旧路面维修加固技术研究报告.docx

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旧路面维修加固技术研究报告

江苏省交通运输厅重点科研项目

交通编号：

合同号：

单位编号：

密级：

机密分类号：

同三公路佳哈段旧路面维修加固与加铺

沥青面层设计与施工技术研究

江苏省交通科学研究院

中文题名

同三公路佳哈段旧路面维修加固与加铺

沥青面层设计与施工技术研究

英文题名

Thestudyofthemaintainingandreinforcingtechnologyandtheall-pavedbituminoussurfacecourseengineeringandconstructiontechaologyintheoldbituminousconcretepavementintheJamusitoHarbin,TongJiangtoSanYahighway.

交通编号

项目来源

江苏省交通运输厅

单位编号

合同号

分类号

项目起止年限

第一完成单位

江苏省

交通科学研究院

项目负责人

报告撰写人

项目主要

参加人

主题词

关键词

旧路维修沥青路面路面设计施工技术

报告摘要：

本研究报告主要研究以下内容：

旧沥青混凝土路面维修加固技术、旧沥青混凝土路面加铺沥青面层设计与施工技术、旧水泥混凝土路面维修加固技术、旧水泥混凝土路面加铺沥青面层设计与施工技术、旧路面维修加固与加铺沥青面层后路面质量评定和检测技术。

通过解决同三公路佳哈段旧路面各种病害入手，结合我省实际及本工程特点，引进吸收国内外对此研究的先进技术，并进行应用研究。

根据旧路面加铺沥青面层的特点和国内相关检验标准，制定旧路面维修加固与加铺沥青面层后的路面质量评定与技术检测方法。

英文摘要：

Thememoirismainlyaboutthemaintainingandreinforcingtechnologyandall-pavedbituminoussurfacecourseengineeringandconstructiontechnologyintheoldbituminousconcretepavement,aboutthemaintainingandreinforcingtechnologyandall-pavedbituminoussurfacecourseengineeringandconstructiontechnologyintheoldcementconcretepavementandaboutthegradeestimationanddetectiontechniqueonthemaintained,reinforcedandall-pavedpavement.TheresearchisdevelopedbysolvingthediseasedamageproblemsintheJiamusitoHarbinsegment,TongJiangtoSanYahighwayandconsultingthesituationofmyprovince,theengineeringcharactersandtheadvancedtechniqueonthisaspectbothabroadandhere.Thenthemeans,whichisaboutthegradeestimationanddetectiontechniqueonthemaintained,reinforcedandall-pavedpavement,isestablishedaccordingtothecharactersofall-pavedbituminoussurfacecourseintheoldpavementandtheinternalrelativetestcriterions.

1前言

同三公路佳哈段于1997年竣工以来，由于大型超载车的迅速增长，造成沥青混凝土路面严重网裂、龟裂，路面上、下基层均不同程度的遭到破坏，水泥混凝土路面，面板脱空，板块纵横向断裂、破碎现象非常严重（右侧行车道尤为严重）。

多数路段的路面已接近或达到设计年限末的破坏状态。

为了在同三公路佳哈段补修过程中，能够提出科学的、实用的针对路面各种破坏的处治方案，2003年5月下旬，由省交通厅总工办组织省交通科研所、省公路设计院、省监理公司、哈同公司及大专院校的有关专家赴同三公路佳哈段进行了踏查，之后在得莫利召开了现场会议，并确定了课题研究的重点和有针对性地提出试验路处理原则。

本课题于2003年4月立项，主要完成如下研究工作：

1．2003年5月，课题组在总结历年来同三公路佳哈段旧路评价基础上，从全线326公里中选取依兰至哈尔滨段中的110公里作为本课题的研究对象。

2．2003年6月，课题组全体成员对选定路段进行了初步踏勘，步行走完全部110公里详细记录了路段的破坏情况，并订出对选定的试验研究方案。

3．2003年7月—10月我们对所选定的110公里路段进行了详细的检测，包括：

弯沉检测、雷达检测、外观描述、土质、含水量土基模量测定等。

水泥混凝土路面弯沉值主要在10～50之间，从佳木斯至哈尔滨方向道路右侧破坏重于左侧。

破坏较严重的路段是K339～K341，道路右侧弯沉值在40～50之间的占14.63％，50～60之间的占9.76％，60～70之间的占7.32％。

沥青混凝土路面弯沉值主要在10～90之间，道路右侧弯沉值大于左侧。

破坏较严重的路段是K387～K347，道路右侧弯沉值80～90之间的占7.31％，90～100之间的占6.42％，100～110之间的占3.63％，110～120之间的占2.86％，120～130之间的占1.70％，130～140之间的占1.15％。

4．2003年10月—2004年2月课题组在分析各项检测数据的基础上，将沥青混凝土路面和水泥混凝土路面分别按好、中、次、差四种情况初步确定了8种类型的试验路段。

确定原则：

沥青路面状况好的路段为弯沉值普遍小于40，基层破损比例小于20％的；中的路段弯沉值主要在40～60之间，基层破损比例在20～30％之间；次的路段弯沉值主要在60～80之间，基层破损比例在30～50％之间；差的路段弯沉值大于80，基层破损比例大于50％。

水泥混凝土路面状况好的路段为弯沉值普遍小于20，基层破损比例小于20％的；中的路段弯沉值主要在20～40之间，基层破损比例在20～30％之间；次的路段弯沉值主要在40～60之间，基层破损比例在30～50％之间；差的路段弯沉值大于60，基层破损比例大于50％。

5．2004年3月—2004年6月根据所定的好、中、次、差四个等级标准和试验调查结果，从110公里中初选出15个段落，在现场进行对照最终确定黑、白色路面每一种类型一个段落共8段修筑试验路段。

对于选出的试验路段我们加密检测，并进行了钻探取芯试验以确定路基土密度、含水量和基底情况。

6．2004年7月—2004年8月根据各项试验数据综合分析，以及对国内外旧路面维修补强加铺沥青面层技术经验的总结，我们对八种试验路段分别制定了维修加固和加铺沥青面层方案。

并由设计院进行了详细设计。

7．2004年8月—2004年9月课题组在试验路方案的基础上，结合哈同路扩建工程，利用扩建工程的施工队伍和部分材料，修筑了2种不同工艺的试验路段。

8．2004年10月—2005年4月整理试验路施工资料。

9．2005年5月—2005年9月进行试验路观测工作。

10．2005年10月—2006年3月进行试验路观测数据整理工作。

11．2006年4月—2006年7月再次进行试验路观测工作。

12．2006年8月—2006年12月进行报告的撰写，并准备课题鉴定。

本研究旨在以同三公路佳哈段旧路面维修加固和加铺沥青面层工程建设为依托，引进、吸收国内外先进成熟的路面维修技术和经验，结合本工程的特点，在深入调查研究和试验分析的基础上，开展旧路面维修加固和加铺沥青面层相关问题的系统性研究，以形成适合于本工程设计与施工的指导性原则。

本研究报告主要总结下列内容：

1．旧沥青混凝土路面维修加固技术；

2．旧沥青混凝土路面加铺沥青面层设计与施工技术；

3．旧水泥混凝土路面维修加固技术；

4．旧水泥混凝土路面加铺沥青面层设计与施工技术；

5．旧路面维修加固与加铺沥青面层后路面质量评定和检测技术。

受课题组人员水平的限制，报告中的缺点和不足在所难免望各位专家批评指正。

2同三公路佳哈段旧路面病害成因分析

哈同公路是国道主干线同三公路在我省境内的一部分，是连接省会城市哈尔滨与我省东部粮食、木材、煤炭基地的交通纽带。

它沿松花江南岸将省城哈尔滨、佳木斯联结在一起，并辐射七台河、鸡西、鹤岗、双鸭山等区域中心城市，有“一线连五珠”之美誉。

同三公路佳哈段1997年竣工以来，由于大型超载车的迅速增长，外界环境的影响以及设计、施工中存在的不足，造成沥青混凝土路面严重网裂、龟裂，路面上、下基层均不同程度的遭到破坏，水泥混凝土路面面板脱空，板块纵横向断裂、破碎现象非常严重（右侧行车道尤为严重）。

2.1旧沥青路面病害成因分析

沥青路面因具有地质条件适应性强、行车舒适、维护方便等优点而被广泛用于高等级公路。

在同三公路佳哈段通车后，因行车荷载作用、外界环境影响以及设计、施工中存在的不足，沥青路面出现多种路面病害，主要有裂缝（纵向裂缝、横向裂缝、龟裂）、变形（车辙、波浪或搓板、沉陷、隆起）、松散（磨光、松散、剥落、坑槽）及其它（泛油）四大类。

2.1.1纵向裂缝

纵向裂缝普遍发生在距路堤边缘3m～5m（行车道与紧急停车带分界）处，且路堤下一般均存在暗埋式箱型通道或盖板涵洞。

也有一些发生在互通或服务区加减速车道与行车道的拼接处。

裂缝形式有两种，一种为对纵向直线形，裂缝两端未延伸到路堤边缘；另一种为纵向弧形，裂缝两端延伸到路堤边缘。

后一种裂缝可能会引起路堤滑动，危险性更大。

纵向裂缝形成的主要原因有以下几方面：

（1）地基原因部分纵向裂缝路段所处地基不属软土地基，但处于丘陵低洼段、鱼塘边、水稻稻田旁，长期受水冲蚀，天然含水量较高，在设计时未发现或未作特别处理，在施工时也未作等载或超载预压，在高填土后，地基出现不均匀沉降，造成路面纵向开裂；有些低洼潮湿段、水塘虽作了清淤处理，但处理不彻底或回填材料控制得不好，也会因不均匀沉降造成路面纵向开裂。

（2）路基施工原因路基施工时天气干燥，局部路堤填料粘土土块粉碎不足，致使路基压实不均匀；暗埋式构造物处因构造物长度限制使路基边缘不能超宽碾压，致使路基边缘压实度不够；有些加减速车道与行车道拼接段不同步施工，且拼接处处理不好导致路基沉降不均匀。

（3）渗水原因中央分隔带、路表、边坡等渗水，使得局部路基受水浸泡后土体的С、Ф值降低，在动静荷载的作用下，使得裂缝路段进一步产生小圆弧滑动趋势；部分填料为弱膨胀土，施工中未予处理，在渗水后因含水量的变化，导致纵向裂缝进一步开展。

2.1.2横向裂缝

同三公路佳哈段旧路黑色路段是以二灰土为底基层、二灰碎石为基层的半刚性沥青路面。

目前，在我国半刚性基层路面的沥青面层上产生横向裂缝是极为普遍的，国内外许多学者甚至认为半刚性沥青路面产生横向裂缝是不可避免的。

横向裂缝的形成主要有以下几方面原因：

（1）基层反射裂缝一方面在基层成型过程中，因基层材料失水收缩而形成规则的横向裂缝；另一方面基层材料因温度骤降而发生低温收缩开裂。

这两种收缩变形使沥青面层底面承受拉力，当拉力超过沥青面层的抗拉强度时就使沥青面层底部拉裂，并随着温湿的循环变化及行车荷载的反复作用而导致沥青面层底面裂缝沿竖向向上扩展到路表，从而形成沥青路面横向裂缝。

从现场取样看，面层裂缝与基层裂缝上下贯通，且下宽上窄。

（2）沥青混凝土温缩裂缝因沥青是一种对温度变化比较敏感的粘弹性材料，温度下降时，沥青混合料逐渐变硬变脆，并发生收缩变形。

当收缩拉应力超过沥青混凝土的抗拉强度时，沥青路面表面就会被拉裂，并逐步向下发展，形成上宽下窄的横向裂缝。

由于同三公路佳哈段上面层采用改性沥青，沥青混合料的自身低温抗裂性能较好，故此种横向裂缝相对较少。

（3）差异沉降引起横向裂缝地基处理方法变化处或构造物台背与路段交接处，因路基与构造物质差异沉降导致基层的开裂，并反射到沥青面层，形成横向裂缝。

这种横向裂缝类似于基层反射裂缝，但往往为路面横向全幅贯通，这种横向裂缝大多发生在水塘分布比较多的路段。

2.1.3网裂沉陷坑槽

在同三公路佳哈段旧路行车道上（特别是在车轮轮迹处）常能发生路面网裂、沉陷及坑槽病害，且在网裂、沉陷处常伴有唧浆现象。

网裂、沉陷处理不及时，在雨后就极易形成坑槽。

沥青路面网裂、沉陷、坑槽的形成主要有以下几方面原因：

（1）基本施工质量差由于二灰碎石半刚性基层的整体强度与材料、拌和、摊铺、养生等多种因素密切相关，任何一个环节出问题均可导致其不能形成均匀坚固的板体结构，从而因半刚性基层局部强度不足而引起沥青面层开裂，雨水从裂缝浸入，并渗入到基层表面，使基层表面被泡软，在汽车荷载反复作用下，粉浆通过面层裂缝及空隙被压到表面产生唧浆，基层表面被逐步淘空，使沥青路面面层产生网裂、沉陷，并进而形成坑槽；也有是因在基层施工中，为保证基层的压实度，对于基层设计厚度较厚（＞20cm）时，必须分层施工，在目前的所用基层材料条件下，就不可避免地出现层间结合薄弱环节，上下基层之间因不连续而出现层状结构，这就改变了基层结构受力状况。

力学计算表明，在上下基层分层的情况下，虽然下基层的弯拉应力（变）均有不同程度下降，但上基层弯拉应力（变）有较大增幅，上下基层的弯拉应力（变）在数值上相差一个数量级，从而导致上基层因应力、应变过大而破坏。

特别是当上、下基层施工厚度分配不合理时，这种上基层破坏更是明显。

计算还表明，面层顶面的弯沉和底面的弯拉应力（变）随着层间结合条件的变化及基层的分层而迅速增大，弯沉增幅达70%，应力增幅超过100%，应变增幅达70%～100%，最终导致路面面层破坏。

（2）沥青路面空隙率过大由于沥青混合料生产的变异性大、摊铺过程中沥青混合料局部离析和路面压实不够等多种原因造成沥青路面空隙率过大，使雨水极易浸入，滞留在路面面层中。

尤其是连续雨天时路面面层将长时间处于饱水状态，给路面造成严重水损坏。

在低温时水易结冰，经多次冻融循环作用后，沥青混合料酥松，使路面出现坑槽等破坏；在高温时，在高速行驶的车辆荷载反复作用下，渗水成为瞬间有压水，在有压水的长期浸泡和冲刷下，沥青与石料的粘附力逐渐下降，包裹在石料表面的沥青膜被剥落，使混合料松散，并逐步形成坑槽。

（3）车辆油渍污染因车辆维修或翻车等原因，汽车用油渗透入路面空隙，使沥青混合料松散并逐步使路面形成坑槽。

这种原因形成的杭槽往往较深，有的甚至达到整个沥青面层厚度。

（4）汽车超载的影响目前汽车超载现象非常突出，由于汽车超载，轴载换算系数明显增加。

有关资料表明：

超载30%时，换算系数为满载的3.131倍，超载60%时为满载的7.725倍，超载100%时为满载的20.393倍，使得累计标准轴次大大增加，使路面结构使用寿命明显缩短；同时，在重载作用下，路表弯沉及结构层应力显著增加。

资料表明：

重载（130KN）作用下的路面结构理论弯沉值与基层及底基层层底拉应力均比标准轴载（100KN）作用下增大约30%。

因此，汽车超载是造成同三公路佳哈段路面破坏尤其是路面结构早期破坏的重要原因之一。

2.1.4车辙推移

随着行车荷载作用次数的增加，同三公路佳哈段旧沥青路面出现了不同程度的车辙、推移病害，这种路面病害会导致平整度下降，并影响高速行车的舒适性，严重的病害甚至会影响行车安全。

车辙、推移形成的主要原因如下：

（1）行车荷载的影响车辆按规定正常在行车道行驶，使得高速公路的交通渠化现象非常突出，随着车辆载荷作用次数增加，行车道车辆轮迹处进一步压实并逐渐形成不同程度的辙槽；重车普遍超载，使得轴载对路面的作用力增大，并导致当量标准轴载作用次数大大增加，加速了车辙、推移形成；在服务区等匝道进口处，因车速变化频繁，车辆慢行，经常刹车与启动，导致对路面作用时间过长，且对路面的水平剪切作用增大，也易形成车辙槽和推移。

（2）基层施工质量差因基层的厚度不足或因基层材料、施工、养生不当导致基层整体强度不足，使得路表变形过大而形成辙槽和推移。

（3）沥青面层高温稳定性差由于沥青混合料是一种弹塑性材料，如沥青、矿料的选材不当或混合料组成不当均会导致沥青混合料的高温稳定性差、抗塑性变形能力低，在车辆的反复碾压下路表变形过大，并使得面层混合料产生横向流动而形成辙槽和推移。

2.1.5泛油

同三公路佳哈段沥青路面存在泛油病害，使得路面抗滑性能降低，影响高速行车安全。

形成泛油的主要原因如下：

（1）混合料组成设计不当因混合料中沥青用量过多或空隙率过小，在车辆荷载反复碾压下，多余沥青由下部泛到路表形成泛油病害。

（2）混合料拌和控制不严在沥青混合料拌和时矿粉等细料含量较难准确控制，如细料含量过少，混合料比表面积较小，则沥青用量相对较多，也易泛油。

（3）粘层油用量不当在施工沥青面层前往往需在基层顶面喷洒粘层油或做沥青封层（特别是在基层完工与沥青面层施工间隔较长的情况下），由于施工工艺掌握不好，粘层油用量不当或喷洒不均匀而导致面层局部泛油。

（4）施工质量较差因摊铺时混合料产生离析，局部细料过分集中，也易泛油。

（5）水损坏雨水渗入使下层沥青与石料剥离，在动水作用下，沥青膜剥落、上浮引起表层泛油。

2.2旧水泥路面病害成因分析

随着水泥混凝土路面修筑技术的日臻完善，水泥混凝土路面发展的速度较快，在技术、经济上也将显示出明显的优势，然而由于水泥混凝土自身的低韧性，随温度、湿度变化的变形大，以及需设置接缝等缺点，特别是由于受到同三公路佳哈段的地质，气候等自然环境多变的影响，加上混凝土路面设计标准不高和建设者们对路基、路面修筑技术的认识不足，工程质量监管机制不完善，养护管理不到位等原因，不少路段竣工后就出现断裂、掉角、表面干裂等病害，其损坏率随着使用年限的延长，病害逐年增多，为此，有必要针对水泥混凝土路面的常见病害进行仔细分析，找出其产生的原因，并采取有效的预防措施。

2.2.1纵向裂缝

在同三公路佳哈段旧水泥路面上纵向裂缝通常大多出现在高填方，半填半挖路段以及填挖交界路段，主要是由于路基横向不均匀沉降或板下的不均匀支撑造成的，特别是当路堤从局部洼地通过时，如果路堤两侧没有有效的排水设施，路堤两侧就会产生积水，积水除向地基渗透外，还能渗入路堤下部。

边部土层中，并通过毛细作用逐渐向上，使路堤上部边部的土层也变湿。

由于路堤边部土层的压实度较中间部分差，一旦边部土层变成潮湿，边部土就产生固结变形，路堤形成横向不均匀沉降，在行车荷载作用下，久而久之，路面就会出现纵向裂缝，半填半挖地段路基处理不好，这样也会导致中路现出现纵向裂缝。

2.2.2横、斜向裂缝

路面横、斜向裂缝通常发生在①填挖相交断面②新老路基交接处③土基密度不同部位④桥涵通道等构造物和路基连接处⑤软弱地基⑥失陷性黄土等特殊路段。

其原因

（1）土基强度不够或不均匀

（2）混凝土浇注后。

缝切割较晚，因板底各断面磨擦系数不等，很可能在没割缝前出现混凝土板收缩，拉应力和温度应力集中，并超过当时混凝土的抗拉应力（3）温差大，春秋两季施工的混凝土路面，白天与晚上的温差较大，一般在7一8℃，最大可达12℃。

混凝土板的上面，下面对外界温度敏感程度相差也较大，一般在10℃左右，因温度的影响产生较大的翘曲应力（4）现在所修的水泥混凝土路面，所用水泥全部采用建筑指标，至今无路用指标水泥，只能采用外加剂进行缓凝，其材料指标不稳定。

（5）在人工施工过程中，插入振捣棒时应是梅花形，如果在一个断面插入过多，造成这一断面浆体过多，骨料下沉集中的分层离析，至使下沉骨料集中，浆体含量少，收缩值小，上层浆体集中骨料少，收缩值大，这个断面很容易出现断裂。

（6）真空吸水的搭接处，处理不合理，造成混凝土板含水量分布不均匀，中部已达到塑性强度，边部仍呈弹软状态，这样搭接处也容易出现断裂，（7）养生不及时，或因路面有纵坡出现养生空白段，至使强度降低，都可出现裂缝。

（8）因施工时不阻断交通，半幅施工，混凝土浇注在塑性强度时，由于旁边重型车辆的行驶，产生的振动，混凝土板有可能出现裂缝。

（9）施工时两车料相接处振捣时没有特别注意，振捣不密实，蜂窝较多，因而形成一个强度薄弱的横断面，也容易在断面上出现裂缝。

（10）当路线纵坡超过20%时，应尽量采用上坡为施工前进方向，下坡施工因塌落度原因也会出现裂缝。

（11）施工中因养生不及时，出现干缩裂缝，这种裂缝窄、短、浅，尽管它在一般情况下不会影响路面的正常使用，但它降低路面的耐磨性，耐腐蚀性并加剧混凝土的风化，影响使用寿命。

2.2.3掉角

掉角通长由于胀、缩缝或施工缝填料选择不当，或者填缝料失效，造成路表水沿缝隙不渗，尤其是当板下基层排水不畅，或基层材料细料过多，基层材料耐冲刷性较差时，在车辆荷载反复作用下，真空吸力就会使板角处产生唧泥，板下被冲刷掏空，造成板角应力集中，从而导致路面板出现掉角，路面板的接缝传荷能力差，或在施工中，为了使角部容易振捣，少出现蜂面，特意用些粗骨料少的混凝土，振捣时间又长一些，造成表层浆体过多，骨料下沉集中的分层离析，使其抗折强度降低，反之因振捣不密实，角部侧面有蜂窝麻面，这两种情况在车轮的作有下，很容易出现掉角。

2.2.4交叉裂缝和破碎板

交叉裂缝和破碎板是水泥混凝土路面的一种严重破坏形式，对行车的安全和舒适性产生较大的影响，公路运输超载严重，路面板厚度不足或强度偏低，板底脱空基层松散或强度不够，土基的不均匀沉降地下水位过高路基液化等都可能会导致路面板出现交叉裂缝或破碎板，另外，当路面出现纵向横、斜向等各种裂缝时，如果养护不及时，路表水沿缝隙进入基层或路基，导致基层和路基浸水软化，在重载反复作用下，裂缝会进一步扩展，如此循环，久而久之，路面就会产生交叉裂缝，甚至出现破碎现象。

2.2.5孔洞

混凝土路面表面呈现破损和孔洞，主要原因是施工质量差，或混凝土材料中夹带朽木纸张和泥块树叶等杂物，还有春季施工，水中夹带冰块造成的。

2.2.6磨耗层局部脱落

磨耗层局部脱落，出现露骨麻面现象，其原因：

①行驶在路面上的某种车辆机械的金属硬轮，硬石子等撞击，摩擦路面而形成，破损②施工中，因缓凝剂级配不合理或指标不稳定，造成成型时间超过了初凝时间，造成面层强度损失。

③在施工中，振捣过后混凝土板不够厚度，为了省事，只拌砂浆找平，或用推擀的方法找平，从而形成一层砂浆层，这地方不仅造成表面水灰比不均匀，出现网裂，在车轮反复作用下，甚至出现脱皮，露骨，如果水泥稳定性能差一些，就很容易出现麻面现象。

2.2.7接缝挤碎

接缝挤碎是指邻近接缝或裂缝约50cm宽度范围内，出现未扩展整个板厚的裂缝或者混凝土分裂碎块，接缝挤碎主要是由于接缝施工不当（包括缝板不垂直上宽下窄，传力杆，拉杆设置不当等），或者因填缝料，剥落，挤出，老化，接缝被硬石子阻塞，则当混凝土伸胀时，混凝土板的上部产生集中压实力，在超过混凝土的抗剪强度时，板即发生剪切挤碎，接缝处两端混凝土强度不一致，由于传力杆的作用，同样会造成混凝土板破碎现象，但这种情况比较少见，多出现在构造物接头部位，此外，板边混凝土振捣不密实，强度降低，或者接缝中渗入水后，