交通部西部交通建设科技项目中间检查汇报会

刘朝晖教授长沙理工大学2007年12月24日汇报内容：1.项目研究背景；2.主要研究内容；3.国内外研究概况；4.绕城公路沥青路面结构分析与建议；5.沥青面层材料性能试验研究；6.硬质沥青材料性能试验研究；7.沥青路面基层、底基层材料与性能试验研究；8.城市绕城公路沥青路面施工技术与质量控制；9.绕城公路沥青路面实体工程修筑。一、项目研究背景近年来城市主干线道路和城市绕城公路沥青面层出现的早期损坏现象，如松散、泛油、剥落、坑洞和车辙等。在这样一种背景下，为积累沥青路面结构设计与施工经验，结合湘潭市G320至G107绕城公路的建设，开展“湘潭市G320至G107绕城公路沥青路面结构及材料研究”的课题研究，旨在形成一整套适应湘潭市气候、材料、交通等特点的城市绕城公路沥青路面的结构组合设计、材料技术与施工控制技术。该项目实体工程湘潭市G320至G107绕城公路工程于2004年开工建设，从2005年底开始项目组进行项目调研、项目立项、制定研究内容与技术路线、编制研究工作计划等工作，提出了路面结构设计方案的建议，形成了实体工程沥青路面的施工技术指南，完成了项目所需的室内试验，配合项目业主完成了沥青混合料的生产配合比设计，并指导实体工程施工，实体工程于2006年底完工。2007年重点对实体工程的路面使用状况进行观测和检测，通过近1年的使用，目前实体工程使用状况良好。一、项目研究背景二、主要研究内容主要研究内容(1)湘潭市G320至G107绕城公路沥青路面结构研究；(2)湘潭市G320至G107绕城公路沥青路面材料技术研究；(3)AH-50（AH-30）沥青材料应用技术研究；(4)湘潭市G320至G107绕城公路基层材料技术研究；(5)湘潭市G320至G107绕城公路施工控制技术及施工指南。三、国内外研究状况国外对沥青路面已经研究了几十年，有成熟的经验，但其交通条件没有国内的恶劣(国内主要是重载交通的影响)，其路面损坏的主要类型是车辙，并相应提出了一些设计控制指标。国内交通部门在高速公路建设中，也对沥青路面进行了大量的研究工作，近年来取得了较多的研究成果，形成了较完整的设计理论、试验方法和施工控制技术。相对而言，市政道路的研究和应用相对滞后，高速公路沥青路面的研究成果，未在市政工程中应用，目前市政道路出现了很多病害。四、绕城公路沥青路面结构分析与建议1．原沥青路面结构设计方案原设计文件中的路面结构设计见表4-1。表4-1施工图设计文件中路面结构行车道路面结构非机动车道路面结构桥面铺装结构3.0cmI型AC-133.0cmI型AC-13面层:5cm改性沥青AC-16，掺入聚酯纤维，掺量为2kg/m34.5cmII型AC-205.0cmII型AC-205.5cmAM-25满铺土工布一层(沥青粘牢)防水层:选用BBC-251桥面专用防水涂料，涂膜厚度为1mm满铺土工布一层(沥青粘牢)15cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)20cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)15cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)20cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)土基土基桥面混凝土2．湘潭湘江四大桥桥头引线路面结构分析通过对收集到的详细施工图设计文件，进行仔细的分析与研究，并结合湘潭湘江四大桥的使用功能、交通量预测、以及多年来的实践经验，认为该路段为湘潭市二环快速干线的重要一段，连接两条国道(G320、G107)，交通流量大、货车多、重轴载比较严重，因此，原路面结构方案所提出的引线行车道路面结构和非机动车道的路面结构设计存在以下需要改进的地方：(1)整个路面结构设计，承载能力略显薄弱；(2)采用II型的沥青混凝土路面结构层不合适；(3)AM-25结构层设计不合理；(4)结构层中满铺一层土工布，体现不出其使用效果；(5)层间结合措施未见详细说明；(6)结构层厚度与沥青混合料粒径大小不匹配。四、绕城公路沥青路面结构分析与建议3．建议的路面结构方案(路基段)基于以上分析，在不对原结构方案进行大的调整、不增加(或过分增加)工程造价的情况下，建议对路基段行车道和非机动车道的路面结构进行调整，建议的沥青路面结构见表4-2所示。表4-2路基段建议的路面结构行车道路面结构非机动车道路面结构3.0cmAK-13(SBS改性沥青)3.0cmAK-13(A-70)4.5cmAC-16(A-70)5.0cmAC-16(A-70)5.5cmAC-20(A-70)乳化沥青透层(0.7~1.5L/m2)热沥青下封层(A-701.6~1.8kg/m2)15cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)乳化沥青透层(0.7~1.5L/m2)15cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)20cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)20cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)土基土基四、绕城公路沥青路面结构分析与建议4．绕城公路沥青路面结构计算与分析表4-3原方案路面结构计算结构层20℃抗压回弹模量(MPa)15℃抗压回弹模量(MPa)劈裂强度(MPa)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)3cmI型AC-13140020001.4-0.1760.8924.5cmII型AC-20120018001.0-0.0350.6375.5cmAM-2570090020cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)140035000.50.0640.34220cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)110030000.40.2740.274土基35弯沉反算Ne(次)3.6×106计算弯沉(0.01mm)29.3单轴最大荷载(kN)146应力反算Ne(次)0.44×106四、绕城公路沥青路面结构分析与建议表4-4建议方案一路面结构计算结构层20℃抗压回弹模量(MPa)15℃抗压回弹模量(MPa)劈裂强度(MPa)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)3.0cmAK-10150021001.6-0.1810.9394.5cmAC-16140020001.2-0.1150.7045.5cmAC-20120018001.0-0.0910.58720cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)140035000.50.0690.32820cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)110030000.40.2630.263土基35弯沉反算Ne(次)4.7×106计算弯沉(0.01mm)27.8单轴最大荷载(kN)152应力反算Ne(次)0.64×106四、绕城公路沥青路面结构分析与建议表4-5建议方案二路面结构计算结构层20℃抗压回弹模量(MPa)15℃抗压回弹模量(MPa)劈裂强度(MPa)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)3.0cmAK-10150021001.6-0.1720.7234.5cmAC-16140020001.2-0.1090.5425.5cmAC-20120018001.0-0.0870.45220cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)140035000.50.0590.28820cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)110030000.40.2300.23015cm级配砂砾垫层250土基35弯沉反算Ne(次)9×106计算弯沉(0.01mm)24.4单轴最大荷载(kN)174应力反算Ne(次)2.1×106四、绕城公路沥青路面结构分析与建议从以上结构计算结果可以看出，由弯沉反算的累计标准轴次建议方案一比原结构增大30%，建议方案二比原结构增大150%；由半刚性底基层层底容许拉应力反算的累计标准轴次建议方案一比原方案增大45%，建议方案二比原方案增大370%；建议方案一的极限单轴最大荷载原方案增大4%，建议方案二比原方案增大19%。因此，方案二的结构效果最明显，值得考虑，在不明显增加路面结构的工程造价的条件下明显提高路面结构的使用效果，而且还有利于路面结构的防排水，保证路基的水温状况。四、绕城公路沥青路面结构分析与建议分析表明，由于底基层材料的劈裂强度取值较小，由底基层层底允许拉应力反算的累计标准轴次较小，另外方案调整后对原结构的极限最大荷载提高程度也不大。水泥稳定砂砾基层材料性能试验结果，材料的劈裂强度还较高；若将水稳砂砾底基层(水泥含量4%)的劈裂强度从0.4MPa提高到0.5MPa，结构的抗弯拉疲劳性能将能得到很大的改善。适当提高半刚性底基层材料的劈裂强度，计算各路面结构方案所能承受的交通累计当量标准轴次、计算弯沉和结构的极限单轴最大荷载，计算分析结果如下:四、绕城公路沥青路面结构分析与建议表4-6原方案路面结构计算结构层20℃抗压回弹模量(MPa)15℃抗压回弹模量(MPa)劈裂强度(MPa)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)3cmI型AC-13140020001.4-0.1760.5744.5cmII型AC-20120018001.0-0.0350.4105.5cmAM-2570090020cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)140035000.60.0640.33220cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)110030000.50.2740.274土基35弯沉反算Ne(次)3.6×106计算弯沉(0.01mm)29.3单轴最大荷载(kN)182应力反算Ne(次)3.3×106四、绕城公路沥青路面结构分析与建议表4-7建议方案一路面结构计算结构层20℃抗压回弹模量(MPa)15℃抗压回弹模量(MPa)劈裂强度(MPa)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)3.0cmAK-10150021001.6-0.1810.6034.5cmAC-16140020001.2-0.1150.4525.5cmAC-20120018001.0-0.0910.37720cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)140035000.60.0690.31620cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)110030000.50.2630.263土基35弯沉反算Ne(次)4.7×106计算弯沉(0.01mm)27.8单轴最大荷载(kN)190应力反算Ne(次)4.8×106四、绕城公路沥青路面结构分析与建议表4-8建议方案二路面结构计算结构层20℃抗压回弹模量(MPa)15℃抗压回弹模量(MPa)劈裂强度(MPa)层底拉应力(MPa)容许拉应力(MPa)3.0cmAK-10150021001.6-0.1720.4604.5cmAC-16140020001.2-0.1090.3805.5cmAC-20120018001.0-0.0870.29020cm水泥稳定砂砾(水泥含量6%)140035000.60.0590.27620cm水泥稳定砂砾(水泥含量4%)110030000.50.2300.23015cm级配砂砾垫层250土基35弯沉反算Ne(次)9×106计算弯沉(0.01mm)24.4单轴最大荷载(kN)216应力反算Ne(次)1.6×107四、绕城公路沥青路面结构分析与建议计算结果表明，适当提高半刚性底基层材料的劈裂强度，即可明显提高沥青路面结构的抗弯拉疲劳使用寿命，基本与弯沉疲劳使用寿命接近，增设15cm级配砂砾垫层后，路面结构底层的抗弯拉疲劳使用寿命明显高于弯沉的疲劳使用寿命，对路面结构的使用性能有明显改善。四、绕城公路沥青路面结构分析与建议五、沥青面层材料性能试验研究1、主要研究内容(1)原材料试验；(2)沥青混合料组成设计试验；(3)沥青混合料高温稳定性试验；(4)沥青混合料水稳定性试验；(5)沥青混合料低温弯曲试验。原材料的技术要求，按现行规范执行。沥青混合料级配及技术指标要求(1)沥青混合料技术要求表5-3沥青混合料技术指标要求项目表面层：石油沥青AK-13中、下面层：石油沥青AC-16、AC-20击实次数(次)7575试件尺寸(mm)Φ101.6mm×63.5mm稳定度MS(kN)≥8流值FL(0.1mm)20~5020~40空隙率VV(%)3~5骨架间隙率VMA(%)≥15≥13.5，≥13沥青饱和度VFA(%)65~7560℃动稳定度(次/mm)≥1200≥1000浸水马歇尔残留稳定度(%)≥85≥80冻融劈裂试验残留强度比TSR(%)≥80≥75低温弯曲试验破坏应变(με)25002000混合料试件渗水系数(