1、永久性路面與構造資料性能永久性路面與構造資料性能張起森張起森 教授教授 博士生導師博士生導師長沙理工大學長沙理工大學主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、永久性路面設計理念一、永久性路面設計理念二、永久性路面設計方法二、永久性路面設計方法三、永久性路面的資料要求三、永久性路面的資料要求四、目前各地永久性路面情況四、目前各地永久性路面情況五、總結五、總結一、永久性路面設計理念定義定義 perpetual pavement perpetual pavement ：指只需定期改換路面：指只需定期改換路面表層把破壞限制在路面上層，而不需進展表層把破壞限制在路面上層，而不需進展構造性修復或重建，且運用壽命大于構造性修復或

2、重建，且運用壽命大于5050年的瀝年的瀝青路面。青路面。full-depth asphalt pavement full-depth asphalt pavement 全厚式路面全厚式路面deep strength asphalt pavement deep strength asphalt pavement 高強度路高強度路面面long-life asphalt pavementlong-life asphalt pavement長壽命路面長壽命路面設計理念設計理念上面層：抗車轍才干和抗磨耗才干上面層：抗車轍才干和抗磨耗才干中間層：抗車轍才干中間層：抗車轍才干基層：抗疲勞才干基層：抗疲勞才干

3、 路基：高強、穩(wěn)定和鞏固路基：高強、穩(wěn)定和鞏固 最大拉應變最大拉應變路面根底路面根底100180mm高模量高模量抗車轍資料抗車轍資料(根據(jù)需求定根據(jù)需求定)柔性抗疲勞資料柔性抗疲勞資料 75100mm 4075mm 高質量SMA、 OGFC 或 Superpave100150mm高壓力區(qū)高壓力區(qū)設計理念設計理念自下而上進展設計和施工自下而上進展設計和施工根底高強、穩(wěn)定和鞏固根底高強、穩(wěn)定和鞏固 穩(wěn)定穩(wěn)定將運用期間的季節(jié)性變化和體積變化降低到最將運用期間的季節(jié)性變化和體積變化降低到最小小下面層加強抗疲勞性能下面層加強抗疲勞性能上面層加強抗車轍性能上面層加強抗車轍性能設計理念 永久性瀝青路面在運用

4、過程中，為堅持永久性瀝青路面在運用過程中，為堅持其良好的性能和運用壽命，必需定期檢其良好的性能和運用壽命，必需定期檢測，當自下而上的疲勞開裂、溫度開裂、測，當自下而上的疲勞開裂、溫度開裂、車轍等病害到達預定深度時車轍等病害到達預定深度時( (即到達磨耗即到達磨耗層深度層深度) )，就必需采取罩面等措施。對于，就必需采取罩面等措施。對于永久性瀝青路面而言，這點非常關鍵，永久性瀝青路面而言，這點非常關鍵，它保證了將病害限制在表層它保證了將病害限制在表層 ，且盡能夠，且盡能夠減小未來罩面的附加厚度減小未來罩面的附加厚度 重鋪厚度必重鋪厚度必需盡能夠采用原厚度需盡能夠采用原厚度 要應防止以下景象發(fā)生

5、反復彎曲導致疲勞開裂 反復 變形導致導致車轍車轍HMA路基路基永久性路面優(yōu)點永久性路面優(yōu)點l瀝青路面壽命可達瀝青路面壽命可達5050年年l路面平整，噪音低，摩擦系數(shù)高路面平整，噪音低，摩擦系數(shù)高l本錢效益高本錢效益高l路面的養(yǎng)護維修僅限于面層路面的養(yǎng)護維修僅限于面層l瀝青面層可再循環(huán)瀝青面層可再循環(huán)l減少疲勞開裂和車轍損壞減少疲勞開裂和車轍損壞l最大限制地減少自然資源的運用最大限制地減少自然資源的運用l采用力學方法進展路面設計，綜合思索疲勞開采用力學方法進展路面設計，綜合思索疲勞開裂、車轍和溫度開裂裂、車轍和溫度開裂運用時間運用時間總費用總費用傳統(tǒng)路面?zhèn)鹘y(tǒng)路面永久性路面永久性路面經(jīng)濟性能經(jīng)濟差

6、經(jīng)濟差二、永久性路面設計方法設計原理設計原理力學方法力學方法設計過程設計過程類似于其它構造設計類似于其它構造設計方法方法選擇控制點選擇控制點驗算控制規(guī)范驗算控制規(guī)范( (由下至上設計由下至上設計) )輸入資料性能參數(shù)輸入資料性能參數(shù)路面分析模型路面分析模型路面應力和應變路面應力和應變路面變換方程路面變換方程路面運用壽命路面運用壽命拉應變規(guī)范拉應變規(guī)范壓應變規(guī)范壓應變規(guī)范永久性路面設計過程永久性路面設計過程力學設計法力學設計法路面模型路面模型資料性能資料性能( (模量值模量值) )路面反響路面反響 ( (應變應變, , 應力等應力等) )轉移函數(shù)轉移函數(shù)路面壽命路面壽命能否滿足能否滿足? ?設計

7、設計完成完成盡量不讓瀝青層底拉盡量不讓瀝青層底拉應變應變6565或路基頂或路基頂壓應變壓應變 200 2001992年Monismith提出力學設計法的流程圖力學性能規(guī)范力學性能規(guī)范ESAL作用下彎曲拉應變極值 65me(Monismith, Von Quintus, Nunn,Thompson等人研討發(fā)現(xiàn))垂直壓應變極值 200mm路基疲勞開裂疲勞開裂控制點位置：面層底面控制點位置：面層底面控制規(guī)范：拉應變控制規(guī)范：拉應變65200mm 200mm 永久性變形永久性變形控制點位置：控制點位置： 路基頂面路基頂面控制規(guī)范：壓應變控制規(guī)范：壓應變 2006CBR6。 或者：路基上鋪石灰穩(wěn)定層或碎

8、石層底基層或者：路基上鋪石灰穩(wěn)定層或碎石層底基層05101520250123456789CBR加加鋪鋪層層厚厚度度要要求求/ /英英寸寸路面根底路面根底四、各地永久性路面情況 傳統(tǒng)的瀝青路面設計壽命為20年。適度添加路面強度及瀝青混合料基層厚度的永久性路面，那么甚至可以獲得50年或50年以上運用壽命。歐洲運用情況簡介美國運用情況簡介中國山東濱州永久性路面實驗路各地永久性路面情況各地永久性路面情況歐洲運用情況簡介歐洲運用情況簡介 19771977年德國年德國A5A5高速公路高速公路Frankfurter KreuzFrankfurter Kreuz采用的采用的構造是構造是37mm37mm澆注瀝青

9、砼面層澆注瀝青砼面層+200mm+200mm瀝青砼基層瀝青砼基層+150mm+150mm穩(wěn)定底基層。該高速公路雙向日交通量穩(wěn)定底基層。該高速公路雙向日交通量152000152000輛輛/d/d，重載貨車比例為，重載貨車比例為10102020，運用，運用1717年后規(guī)范軸載次數(shù)為年后規(guī)范軸載次數(shù)為125125百萬次，到如今依然運用百萬次，到如今依然運用良好。良好。 再如德國漢堡高速公路都接受著非常重的交通量，再如德國漢堡高速公路都接受著非常重的交通量，構造為構造為35mm35mm澆注瀝青砼面層澆注瀝青砼面層+265mm+265mm瀝青砼基層瀝青砼基層+150mm+150mm級配砂礫級配砂礫+ +

10、防凍層防凍層歐洲運用情況簡介歐洲運用情況簡介 法國巴黎法國巴黎PeripheriquePeripherique道路雙向交通量道路雙向交通量200000200000輛輛/d/d，重載貨車占，重載貨車占1010，年規(guī)范軸次，年規(guī)范軸次1 1千萬。千萬。19931993年進展了大修，構造為年進展了大修，構造為40mm40mm排水面層排水面層+220mm+220mm高模量瀝青砼基層。高模量瀝青砼基層。 再如法國再如法國SteredStered高速，構造為高速，構造為70mm70mm瀝青砼瀝青砼+60mm+60mm瀝青穩(wěn)定砂礫瀝青穩(wěn)定砂礫+100+100350mm350mm水泥穩(wěn)定砂礫水泥穩(wěn)定砂礫+15

11、0mm+150mm砂層砂層歐洲運用情況簡介歐洲運用情況簡介 意大利的意大利的Del SoleDel Sole高速，構造為高速，構造為30mm30mm中粒式瀝中粒式瀝青砼青砼+70mm+70mm粗粒式瀝青砼粗粒式瀝青砼+150mm+150mm瀝青碎石瀝青碎石+360mm+360mm級配砂礫級配砂礫+300+300400mm400mm砂層砂層 奧地利奧地利BrennerBrenner高速，構造為高速，構造為27mm27mm細粒式瀝青細粒式瀝青砼砼+30mm+30mm中粒式瀝青砼中粒式瀝青砼+45mm+45mm粗粒式瀝青砼粗粒式瀝青砼+140mm+140mm瀝青碎石密級配瀝青碎石密級配+160mm+

12、160mm瀝青碎石瀝青碎石開級配開級配+300mm+300mm防凍層防凍層美國運用情況簡介美國運用情況簡介 New JerseyNew Jersey New JerseyNew Jersey運輸部對運輸部對I-287I-287州際道路的路面損害情況進州際道路的路面損害情況進展調查。該道路展調查。該道路19931993年年平均日交通量為年年平均日交通量為11.101911.1019萬次，萬次，貨車占貨車占2222，重貨車占，重貨車占9 9。2020年累計當量荷載年累計當量荷載50005000萬萬次。由于是重載交通，因此經(jīng)常出現(xiàn)停車、慢速行車。次。由于是重載交通，因此經(jīng)常出現(xiàn)停車、慢速行車。196

13、31963年建筑，原構造為年建筑，原構造為3inHMA3inHMA面層面層+7in+7in基層基層+8in+8in密級密級配的級配碎石配的級配碎石+10in+10in級配砂礫底基層，路基為粉質砂土。級配砂礫底基層，路基為粉質砂土。美國運用情況簡介美國運用情況簡介 New JerseyNew Jersey 運用多年來除了部分進展了小面積的補坑外，沒有經(jīng)運用多年來除了部分進展了小面積的補坑外，沒有經(jīng)過其他維修。調查發(fā)現(xiàn)路面維修很少，路表行車道處過其他維修。調查發(fā)現(xiàn)路面維修很少，路表行車道處產(chǎn)生了縱向疲勞開裂，且車轍深度到達產(chǎn)生了縱向疲勞開裂，且車轍深度到達25mm25mm以上。但以上。但是進一步研

14、討闡明這些病害深度都沒有開展到路表是進一步研討闡明這些病害深度都沒有開展到路表75mm75mm以下，因此決議冼刨調闡明以下，因此決議冼刨調闡明75mm75mm瀝青面層，重新瀝青面層，重新加鋪加鋪100mmHMA100mmHMA。該工程。該工程19941994年完工，年完工，20012001年調查時沒年調查時沒有發(fā)現(xiàn)任何開裂、車轍，估計構造可以運用有發(fā)現(xiàn)任何開裂、車轍，估計構造可以運用4040年以上。年以上。美國運用情況簡介美國運用情況簡介 Iowa 20世紀世紀60年代建筑的州際道路年代建筑的州際道路I-80上的兩段道路，被上的兩段道路，被APA授予授予2002年永久性路面獎，一條在年永久性路

15、面獎，一條在Cedar，另一，另一條在條在Johnson。該獎授予美國州際高速公路系統(tǒng)上的。該獎授予美國州際高速公路系統(tǒng)上的6個不同路段。個不同路段。Cedar路段建筑于路段建筑于1962年，構造為年，構造為4.5inHMA面層面層+16inATB，直接放到細粒土上。運用，直接放到細粒土上。運用到如今為止分別在到如今為止分別在1967年、年、1990年進展了外表修補。年進展了外表修補。美國運用情況簡介美國運用情況簡介 Iowa 與與Cedar不同的是，不同的是，Johnson路段路基土是罕有的潮路段路基土是罕有的潮濕，濕，1964年采用了年采用了6in土石底基層，構造為土石底基層，構造為3in

16、HMA面面層層+14inATB，1964年面層進展年面層進展2in罩面，罩面，1968年工程年工程終了，到如今只進展過一些面層修復與剛通車時相終了，到如今只進展過一些面層修復與剛通車時相比，如今比，如今I-80道路上的交通量曾經(jīng)增長了道路上的交通量曾經(jīng)增長了5倍多。實倍多。實際闡明，正確的路面構造設計、嚴厲的施工質量控制際闡明，正確的路面構造設計、嚴厲的施工質量控制和適當?shù)木S修，瀝青路面一定可以運用很長時間。和適當?shù)木S修，瀝青路面一定可以運用很長時間。美國運用情況簡介美國運用情況簡介 Washington 1999年該州交通運輸部年該州交通運輸部WSDOT對對480km全路段全路段進展了詳細調

17、查。該路中有三種路面構造：柔性構造、進展了詳細調查。該路中有三種路面構造：柔性構造、CTB基層水泥穩(wěn)定基層瀝青路面和基層水泥穩(wěn)定基層瀝青路面和PCC路面，依路面，依次占里程百分比為次占里程百分比為47、33和和20。而且全段被。而且全段被Cascade山脈分成兩個不同的氣候區(qū)，西部為溫暖海山脈分成兩個不同的氣候區(qū)，西部為溫暖海洋性氣候，交通量較高；而東部夏熱冬寒，部分路段洋性氣候，交通量較高；而東部夏熱冬寒，部分路段交通量較小規(guī)范軸次交通量較小規(guī)范軸次37.5萬次萬次/年年/車道，而有些路車道，而有些路段交通量又很高規(guī)范軸次段交通量又很高規(guī)范軸次2500萬次萬次/年年/車道。車道。馬里蘭州路面

18、構造運用情況 馬里蘭州的巴爾的摩環(huán)形公路也是一個馬里蘭州的巴爾的摩環(huán)形公路也是一個很好的例子，日交通量很好的例子，日交通量ADT是是175000輛輛/日，貨車占日，貨車占19。構造為。構造為2inSMA19+2.5inHMA基層大粒徑石基層大粒徑石料。總厚度為料。總厚度為16in40.6cm，沒有，沒有發(fā)現(xiàn)自下而上的疲勞開裂，發(fā)現(xiàn)自下而上的疲勞開裂，4年的觀測闡年的觀測闡明，路面車轍正常，為明，路面車轍正常，為1/8in。俄亥俄州柔性路面研討俄亥俄州柔性路面研討 4 4條州際公路性能調查結果條州際公路性能調查結果 HMAHMA路面沒有修復或重建而運用超越路面沒有修復或重建而運用超越3434年年

19、 “沒有大量構造性或排水維修的柔性路面沒有大量構造性或排水維修的柔性路面 僅略多于目前僅略多于目前HMAHMA路面破費路面破費FHWA 長期路面性能研討數(shù)據(jù) GPS-6 (FHWA-RD-00-165)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 結論結論 大部分大部分AC 罩面罩面 15 years( 修復前修復前) 許多許多 AC罩面罩面 20 years 大破壞前大破壞前 厚面層意味著少厚面層意味著少: 疲勞開裂疲勞開裂 橫向開裂橫向開裂 縱向開裂縱向開裂外表開裂 過去普通以為瀝青路面的開裂是從下到上的開裂，但近幾年歐洲和美國加利福尼亞、伊利諾伊德克薩斯、肯塔基、弗羅里達等州調查發(fā)現(xiàn)輪跡帶出現(xiàn)自上而下縱向裂痕。弗羅里達大學

20、等對此展開了大量實際和現(xiàn)場調查研討，并獲得了一定成果外表開裂緣由 卡車輪胎引起的橫向應力過大導致輪跡帶卡車輪胎引起的橫向應力過大導致輪跡帶出現(xiàn)自上而下縱向裂痕出現(xiàn)自上而下縱向裂痕 溫度應力出現(xiàn)較高的溫度應力臨界形狀時溫度應力出現(xiàn)較高的溫度應力臨界形狀時間較短，如冬天普通是晚上出現(xiàn)間較短，如冬天普通是晚上出現(xiàn) 鋪筑設備伊利諾伊州運輸部門研討人員發(fā)鋪筑設備伊利諾伊州運輸部門研討人員發(fā)現(xiàn)現(xiàn) 開裂開裂 (從外表開場從外表開場)軸載軸載外表開裂TRL新澤西 I-287外表開裂150 mm50 mm華盛頓瀝青路面Top-Down開裂 150 mmM32TRL CalAPT FHWA中國山東濱州永久性路面實

21、驗路中國山東濱州永久性路面實驗路 背景：濱州地處黃河尾閭、渤海之濱，背景：濱州地處黃河尾閭、渤海之濱，是聯(lián)接京津塘與山東半島兩大經(jīng)濟興隆是聯(lián)接京津塘與山東半島兩大經(jīng)濟興隆地域的交通樞紐和黃河三角洲開發(fā)的重地域的交通樞紐和黃河三角洲開發(fā)的重要基地。要基地。 實驗路離黃河只需幾公里實驗路離黃河只需幾公里2005年年6月開場施工，月開場施工，9月通車。月通車。實驗路設計 與美國永久性路面一樣運用與美國永久性路面一樣運用PerRoad軟軟件進展設計，但該路設計軸載是重載車件進展設計，但該路設計軸載是重載車平均單軸重超越平均單軸重超越9噸。噸。 設計控制目的：設計控制目的： 疲勞：疲勞： 將將HMA層底程度拉應變層底程度拉應變70或或125作為破壞臨界值作為破壞臨界值 車轍：路基頂垂直應變?yōu)檐囖H：路基頂垂直應變?yōu)?00實驗路設計 兩套資料性能及破壞規(guī)范：兩套資料性能及破壞規(guī)范： 土基模量土基模量48MPa，疲勞破壞臨界值是，疲勞破壞臨界值是70較為保守的規(guī)范，較為保守的規(guī)范，H