公路养护技术发展趋势

长安大学沙爱民2017年元月公路养护技术发展趋势主要内容背景一.耐久、实用的公路养护技术二.方便、快捷的公路养护技术三.公路养护中的生态环保技术四.养护过程中路面功能叠加背景人口与经济的发展使道路总里程爆炸式增长背景道路总里程增加的同时汽车荷载也呈几何式上升背景道路维护资金的投入并不足以维修已破坏的道路大量的有养护需求的公路里程均对公路养护技术发展提出了更高要求：耐久、实用的养护技术方便、快捷的公路养护技术公路行业的生态环保技术需求现有公路设施的多功能技术需求半刚性基层沥青路面使用情况调研我国高等级公路半刚性基层沥青路面通常采用半刚性底基层+半刚性基层+沥青面层的结构组合。调研道路基本情况以及调研内容如下表所示：序号公路通车时间里程（km）自然区划路面结构调研时间调研内容1京津塘高速1993142.69Ⅱ4东部温润季冻区面层上面层4～5cmLH-20Ⅰ型中粒式沥青混凝土2007年8月～10月路面损坏状况察看、路面钻芯取样、模量测试、CBR强度测试中面层6～8cmLH-30Ⅰ型粗粒式沥青混凝土下面层10～12cmLK-40Ⅱ型沥青碎石基层20cm水泥稳定砂砾、水泥稳定碎石底基层20～45cm石灰稳定土、二灰土2西临高速199020.1Ⅲ4黄土高原干湿过渡区面层上面层4.0cmAC-16Ⅰ沥青混凝土2007年6月路面维修历史资料搜集、路面损坏状况察看中面层5.0cmAC-20Ⅰ沥青混凝土下面层6.0cmAC-25Ⅰ沥青混凝土基层20cm二灰砂砾底基层20cm二灰土3西宝高速1993151.97Ⅲ4黄土高原干湿过渡区面层上面层4cmAC-20I沥青混凝土2008年3月路面结构承载能力检测、沥青路面钻芯取样、室内试验检测下面层8cmAM-35沥青混凝土基层20cm水泥、二灰稳定砂砾底基层20～26cm石灰稳定土、砂砾调研道路概况及调研内容背景半刚性基层沥青路面主要损坏类型及成因分析通过对11条采用半刚性基层沥青路面结构的公路进行详细调研，系统了解不同使用年限、不同交通量和不同使用环境的半刚性基层沥青路面使用情况。各调研公路沥青路面的主要损坏类型排序及成因如下表：背景半刚性基层沥青路面主要损坏类型及成因序号公路主要损坏类型排序及成因123451京津塘高速基层松散、裂缝、断裂龟裂横向裂缝纵向裂缝施工不当、荷载和水作用水分、基层疲劳基底弯拉、面层和基层温缩基底弯拉2西临高速横向裂缝纵向裂缝龟裂、网裂松散坑槽车辙面层和基顶温缩、基底弯拉维修造成结构承载力不均匀面层疲劳、基层承载力不足水、重载交通渠化、高温3西宝高速横向裂缝龟裂纵向裂缝车辙基底弯拉、面顶和基顶收缩基层强度不足、裂缝扩展路基沉陷、基层断裂高温、荷载4铜黄高速泛油车辙横向裂缝纵向裂缝坑洞高温、荷载、沥青含量高高温、沥青高温稳定性差面顶和基顶收缩、基底弯拉荷载下基底弯拉荷载、水作用5晋阳高速车辙龟裂横向裂缝纵向裂缝松散重载、渠化交通、高温面层疲劳、面层底弯拉、沥青老化基顶温缩、基底弯拉基层疲劳开裂反射水、重载6大新高速横向裂缝松散气温骤降引起基顶收缩开裂后反射荷载、水背景通过分析比较，可以得出如下结果：（1）半刚性基层沥青路面的典型破坏方式无外乎横向裂缝、纵向裂缝、车辙、网裂、块裂、唧浆、坑洞等。但是，具体到每一条路，它的主要破坏形式依次与路面结构、交通荷载、道路环境以及施工条件密切相关。（2）在常规路面结构和正常施工条件下，低温引起的横向收缩裂缝是半刚性基层沥青路面主要的损坏形式。（3）在降雨量大的地区，路面可能更为突出地表现出坑洞、松散等水损坏现象。（4）在重载或大交通量条件下，除荷载和高温共同作用引起的车辙作为主要的病害存在外，结构层弯拉开裂引起的纵向和横向裂缝甚至块裂和网裂也是常有的破坏形式。（5）由于施工不当也会引起层间分离、结构层松散等破坏现象。（6）厚的沥青层有利于延缓基层开裂引起的路表反射裂缝的发生，但易出现车辙病害。背景车辙沉陷路基塌陷台背不均匀沉陷沉陷主要出现在行车道上常伴有龟裂、网裂、泛油、车辙等大面积沉陷比较少见沉陷区域面积多为1㎡～4㎡车辙主要损坏形式分布在夏季高温地区路面行车道常伴有纵向裂缝、泛油、沉陷等病害上坡路段车辙比下坡路段深背景松散松散在半刚性基层沥青路面上普遍存在江南湿润多雨地区多见多伴有唧浆损坏发生黄土高原半干旱地区沥青路面也有出现泛油泛油多零星分布多出现在中央轮迹带处，覆盖超车道和行车道常伴随车辙、沉陷等病害出现泛油处附近沥青膜严重脱落,集料磨损严重背景唧浆唧浆个别路段少量出现损坏程度一般较轻常伴有沉陷、坑洞等损坏主要出现在纵、横缝交错处以及较宽的裂缝处背景4、松散产生机理（1）水损坏（2）设计施工原因引起的沥青混合料粘结力不足（3）基层收缩开裂引起面层坑洞松散5、其他损坏产生机理沥青含量过高引起动水冲刷使沥青剥落引起泛油水分进入路面结构车辆荷载作用唧浆背景半刚性基层沥青路面使用状况评价通过前述调研及横向对比，认为半刚性基层沥青路面的使用状况与路面结构组成及厚度有重要关系。根据不同道路的使用年限、使用环境以及交通量等情况，对一般情况下半刚性基层沥青路面的使用状况进行评价。背景施工方法引起的问题面层层间及面层与基层之间分离1面层或基层层内存在薄弱面2基层整体强度不足3纵向裂缝4背景裂缝养护技术一、耐久、实用的公路养护技术温缩裂缝反射裂缝荷载裂缝低温收缩裂缝低温疲劳裂缝开槽灌缝基本要求：使用专用开槽机在路面裂缝处沿裂缝走向开出一定宽度和深度（宽1-1.5cm，深1.5-2cm）的沟槽，利用灌封机将专用的公路密封胶加热至一定温度后通过内部供料泵加压灌入切割好的裂缝中，从而修补路面。优点：使用寿命长，封闭效果好，提高了效率，目前应用最多的裂缝修补方法。缺点：缺点为初期施工设备费用投入和施工造价较高。一、耐久、实用的公路养护技术填缝应用条件：非工作缝（小于3mm，具有较小的水平和垂直位移）的修复使用填缝技术。由于缝属于较小的缝，使用价格低廉的填缝剂进行施工就可以满足使用的要求了。常用的填缝材料:一类为热塑性材料，其特性为加热时变软，冷却时变硬；另一类为热固性材料，其特性与热塑性材料相反，无论是否加热都不会变软。填缝材料应该具备的性能：①粘附性；②弹性；③温度稳定性；④抗老化能力；⑤施工特性。一、耐久、实用的公路养护技术贴缝首先要对施工的部分进行标注；使用变频螺旋式高压热喷机对缝内的灰尘和杂物进行清理，同时烘干缝内的水分，使裂缝的各项指标要求达到可以使用灌封剂进行灌缝的标准；最后使用特殊的灌封机进行填灌密封剂，还需在缝上附上耐磨的增强纤维布，并使用橡胶锤进行气泡的清理，确定最后没有任何气泡。快速：15分钟后开放交通。一、耐久、实用的公路养护技术各类裂缝修补技术性能对比项目开槽灌缝技术填缝技术贴缝技术养护剂灌缝技术维修设备开槽机、灌缝机、铁刷及压缩空气泵气枪等(在气温低于6℃时还需要热烘干设备)普通填缝机械变频螺旋式高压热气喷机、灌封机和橡胶锤铁钩、吹风机、水壶、大型注射器温度要求需要加热密封胶至193℃左右不适宜低温无特殊要求无特殊要求天气要求不适宜下雨天不适宜下雨天不适宜下雨天尽量避免下雨天维修使用寿命2-3年3-5月3-5年3-5年维修费用15元/m左右13.2/m18.3元/m1.56元/m优点清理干净，缝宽均匀，封水效果好，路面时间长危害处置较为彻底;修复质量高；维修后使用时间长。成本低、环保好、抗裂强、磨耗性好，防水，无损处理裂缝，易施工。能够更好的延长路面寿命缺点操作复杂，需要多种设备只适用于非工作缝-操作复杂，需要特定的改进剂，价格较高适用条件各种条件非工作缝，裂缝深度3-25mm各种条件处理三毫米以下的裂缝(且渗水率小于百分之三)乳化沥青稀浆封层处理车辙具体的流程对于车辙上的凸起部分铣刨，使用稀浆封层修补车辙。一、耐久、实用的公路养护技术就地热再生技术针对于沥青路面出现的坑槽、车辙、裂缝、搓板、波浪、拥包与泛油等病害导致沥青路面平整度与摩擦阻力下降时，使用热再生技术加热旧路面、回收旧料，加入再生剂进行搅拌，随即使用新热拌沥青的摊铺方法就地摊铺、碾压，就完成了新的面层，恢复路面使用性能。就地热再生技术主要特点：修复路基完好且路面受损程度在6cm以内的沥青混凝土路面。受损的沥青材料经过再生处理后，能迅速恢复其路用功能和使用寿命。可以去除6cm以内的车辙，并能对单车道的排水坡度进行修正。使用就地热再生技术修复的车道，热结合无纵向开裂.由于对旧料的利用率高(接近100%)，施工成本低，环保、无废料。施工方式采取单线道路施工，有利于疏散交通，降低危险。开放交通迅速，一次性完成罩面，当公路密集度高、流量大时具有特别重要的意义。一、耐久、实用的公路养护技术铣刨加铺技术铣刨机是整个铣刨工艺的关键，国内多采用国外进口产品，已具备较好国产能力。工作原理：利用红外对路面铣刨物进行预加热式进行铣刨（“热铣”）。在道路标高受到限制时，其铣刨作用受到一定的影响。“冷铣”(无需加热路面)作为一种新的铣刨方式能够很好的弥补“热铣”的不足，能达到预定的铣刨深度，并能够满足规范对道路要求的横坡与纵坡。“冷铣”发展较快。一、耐久、实用的公路养护技术项目微表处技术乳化沥青稀浆封层技术就地热再生技术铣刨加铺技术维修时间1h以内3-5h10h3-5h行车舒适性很好很好很好很好维修使用寿命4-7年8-18个月5-10年3-5年交通管制简单较复杂较复杂-维修费（元/m2）8.4-1616.7-19.216-326.72-9.12各种车辙修补技术特征对比一、耐久、实用的公路养护技术沥青路面抗滑性能损失碎石封层在道路表面撒布一定量的胶结料以后，再在其表面撒布一定量的单粒径碎石并通过碾压使碎石2/3嵌入胶结料而形成一种耐久、抗滑的道路表面处治方法刻槽处治密级配沥青混凝土面层,其表面纹理小,在潮湿状态道面的抗滑性能差。道面刻槽工艺可显著改善道面、轮胎交接面的排水从而增加道面的摩阻力,有效的提高道面抗滑性。一、耐久、实用的公路养护技术坑槽四类及其特征一、耐久、实用的公路养护技术坑槽类型特性产生原因深度表面层坑槽最早产生，数量最多水进入表面层导致沥青与沥青与石料间粘结力不强，在车辆荷载作用下，石料剥落会产生坑槽通常2-5cm表面层和中面层坑槽产生于表面与中面层空隙较大，底面层孔隙率较小结构水渗入路面，但是进入不了底面层，停留在表面层和中面层，导致石料在车辆荷载作用下剥落，形成坑槽。约8-10cm底面层和基层坑槽容易发生在翻浆现象非常严重的路面，形成灰白浆自由水产生的动水压力和孔隙水压力，冲刷底基层和基层，并反射到路面，形成坑槽。通常大于10cm桥面铺装层等构造物坑槽产生在桥面铺装层等构造物内水泥混凝土与沥青混凝土之间材料差异大，层间变形不一致，在水的作用下产生剥落，形成坑槽一般3-5cm路面出现波浪这种病害的机理在于路面材料对于车轮水平力的抵抗性不足，而出现路面材料抵抗力差的原因在于材料配合比问题、施工质量问题等。路面出现拥包这类病害的机理是路表材料稳定度低、道路交叉处车辆的频繁启动和制动、刚性或半刚性基层和沥青面层接触点出现过大应力以及面层较薄等原因。波浪和拥包一、耐久、实用的公路养护技术沉陷沉陷的机理在于路基的稳定性收到影响，出现变形。具体有过大的交通荷载；水进入路基；其他情况下路基部分受到损害；前者多产生均匀沉陷，对路面有功能性影响；后者多产生不均匀沉陷，对路面有结构性破坏。一、耐久、实用的公路养护技术松散由于沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落，从表面向下发展的渐进过程，集料颗粒与裹覆沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落的原因。一、耐久、实用的公路养护技术泛油沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动，使表面有过多沥青。夏季的高温与较多的降水带给沥青混凝土路面极强的不稳定性。过高的温度带给沥青较强的流变性，而较多的降水使沥青与集料的粘附性发生问题。一、耐久、实用的公路养护技术利用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行现场加热、翻松，掺入一定数量的新集料、新沥青、再生剂等，经混拌、摊铺、碾压等工序,一次性实现对表面一定深度范围内（一般不超过6cm），能够修补沥青路面坑槽、网裂、龟裂、拥包、车