1沥青路面破坏与影响因素

沥青路面破坏与影响因素山东省交通科学研究所高速公路养护技术交通行业重点实验室2014.02主要内容山东省高速公路沥青路面结构发展沥青路面主要破坏形式与影响因素半刚性基层沥青路面的渗透沥青路面结构设计与破坏的思考山东省高速公路沥青路面结构发展20004000kmkm2077.220013018.420034033.120073162.520051357.41999870.11997604.41995384.21993山东高速公路的发展49942013高速公路沥青路面结构发展第一阶段：1990年济青高速建设至1998年，为起步阶段。特点是，相关研究较少，为老规范与新规范共同使用；第二阶段：1998年至2002年，为发展阶段，开始对沥青面层进行研究，并在表面层研究取得了一定成就；第三阶段：2002年至2006年，为深入发展阶段，开始全面对沥青面层、半刚性基层、柔性基层以及路面结构进行研究。第四阶段：2007年至今，为细化研究与推广应用阶段，推广新型路面结构，并对结构与材料进行细化研究。大致分为四个阶段第一阶段高速公路路面结构第一阶段大部分结构设计按照86规范进行，后期处于新老规范交替阶段；路面结构各层材料也完全按照规范进行，如表面层采用LH-II型或AK结构，中下面层采用LH-II型，沥青面层厚度多位15cm（济青除外）；施工机械与施工水平还处于比较低的水平，对路面结构和材料认识不足；从业人员的技术水平与业务素质也处于比较低的水平。特点：第一阶段破坏综述这一阶段修建的高速公路早期破坏现象比较严重，主要是水损害；半刚性基层的反射裂缝与渗水综合作用下出现了许多基层的破坏；当时对交通量与重载交通的预估不足，使得在通车几年以后就达到了饱和状态，加速了道路的破坏。项目名称里程通车时间设计轴载容许弯沉路面结构济南西环2499年6月34cm石灰土+28cm水稳碎石+15cm沥青面层面层结构为：(6cmAC-30I+5cmAC-20I+4cmSUP-13)济南北环1099年878万0.38227cm石灰土+25cm水稳碎石+6cmAC-30II+5cmAC-20I+4cmSUP-13济泰高速5599年10月2130万0.3234cm石灰土+28cm水稳碎石+15cm沥青面层面层结构为：(6cmAC-30I+5cmAC-20I+4cmSUP-13)泰曲高速5001年6月2016万0.20820cm石灰土+38cm水稳碎石+15cm沥青面层（6cmLH-25II+5cmLH-20I+4cmAK-16）1941万0.20620cm二灰土+37cm水稳碎石+15cm沥青面层（6cmAC-25II+5cmAC-20I+4cmAK-16）曲张高速1402000年1645.5万0.21618cm水稳碎石+32~35cm二灰碎石+15cm沥青面层（6cmAC-25II+5cmAC-20I+4cmAK-16）化临高速1371999年临红高速842000年2272.2万0.2034cmAK-16B+5cmAC-20I+6cmAC-30II+35cm水稳碎石+18cm水泥石灰稳定砂砾土第二阶段高速公路路面结构潍莱高速1401998年底4cmSAC-16+5cmAC-20I+6cmAC-30II+26cm二灰碎石+29cm二灰土济南东环201999年4cmAK-16B+5cmAC-20I+6cmAC-30II+26cm二灰碎石+30cm二灰土曲菏高速1482001年1667.7万0.2164cmAK-16A+5cmAC-20I+6cmAC-30I+33cm二灰碎石+18cm二灰土博莱高速441999年92万0.445面层：3cmAK-13B+4cmAC-20I+6cmAC-30II结构1：32cm二灰碎石+19cm石灰土结构2：18cm水稳砂砾+33cm水稳风化砂结构3：18cm水稳砂砾+39cm石灰土第二阶段高速公路路面结构第二阶段特点:对沥青路面表面层进行了大量的研究与改进，新材料逐渐应用，如改性沥青、新型沥青混合料（Superpave、多级嵌挤混合料、SMA等），表面层的早期损害从一定程度上得到了解决；中下面层多为5cmAC-20I+6cmAC-30II。由于重载交通，半刚性基层厚度增大，面层厚度仍为15cm；施工、监理与业主对半刚性基层的认识不足，认为强度越高越好；对于中下面层没有给与足够的重视，包括材料设计、厚度与粒径的匹配关系。第二阶段破坏综述：主要的问题是反射裂缝严重，由于半刚性基层强度的提高，加速了开裂、缩短了裂缝间距，出现了大量的基层破坏现象；由于中下面层采用级配不合理以及最大公称尺寸与厚度的不匹配造成的沥青面层的破坏，车辙的发生层位逐渐向下转移到了中下面层；对层间问题的重视不够，层间滑动、层间渗水，也造成了中下面层与基层的损害，同时桥面铺装也出现大量损害。第三阶段高速公路路面结构第三阶段高速公路路面结构济德大修部分2004原路面将上基层铣刨14cm，采用ATB-30或LSPM-30，面层为8cmAC-25+6cmAC-20+4cmSUP-13济泰大修部分2005原路面将上基层铣刨15cm，采用LSPM-30，面层为8cmAC-25+6cmAC-20+4cmSUP-13京沪大修部分2005原路面将上基层铣刨15cm，采用LSPM-30，部分路段增设4cmAC-13F+11cmLSPM-30，面层为8cmAC-25+6cmAC-20+4cmSMA-13济聊大修部分2005原路面路基以上挖除，20cm级配碎石+34cm水稳碎石+12cmLSPM-30+6cmAC-20+5cmSMA-13第三阶段特点：沥青路面厚度加大，逐渐向18cm过渡；对沥青路面各层材料设计都比较重视，并且从中面层开始采用改性沥青，并对各层混合料级配进行改善；开始在材料设计与施工工艺上改善半刚性基层的使用性能；柔性基层开始在大修工程中逐渐采用；层间结构的处理得到重视。在这一阶段沥青路面结构与材料逐步走向多样化、合理化。第三阶段破坏综述：对新建公路主要的问题仍然是反射裂缝，由于大修工程中采用了大粒径透水性沥青混合料因此目前还未出现问题；随着交通量增长与重载加大，部分路段出现车辙；结构性水损害依然存在。第四阶段高速公路路面结构项目名称里程通车时间路面结构青莱高速公路2212007.124cmSMA-13+6cmSUP-20+8cmSUP-25+15cmLSPM-25+36cmCTB+18cm底基层济莱高速公路752007.124cmSMA-13+6cmAC-20+8cmAC-25+13cmLSPM-25+36cmCTB+18cm底基层津汕高速公路662007.124cmSMA-13+6cmAC-20+8cmAC25+15cmLSPM-25+36cm二灰碎石+18cm底基层荣乌高速公路1242008.074cmSMA-13+6cmAC-20+8cmAC-25+15cmLSPM-25+36cmCTB+18cm底基层威乌高速公路642007.124cmSMA-13+6cmAC-20+8cmAC-25+15cmLSPM-25+36cmCTB+18cm底基层青银高速济南北绕城672008.124cmSMA-13+6cmAC-20+8cmAC-25+15cmLSPM-25+36cmCTB+18cm底基层即平高速公路992007.124cmSMA-13+6cmAC-20+8cmAC-25+36cmCTB+18cm底基层威乳高速公路972007.124cmSUP-13+6cmAC-20+8cmAC-25+36cmCTB+18cm底基层第四阶段特点：沥青路面结构发生重大变革，逐渐推广采用永久性沥青路面结构，即增加12-15cm透水性大粒径沥青混合料（LSPM），沥青层总厚度为31-33cm；对沥青路面各层材料设计更加重视，表面层大面积采用SMA、中下面层开始采用SUPERPAVE进行设计与质量控制，大粒径沥青混合料LSPM开始在新建工程中大面积采用；新型骨架密实型半刚性基层材料与施工工艺大面积推广；结构层间的处理进一步得到重视，热沥青封层全面采用，新型桥面铺装结构开始推广。在这一阶段新一代路面结构大面积推广。路面结构发展历程山东省高速公路的发展从四个阶段作了概要性的叙述，山东高速公路走过了从完全照搬、逐渐探索到理性思考的过程，目前山东省高速公路沥青路面结构与材料的发展逐渐理性和成熟。总结过去的经验教训逐步走向成熟。沥青路面主要破坏形式与影响因素影响道路性能的因素气候车辆荷载材料路面结构道路状况施工工艺养护措施路基稳定性地基特性影响道路性能的因素是多方面的，综合性能好的路面结构除能承受车辆荷载的作用外，还必须适应所处地区的气候、地质、水文等自然环境。主要内容路面的损坏类型与原因分析功能性损坏结构性损坏工程建设的对策传统半刚性基层的路面施工技术控制优化改变沥青路面结构的工程技术控制沥青路面损坏类型功能性损坏材料性能损坏沥青混合料水损坏高温稳定性（车辙、泛油）温度裂缝（极限温度裂缝、温度疲劳裂缝）平整度的衰变等表面功能的损失结构性破坏结构性水损坏疲劳破坏横向反射裂缝引起的损坏主要破坏类型与混合料有关的沥青路面破坏现象水损害变形表面损害裂缝与混合料有关的沥青路面破坏现象水损害1、剥落2、坑槽3、沉陷4、唧浆混合料的表层剥落破坏混合料的中层剥落破坏混合料底层的剥落破坏水损害混合料表面的坑槽破坏上面层混合料的松散水损坏造成的唧泥翻浆破坏原因分析半开级配或压实不足沥青混合料半透水状态时，雨后在行车荷载的动水压力作用下，沥青剥离造成路面出现松散和坑槽。甘肃天定高速的思考甘肃天定高速的思考甘肃天定高速的思考进场原材料把关不严，路面用碎石含泥量及针片状含量超标；施工单位施工过程控制不严，压实度不足造成局部路面空隙率大，局部渗水，沥青混合料部分筛孔超出规范控制范围；在不良环境下施工，存在将雨水封入路面结构内部极低温施工导致路面空隙率偏大问题，为路面出现坑槽埋下隐患。现场空隙率大路面压实度的变异与混合料有关的沥青路面破坏现象变形车辙沉陷推挤路面车辙现象车辙类型WESTRACK试验路的车辙断面变形分析车辙不仅发生在表面层，某高速公路车辙情况图。原因分析行驶以前行驶作用后剪切平面=c+(tan抗剪强度（抗车辙能力）沥青胶结料贡献矿料结构贡献率Mohr-Coulomb理论原材料的性能对混合料性能的影响效果剪应力()压应力()剪应力()压应力()弱的胶结料小的“c”强的胶结料大的“c”剪应力()压应力()弱的集料剪应力()压应力()强的集料小的大的传统的密级配混合料沥青混合料致密光滑，粗集料呈悬浮状态，在行车荷载作用下路面产生塑性变形，粗骨料重新排列，容易产生泛油和车辙现象；超载与连续高温也是造成车辙的主要原因。根据美国国家联合攻关项目NCHRP-468的介绍，车辙一般产生在表面以下10㎝的范围内，低于路面一下18㎝的沥青混合料，车辙变形影响不再是一个重要问题。其次，就混合料性能而言，沥青混合料的变形主要是由于混合料内部的抗剪能力不足所至。当基层具有足够的承载力时，路面沥青混合料的剪切力不足造成的横向蠕动变形造成的对车辙的影响远大于纵向压缩变形的影响。美国沥青路面协会（NAPA）的出版物“HotMixAsphaltforHighStressApplications”对沥青混合料高温稳定性的提高途径进行了很好的总结，指出提高沥青混合料高温稳定性的途径主要由：1、保证沥青混合料中粗集料形成嵌挤的结构状态；2、采用破碎的集料，也就是要求粗细集料具有较好的棱角性；3、沥青路面压实后具有适当的孔隙率（空隙率过大会因为追密形象形成车辙，空隙率过小会因为混合料软弱而形成车辙）；4、经过评估后使用改性沥青；5、采用抗剥落剂（防止沥青剥落降低路面强度而产生的车辙）。“对于一个良好的沥青混合料设计，抵抗车辙的能力有80%来源于集料的结构，20%来源于沥青胶结料的性能”经过分析总结出