合
粘层油——沥青层
水泥浆——半刚性层
防水粘结层（SAMI）
硬结合
铣刨处理
特殊碾压工艺
界面清扫
改善沥青面层的高温和抗裂能力
技术措施 1
沥青混合料高温与抗裂平衡设计
采用粗集料断级配
最紧密嵌挤原则沥青混合料油石比
确定方法
技术措施2
下面层采用低标号沥青混凝土
（1）抗高温、防水、抗裂的均衡设计
粗集料断级配
粗集料断级配曲线的构建
特点
Passing rate
控制点 1——NMPS
高碎石
含量
控制点 2——Gap
sieve
高矿粉含量
低干涉性
曲线 1—— 粗集
料(>4.75mm)
控制点 3——0.075mm
曲线 2—— 细集料
形成紧密嵌挤的骨架结构
Sieve （mm）
（1） 抗高温、防水、抗裂的均衡设计
最紧密嵌挤状态最佳油石比确定方法
4%空隙率油石比确定方法
Design
VV
VV
G
VMA
ωA
ωB
Peak value
ωB
Asphalt aggregate ratio (ω)
Peak value
VCA
动稳定度
ωA Asphalt aggregate ratio (ω)
ωωA
B
ωB
Asphalt aggregate ratio (ω)
低温弯曲应力
Peak value
ωB
Asphalt aggregate ratio (ω)
（2） 低标号沥青混凝土
………………
………………
显著提高承载能力——
高模量沥青混凝土层
20°,10Hz动态复数模量可达15GPa
提高抗车辙能力——
60°高温动稳定度超过 5000 times/mm
半刚性基层
Stress
Strain
E* 
Time
0
0
工艺技术措施
减少混合料变异性，提高施工可靠度
原材料规格控制——单一粒径筛分
混合料拌合均匀性提高
路面结构层的界面处理工艺
结 语

长寿命路面是未来沥青路面技术发展的方向。

为了满足重载交通的使用要求，提高沥青路面
的质量，发展可持续发展的路面技术，中国已
经开始了长寿命半刚性基层沥青路面的研究，
并取得了一些初步成果，从设计方法和工艺革
新两方面提高沥青路面的使用寿命。

但是，这方面的研究还需要进一步深入，建立
完整的长寿命路面的设计体系，还有许多工作
要做。