我国沥青路面结构

1、我国沥青路面结构设计的回顾与思考长安大学戴 经 梁 2008年12月我国沥青路面结构设计的回顾与思考长安大学戴 经 梁2008年12月2、我国沥青路面的使用状况1、我国沥青路面的规模一、我国沥青路面的规模与使用状况一、我国沥青路面的规模与使用状况1、我国沥青路面的规模1998年沪嘉高速公路、沈大高速公路先后通车，实现了 我国高速公路零的突破；1999年10月高速公路通车里程突 破1万公里，居世界第四位；2000年末通车里程1.6万公里， 居世界第三位；2001年通车里程达到1.9万公里，居世界第 二位；2007年底，通车里猛增5.4公里，稳居世界第二位。高速公路大部分采用半刚性基层沥青路面。2、我国沥青路面的使用状况部分高速公路沥青路面的使用状况比较好。例如：沈 大、京津塘、广琛等高速公路使用78年才进入大修,达 到相当高的使用水平。不少高速公路沥青路面的早期破坏严重。 沥青路面建成当年或2-3年,发生程度不同的车辙、网裂、坑糟等早期破坏施工质量问题。 一、我国沥青路面的规模与使用状况 高速公路沥青路面普遍达不到设计年限15年（ 国际上一般为3050年），最多7-8年就必须大修 路面结

2、构的耐久性差。普遍认为：我国沥青路面的使用寿命短、耐 久性差与我国千篇一律地使用半刚性基层沥青路 面结构具有很大的关系。一、我国沥青路面的规模与使用状况二、半刚性基层沥青路面问题分析半刚性基层沥青路面的最大优点是板体性强 ，具有很高的承载能力，且价格便宜。我国高速公路广泛采用此种路面的基本 出发点。思考：在国际上发达国家为什么很少来用半刚性基 层沥青路面结构；重交通道路不采用半刚性基层沥青路面，只 是在低等级，交通量低的道路采用。半刚性基层沥青路面具有不少问题，有些甚至是无法解 决的。1、半刚性基层的最大问题是收缩开裂，它将导致沥青 面层产生反射裂缝，并进一步引起：（1）裂缝进水导致沥青层与基层界面从连续状态变成 滑动状态和使基层、底基层、路基水分状况发生变化，承载 力迅速降低；（2）车辆从裂缝一侧到达另一侧，使路面裂缝处发生 大的应力突变，形成很大的剪应力和表面拉力。加剧沥青路 面破坏。二、半刚性基层沥青路面问题分析2、半刚性基层非常致密，基本上是不透水材料， 一旦水进入路面并到达基层后，难以排出。水分集聚在 沥青层和基层界面，在车辆荷载的反复作用下，基层表 面冲刷，并产生唧泥，导致

3、路面的破坏。半刚性基层沥青路面的反射裂缝和内部排 水性能差及基层表面易冲刷是其致命的弱点。二、半刚性基层沥青路面问题分析3、半刚性基层具有很好的整体性，但在 使用过程中，路面进水后，半刚性基层在长期 流水和多次冻融循环作用下，其板体结构会逐 渐破坏、产生结构性损坏。半刚性基层由整体 向大块、小块、碎块变化，按整体结构的概念 设计路面是偏于不安全的。二、半刚性基层沥青路面问题分析4、半刚性基层沥青路面对重载车辆具有更大 的轴载敏感性。在计算拉应力时，柔性基层的轴载换算按4次 方计算，而半刚性基层是8次方计算（实际上，很 可能是12-15次方）轴载增大1倍，柔性基层换算轴次增大16倍， 半刚性基层换算轴次增大256倍 （甚至212=4096倍 ）超载对半刚性基层沥青路面的危害远大于柔性 基层沥青路面。二、半刚性基层沥青路面问题分析5、半刚性基层损坏后没有愈合能力，且难 以修补。半刚性基层一旦破坏，使无可救药，除了挖 除重建外，别无它法。半刚性基层沥青路面的维修只能是“开膛破肚 ”式进行。这是半刚性基层沥青路面使用过程中 ，面临的一大难题。二、半刚性基层沥青路面问题分析6、半刚性基层沥青路面

4、难以跨年度施工。无论是直接暴露或是铺一层沥青面层过冬， 都避免不了发生横向收缩裂缝，从而为沥青路 面产生反射裂缝留下隐患。半刚性基层暴露可能冻酥，影响强度形成。 在季节性冰冻地区，半刚性基层的冻融损坏几 乎难以避免。二、半刚性基层沥青路面问题分析半刚性基层沥青路面的致命弱点路面开 裂缝、进水且难以排走，对重载敏感性大。思考：既然半刚性基层沥青路面具有上述种种问题 ，甚至有些问题是致命的。为什么一直沿用至今 ，难以改变？这是中国国情所定的，是我国公路建设发展 历史的必然结果。二、半刚性基层沥青路面问题分析2、20世纪70年代的发展情况1、20世纪60年代的发展情况三、半刚性基层沥青路面的发展历史3、20世纪80年代后的发展情况1、 20世纪60年代采用石灰稳定土基层渣油表面 处治（渣油是一种质量很差、蜡含量很高的石油炼制过程 中付产品）主要解决公路晴天扬尘、雨天泥泞的问题。2、20世纪70年代采用水泥、石灰、粉煤灰等无 机结合料稳定粒料半刚性基层和贯入式沥青路面、上拌下 贯式沥青路面及半开级配沥青碎石沥青路面。加快了公路路面“黑色化”，使我国公路沥青路面使用 水平有了显著改善。三、半刚性

5、基层沥青路面的发展历史3、 20世纪80年代后大量采用半刚性基层沥青路 面（1）随着改革开放，国民经济蓬勃发展，交通量迅速 增加，开始大量修建二级公路、一级公路和高速公路。沥 青面层逐步向沥青混凝土发展，半刚性基层和底基层的强 度也随之要求增加。（2）国产沥青难以满足蓬勃发展高速公路建设形势， 大量依赖国外进口沥青，经济负担沉重，难以采用国外使 用的柔性基层沥青路面。三、半刚性基层沥青路面的发展历史（3） 80年代末，“七五”国家科技攻关项目“半 刚性基层重交通道路沥青路面及抗滑表层成套技术”的 成果，成为半刚性基层沥青路面设计和施工的重要技术 依据。半刚性基层沥青路面成为中国沥青路面结构的主要 形式，并几乎成为包括高速公路在内的唯一结构形式 为我国沥青路面的发展做出了巨大贡献。三、半刚性基层沥青路面的发展历史2、国外与我国使用情况的区别1、国际上20世纪70年代以前的使用情况四、国外半刚性基层沥青路面使用状况四、国外半刚性基层沥青路面使用状况1、国际上20世纪70年代以前，半刚性基层 沥青路面曾得到广泛应用。目前柔性基层与全厚式沥青路面已成为路面 的主流。国际上路面结构类型的转变，应

6、当引起我们 认真的思考在轴载，交通量日益增大的今天 ，中国公路仍唯一的采用半刚性基层沥青路面， 是否合适？2、国外半刚性基层沥青路面普遍使用在低 交通量公路上，且在使用上与我国有很大区别。（1）国外半刚性材料主要用于加强路基，而 我国将其作为主要的承重层。国外沥青路面的承重层，不仅包括基层，更 主要是依靠沥青层。我国将沥青层作为功能层，国外除了将沥青 层作为功能层，更主要是承重层。四、国外半刚性基层沥青路面使用状况（2）国外半刚性基层沥青路面的基层材料的 强度一般不太高，水泥用量少，7d设计强度一般 在3Mpa左右。我国半刚性基层强度过高，甚至有些地方认 为强度越高越好，导致铺筑沥青层之前开裂现象 十分严重。四、国外半刚性基层沥青路面使用状况（3）水泥稳定碎石基层上经常设置级配碎石 层作为过渡层，以减少反射裂缝和利于排水。我国设计规范也提到这种路面结构，然而由 于这种路面结构难以满足设计弯沉的要求，得不 到采用。四、国外半刚性基层沥青路面使用状况3、国外沥青路面结构设计时，通常对路基 和基层提出起码的要求（例如路基竖向压应变 200）沥青层作为承受弯拉应力的主要承重层 （沥青面层的弯拉

7、应变70 ）意味着沥青层的厚度是至关重要的， 只要路基、基层满足一定的要求，路面破坏就是 沥青层不足。四、国外半刚性基层沥青路面使用状况我国半刚性基层沥青路面设计时，假定沥 青层的厚度，以基层或底基层作为计算层进行 结构厚度计算。意味着沥青层只起到功能作用，厚度 无关紧要，甚至认为沥青层越厚，弯沉越大， 反而没有好处。半刚性基层是承重层，路面承 受的荷载大、交通量大就需要加强基层强度（ 刚度）和厚度，路面破坏意味着基层破坏。四、国外半刚性基层沥青路面使用状况2、技术引进促进跨越式发展1、我国沥青路面结构问题五、改善我国沥青路面使用状况的思考3、沥青路面结构问题放眼看世界4、改变单一使用方法1、我国高速公路采用的半刚性基层沥青路 面结构在繁重交通及施工质量等因素的影响下， 出现了早期破坏，提前达到了使用寿命。大部分 路面是由于基层的损坏，而使路面成为结构性破 坏，无法通过沥青面层的维修得到解决。大修往 往是“开膛破肚”式的作业，工程量十分浩大，相 当于重铺路面，这是一个使我国道路工作者十分 困惑的难题。五、改善我国沥青路面使用状况的思考2、张春贤部长在全国交通工作会议上谈到设计 问题时指

8、出：“要有针对性地引进国外成熟的技术、 标准和规范。科研成果是实践经验的总结，是人类文 明的结晶，我们要善于借鉴一切先进的科研成果。在 公路建设和管理领域、国与国之问技术问题及解决方 法具有很多共性。发达国家研究早、实践早、积累了 丰富的经验，许多技术、标准和规范属于政府所有， 没有知识产权的障碍，我们要把技术引进作为公路交 通实现新的跨越式发展的重要手段”这一段话为我国 公路路面早期损坏指出了方向。五、改善我国沥青路面使用状况的思考3、在沥青路面结构问题，我们也需要放眼 世界。国际上的高速公路和重交通公路，大量使用 柔性基层沥青路面，现在又出现了永久性路面或 长寿命沥青路面。该种路面的使用寿命可达到40-50年；最新的研究发现： 该种路面沥青层厚度超 过一定厚度时，良好材料组成和施工的路面可避 免传统的沥青层底开裂和结构性车辙。当标准轴 次超过一定次数后，沥青层厚度无须增加。五、改善我国沥青路面使用状况的思考该种路面最大特点是确保路面各类损坏控 制在路面顶部（25100mm）范围内，如自上向 下的温度疲劳开裂、车辙、表面磨耗与沥青老 化等都限制在磨耗层内。表面层的损坏只需通 过铣刨和

9、预防性养护就可以解决。意味着这种沥青路面在使用年限内不需 要大的结构性重修或重建，并企图无限期地使 用下去。五、改善我国沥青路面使用状况的思考4、我国应改变目前单一使用半刚性基层沥 青路面的状况，使不同路面结构得到合理的使用 。对现有的半刚性基层沥青路面应进行再认 识，努力克服其不合理的一些因素，使其得到改 进，更加完善；开始考虑在中国适当地发展柔性基层沥青 路面的结构形式。探讨该种路面在我国各地高速 公路中使用的可行性，改进我国沥青路面结构单 一的问题。五、改善我国沥青路面使用状况的思考4、国外常见的柔性路面结构组成2、部分国家使用的主要沥青路面结构 六、国外柔性基层沥青路面结构设计简介3、部分国家或单位采用的设计指标1、国外路面结构的设计年限6、永久性路面的特点5、永久性路面产生的背景 7、永久性路面对结构层材料的要求8、基于力学分析的设计方法204030402040204030404030403050设计设计 年限澳大 利亚亚加拿大日本南非法国英国德国美国（ AASHTO 93）国家1、国外路面结构的设计年限六、国外柔性基层沥青路面结构设计简介中国（轻轻交通）加拿大德国日本（中、轻轻 交通）美国 (贫贫水泥混凝土)（中、轻轻 交通）英国(水稳稳碎石)法国薄沥沥青层层厚 粒料基层层厚沥沥青层层 下卧底基层层半刚刚性基层层混合式全厚式粒料基层层主要路面结结构国家2、部分国家使用的主要沥青路面结构 六、国外柔性基层沥青路面结构设计简介俄罗罗斯法国比利时时诺诺丁汉汉大 学南非日本澳大利亚亚SHELL补补强AI路表 弯沉永久变变形粒料层层剪 切应应力路基顶顶面 压应变压应变稳稳定粒料 层层拉应应 力沥沥青层层 疲劳劳机构3、部分国家或单位采用的设计指标六、国外柔性基层沥青路面结构设计简介4、国外常见的柔性路面结构组成六、国外柔性基层沥青路面结构设计简介国外常见的柔性路面结构组成六、国外柔性基层沥青路面结构设计简介5、永久性路面产生的背景 重载交通给欧洲沥青路面带来的挑战表 现在以下方面：（1）重载交通量的增加、重载轴载增加 ；（2）慢速交通产生了更大的路面应力；（3）高压轮胎引起作用应力的增

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