典型路面结构研究课题研究大纲.docx

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典型路面结构研究课题研究大纲

典型路面结构研究课题研究大纲

一、研究目的和意义

如何设计更加科学合理的公路路面,不断提高路面的使用性能和耐久性一直是路面技术研究的主要课题。

尽管我国目前已经有一套较为完善的路面结构设计和施工技术规范来指导路面设计，但是由于它只是理论分析和有限经验总结基础上得出的路面设计和施工的一般原则,所以,要设计出适应不同地区气候、土质、水文和材料条件和满足具体路段交通荷载要求的路面，仍有一系列研究工作要做。

典型路面结构研究就是系统开展这些研究工作的一个有效工具。

它通过系统调查某一地区的气候、土质、水文特征和建筑材料,在认真分析研究现有公路路面铺筑和使用经验基础上，针对不同路段具体的交通流特征,给出更加科学合理的路面设计方案。

开展河北省典型路面结构研究的目的,是在我国公路路面设计、施工技术规范的总体框架内,结合我省近年来在干线公路和高速公路路面修建和使用过程中的经验，吸收国内外路面技术研究的最新成果，通过大量的调查研究和试验分析，提出适应河北省区域气候、土质、水文、建材等条件,满足于具体交通荷载要求的路面结构组合和材料类型,全面提高全省公路路面工程整体质量，延长路面使用寿命。

河北省公路建设在过去十多年里发展迅速,到2０02年底,全省公路通车总里程达6２615公里,其中高速公路1593公里，一、二级公路1123１公里。

同时，路面等级进一步提高，与19９０年相比，沥青混凝土路面由原来的1599公里增加到2001年的12９２1公里,水泥路面由原来的６１０公里增加到１84８公里。

路面整体质量也显著提高，由于普遍采用了强度高和水稳定性较好的无机稳定粒料半刚性基层,基本上消除了过去石灰土基层路面常见的春融翻浆、变形等病害,路面行驶质量和使用寿命大为改善，基本形成了以半刚性基层沥青混凝土路面为主，水泥混凝土路面为辅的路面技术现状。

与其他省份一样,河北省在路面技术实践中面临的一个问题是不少路面的实际使用寿命达不到设计使用年限就出现破坏。

路面设计使用年限是指在规定期限内满足预测标准累计轴次所需承载力，并允许在期限内进行一次恢复路表功能的维修（罩面）,路面应具有的使用寿命。

按照现有路面设计规范,对于沥青混凝土路面,高速、一级公路路面使用年限为15年,二级公路为1２年;对于水泥路面,一般使用年限应超过20年。

而不少路面的实际使用情况远远达不到这个水平,比如1１０国道半坡街至下八里路段，１995年8月通车,到20０1年路面已严重龟裂,使用仅６年。

除交通量大、重车多以外，有没有路面结构设计本身的问题?

路面结构是否厚度不足?

如果不认真分析造成这些路面早期破坏的原因，形成一致性结论，很难保证这些路面改建后不会出现同样的问题。

高速公路路面出现的早期破损已不容忽视。

尽管高速公路采用了比一、二级公路更厚的沥青面层、更强的基层,但仍旧出现了开裂、车辙、平整度和抗滑性能衰减快等问题,甚至较一、二级公路为严重。

以石安高速公路为例,1997年底通车，到19９９年，路面泛油面积达339038平方米，占行车道总面积的28%,到2000年,泛油面积进一步增加到6１5０00平方米，占行车道总面积的3９%。

车辙病害也比较突出,２0０1年按照每公里一个测量断面,对石安高速公路行车道车辙检测发现，测点216个,东幅平均车辙深度9.６９毫米，最大31毫米；西幅平均车辙深度10毫米,最大34毫米。

裂缝调查发现，19９９年1月份横向裂缝８6条,纵向裂缝２条;到20０1年３月,横向裂缝已增加到2１8８条，纵向裂缝４9条。

为什么满足规范要求各项技术指标要求的沥青混凝土面层仍会出现较多的早期病害？

造成高速公路沥青路面早期病害的原因有哪些,应当采取什么措施?

等等,这些问题解决不好将会对下一步我省高速公路路面建设质量产生不利影响。

另一个值得注意的现象是，无论是高速公路路面还是一般公路路面，不同路段，或同一路段的不同里程段落，总有一些使用性能和耐久性明显优于（或劣于）其他路段路面的情况。

如果路面结构完全相同,那么造成这种差异的原因又是什么？

通过对路面使用过程中的性能调查分析,认真从结构设计、原材料、混合料组成设计、施工等各个环节进行分析总结,并将信息反馈到路面设计中去，必将大大提高路面设计质量,进而改善路面使用性能。

比如针对石安高速公路沥青面层出现较多的车辙，分析原因认为沥青标号偏高是一个主要原因，于是在以后的高速公路沥青路面中将沥青从重交90号调低为７0号,实践证明对于减少车辙起到了积极的作用。

按照我省公路建设规划，未来的二十年仍将面临数千公里的高等级公路建设任务。

如何在现有15０0０公里沥青混凝土和水泥混凝土路面铺筑和使用经验基础上,进一步提高公路路面工程质量，实现全省公路路面质量再上新台阶,不仅关系到数额巨大的建设和养护资金的使用效益，还将对河北省路网整体服务质量产生重要影响。

因此,开展河北省典型路面结构研究有着非常重要的现实意义。

二、国内外研究概况及趋势

路面典型结构研究作为路面技术研究的一个有效工具在国内外一直得到广泛的使用。

与单个设计者依据个人有限经验,按照路面设计的一般原则进行路面设计相比较，典型路面结构研究更利于系统总结以往路面铺筑和使用经验，得到更科学合理的路面设计方案。

国内开展典型路面结构研究的省份已不在少数。

安徽省开展了“安徽省柔性路面典型结构研究”，将安徽省分为淮北、江淮之间、长江以南３个典型片区，通过对二级以上公路路面的技术状况野外调查和室内外试验,进行损坏原因分析，并结合计算分析,提出了各地区沥青路面的典型结构。

山西省的“柔性路面典型结构设计方法”研究,提出了典型路面结构设计的主要性能指标:

①山西省三级公路自然区划图及各区划的主要特征和指标对公路工程的影响；②交通量与回弹弯沉的关系、合理的路面结构形式；③土基回弹模量和压实度,稠度关系,室内回弹模量与野外回弹模量的关系，土基回弹模量的确定方法和等级划分,不同区域各种车型的超载系数;⑤提出山西省柔性路面典型结构图表及经验厚度等。

河南省的“干线公路水泥混凝土路面典型结构研究”，对河南省水泥混凝土路面进行了广泛的调查研究、按典型结构设计方法修筑了试验路。

综合理论分析和工程验证,提出了水泥混凝土路面典型结构的设计原则和方法。

制订出典型路面结构，确定了设计参数的合理取值范围和取值方法，并研究开发了水泥混凝土路面计算机辅助设计系统。

甘肃省的“甘肃黄土地区高等级公路典型路面结构的研究”项目，针对黄土地区路面工程特点提出适用的典型路面结构。

吉林省开展的“吉林省公路路面典型结构的研究”，重点解决该地区寒冷气候条件下的路面使用性能和耐久性问题。

青海省2００1年开展了题为“青海省高等级公路沥青路面合理结构的研究”的课题研究，典型路面结构是一项主要研究内容,另外还涉及柔性基层、沥青面层的结合料类型选择、性能指标、改性沥青的应用、沥青混凝土的路用性能等等。

其他开展典型路面结构研究的省市还有北京、陕西、重庆、上海、湖南、西藏等，其研究内容不再一一列出。

从已经完成和正在开展的典型路面结构研究来看，早期的研究重点是路面结构层的厚度组合，对结构层材料性能研究较少，对路面结构层混合料设计重视不够。

实践证明,路面结构层混合料设计是路面设计的一个非常重要的组成部分,对路面的使用性能和耐久性有着重要的影响,近年来高速公路沥青路面的使用经验教训更加充分证明了这一点。

国外发达国家因为大规模公路网建设是在上个世纪五、六十年代，所以典型路面结构研究开展得较早。

以法国为例，国家颁布了一整套适用于国道的路面典型结构。

设计者无须进行路面结构的力学计算,只要根据预测的标准轴次、土基模量和当地的冰冻指数，结合当地的材料供应情况，就可以在多个不同厚度、不同材料组合的路面结构方案中选择合适的方案，高速公路也是如此。

在德国路面设计指南中,将路面基层分为水硬性结合料粒料基层、水硬性结合料稳定土基层、沥青基层和不设基层四类，将交通等级分为７级，路基顶面回弹模量统一规定为45MPa,面层、基层厚度已经确定。

路面设计时只需要根据交通等级和抗冻厚度要求确定垫层厚度即可。

近年来,典型路面结构的研究的一个重要特点对路面结构层混合料性能的研究大大增加，以沥青面层混合料的研究最为活跃。

代表性的研究成果是美国联邦公路局的战略公路研究计划（SHＲＰ）之一的高性能沥青路面的研究（Ｓuｐerｐave），它建立的沥青结合料与混合料规范的新体系，将材料试验方法与指标同沥青路面的野外性能建立起直接关系,通过控制高温车辙、低温开裂和疲劳开裂，来实现全面改进沥青路面性能的目的。

使用Sｕperpａve方法设计沥青混合料时，直接根据路面实际需要的经历的荷载、温度条件，选择沥青类型和混合料组成设计。

国内也开展了有关改性沥青应用、SMA、开级配沥青混凝土、GTM、重载交通路面、路面防水层等技术研究。

另外,美国在1987年开展的路面长期使用性能（LＴPP）研究计划，对2400多条沥青或水泥路面使用状况进行了长达２0年的跟踪研究,希望找出一些路面使用性能优于其他路面的原因,所搜集的大量数据用于改进公路路面设计、施工、养护等。

可以看作是典型路面结构研究的一个新发展。

我省在提高公路路面质量方面开展了大量研究工作,特别是高速公路路面技术研究非常活跃,并铺筑了相当数量的试验路。

比如保津、京沈等高速公路上的SMＡ面层，石太、京沪等高速公路上的ＧTM设计沥青混合料技术,石黄高速公路上的纤维沥青混凝土技术,宣大高速公路上的重载交通路面技术,京沪高速公路上超薄面层和多孔隙沥青混凝土技术等等。

积累了宝贵的试验数据和工程经验。

三、主要研究内容

按照河北省典型路面结构研究的目的要求,本课题的主要研究内容包括以下几个方面。

１、河北省干线公路交通流特征调查和各地区气候特征调查

在河北省现有的各个交通观测站的交通量调查资料基础上，有选择地对一些路段进行重点观测和轴载称重，尽可能建立轴载谱。

将河北省干线公路交通量水平进行分级,在路面设计中区别考虑。

各地气候特征参数调查,重点是夏季高温和冬季低温调查,为路面的抗车辙和开开裂设计提供数据。

一般要调查过去２0年的当地极端最高、最低气温,最冷月（一般为1、2月）低温平均值、最热月高温平均值，及冰冻深度等。

2、现有路面技术状况调查

全面深入地了解河北省目前使用的路面结构和常用的路面结构形式、结构层次组合、各结构层材料类型及使用效果,以及路面结构在使用过程中的病害情况，路面所处的路基、水温状况和交通荷载条件对路面使用性能的影响,以评估路面结构、路面材料和路基水温状况和交通等几者相互作用及其与路面使用效果之间的关系,为典型路面设计提供参考结构形式和实证支持。

尤其是可比性强的路面的性能优劣对比研究，将有助于进一步改进现有的路面设计。

调查路段的选择应覆盖河北省各地区，路面结构形式和使用性能具有代表性。

收集被调查路段的路面设计施工资料等。

并调查该路段交通量组成。

根据情况，钻取一定数量的芯样,通过室内外试验分析调查路面使用性能优劣的原因。

３、河北省路面材料调查

通过对河北省路用材料的产地和材料技术指标调查，评估其使用效果，作为典型路面结构层材料设计的依据。

包括路基填料、路面碎石、水泥、石灰等等。

４、河北省目前常用的路面结构层类型总结分析

结合路面技术状况调查结论，对河北省目前常用的路面结构层类型的使用性能进行评价,并对其混合料组成设计做较深入的研究。

如沥青路面的不同混合料类型（AC-13,ＡC-16、AC-20、ＳＭＡ等）,不同强度要求的水泥稳定碎石、二灰碎石、石灰土、二灰土等。

提出适应不同气候、荷载条件的路面结构层材料类型。

级配碎石、低沥青含量的沥青混合料柔性基层的路用性能需要专门分析研究。

借助GＴM设备对沥青混合料设计进行优化。

水泥路面则重点对面板厚度、基层类型、接缝进行分析研究，对面板接缝雨水下渗条件下水泥路面的使用性能变化重点研究。

５、河北省路面结构组成横断面的构成进行评价，重点对路面防排水性能进行分析，并提高改进措施。

结合省内外的路面防排水技术的研究成果和成功的工程经验,改进路面结构内防、排水设计。

6、修筑路面试验段

在系统分析总结现有路面技术状况调查资料基础上，结合河北省各地不同的气候土质和建材条件,有针对性修建试验路面。

为最后确定典型路面结构提供工程实例经验。

7、提出河北省典型路面结构设计

根据不同的公路等级（高速、一、二、三、四级），针对河北省不同地区气候特点（山区、中南区、张承地区）、土质水文和建筑材料情况,适应不同路段交通流特征（一般、重载等）的，使用性能进一步改善，耐久性增加的典型路面设计图表（沥青路面和水泥路面）和相应的路面结构层混合料设计成果。

提出典型路面结构的结构层混合料组成设计方案。

8、提出不同路面结构组合的典型结构的路面施工质量控制的关键环节和控制措施。

提高路面质量必须考虑的一个重要因素是施工质量控制。

路面由多个不同材料结构层组成。

从原材料进场质量检验，到混合料配合比设计、混合料拌和生产，到最后碾压成型,涉及材料、生产工艺等多个环节的质量控制。

通过分析路面施工过程中各种参数的变异水平和常见的质量问题,可以改进路面工程施工质量控制措施,改善质量控制效果。

四、研究进度安排

项目计划用3年时间完成，2003年——2006年。

1、2003年６月——20０３年7月

制定详细的课题研究大纲，广泛咨询设计、施工、管理单位专家和有关技术人员意见，保证研究大纲科学可行。

重点对野外路面技术状况调查内容和室内外试验内容进行咨询，征求专家意见。

保证路面调查资料满足研究需要。

并确定代表性路面观测段，收集整理这些路段的路面设计、施工资料。

确定试验路段应能涵盖河北省各个气候分区、各公路等级、各路面结构类型。

初步确定在6条高速公路和８条一般干线公路上铺筑试验路面。

安排衡小和衡德高速公路２０0３年路面试验段。

2、2003年7月——2003年9月

对监测路段的路面在雨季前后的使用状况进行检测,并钻芯取样。

重点分析夏季高温、降雨对路面使用性能的影响。

并同期调查交通流量和特征。

典型部位（完好和破损）钻芯取样，进行室内外试验。

3、２003年9月——20０3年1２月

重点分析第一阶段的路面调查结果，给出阶段性总结。

进一步制定冬季路面调查计划。

同时进行省外路面技术研究调研,重点调查其他省份在典型路面结构研究方面的经验,了解路面新技术、新材料研究应用进展。

4、２004年1月——２０0４年2月

路面冬季技术状况调查,包括环境温度变化、降雪等等。

重点对路面开裂得发展状况进行调查，包括裂缝数目和缝宽等。

典型部位（完好和破损）钻芯取样，进行室内外试验。

5、2０04年３月——200４年4月

路面春融季节技术状况调查，重点检查路面抗冻融能力。

典型部位（完好和破损）钻芯取样，进行室内外试验。

6、２０04年5月

系统总结几次路面技术调查的数据资料,配合室内外试验结果，得出调查结论,并指导路面试验方案设计。

确定路面试验段研究方案及试验内容。

重点对调研的国内外路面新技术、新材料、新方法进行研究分析,积极应用于试验路段中去。

7、20０4年６月——2０04年10月

在丹拉、30９高速公路和一般干线公路上扩大试验路研究成果,全面安排路面试验段实施。

重点进行施工过程质量控制,并注意收集各项质量检验数据。

工程竣工时应形成完整的路面技术状况数据库。

8、200５年1月——20０5年2月

观测路面和试验路面的冬季技术状况调查。

典型部位（完好和破损）钻芯取样,进行室内外试验。

9、２０05年3月——20０５年4月

总结、巩固试验路成果,在试验路和室内试验的基础上,有针对性地安排特种试验路。

完成试验路面和观测路面的春融季节技术状况调查。

典型部位（完好和破损）钻芯取样,进行室内外试验。

10、200５年7月——２０05年9月

完成观测路面和试验路面在雨季前后的技术状况检测。

典型部位（完好和破损）钻芯取样，进行室内外试验。

１1、２005年10月——2０0５年１２月

完成课题研究报告,申请课题鉴定。

五、课题参加单位

１、河北省交通厅公路管理局

2、河北省交通规划设计研究院

３、河北工业大学

4、各市交通局和高速公路项目单位

六、项目经费来源及安排

本课题是事关我省公路路面建设的长久之计,需列入专项科研攻关项目。

本研究涉及面广,室内外试验繁多，实体工程数量较大，因此所需经费宜重点保障，拟采用厅补与项目筹资相结合，并申请省厅给予专项补助。

省厅补助１８0万，公路局提供20万,其他试验工程费用由项目工程费用支出。