瀝青路面加鋪技術(shù)

1、瀝青路面加鋪技術(shù)高等級瀝青路面的修建，推動了沿線經(jīng)濟及社會的發(fā)展，但就目前國內(nèi)外瀝青路面使用狀況 而言，還存在著不少問題，尤其是早期修建的高等級路面不同程度地出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)性破壞和功 能性的缺陷，嚴重影響了道路的服務(wù)水平及車輛的行駛安全。特別是近幾年，隨著我國社會 主義市場經(jīng)濟的迅速發(fā)展，交通的日益重型化及交通量的大幅度增長，加之設(shè)計、施工、養(yǎng) 護、使用等多種綜合因素的影響，加速了路面的損壞，目前國內(nèi)很多瀝青路面正處于維修、 待修狀態(tài)。因此，近年來，公路設(shè)計、施工及科研的重點已逐漸從新設(shè)計和新建轉(zhuǎn)移到舊路 網(wǎng)的養(yǎng)護和維修。項目重點的轉(zhuǎn)變使得瀝青路面的加鋪技術(shù)研究成為必要。采用瀝青面層作為原有路面的

2、加鋪層，是一種非常典型的補強方法。然而，國內(nèi)外對原有瀝 青路面加鋪改造仍處于研究、試驗階段，至今仍沒有一個效果非常令人滿意，施工工藝可行 具有明顯社會經(jīng)濟效益的防治措施和成熟的理論、設(shè)計方法。由于這一問題的復(fù)雜性和各地 交通、氣候及筑路條件的差異，在所取得的研究成果之間缺乏共同的認識，給設(shè)計和施工部 門的具體操作帶來了極大的困難。在瀝青路面上加鋪瀝青混凝土層存在車轍、推移、擁包、 反射裂縫及加鋪層疲勞壽命的問題。如何針對不同的問題，從不同的角度對原有瀝青進行評 價、確定適宜的銑刨厚度及選擇最佳的加鋪層結(jié)構(gòu)，并使加鋪層功能、結(jié)構(gòu)與材料統(tǒng)一起 來，至今仍是道路工程界所面臨的一大難題。如何在現(xiàn)有瀝青

3、路面鋪筑和使用經(jīng)驗基礎(chǔ)上， 進一步提高公路路面工程質(zhì)量，實現(xiàn)公路路面質(zhì)量再上新臺階，不僅關(guān)系到數(shù)額巨大的建設(shè) 和養(yǎng)護資金的使用效益，還將對路網(wǎng)整體服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。因此，在廣泛收集并分析國內(nèi)外原有瀝青路面加鋪瀝青層有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國加鋪 層結(jié)構(gòu)現(xiàn)有具體情況，對用瀝青加鋪層改造舊瀝青路面的方法和理論作進一步的研究，探索 舊路面加鋪瀝青層的工作機理，提出符合國情、切實可行的瀝青路面加鋪技術(shù)。在原有路面 上直接加鋪瀝青層具有非常多的優(yōu)點，研究的重點在于解決工程中的實際問題和難點問題， 推進原有路面加鋪瀝青層這個領(lǐng)域研究的深度，將研究成果應(yīng)用到實際工程。目前，我國正在大力建設(shè)和諧社會，隨著

4、和諧社會的進一步推進和全面建設(shè)小康社會的深入， 適宜銑刨厚度、適宜加鋪厚度、適宜加鋪結(jié)構(gòu)、適宜加鋪材料的路面加鋪可以快速、經(jīng)濟地 改善當?shù)氐慕煌顩r，提高路網(wǎng)的運營能力，為科學地進行瀝青加鋪層設(shè)計提供依據(jù)，減少 設(shè)計和施工中的自由性和任意性，延長路面的有效使用壽命，確保路面的使用質(zhì)量，促進和 諧社會建設(shè)有極大的經(jīng)濟效益和社會效益。因此，開展在原有瀝青路面加鋪瀝青層研究有著非常重要的現(xiàn)實意義。存在問題：綜上所述，世界各國對瀝青路面加鋪相關(guān)技術(shù)進行了大量研究，取得了許多可喜的成果。但 是，在某些方面研究還不夠深入和系統(tǒng)。經(jīng)過認真分析，認為至少在以下幾個方面還有待進 一步的研究。綜合評價與路段劃分：

5、現(xiàn)有的路面使用性能評價方法都未曾從指標數(shù)據(jù)代表的可靠性出發(fā)研究，而大多方法都是指 標單項加權(quán)確定，不曾從整體逼近的角度考慮。事實上，路況數(shù)據(jù)具有很大的不確定性，而 路況代表數(shù)據(jù)的客觀準確對路面使用性能至關(guān)重要，如果采用定值的估計，則其可靠性與客 觀性較差。因此，有必要探索一種新的評價方法，為道路管理者進行準確決策提供依據(jù)。 路段是指具有相同路面屬性的道路段落，又稱為均勻路段。路段的合理劃分直接影響到諸如 基本數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用、養(yǎng)護對策各項養(yǎng)護管理工作，必須建立一種適用易于操作的劃分方 法。目前，劃分路段時對路段屬性變異性未曾深入細致的考慮，導(dǎo)致每個路段要么設(shè)計不足 （即早期損壞），要么過分設(shè)計

6、（材料使用不經(jīng)濟）。因此根據(jù)路段屬性的變異性合理劃分路段 是公路交通部門面臨的一項刻不容緩的任務(wù)。彎沉控制銑刨處治：究竟舊路表面彎沉達到什么程度需要銑刨，如何通過舊路表面彎沉控制銑刨路面厚度，從而 確定更加科學合理的彎沉劃分設(shè)計標準，國內(nèi)外尚未進行相關(guān)的研究。因此，我們有必要對 此進行深入研究，確定銑刨設(shè)計準則，為銑刨厚度的確定及加鋪層的設(shè)計提供依據(jù)。層間工作狀態(tài)與處理技術(shù)：現(xiàn)有的瀝青路面瀝青加鋪層的研究，尚沒有將層間列為專門的研究對象，缺乏對層間結(jié)構(gòu)的 工作狀態(tài)及層間處理技術(shù)的全面分析，因此也沒有將層間的有關(guān)研究上升到應(yīng)有的理論高度。 到目前為止，將層間作為相對獨立的加鋪層結(jié)構(gòu)，研究其固有的

7、屬性和規(guī)律，仍然處于研究 的初級階段，有許多未知的領(lǐng)域和課題。若從層間結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)出發(fā)，考慮交通及自然環(huán) 境因素等角度出發(fā)，進行全面的分析就會發(fā)現(xiàn)層間作用機理的復(fù)雜性和多面性。因此，有必 要在一個更為寬廣的領(lǐng)域內(nèi)，站在更高的理論高度、進行學科交叉研究，全面分析層間的工 作狀態(tài)、處理技術(shù)等諸方面問題，從而完善層間技術(shù)。夾層合理層位：理論分析和工程實踐證明，在瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)中設(shè)置火層可以起到延遲路面開裂、延長路面 疲勞壽命、減薄瀝青面層厚度、抵抗高溫車轍等作用，諸如格柵火層。以往的力學分析主要 集中火層對抗反射裂縫與抗車轍上，但未曾系統(tǒng)從格柵的功能上分析格柵層位對加鋪層結(jié)構(gòu) 的影響，對格柵位置在

8、加筋瀝青路面中的工作機理研究較淺；以往試驗大都是將格柵置于加 鋪層層底并取得了相當好的效果，如果以層底出現(xiàn)裂縫作為加鋪層破壞的標準，格柵置于加 鋪層層底是合理的，但層底出現(xiàn)裂縫，并不代表加鋪層壽命的終結(jié)。格柵應(yīng)當設(shè)置在能最大限度發(fā)揮其功能的地方，但對于這一點國內(nèi)外尚無相關(guān)的理論以及成 套的試驗。為將功能、結(jié)構(gòu)、材料統(tǒng)一起來，有必要探索瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)火層最佳位置，同 時探索格柵層位對瀝青混合料性能影響的規(guī)律與屬性。路面性能評價是依據(jù)所采集到的路面狀況數(shù)據(jù)，對路面性能滿足使用要求的程度做出判斷。 路面性能的正確評價是合理制定養(yǎng)護維修計劃、進行投資決策的重要依據(jù)之一，是路面養(yǎng)護 管理系統(tǒng)中重要的一環(huán)

9、，對于分析路面病害的成因，改進工程項目建設(shè)質(zhì)量有重要指導(dǎo)意義。 隨著高等級公路的發(fā)展，路面使用性能評價問題日益突出。目前，采用瀝青面層作為原有路 面的加鋪層是一種非常典型的補強方法，但針對不同狀況的舊路面，所采取的加鋪改造方案 也不同。因此，為使加鋪改造措施和養(yǎng)護維修措施更具針對性、費用最小化、改造結(jié)果最經(jīng) 濟有效，對原有路面狀況進行準確的檢測和對使用性能進行客觀評價就顯得非常重要，尤其 是提出針對高等級公路路面使用性能評價方法與標準更是有著極其重要的理論和現(xiàn)實意義。 目前，路面使用性能評價主要采取單項評價或綜合評價，根據(jù)道路養(yǎng)護維修的目的不同可采 用不同的評價方法。在確定具體的路面維修措施或

10、加鋪措施時，通常采用單項評價指標及其 標準；在多路段進行對比優(yōu)化時，通常采用綜合評價。許多養(yǎng)護決策者在道路維修時，為了 能夠較為準確地制定養(yǎng)護決策，通常采用單項評價和綜合評價二者相結(jié)合的方式。本文對這 兩種評價方法分別進行研究。路段合理劃分：路段是指具有相同路面屬性的道路段落，又稱為均勻路段，是以里程樁定位參照系統(tǒng)建立的 路面管理系統(tǒng)中的最小管理單元。系統(tǒng)中的路況數(shù)據(jù)、評價、分析、預(yù)測和決策結(jié)果等大部 分數(shù)據(jù)，都是按照路段這個最小長度單位來進行存儲和管理的。路段的合理劃分直接影響到 諸如基本數(shù)據(jù)的存儲、調(diào)用、養(yǎng)護對策各項養(yǎng)護管理工作，必須建立一種適用于操作的劃分 方法。一般來講，路段劃分主要采

11、用等長分段法和變長分段法。路段劃分方法的分類：劃分路段的方法，根據(jù)所劃分的路段長度特征，有定長和變長兩種：根據(jù)劃分時是否考慮路 況隨時間進展的變化，有靜態(tài)和動態(tài)兩種。定長劃分法：又稱為固定長度分段法，是指將路面劃分成等長的段落（如500米，1000米），作為系統(tǒng)的 最小管理單位。通常劃分時不考慮路面的狀況和性能，將路段的定長長度取為l千米，以里 程樁為界。這種方法在我國公路行業(yè)中多年得到了普遍使用，為廣大使用者所按納和熟悉。 變長劃分法：變長劃分法主要是指根據(jù)道路的屬性，分別取不同的路面段落長度，作為系統(tǒng)的最小管理單 位。這種方法在劃分時將路面狀況及性能相近的道路合并處理，可大大減少數(shù)據(jù)，節(jié)省

12、計算 機的存儲資源。靜態(tài)劃分法：靜態(tài)劃分法是根據(jù)某路面屬性的相對值，將道路劃分為一定的長度（定長或變長），劃分結(jié)果 在一定時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定：在應(yīng)用一段時間后，若管理者認為必要，再重新劃分、做出慎 重改變。動態(tài)劃分法：動態(tài)劃分法是基于路網(wǎng)不同時刻的狀況自動劃分的一種方法。例如，設(shè)定某一指標的允許變 化范圍，路面狀況數(shù)據(jù)采集后，當某些實測值超過規(guī)定的變化范圍時，自動生成新的管理路 段。該法立足于真實的路面狀況，反映了更豐富、適用的養(yǎng)護信息：但在路面狀況改變較大 時，路段的劃分會有明顯變化，要求系統(tǒng)具有較高的管理水平?；诶鄯e差分法的均勻路段劃分：眾所周知，由于路面類型、建筑歷史（包括修復(fù)和主要的

13、養(yǎng)護）的、路面橫斷面（路面結(jié)構(gòu)層 材料類型、厚度）、路基、交通、路況等多種因素的影響，一條公路的不同路段屬性變量可 能存在較大的變異性，稱為“路段屬性變異性”，路段屬性變異性分析是非常重要的，因為 它與某一項目最終的路面修復(fù)設(shè)計可靠度有關(guān)。合理考慮路段變異性對路面修復(fù)設(shè)計具有十分主要的意義。如果劃分路段時對路段屬性變異 性不進行深入細致的考慮，就會使路面修復(fù)策略完全失效。每個路段要么設(shè)計不足（即早期 損壞），要么過分設(shè)計（材料使用不經(jīng)濟）。因此根據(jù)路段屬性的變異性合理劃分路段是公路 交通部門面臨的一項刻不容緩的任務(wù)。但是，目前國內(nèi)在對路段劃分時，僅通過目測主觀確 定相對均勻的路段是不合理的，需

14、要提出一種科學的路段劃分方法。推薦采用“累積差”方法，這種方法易于采用計算機評價，數(shù)學原理也簡單。當變量與長度 關(guān)系確定以后，那么路段邊界點的位置就是曲線斜率正負符號變化的位置。這種方法基本上是肉眼能夠看到，但是大量數(shù)據(jù)人工處理很費時，然而，這種方法使用計算 （微機）解和圖示分析就變得很容易。這種方法能用于大量不同的路面屬性變量，例如彎沉、 服務(wù)性指數(shù)、抗滑阻力、路面破壞指數(shù)等等。為將結(jié)構(gòu)功能與結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一起來，通過分析火層設(shè)置位置對加鋪層結(jié)構(gòu)的應(yīng)孔力應(yīng)變影響， 首次系統(tǒng)地從火層提高瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)抗開裂能力、延長疲勞壽命及提高抗剪切性能二個不 同功能考慮，確定了瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)火層合理位置。根據(jù)

15、瀝青加鋪層常見開裂型式及其產(chǎn)生機理，考慮舊路有無裂縫，系統(tǒng)分析了交通荷載和溫 度作用下，不同火層位置的格柵之下瀝青層層底及格柵之上瀝青層表面的受力狀況。從抗反 射裂縫以及BUC開裂的角度來看，格柵火層越靠近加鋪層層底越有利，建議將格柵設(shè)于加鋪 層層底。首次提出了基于加鋪層疲勞壽命的火層合理位置。建議在舊路加鋪瀝青混凝土時，格柵下方 先鋪設(shè)1/6厚度左右的瀝青混凝土層，其功能可視為整平凹凸不平的舊路表面以提供良好的 加鋪格柵鋪設(shè)面，也具有保護作用。舊路無裂縫時，可適當增加整平層的厚度，但最厚不宜 超過1/3?；诮Y(jié)構(gòu)抗剪性能的火層加筋效果力學對比分析表明，當格柵位置遠離無格柵剪應(yīng)力最大值 所在豎

16、向位置時，加筋效果不太明顯，甚至起到相反作用；格柵的加入改變了最大剪應(yīng)力的 分布，并目前在剪應(yīng)力最大值發(fā)生部位以及周圍最小范圍內(nèi)加筋才會取得明顯效果。通過系統(tǒng)研究剪應(yīng)力值及所在點豎向位置隨軸載、舊路開裂狀況、水平荷載、模量比EAC/E 士及加鋪層厚度的變化，確定了無格柵火層時的剪應(yīng)力最大值所在位置，首次建議了基于抗 剪性能的火層合理位置。瀝青加鋪層結(jié)構(gòu)層間處理技術(shù)：層間粘層油：層間粘結(jié)好壞關(guān)系到瀝青加鋪層的壽命能否達到預(yù)期值。當舊路路面上加鋪瀝青混凝土時， 瀝青面層應(yīng)該與舊路面層或基層具有粘結(jié)牢固、防水滲入、抗滑耐磨、低溫抗開裂、高溫抗 車轍、抗剝離的良好性能。粘結(jié)層是使瀝青下面層、火層與舊路

17、聯(lián)接成整體的結(jié)構(gòu)層，粘結(jié) 層用瀝青應(yīng)具有較大的粘結(jié)力。粘層油的選擇：層間要灑布粘層油，因此層間粘結(jié)強度則是靠高聚物分子間的吸引力。在交通及溫度荷載引 起的張拉應(yīng)力的反復(fù)作用下，層間出現(xiàn)粘結(jié)薄弱的區(qū)域，也就意味著部分瀝青分子之間發(fā)生 斷裂，分子引力消失。高聚物在承受各種應(yīng)力時，其聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、化學結(jié)構(gòu)和機械性質(zhì)會發(fā) 生程度不同的一系列變化。一般C-C鍵能約為80千卡每克分子，若將機械力平均分布在每 個化學鍵上，是不足以將之拉斷的，但是如將應(yīng)力集中在某些弱的鍵上就有可能。因此，為了提高層間的抗疲勞性能，必須提高層間粘結(jié)材料分子間的抗沖擊強度。在選擇粘層油時要注意以下幾點：選用粘彈性好的瀝青材料。從結(jié)

18、構(gòu)因素來分析，凡能提高大分子鏈柔順性的，就可以提高抗 沖擊強度。因為沖擊作用力非常急速，往往使高聚物大分子鏈構(gòu)象來不及作強迫性粘彈形變， 即鏈段來不及做松弛運動以分散應(yīng)力，便出現(xiàn)脆性斷裂。只有無定形高聚物處于高彈態(tài)，或 大分子鏈柔順性大者，粘彈性也大，耐沖擊性才較好。 選用分子量較大的改性劑對瀝青材料改性。在一定范圍內(nèi)，抗沖擊強度隨分子量增大而增大。 當分子量超出某一范圍，外力達到使大分子主價鍵斷裂而仍不足以使大分子滑動時，斷裂便 發(fā)生于主價鍵上，強度便不再隨分子量增大了。根據(jù)研究，APP改性劑的分子量大約為5至 7萬，SBS改性劑的分子量大約為21至25萬，說明前者分子之間的抗沖擊強度要小于后者， 所以作為粘結(jié)層材料，SBS改性的抗疲勞性能要優(yōu)于APP。在粘結(jié)層材料中添加增塑劑。增塑劑是小分子油狀物，能屏蔽大分子間相互作用力，有利于鏈段運動