1、瀝青路面加鋪層設計和施工技術研究報告簡本1研究背景隨著我國社會主義市場經濟的迅速發展，交通的日益重型化及交通量的大幅度增長，加之設計、施工、養護、使用等多種綜合因素的影響，加速了路面的損壞，目前國內很多高等級路面正處于維修、待修狀態。采用瀝青面層作為原有路面的加鋪層是一種非常典型的補強方法。對于瀝青路面，上面加鋪瀝青層施工方便且能顯著改善路面使用性能；對于水泥路面，這種形式的路面結構能吸收兩種材料的優點，原有水泥路面可以提供穩定、堅實的基層，瀝青加鋪層可以提供摩阻系數高、平整度好的表面層，大大改善了路面的使用性能。然而，國內外對原有瀝青路面和水泥路面加鋪改造仍處于研究、試驗階段，至今仍沒有一個

2、效果非常令人滿意，施工工藝可行且具有明顯社會經濟效益的防治措施和成熟的理論、設計方法。由于這一問題的復雜性和各地交通、氣候及筑路條件的差異，在所取得的研究成果之間缺乏共同的認識，給設計和施工部門的具體操作帶來了極大的困難。因此，本課題研究在廣泛收集并分析國內外原有瀝青路面和水泥路面加鋪瀝青混凝土層有關資料的基礎上，以鋪筑的試驗路為應用研究對象，結合我國尤其是西部具體情況，針對在原有路面上加鋪瀝青層后的路面狀況，運用新技術、新材料，對用瀝青加鋪層改造舊瀝青路面和水泥路面的方法和理論作進一步的研究，探索舊路面加鋪瀝青層的工作機理，提出符合國情、切實可行的改造措施與施工技術指南，對今后高等級公路加鋪

3、瀝青層設計與施工具有重要的借鑒和指導意義。2研究工作概況西部交通建設科技項目“瀝青路面加鋪層設計與施工技術研究”課題（項目編號：2005 318 812 13）自2005年正式立項以來，由主持單位長安大學以及參加單位吉林省交通科學研究所、陜西高速機械化工程有限公司組成的項目組根據可行性研究報告和合同規定的研究內容和要求，組織召開了研究大綱專家評審會，并根據專家評審意見，制訂了詳細、切實可行的研究大綱及進度計劃，初步確定了課題配套工程及現場試驗觀測路段。隨后，項目組組織研究人員并聯系合作單位，按計劃全面開展研究工作。同時，在2006年補充了課題參加單位：中交第一勘查設計研究院，北京建筑工程學院，

4、西安建筑科技大學。在研究過程中，項目組采取資料調查整理、現場測試、室內試驗與理論分析相結合的方式，在收集查閱大量國內外相關文獻資料的基礎上，以我國部分高等級公路為主體，以實際工程為依托，經過3年多的研究，對典型水泥混凝土路面及瀝青混凝土路面進行了大量的現場檢測、評價、典型加鋪層結構試驗段及室內外對比試驗和理論分析研究，從而開展了 “原有水泥混凝土路面檢測、評價與處治”、“原有瀝青混凝土路面檢測、評價與處治”、“瀝青加鋪層結構工作狀態”、“瀝青加鋪層材料組成研究”、“原有水泥路面加鋪瀝青層設計方法與軟件”、“原有瀝青路面加鋪瀝青層設計方法與軟件”、“瀝青加鋪層施工技術指南”、“試驗路鋪筑與驗證”

5、、“瀝青加鋪層相關設備儀器開發”等多項專題研究工作，并得到一批有價值且可供工程應用參考的研究成果和建議，為我國瀝青路面加鋪層的設計與施工提供了科學合理的依據。3研究成果特點（1）創新性：該項目采用多項新技術、新工藝、新材料和新設備，具有很強的創新性，在關鍵技術脫空判斷方法、自補償式板底灌漿材料、路面使用性能評價方法、加鋪層結構層間工作狀態及夾層的最佳位置、加鋪層材料及技術要求、層間處治材料及技術標準、層間專用設備及施工方法、加鋪層典型結構、加鋪層設計方法與施工技術等方面均有創新。（2）系統性：綜合技術含量較高。不但考慮了路面加鋪結構本身的合理性和使用年限，同時采用的一系列技術，從評價、處治、周

6、邊環境、防水、設計、施工措施等系統地為路面加鋪結構提供了支持條件。（3）成熟性：研究成果成功應用于吉林外環試驗路、G104徐州機場試驗路及陜西4條高等級公路，通過近2年的通車檢驗，推薦的典型結構沒有出現傳統瀝青加鋪層的早期病害。（4）經濟性：應用在工程建設項目上，顯著地減少了養護費用，間接產生的長期經濟效益和社會效益是非常巨大的。4主要研究成果4.1原有水泥混凝土路面檢測、評價與處治（1）首次提出了基于板中、板邊彎沉差及唧泥高度為一體的板底脫空判別方法與標準，有效解決了目前準確判別板底脫空的難題。靜彎沉檢測動彎沉檢測 動靜彎沉值脫空判別標準 （單位：0.01mm）脫空程度板邊中點與板中彎沉差板

7、角與板中彎沉差靜彎沉標準uB動彎沉標準uF靜彎沉標準uB動彎沉標準uF輕度脫空102025152536中度脫空20305102535612重度脫空30103512 輕度唧泥 中度唧泥 重度唧泥唧泥高度與脫空程度判別標準 （單位：cm）脫空程度輕度中等嚴重唧泥高度10103030（2）建立了基于探地雷達的板底脫空檢測與評價方法。通過廣泛調研國外路用探地雷達標準，并研究選定道路檢測雷達測試參數：天線的中心頻率、分辨率、時窗、采樣率、相鄰掃描點間距，推薦出板底脫空雷達檢測型號。 吉林外環路雷達檢測現場（3）在已有研究的基礎上，改進了舊水泥混凝土路面使用性能檢測與評價方法。（4）對舊水泥混凝土路面表面

8、處理與效果評價、水泥混凝土路面破碎工藝、混凝土舊板再生、板底脫空處治以及路面加鋪層間處治方法與標準進行了系統的研究。針對水泥混凝土板輕度脫空、中度脫空和重度脫空三種情況，分別提出了不同配合比的壓漿材料。 蘭派五邊形沖擊破碎20遍效果圖 MHB破碎效果圖 再生集料性能對比指標再生石灰巖再生花崗巖中下面層粗集料規范值壓碎值（）20.424.628密度(g/cm³)2.7022.6882.5吸水率()3.04.33.0細集料含泥量（）7.53.0單槍貼鋪油氈雙槍貼鋪油氈在應力吸收層上鋪設玻纖格柵層間格柵鋪設效果粘層油的噴灑應力吸收層施工4.2原有瀝青混凝土路面檢測、評價與處治（1）在現有指

9、標和評價方法的基礎上, 針對高等級公路路面的要求，改進了瀝青路面使用性能單項評價指標和標準。（2）針對現有綜合評價方法不足，從實測數據的處理出發，首次建立了基于區間數逼近法的路面使用性能綜合評價方法，并使用該方法對陜西省西臨高速公路代表路段的路面使用性能進行了評價，驗證了其有效性和實用性。系統分析和總結路段劃分方法，考慮道路屬性變異，建立了基于累積差分法的路段均勻劃分方法。 （3）提出了混合遺傳神經網絡預估方法，建立了路面破損狀況預估模型。（4）針對施工中銑刨厚度較難控制的問題，首次提出通過舊路表面彎沉控制舊路銑刨厚度，并確定了基于彎沉控制的舊路銑刨設計準則，為銑刨厚度的確定及加鋪層的設計提供

10、了依據。（5）對瀝青路面常見病害進行了優化，提出了相應的處治標準和方法，最后對瀝青路面再生處治技術進行了優化。泡沫瀝青再生施工4.3瀝青加鋪層結構工作狀態（1）舊水泥混凝土路面瀝青加鋪層結構工作狀態對荷載不同作用位置及層間不同接觸情況下瀝青加鋪層的受力狀況進行了深入的計算分析，得到了瀝青加鋪層應力分布規律，為深入進行瀝青加鋪層荷載應力研究奠定了理論基礎。全面系統研究了在荷載作用下軸載及瀝青加鋪層、應力吸收層和基層厚度與模量變化對瀝青加鋪層受力狀況的影響，得出了瀝青加鋪層層底荷載應力的變化規律，提出了應力吸收層厚度的合適范圍，為荷載作用下瀝青加鋪層和應力吸收層設計提供了力學依據。通過對不同層間接

11、觸情況下瀝青加鋪層的溫度變形及應力與復合式路面溫度場進行創新性理論研究，得到了瀝青加鋪層最大溫度應力位置及范圍與復合式路面溫度場變化規律，為深入進行瀝青加鋪層溫度應力研究奠定了理論基礎。全面系統分析了在溫度作用下瀝青加鋪層、應力吸收層的厚度和模量變化對瀝青加鋪層應力水平與反射裂縫的影響，得出了瀝青加鋪層層底溫度應力的變化規律，為溫度作用下瀝青加鋪層和應力吸收層設計提供了力學依據。全面系統分析研究了在荷載與溫度荷載耦合作用下瀝青加鋪層、應力吸收層的厚度和模量變化對瀝青加鋪層應力水平的影響，得出了瀝青加鋪層層底耦合應力的變化規律，為耦合作用下瀝青加鋪層和應力吸收層設計提供了力學依據。全面系統研究了

12、層間工作狀態。建立了力學模型，并計算了層間最大壓應力和剪應力，得出了最大應力值的變化規律。建立了荷載等效法力學模型，分別計算了I型和II型裂縫不同長度時的應力強度因子，提出了應力強度因子范圍，為深入進行瀝青加鋪層間工作狀態研究奠定了力學基礎。（2）舊瀝青混凝土路面瀝青加鋪層結構工作狀態系統研究了荷載作用下瀝青加鋪層內力隨結構參數的變化規律，重點對舊路橫向開裂及設置層間材料等幾種加鋪層結構進行了荷載內力分析。進行了溫度場的理論分析與數值計算，推導了不考慮舊路開裂的溫度應力計算公式，研究得出了舊路橫向開裂寬度、深度及設置不同層間材料等幾種結構對加鋪層結構溫度應力的影響規律。對層間抗壓、抗剪及層間溫

13、度場狀況進行了系統研究，確定了層間工作狀態。 加鋪層與舊路層間剪應力數值范圍水平摩擦系數f00.20.30.5層間剪應力m0.0630.1680.0670.1990.0690.2140.0730.245 不同加鋪層厚度的層間壓應力范圍 加鋪層厚度(cm)4681012141618層間壓應力(MPa)0.6570.7850.5200.6900.4080.5880.3250.4920.2620.4110.2150.3460.1780.2940.1520.252針對以往夾層設計比較模糊的問題，通過分析夾層設置位置對加鋪層結構應力應變及路面性能的影響，首次系統地從夾層提高瀝青加鋪層結構抗開裂能力、延長

14、疲勞壽命及提高抗剪切性能三個不同功能考慮，確定了瀝青加鋪層結構夾層合理位置。a)按中標準現場疲勞方程預估b)按高標準現場疲勞方程預估 加鋪層結構疲勞壽命隨不同夾層位置變化的曲線圖4.4瀝青加鋪層材料組成研究（1）全面分析了層間材料的相關規范及工程實踐，綜合力學計算結果、室內試驗結論及現場應用提出了貼縫油氈的臨界寬度。提出并開發出了用于層間直接拉伸試驗的水平臺架。（2）首次提出了采用車轍儀進行加鋪層結構抗反射裂縫疲勞試驗設備的試驗方法，并對復合式結構進行了彎拉型和剪切型的疲勞試驗。（3）首次對不同格柵層位加筋瀝青混合料的抗車轍性能進行了室內試驗與粘彈性有限元力學計算對比分析，為瀝青層結構設計提供

15、了依據。層間抗裂用APP改性瀝青油氈技術指標序號檢 測 項 目性 能 要 求KKK1外 觀表面無明顯壓痕，寬度要求一致，層間不準有夾裂現象，上表面用細石屑或細砂。2總厚度(mm)343胎體聚酯長絲無紡布4可溶物含量（g/m2）3mm21004mm29005不透水性能保持30min不透水的壓力/Mpa0.70.50.36耐熱度（受熱2h時無滑動、無流淌及無滴落）/（）1601501407拉力（N/50mm）縱向800橫向8008最大拉力（斷裂）時延伸率(%)縱向40橫向409低溫柔度（-20，彎曲試驗 r=15mm，3s彎曲180°）無裂紋10粘結性能(MPa)601.0151.511

16、高溫抗剪/Mpa（60，速度10mm/min，垂直壓力0.1MPa）0.112低溫抗裂（-20）抗拉強度/MPa8.0延伸率/%3013撕裂強度(N/50mm)縱向400橫向35014抗老化值 （經測試不透水時間）/h>300015抗硌破及滲水試驗（130/2h，500g重錘300mm高度沖擊后，500mm水柱16h）無硌破，滲水系數1ml/min16接縫變形能力，循環無破壞次數10000注：參照公路工程質量檢驗評定標準(JTGF80/1-2004)，8.12.1；黑體為抗裂重要指標。有限元網格模型 格柵加筋不同層位的車轍試驗（4）通過對不同格柵位置的瀝青混凝土強度進行試驗，研究格柵層位

17、對加筋瀝青混凝土強度性能的影響，并首次引入無量綱的韌性指數對劈裂強度試驗進行評價。 （5）首次提出了高粘結撒布式應力吸收層，并系統研究了其材料組成。（6）系統研究了SMA-5作為應力吸收層的功能及性能要求，從瀝青膠結料、石料和礦粉、纖維以及集料的級配等方面分別進行了試驗研究，設計了SMA-5用作應力吸收層時的配合比。（7）深入研究了AC-5瀝青砂應用作為層間應力吸收層時的配合比設計過程，提出了在馬歇爾配合比設計結論的基礎上，應根據穩定度和流值的變化適當增加瀝青用量0.5%-0.6%。（8）系統研究了SMA-13，AC-13C及AC-16F在加鋪結構中的設計材料組成，確定其作為加鋪面層時厚度宜取

18、69cm。并提出了一些具體技術要求。4.5原有水泥路面加鋪瀝青層設計方法與軟件（1）系統分析了舊水泥路面瀝青加鋪層層間破壞狀態，在此基礎上提出以加鋪層層底彎拉應力以及剪切應力為設計加鋪層的控制指標。（2）建立了對舊水泥路面無破損與結構評價體系，提出了舊水泥路面疲勞壽命預估模型和方法，并系統分析了加鋪層設計模式。（3）在對現行公路工程結構可靠度設計標準和大量實際加鋪路面結構和材料使用狀況進行分析研究基礎上，首次提出了基于反射裂縫和目標可靠度的加鋪層結構設計方法。（4）開發了加鋪層設計軟件，為加鋪層的設計提供參考和依據。4.6原有瀝青路面加鋪瀝青層設計方法與軟件（1）提出基于剩余壽命改進的加鋪層結

19、構設計方法，在加鋪層補強設計時，建議采用剩余壽命對舊路實測彎沉反算的當量回彈模量進行修正，使其能夠充分體現舊路有效結構能力。（2）完善了舊瀝青混凝土路面加鋪層結構設計指標，建議加鋪層結構設計時，考慮加鋪層最大豎向剪切應力及加鋪層與舊路之間的層間剪切應力，并確定了豎向剪切及層間剪切疲勞軸載換算系數。（3）提出了加鋪層典型結構，首次建立了基于DEA加鋪層結構優化模型，該方法不僅確定最優結構方案，還可進一步確定較差決策方案無效原因，發現進一步提高的可能性，從而彌補了以往優化方法的不足。（4）開發了加鋪層設計軟件，為加鋪層的設計提供方便。該軟件不僅能夠進行加鋪層結構厚度設計，同時還可進行原有瀝青路面銑

20、刨厚度設計及加鋪層結構優化。4.7瀝青加鋪層施工技術指南根據徐州G104國道機場路、吉林外環高速公路和陜西省西寶高速、西戶高速、西潼高速以及絳帳-法門寺二級旅游路等依托工程施工，結合交通部頒布的公路瀝青路面施工技術規范 (JTG F402004)的規定，吸取國內外成熟經驗，提出了舊水泥混凝土路面和舊瀝青混凝土路面瀝青加鋪層施工技術指南，對補充和完善我國相關規范標準具有十分重要工程價值和實用意義。4.8瀝青加鋪層相關設備儀器開發（1）首次開發了油氈貼鋪機，并成功的將油氈貼鋪機應用于工程實際，得到相應的數據，驗證了其可靠性。 加掛油氈 油氈貼鋪機行進 機械貼鋪油氈效果 人工貼鋪油氈質量隱患（2）針對室內足尺試驗臺試驗費用昂貴及體積大、不易搬運的缺點，研發了更加方便、實用的層間水平拉伸試驗臺架，并成功的采用其進行試驗，得到相關數據，驗證了其可靠性。（3）研究開發了糙化打毛機，并成功的應用于