河北工业大学高速公路水泥砼路面的使用性能评定与改建设计研究.docx
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河北工业大学高速公路水泥砼路面的使用性能评定与改建设计研究
河北工业大学城市学院本科毕业论文中期报告
毕业论文题目：
某高速公路水泥砼路面的使用性能评定与改建设计研究
专业：
土木工程（道路桥梁方向）
学生信息：
指导教师信息：
宋金华教授
报告提交日期：
2013.5.15
摘要：
该文以路面损坏状况、路面行驶质量、路面抗滑性能和路面结构强度四个方面为评定路面使用性能的指标，对高速公路水泥路面结构的使用性能进行评定。
本文将以宣大高速为实例，具体详尽的介绍高速公路水泥路面结构使用性能评定的方法。
关键词：
高速公路；水泥混泥土路面；路面使用性能；评价指标。
路面结构在汽车与自然因素的反复作用下，其使用使用性能会不断改变，路面结构逐渐出现破坏，并最终导致不能满足使用性能的要求。
因此，在路面使用过程中，必须采用相应的养护、补强和改建措施，试路面的使用性能得到部分恢复，甚至提高。
为了了解和掌握路面使用性能的变化情况，以便及时采取各种养护和改建措施，延缓其衰变或恢复其性能，必须定期对路面的使用性能进行评定。
路面使用性能包括功能、结构、安全三个方面。
功能方面的使用性能是指路面为道路使用者提供方便和行驶舒适性程度的能力；结构方面的性能表现了路面的物理状况，包括路面损坏状况和结构承载能力；而安全方面则是指路面的抗滑能力，这几方面从不同侧面体现了路面的使用性能。
所以对高速公路水泥混泥土路面结构的使用性能进行评定，应该采取明确和直接的使用性能评价分项指标。
这些指标包括路面损坏状况指标、路面行驶质量指标、路面抗滑性能指标和路面结构强度指标。
一、高速公路路面结构的使用性能评定方法
路面使用性能用路面使用性能指数PQI和相应分项指标路面损坏状况指数PCI、路面行驶质量指数RQI、路面抗滑系数BPN、路面结构强度指数PSSI表示。
路面使用性能分为优、良、中、次、差五个等级。
路面使用性能等级按表1-1规定的标准确定。
表1-1路面使用性能等级评定标准
评价等级
优
良
中
次
差
PQI及各级分项指标
≥90
≥80，＜90
≥70，＜80
≥60，＜70
＜60
路面使用性能评价包括路面损坏、行驶质量、抗滑性能和结构强度四项技术内容。
路面使用性能指数PQI（PavementQualityorPerformanceIndex）按式（1-1）计算。
（1-1）
式中：
PCI一—路面损坏状况指数（PavementSurfaceConditionIndex）；
RQI——路面行驶质量指数（RidingQualityIndex）；
SRI——路面抗滑性能指数（SkiddingResistanceIndex）；
PSSI——路面结构强度指数（PavementStructureStrengthIndex）；
W1为PCI在PQI中的权重，取值0.35；
W2为RQI在PQI中的权重，取值0.40；
W3为SRI在PQI中的权重，取值0.10.
W4为PSSI在PQI中的权重，取值0.15；
1路面损坏（PCI）
路面损坏用路面损坏状况指数（PCI）评价，PCI按式（1-2）、式（1-3）计算。
（1-2）
（1-3）
式中：
DR—路面破损率（PavementDistressRatio），为各种损坏的折合损坏面积之和与路面调查面积之百分比（%）；
Ai—第i类路面损坏的面积（㎡）；
A—调查的路面面积（调查长度与有效路面宽度之积，㎡）；
ωi—第i类路面损坏的权重，水泥路面按表1-2取值
a0—水泥混凝土路面采用10.66；
a1—水泥混凝土路面采用0.461；
i—考虑损坏程度（轻、中、重）的第i项路面损坏类型；
i0—包含损坏程度（轻、中、重）的损坏类型总数，沥青路面取21.
表1-2水泥路面损坏类型和权重
2、路面行使质量（RQI）
路面平整度用路面行使质量指数（RQI）评价,按式（1-4）计算。
（1-4）
式中：
IRI—国际平整度指数（InternationalRoughnessIndex,m/km）；
a0—高速公路和一级公路采用0.026,其他等级公路采用0.0185；
a1—高速公路和一级公路采用0.65,其他等级公路采用0.58。
表1-3路面行驶质量的评价标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
IRI（m/km）
行驶质量指数RQI
3路面抗滑性能（SRI）
路面抗滑性能用抗滑性能指数（SRI）评价,按式（1-6）、（1-7）计算。
（1-6）
（1-7）
式中：
SFC—横向力系数（Side-wayForceCoefficienf）；
SRI—标定参数，采用35.0；
a0—模型参数，采用28.6；
a1—模型参数，采用-0.105。
表1-6沥青路面抗滑性能指数（SRI）评价标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
SFC
<20
SRI
<49.1
5路面结构强度（PSSI）
路面结构强度用路面结构强度指数（PSSI）评价,按式（1-8）、（1-9）计算。
（1-8）
（1-9）
式中：
SSI—路面结构强度系数（StructureStrengthCoefficient），为路面设计弯沉与实测代表弯沉比；
ld—路面设计弯沉（mm）；
l0—实测代表弯沉（mm）；
a0—模型参数，采用15.71；
a1—模型参数，采用-5.19。
表1-7高速公路路面结构强度评定标准
等级
评价指标
优
良
中
次
差
强度系数SSI
二、高速公路路面使用性能实地检测和调查
科学的、准确的获得高速公路路面的使用现状，对于高速公路水泥混泥土路面结构使用性能的评定起着重要的作用。
下面将借宣大高速的实地调查过程来详细的说明如何进行高速公路路面使用状况的实地检测和调查。
1、宣大高速简介
宣大高速公路是晋煤外运的主要通道之一，该路自宣化起，经化稍营、阳原至山西省界，全长127.8公里，概算投资35.34亿元。
全段按四车道高速公路标准分期建设。
1996年开工，2000年建成通车。
宣大高速公路是河北省建成的第一条山区重载高速公路，是国家“九五”重点公路建设项目，也是晋煤外运以及东北、华北连接西部地区的黄金通道。
宣大高速公路的路面为水泥混凝土路面
2、检测和调查内容
路面检测包括路面损坏、平整度、抗滑性能和结构强度四项指标。
其中，路面结构强度为抽样检测指标。
3检测与调查单元
3.1本次检测以1000m路段为基本检测单元。
3.2路面使用状况数据按上行方向（桩号递增方向）和下行方向（桩号递减方向）分别检测。
3.3采用快速检测方法检测路面使用性能评定所需数据时，每个检测方向至少检测一个主要行车道。
4、检测与调查方法
4.1路面损坏状况检测
路面破损调查选派有经验的技术人员实地踏勘，结合皮尺丈量，对本项目段内的路面病害类型、位置、范围及程度给出准确的描述，并现场绘制路面病害平面图。
调查时，调查范围应包含所有行车道，按规定的损坏型实地调查。
调查及汇总数据，填入标准的表格中。
路面损坏检测数据以100m为单位长期保存。
4.2路面平整度检测
路面平整度采用快速检测设备，和高精度的断面类检测设备。
路面平整度检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数应大于0.95。
路面平整度检测数据以100m为单位长期保存。
4.3路面抗滑性能检测
路面抗滑性能检测采用基于横向力系数的路面抗滑性能检测设备或其他具有可靠数据标定关系的自动化检测设备。
检测设备必须定期标定，每年至少标定一次。
路面抗滑性能检测数据（横向力系数）以20m为单位长期保存。
4.4路面结构强度检测
路面结构强度检测采用自动检测设备检测。
自动检测时，采用具有可靠数据标定关系的自动化检测设备，检测结果应能换算成我国相关技术规范规定的回弹弯沉值。
自动检测设备必须定期标定，每年至少标定一次，标定的相关系数不得小于0.95。
弯沉检测数据以20m为单位长期保存。
因为是抽样检测，所以检测范围可控制在养护里程的20%以内。
5、检测与调查的数据记录
因为宣大高速公路为水泥路面，所以路面损坏分四大类。
记录方式如下:
5.1水泥混凝土面层断裂类病害
5.1.1贯穿水泥混凝土面层的断裂裂缝，按裂缝出现的方位和板断裂的块数，分为下列4中病害。
1平行或近于路面中心线的纵向裂缝。
2垂直或斜向路面中心线的横向或斜向裂缝。
3从板角隅到斜向裂缝两端的距离小于1.8m的角隅断裂。
4两条以上裂缝交叉，使板断裂成3块以上的交叉裂缝和断裂板。
5.1.2纵向、横向或斜向和角隅断裂病害，按裂缝缝隙边缘碎裂程度和裂隙宽度，可分为下列3个轻重程度。
1轻微——裂缝边缘无碎裂或错台的细裂缝，裂缝宽度小于3mm；填封良好、边缘无碎裂或错台的裂缝。
2中等——裂缝边缘中等碎裂或错台小于10mm的裂缝，且裂隙宽度小于15mm。
3严重——裂缝边缘严重碎裂或错台大于10mm的裂缝，且裂隙宽度大于15mm。
5.1.3交叉裂缝和断裂板病害，按裂缝等级和板断裂的块数可分为下列3个轻重程度等级。
1轻微——板被轻微裂缝分割成2~3块。
2中等——板被中等裂缝分割成3~4块，或被轻微裂缝分割成5块以上。
3严重——板被严重裂缝分割成4~5块，或被中等裂缝分割成5块以上。
5.2水泥混凝土面层竖向位移类病害
5.2.1水泥混凝土面层的竖向位移，按产生原因的不同分为下列2中病害。
1沉陷
2胀起
5.2.2沉陷和胀起病害，按其对行车的影响可分为下列3个轻重程度等级。
1轻微——车辆以限速驶过时仅引起无不舒适感的轻微跳动。
2中等——车辆驶过时有产生不舒适感的较大跳动。
3严重——车辆驶过时产生过大的跳动，引起严重不舒适或不安全。
5.3水泥混凝土面层接缝类病害
5.3.1水泥混凝土路面板接缝处的损坏，按损坏的形态和影响范围可分为下列6种病害。
1接缝填缝料损坏。
2纵向接缝张开
3唧泥和板底脱空。
4错台。
5接缝碎裂。
6拱起。
5.3.2接缝填缝料损坏，按填缝料出现老化、挤出、缺损的情况，可分为3个轻重程度等级。
1轻微——整个路段接缝填缝料情况良好，仅有少量接缝出现上述损坏。
2中等——整个路段接缝填缝料情况尚可，1/3以上的接缝长度出现上述损坏，水和硬质材料易渗入或挤入。
3严重——接缝填缝料情况很差，1/3以上的接缝长度出现上述损坏，水和硬质材料能自由渗入或挤入，填缝料能立即更换。
5.3.3纵向接缝张开病害，按接缝的张开量可分为2个轻重程度等级。
1轻微------接缝张开10mm以下
2严重------接缝张开10mm以上
5.3.4唧泥和板底脱空病害，可分为两个轻重等级
1轻微--------车辆驶过时，有水从板缝或边缘外唧出，或者在板接（裂）缝或边缘
的邻近表面残留有少量唧出材料的沉淀物
2严重----------在在板接（裂）缝或边缘的表面残留有大量唧出材料的沉淀物，车辆驶过时，板有明显的颤动和脱空感。
5.3.5错台病害，按相邻板边缘的高差大小可分为3个轻重程度等级
1轻微-------错台辆小于5mm
2中等-------错台辆5-10mm
3严重--------错台辆大于10mm
5.3.6按缝碎裂病害，按碎裂范围和程度可分为3个轻重程度等级
1轻微-------碎裂仅出现在接缝或裂缝两侧8cm范围内，尚未采取临时补救措施
2中等-------碎裂范围大于8cm，部分碎块松动或散失，但不影响或危害轮胎
3严重--------影响行车安全或危害轮胎
5.3.7拱起病害的轻重程度等级，与5.2.2条相同
5.4水泥混凝土面层表层类病害
5.4.1水泥混凝土面层的表层损坏，可分为下列5种病害
1磨损和露骨
2纹裂.网裂和起皮
3活性集料反应引起的网裂
4粗集料冻融裂纹
5坑洞
5.4.2磨损和露骨病害，按磨损或露骨的深度分为2个轻度程度等级。
1轻微------磨损、露骨深度小于等于3mm
2严重------磨损、露骨深度大于3mm
5.4.3纹裂、网裂和起皮病害，按是否出现起皮和起皮病害的面积，可分为3个轻重程度等级。
1轻微------板的大部分面积出现纹裂或网裂，但表面状况良好，无起皮。
2中等-------板出现起皮，面积小于等于混凝土板面积的10%。
3严重-------板出现起皮，面积大于混凝土板面积的10%。
5.4.4活性集料反应病害可分为三个轻重程度等级。
1轻微-------板出现网裂，面层可能变色，但未出现起皮和接缝碎裂
2中等-------出现起皮和（或）接缝碎裂，沿裂缝和接缝有白色细屑。
3严重-------出现起皮和（或）接缝碎裂的范围发展到影响行车安全或危害轮胎，路表面有大量白色细屑。
5.4.5集料冻融病害可分为三个轻重程度等级。
1轻微-------裂纹出现在缝活自由边附近0.3m范围内，缝未发生碎裂；
2中等--------裂纹出现在缝活自由边附近范围大于0.3m，受影响区内缝出现轻微或中等碎裂；
3严重-------裂纹影响区内裂纹出现严重碎裂，不少材料散失。
5.4.6坑洞病害不分轻重程度等级
5.4.7修补损坏病害按修补处再次出现的损坏情况，分为3个轻重程度等级。
1轻微-------轻微破损或边缘处有轻微碎裂。
2中等-------轻微裂缝或车辙、推移，边缘处有中等碎裂和10mm以下错台；
3严重-------出现严重裂缝、车辙、推移活错台，需重新进行修补。
6、检测与调查的设备
6.1路面抗滑性能检测车（RiCS），以车流速度（0—80km／h）快速采集路面的横向力系数（SFC）数据，是路面安全性评价的重要设备。
6.2路况快速检测系统（CiCS）是交通部西部交通建设科技项目和国家高技术研究发展计划（863计划）研究成果，该设备能以车流速度（0—100km／h），快速、准确地采集路面损坏、路面平整度、路面车辙、纹理深度和前方图像等指标，与之配套的路面损坏识别系统（CiAS）软件能自动识别CiCS检测图像。
6.3路况数据采集仪：
用于快速记录路基、路面、桥隧构造物和沿线设施损坏（类型、数量、位置）的便携式设备。
三、数据处理与路面使用性能评定
宣大高速公路路面检测记录如下：
表3-1路面破坏调查表
代表路段
病害面积
3
4
5
6
7、8
9
10
11
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
裂缝类
龟裂
275.4
2
283
158
10
198
765.6
22
43
不规则裂缝
1
2.2
101
182.5
4
623
534.5
82
45
纵裂
1.4
2.7
155.5
3.6
1
101.1
156.6
30.6
2
14.2
6.5
129.2
124.8
201.8
219.6
4.6
横裂
32.2
2.1
105
6.8
141
20.3
10.4
12.2
9
145.8
48.6
20.0
2.4
19.4
24.0
41.6
25.6
298.8
84.2
57
76.7
2.3
松散类
坑槽
0.4
0.5
3.3
松散
3
40
其他类
泛油
修补损失
2029
6
病害总面积
32.2
278.9
107.7
165.3
146.8
20.3
10.8
13.2
494.1
642.9
89.2
22
20.6
25.6
24
991.8
3480
604.6
404.1
57
81.3
42.3
病害面积与调查面积百分比（%）
0.31
2.66
1.03
1.57
1.40
0.19
0.10
0.13
4.71
6.12
0.85
0.21
0.20
0.25
0.23
9.45
33.14
5.76
3.85
0.54
0.77
0.40
代表路段
弯沉值测定结果
平整度测定结果（IRI）
BPN测定结果
弯沉平均值
0.01mm
偏差系数
%
代表值
0.01mm
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
3
10.951
38.21
17.833
行车道
2.2
0.76
1.427
31.86
64
51
56.6
4.858
超车道
1.0
0.66
0.82
13.19
4
13.146
80.82
30.624
行车道
3.25
0.96
1.98
36.39
59
47
53.2
5.175
超车道
2.89
1.52
2.23
19.99
5
19.268
33.17
29.781
行车道
2.42
1.22
1.907
22.61
52
41
48.1
4.502
超车道
1.02
0.74
0.827
11.73
6
10.098
32.63
15.518
行车道
1.90
1.12
1.473
16.17
42
33
39.8
4.324
超车道
1.62
1.22
1.427
9.64
7
10.707
27.44
15.113
行车道
0.92
0.7
0.773
10.74
42
33
36.4
3.665
超车道
8
9.537
27.23
13.433
行车道
1.00
0.64
0.838
14.83
42
35
39.0
2.923
超车道
9
8.854
29.92
12.827
左幅
1.84
0.72
1.194
29.26
48
42
43.2
2.440
右幅
1.34
0.72
0.947
20.86
10
10.171
39.47
16.193
左幅
1.26
0.86
1.045
11.14
59
45
52.4
7.974
右幅
2.5
0.78
1.346
39.04
11
9.634
35.46
14.758
左幅
1.76
0.78
1.162
27.54
50
34
44.1
5.934
右幅
2.46
1.42
1.848
17.54
14
左幅
3.13
1.72
2.443
19.89
38
33
36.3
3.215
右幅
2.62
1.38
1.956
18.89
15
27.341
24.14
37.241
左幅
1.78
1.38
1.607
7.85
28
21
24.5
2.741
右幅
1.98
1.18
1.56
19.38
16
9.805
48.25
16.901
左幅
2.18
0.96
1.424
29.33
50
31
40.5
9.924
右幅
1.92
0.86
1.249
24.34
17
15.707
38.8
24.849
左幅
1.20
0.80
0.976
15.11
43
31
36.2
4.006
右幅
1.42
0.94
1.13
12.29
18
18.146
29.63
26.211
左幅
1.92
0.88
1.376
24.25
45
38
40.8
2.981
右幅
2.77
0.86
1.48
48.28
19
18.67
35.37
28.576
左幅
2.04
0.9
1.366
28.36
52
33
47.7
6.679
右幅
2.1
0.64
1.12
37.99
20
9.538
35.91
14.676
左幅
2.34
0.82
1.164
37.61
52
35
43.3
7.593
右幅
1.74
0.70
0.974
32.29
21
32.025
27.78
45.369
17-18
左幅
3.57
1.68
2.782
19.10
43
33
37.4
3.266
代表路段
弯沉值测定结果
平整度测定结果（IRI）
BPN测定结果
弯沉平均值
0.01mm
偏差系数
%
代表值
0.01mm
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
最大值
最小值
平均值
偏差系数
%
22
37.756
29.99
54.742
17-18
右幅
6.18
1.78
3.184
36.37
48
30
40.6
6.988
23
33.375
48.86
57.839
19-20
左幅
3.41
1.68
2.433
18.69
50
33
39.9
5.449
24
35.878
38.43
56.563
19-20
右幅
3.03
1.66
2.292
16.73
50
30
39.1
6.291
25
9.39
30.24
13.65
左幅
2.04
0.96
1.322
22.7
57
38
47.1
7.291
右幅
2.14
0.94
1.344
29.68
26
9.341
32.27
13.864
左幅
1.92
0.96
1.348
22.05
52
37
46.8
5.598
右幅
1.80
1.02
1.382
17.33
27
10.683
27.78
15.136
左幅
1.72
0.96
1.327
22.01
50
35
44.1
5.971
右幅
1.62
0.7
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