四川典型区域沥青路面设计及工程技术研究

摘要

沥青路面是我国高等级公路的主要路面结构形式，其使用性能跟交通条件和自然条件密切相关。四川省幅员辽阔，川西北高原寒冷、紫外线强，温差大，川中盆地炎热、潮湿、多雨，重载交通多。由于川西北高原、川中盆地地区气候环境特征存在明显差别，交通构成也不尽相同，因此，面对新一轮的西部大规模交通基础设施建设，以及四川公路建设向盆地周边山区及川西北高原延伸的形势，积极开展基于四川区域性自然特征的沥青路面设计及工程技术研究具有十分重要的意义。
　　基于此，本文依托交通部西部交通建设科技项目“高原湿地郎川公路修筑及环境保护技术研究(项目编号:200431800054)”、郎川公路建设指挥部科技项目“高寒、高海拔地区强紫外线环境下改性沥青路面技术研究”以及四川省交通厅科技项目“成德南高速公路沥青路面结构动力行为研究(项目编号:2010B28-2)”，以川西北高原以及川中盆地地区沥青路面为研究对象，进行了沥青路面结构、性能及施工和管理技术等研究资料的收集，以及进行了具有代表性的路面实地调研，结合四川地理、气候特征及交通情况，重点对四川高原、盆地区域性沥青路面的材料性能、结构形式与行为以及现场施工与管理技术等内容进行了较系统的研究。主要研究工作和研究成果有:
　　(1)通过文献与工程调研分析，总结了四川沥青路面结构、材料以及施工与养护技术发展的历程，指出了四川沥青路面的关键技术性问题及技术发展主攻方向，归纳了四川区域性沥青路面的病害形式。即:川西北高原沥青路面的主导病害类型归结为6类:沥青过早老化、泛油、路基冻胀融沉引起的路面破坏、沥青路面变形、水损坏以及路面开裂;川中盆地除了沥青路面的典型病害以外，最主要的沥青路面病害类型为:早期路面疲劳破坏和水损坏。
　　(2)以AC-13、SMA-13沥青混合料配合比优化设计研究为例，充分考虑环境与交通条件的要求，分别对川西北高原地区沥青混合料的低温抗裂、抗紫外线老化等性能，川中盆地地区沥青混合料的水稳定性、抗疲劳性、高温稳定性等性能进行了研究，系统分析了压实温度和改善措施对AC-13低温抗裂性能、沥青品种和抗紫外线添加剂对AC-13抗紫外线老化性能，以及油石比、纤维掺量、矿料级配等因素对SMA-13混合料性能的影响规律，确定了AC-13的低温压实临界温度和油石比、纤维掺量、矿料级配对SMA-13性能影响的主次关系。在此基础上，明确指出:在川西北高原地区进行沥青混合料设计时，应注重于混合料抗低温性能和抗紫外老化的改善，可采用偏细级配、增加沥青用量、添加抗紫外线添加剂等方法;在川中盆地地区进行沥青混合料设计时，应重点优化油石比、纤维掺量、矿料级配等材料组成因素，注重其水稳定性、抗疲劳性、高温稳定性等路用性能的协调。通过综合分析，进一步从材料设计原则与设计方法两方面总结并提出川西北高原、川中盆地区域性条件下的沥青路面材料设计关键技术。
　　(3)以现场试验路观测、动测数据为基础，较系统研究了川西北高原地区、川中盆地地区的半刚性结构、全厚式结构及倒装结构等不同类型沥青路面的结构行为和性能特点，分析了不同路面结构形式对交通条件和环境条件的适应性。从抗低温开裂角度，提出了在川西北高原地区沥青路面应优先选用沥青碎石基层全厚式结构或级配碎石基层倒装式结构的路面形式;从动弯沉与动应变响应角度，提出了在川中盆地地区重载交通沥青路面结构应优选全厚式结构形式。综合现场实测结果，从结构层的性能要求、设计关键控制指标及建议结构组合等3个方面分别总结了四川高原、盆地区域性沥青路面结构优选技术。
　　(4)从四川气候、交通特点及路面材料特点出发，参考相关规范及施工经验，对级配碎石、水泥稳定碎石及沥青混合料的施工技术，以及沥青路面精细化施工管理技术进行了系统研究，详细阐述了路面各结构层施工过程中混合料拌制、运输、摊铺、碾压、养生、接缝处理等重点工艺控制细节与要点，重点指出了对水泥、沥青等原材料的选择必须从四川高原、盆地区域性气候与交通特性出发，做到差异化、针对性、适宜性优选，明确了四川山区公路长大纵坡特殊路段沥青混合料的摊铺速度、碾压方向的控制标准。结合成德南高速公路建设管理经验，从标准化建场、规范化备料、程序化接路、精细化施工等方面总结提炼了沥青路面精细化施工管理技术。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 问题的提出

1．2 国内外研究现状

1．2．1 沥青路面结构形式研究

1．2．2 沥青路面性能研究

1．2．3 沥青路面结构行为研究

1．2．4 沥青路面施工与管理技术研究

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究主要内容

1．3．2 拟解决的关键性技术问题

1．3．3 研究的技术路线

第2章 四川沥青路面发展历程与路面病害分析

2．1 四川沥青路面结构发展及其技术性问题分析

2．1．1 沥青路面结构设计方法及理论研究方面

2．1．2 四川沥青路面结构发展方面

2．1．3 四川沥青路面的主要技术性问题

2．2 四川沥青路面材料发展及其性能分析

2．2．1 四川沥青路面材料的发展

2．2．2 四川沥青路面材料的技术性问题

2．2．3 新型沥青路面材料的研发

2．3 四川沥青路面施工及养护维修技术发展与分析

2．4 四川沥青路面病害形式与成因分析

2．4．1 川西北高原沥青路面病害形式与成因分析

2．4．2 川中盆地沥青路面病害形式与成因分析

2．5 本章小结

第3章 四川高原、盆地区域性沥青路面材料性能研究

3．1 川西北高原沥青路面材料性能研究

3．1．1 影响性能主导因素分析

3．1．2 材料低温性能试验与分析

3．1．3 材料抗紫外线老化性能试验与分析

3．2 川中盆地沥青路面材料性能研究

3．2．1 影响性能主导因素分析

3．2．2 材料试验方案

3．2．3 材料抗水损害性能试验与分析

3．2．4 材料高温稳定性能试验与分析

3．2．5 材料抗疲劳性能试验与分析

3．2．6 材料性能综合分析与评价

3．3 四川高原、盆地区域性沥青路面材料设计关键技术

3．3．1 高原条件下的设计关键技术

3．3．2 盆地条件下的设计关键技术

3．4 本章小结

第4章 四川高原、盆地区域性沥青路面结构形式与行为研究

4．1 川西北高原区沥青路面结构组合与性能分析

4．1．1 结构组合方案

4．1．2 路面开裂行为对比分析

4．1．3 紫外线作用行为对比分析

4．2 川中盆地沥青路面结构形式与性能分析

4．2．1 结构组合方案

4．2．2 结构动力行为数值仿真分析

4．2．3 结构动应变疲劳行为数值分析

4．2．4 结构动力行为现场实测分析

4．3 四川高原、盆地区域性沥青路面结构选型技术

4．3．1 高原条件下的结构优选技术

4．3．2 盆地条件下的结构优选技术

4．4 本章小结

第5章 四川高原、盆地区域性沥青路面施工与管理技术研究

5．1 级配碎石层材料施工技术

5．1．1 施工准备工作

5．1．2 混合料拌制

5．1．3 混合料运输、摊铺、碾压

5．1．4 接缝处理及其他事项

5．2 水泥稳定碎石层材料施工技术

5．2．1 总体施工方案

5．2．2 原材料质量控制

5．2．3 混合料配台比设计控制

5．2．4 施工过程控制

5．2．5 养生及交通管制

5．2．6 施工工艺流程

5．3 沥青层材料施工技术

5．3．1 施工气候条件及拌和场地

5．3．2 原材料质量控制

5．3．3 配合比设计

5．3．4 混合料拌和

5．3．5 混合料运输

5．3．6 混合料摊铺

5．3．7 混合料碾压

5．3．8 其他要求及控制

5．3．9 施工工艺流程

5．4 沥青路面精细化施工管理技术

5．4．1 场地建设管理技术

5．4．2 材料生产管理技术

5．4．3 材料铺筑管理技术

5．4．4 质量控制管理技术

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的主要成果