建筑长上坡路段沥青混凝土路面设计及抗车辙能力研究.docx

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建筑长上坡路段沥青混凝土路面设计及抗车辙能力研究

题目：

长上坡路段沥青混凝土路面设计及抗车辙能力研究

专业：

土木工程（道路与桥梁）

学号：

200910630533

姓名：

万健

指导教师：

艾长发

学习中心：

合肥长丰庄墓职教中心奥鹏

西南交通大学

网络教育学院

2011年09月16日

长上坡路段沥青混凝土路面设计及抗车辙能力研究

【摘要】为提高和改进沥青路面抗车辙能力，针对浙江省山区高速公路长上坡路段的工程特点，从路线纵坡设计、

材料选择、混合料配合比设计、路面结构组合、施工质量控制及交通管理等方面。

对沥青混凝土路面进行专项设计，提

出控制和解决长上坡路段沥青路面车辙问题的技术方案。

实践证明，该方案使路面车辙病害得到有效控制和解决。

【Abstract】Inordertoimprovetheanti—rutcapabiIityofasphaItpaVement．aspeciaIdesignofasphaItconcrete

paVementiscarriedoutinaspectsofIongitudinaIsIopedesign，nlateriaIseIection，proportiondesign，structure

combjnation，qualitycontroIaswe|Iastrafficmanagement，intermsofcharacterlstIcsofuphi¨sect；onofmoun—

tainousexpresswayofZhejiang．TechnicaIschemeIspresentedtosoIvetherutprobIem．Practiceshowsthatthe

schemeeffectiveIycontroIstherutdiseaseofpavement．

【关键词】长上坡路段；沥青混凝土路面；车辙；技术方案； 

目录

引言：

4

一、浙江省高速公路特点 4

二、沥青路面车辙成因分析5

三、沥青路面专项设计6

四、路线纵坡设计8

五、施工质量控制 8

六、交通管理8

七、结语8

八、参考文献9

引言：

根据近年来对浙江省高速公路沥青路面的调查与研究。

山区高速公路长上坡路段沥青路面的车辙已经成为当前营运高速公路沥青路面的一种普遍性病害．车辙导致路面发生严重变形．个别地方最大的车辙深度达到61mm．严重影响了行车安全和运营质量，致使沥青路面使用寿命缩短。

由于高速公路建设时没有对长上坡路段的沥青路面结构进行特殊设计，因此在运营养护期，各管、养单位也无法对这些路段产生车辙的原因进行系统、专业、深入研究。

导致这些路段的沥青路面“年年修，年年坏”。

不仅有损浙江省高速公路的形象。

影响营运质量。

也造成了大量养护资金的浪费。

因此，系统开展浙江省山区高速公路长上坡路段抗车辙沥青路面应用技术研究和路面专项设计．对解决或

有效控制山区高速公路长上坡路段的车辙问题是非常必要的，通过研究摸索适合浙江省气候、交通特点的长上坡高速公路沥青路面抗车辙技术，为浙江省高速公路建设和养护提供技术支持．具有重要的现实意义和长远的社

会意义。

一、浙江省山区高速公路的特点

浙江省山区高速公路所处的气温、湿度、坡度、交通量与荷载等外部条件是非常严酷的．可以概括为“高温多、降雨多、上坡多和超载多”的四多现象。

1．1气候

浙江省处于中湿和过湿地区．高温，多雨是浙江省的主要气候特点。

夏季温度高，持续时间长，湿度大，散热速度慢．这些对浙江高速公路沥青路面产生了巨大的影响。

通过几条高速公路的温度测试，结果表明浙江省公路沥青路面的路面最高气温出现在沥青路面路表以下3cm，极端温度都超过60℃，最高达到64．1℃；沥青路面路表以下10cm极端温度超过5℃．沥青路面路表以下20cm极端温度超过40℃。

沥青层超过55℃以上的高温出现在12：

00～16：

00时间段。

1．2地形与地貌

浙江省地处中国东南丘陵地区．主要由浙西丘陵、浙东丘陵、浙南丘陵以及金瞿盆地和浙北平原组成．山区面积占总面积的70％以上。

由于地势不平坦．地形起伏变化较大．因此山区高速公路的上坡路段较多，上坡路段的共同特点是纵坡大、爬坡距离长。

从表l可以看到，浙江省高速公路长上坡的坡度在3％～5％之间．坡长一般为500～2（）oOm．甚至更长。

1．3交通特性

高速公路交通轴载调查以双轴车辆为主。

在所调查的货运车辆中，有63．2％的货车超载，

二、沥青路面车辙成因分析

根据对浙江省山区高速公路沥青路面的路况调查。

进行取芯、切割断面等室内试验研究，结合长上坡路段的车辆运行特点等综合分析．结果表明：

浙江省山区高速公路沥青混凝土路面车辙主要是流动性变形的失稳型车辙，其次是压密型车辙；基层强度不是引起沥青路面车辙的主要原因，车辙变形主要发生在沥青面层，而沥青面层变形主要发生在中、上面层；导致长上坡段严重车辙的主要因素为高温、重载、荷载作用时间长。

2．1重载、超载交通的影响

根据有关课题试验表明．汽车荷载如果轮压小于标准轮压（O．7MPa），沥青混合料的动稳定度将急剧增大，荷载对车辙产生的影响就很小：

随着荷载的增加，动稳定度将按对数的比例下降．路面沉降的增鼍几乎与超载同步增长：

同时随着超载率的增加．车辆换算系数明显增加，路面使用寿命明显降低。

超载对沥青路面结构应力的影响也很大．试验表明：

在面层表面下4cm深度范围内的剪应力值较小，在表面下4～10cm范围内的剪应力值最大，也是最易产生辙槽的区域。

因此，沥青中面层更容易产生失稳性车辙。

2．2长上坡的影响

在长上坡路段．载重汽车受纵坡的影响很大，纵坡越大、轴载越大的载重汽车在爬坡时的速度越慢，车速越低，延长了轴载对路面的作用时间，换算的重载车辆数也越多．轴载和车速的叠加影响就更大；同时行驶车辆荷载水平分力较正常情况大得多。

超载车在爬坡时跳跃式前进，对沥青路面产生附加的水平冲击力．沥青面层将承受更大的剪应力．对路面结构层内的应力和应变等产生重大影Ⅱ向。

试验表明：

车速对车辙的影响比荷载的影响大得多。

行车速度的降低同时也增加了车轮荷载与沥青路面的作用时间．鉴于沥青这种黏弹塑性材料的“时温等效”特性，相当于提高了路面的瞬时温度；同时轮胎与路面之间的摩擦热也将增大．导致沥青混合料的劲度模量降低，加速了车辙的产生。

2．3高温的影响

根据沥青混合料的车辙试验结果（表3），在满足规范要求（60℃试验条件）的前提下。

并不二定能满足浙江省的实际抗车辙能力的需要，尤其是在高温状况下（温度提高到65℃或70℃、．随着温度的少量升高．车辙动稳定度会急剧下降。

从以上试验结果可以看出：

对于普通沥青，在试验温度65℃时，动稳定度出现明显转折，降低了55．3％．65℃和70℃时动稳定度相差不大．表明普通沥青混合料的在650时已处于临界破坏状态。

对于改性沥青，虽然在试验温度65℃时，动稳定度也出现转折但降低幅度较低．为21％，70℃时降低了55．9％。

表明改性沥青混合料的高温稳定性对温度变化的适应性比较稳定。

早期修建的高速公路中面层设计很少采用改性沥青．因此在高温季节沥青路面出现车辙现象也就不可避免。

三、沥青路面专项设计

长上坡路段路面结构是以往设计中的薄弱环节，应针对不利的交通和气候等条件．考虑沥青路面结构的受力特点，分析车辙成因，从原材料选择、沥青混合料配合比设计、路面结构组合设计等方面，对长上坡路段路面作专项设计．以提高沥青混合料抗车辙能力．减轻高温、超载和长大纵坡等因素的影响，提高沥青混凝土路面的使用寿命。

3．1材料选择

3．1．1集料

遵照浙江省《关于加强我省高速公路沥青路面面层石料质量管理的通知》精神，外购面层集料时，必须到已通过省斤考核合格的石料生产企业处采购；施工单位自行加工集料也必须符合有关规定。

集料应采用坚硬、粗糙、形状接近立方体、棱角性好、与沥青黏附性强的洁净粗、细集料；上面层采用玄武岩、辉绿岩。

中、下面层宜采用石灰岩等碱性石料。

对石料的压碎值、针片状颗粒含量、小于O．075mm颗粒含量等指标的要求比现有设计、施工规范要求作适当提高。

3．1．2沥青

选用黏度较高、针入度较小、软化点较高和含蜡量较低的沥青，在中、下面层采用针入度更小的沥青．或在沥青中添加天然湖沥青、岩沥青．以提高沥青的黏度。

长上坡路段沥青采用改性沥青，并提高沥青的PG等级1．2级．以提高劲度模量和抗车辙能力。

3．1．3添加剂

在面层中可添加聚酯纤维、玄武岩矿物纤维、PRPI．AsT．S抗车辙剂（简称PR）以及高模量改性剂等，改善热拌沥青混合料特性，提高沥青混凝土的使用性能。

由表4可知：

普通沥青中添加PR后。

动稳定度提高194％；改性沥青中添加PR后，动稳定度提高93％；改性沥青加PR比普通沥青加PR。

动稳定度降低2％。

．2沥青混合料配合比设计

3．2．1设计方法

沥青混合料配合比设计的方法主要有马歇尔试验方法、SuperPave旋转压实方法和GTM方法等。

建议中、下面层采用superPave方法设计混合料，加大其成型压力，增加马歇尔击实次数，并按《公路沥青路面施工技术规范》（J，11G-铷卜2【x）4）进行马歇尔试验及各项配合比设计检验…．以检验沥青混合料的各项路用性能。

针对浙江的高温条件．建议车辙试验温度采用65℃。

3．2．2混合料级配选择

由于浙江省气候炎热、多雨潮湿，重车、超载车多，在充分吸收国外经验的基础上，采用《公路沥青路面设计规范》（JTGD50—2006）推荐的粗型密级配沥青混合料【“，并配合成平坦的s型级配曲线。

这种s型级配的沥青混合料属于骨架（嵌挤）密实型级配，是提高沥青混合料抗车辙能力的最佳选择之一【“。

为充分发挥粗集料的嵌挤作用．长大上坡路段上面层

常采用sMA间断级配或Ac．13c型级配；中面层采用sup20或AC一20c型级配；下面层采用sup25或AC一25C型级配。

3．3沥青面层结构设计

路面按照各结构层的功能进行设计。

上面层要求具有良好的抗车辙能力、抗老化性能、低温性能和抗磨耗能力。

中间层设计主要考虑抗车辙能力，要求具有较高的模

量。

下面层要求具有抗疲劳和抗水损坏能力。

基层主要控制层底压应变，要求具有高柔韧性、良好的水稳定性和抗疲劳性能。

浙江省山区高速公路半刚性基层沥青混凝土路面长

上坡路段常用路面结构组合如下。

（1）4cmsMAl3或AC．13C细粒式改性沥青混凝土（添

加聚酯纤维或矿物纤维）上面层+6cmAC一20c型中粒式沥

青混凝土中面层（SBs改性沥青+0．2％PR抗车辙剂或+0．4％

高模量改性剂）+8cmAc一25C粗粒式沥青混凝土下面层。

（2）4cmsMAl3上面层+6cmsup20型中粒式沥青混

凝土中面层（sBs改性沥青或50·沥青或岩沥青+70一沥青）+8cmAC一25c（50’沥青）粗粒式沥青混凝土下面层。

四、路线纵坡设计

重载交通较大的山区高速公路，在考虑设计行车速度和保证沥青路面使用寿命的前提下，应当限制纵坡的最大坡度和坡长．尽量减少长大纵坡路段。

建议在重载交通量较大的长大纵坡路段，尽量减小《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）中规定的纵坡坡度和坡长值。

五、施工质量控制

在施工过程中。

采用合理的碾压工艺提高压实度．控制残余空隙率在3％～7％之间。

施工过程中应减少混合料离析．缩小沥青用量允许误差的范围，将规范规定的允许误差±0．3％缩小至一O．1％～+0．2％。

并在施工过程中作全程监控。

调整施工工序，尽量使沥青混凝土面层连续摊铺．减少面层间的污染，层问洒布改性乳化沥青黏层．做好下封层，减小施工变异性。

，

六、交通管理

恰当的交通管理也是控制长上坡路段沥青路面产生车辙的有效方法之一。

交通管理措施主要有两方面：

一是在高温条件下禁止重载车辆通行：

二是通过撤水降温手段降低沥青路面结构内温度．从而提高沥青路面的抗车辙能力。

七、结语

结合浙江省山区高速公路长上坡路段抗车辙沥青路面应用技术研究成果和浙江省高速公路沥青路面的设计经验．针对浙江省山区高速公路的自身特点，提出相应的路面结构设计方案，大大提高沥青混合料的抗车辙性能。

通过近几年的工程实践，证明该方案是行之有效的，使上长坡路段沥青路面车辙病害得到有效的控制和解决，为浙江省高速公路建设和养护提供了有力的技术支持。

八、参考文献：

[1]JTGF40一2004，公路沥青路面施工技术规范【s]．

[2】JTGD50一2006，公路沥青路面设计规范[s]．

[3J王立久，刘慧．骨架密实型沥青混合料集料级配设计方法U]．

中国公路学报，2008，2l（5）：

6—9．

[4]浙江省交通厅．浙江省高速公路沥青路面规范化施工与质量管