某项目路面结构各层材料比选案例及最近问题回复

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    好了，下面就给大家分享一个路面结构各层材料的比选案例，以广东某项目为例：

1.路面设计原则  

根据《项目初步设计指导原则》及《勘察设计总体工作大纲》并结合广东省路面设计成熟经验，路面设计原则如下：  

1、路面设计以路段交通量预测结果为依据，执行交通部部颁《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2017）、《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）等规范，并参照类似改扩建工程的成功实例进行设计。  

2、路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件和老路面状况密切结合当地实践经验进行综合设计，树立“长寿命周期成本”的理念，从长远效益考虑，并遵循因地制宜、合理选材、方便施工、利于养护的原则，使路面设计技术先进、安全可靠、耐久适用、结构合理，绿色环保、综合效益优。  

3、为确保所拟定路面结构可靠耐久，在当量轴次计算时应对交通量资料进行认真调查分析，特别是货车的载重分析和计算应符合当前道路的实际交通状态，根据车道交通荷载分布特点分别进行路面结构强度验算和路面结构设计。引入分车道设计的理念，根据本项目交通荷载分布特点进行路面结构验算，尽可能对老路面结构加以充分利用，合理降低工程造价。  

本项目拼宽段车道为重载车道，应综合考虑项目区3轴整体式货车以上大型货车车型集中于第四、五车道的特点，同时采用平均每日大型客车及大型以上的各种货车交通量进行路面结构强度验算，考虑潜在最不利情况，同时也有新建分离式路基段，因此应实现不同路段不同路面结构的针对性设计与验算，保证路面结构及其强度的合理设计。  

4、改扩建路面设计应重视与路线纵断面设计的协调，根据加铺、补强需要，对纵断面设计提出相应要求，对于老路面利用段落，采用“宁填勿挖”原则，结合老路状况、纵断面设计等因素综合拟定设计方案。  

5、精心选用筑路材料，合理确定设计参数。结合沥青路面自然区划及沥青混合料性能气候分区，充分考虑项目区高温的特点，适当提高软化点、弹性恢复、PG 分级指标等，合理确定设计参数，优化路面结构组合设计，全面提高路面结构的整体稳定性和耐久性。  

本项目上面层采用辉绿岩碎石，中下面层采用石灰岩碎石，筑路材料试验充分考虑广东省特点，满足粗集料与沥青粘附性、软化点、弹性恢复等指标要求。  

6、同时路面设计还应考虑以下四种性能：  

（1）表面抗滑性能：从沥青混凝土类型的选择、集料选择和混合料级配设计着手，提高面层抗滑性能，要求达到高速公路路面抗滑特性的要求。  

（2）高温稳定性：考虑该地区极端最高气温在40℃以上，路面沥青混凝土的最高使用温度可达到65℃～70℃，对沥青混凝土的高温稳定性提出了较高的要求，因此要求路面具有较高的抗车辙能力。  

（3）沥青混凝土结构层与基面的粘接问题：水泥稳定级配碎石基层与沥青混凝土层间的粘接、沥青混凝土与水泥混凝土间的粘接以及沥青混凝土层间的粘接是该工程设计的重点之一。设计应采可靠的层间粘接材料，确保层间具有较强的粘接能力，以满足层间抗剪强度的要求。  

（4）水损害问题：该地区属于多雨地区，水是引起路面早期破坏的最重要的原因，因此，要求铺装层有较高的不透水性，面层石料与沥青的粘附性达到5级，同时保证路面排水畅通。  

7、老路面处治设计应消除原有路面结构病害，处置措施有局部铣刨重铺、注浆、沥青表处等，对于贯穿式纵向裂缝可开展专项处置研究，要求处治后的路面结构强度及使用性能满足改扩建后的使用要求。  

8、原则上充分利用旧路硬路肩，对于超高外侧路段，既有硬路肩横坡与行车道横坡不一致的路段，应对路面拼宽方案进行充分比选，确定是否挖除硬路肩。  

2.沥青面层方案优缺点介绍  

路面设计比选应根据路面的使用要求和施工的具体条件，按照技术经济原则来综合考虑，选定最适当的路面类型。沥青路面的面层作为路面的最表层，要求其应具有平整密实、抗滑耐磨、抗裂耐久的性能，根据目前国内常用的沥青路面类型，并充分考虑项目区高速公路改扩建特点，对SMA、高性能superpave型、普通AC悬浮密实型、SBS改性沥青、高模量沥青混合料EME及排水型路面PAC进行综合比选：  

3.沥青面层方案比选  

（1）上面层方案比选  

（2）中下面层方案比选  

4.沥青材料选择  

（1）沥青PG等级确定  

1）现行沥青评价的局限性：在我国现行的重交通道路沥青评价体系中，用25℃的针入度规范沥青在疲劳温度下的粘稠性，可以根据路面环境统计温度条件和载荷情况选择一定的针入度范围，用15℃的延度（有时用10℃的延度）规范沥青的低温性能，用沥青的软化点规范沥青的高温性能，用薄膜烘箱试验模拟拌合过程中沥青的抗老化性能，所表征的温度区间是15℃（10℃）到软化点温度。而在路面的使用过程中，路面的低温可能达到－30～－40℃，高温可能达到60℃～70℃，在这一评价体系中，虽然拓宽了温度范围，并且增加了沥青的蜡含量间接规范沥青的低温性能，但有限的温度区间能否表征沥青在整个使用温度区间内的性能还需要进一步研究。  

综上，传统评价方法存在以下缺陷：  

I．沥青三大指标（针入度、延度及软化点）并未给出材料的基本性能，存在较大变异性，与路用性能无直接联系；  

II．粘度仅给出有限的信息，高温时的流动性未知；  

III．三大指标和粘度试验覆盖的温度范围不宽；  

IV．没有反映沥青弹性性能；  

V．不适用于改性沥青。  

2）Superpave 胶结料的精髓：SHRP沥青性能PG分级直接与路面性能相结合，它的显著特色是一反固定温度进行试验而改为标准值的办法，即改用标准值不变而改变试验温度的办法。即“标准是一致的，试验条件是不同的”。不管建设项目在什么地方，哪怕是赤道或者北极，都期望得到同样良好的沥青性能，而达到此良好性能的温度条件则是不同的。Superpave 胶结料规范的精髓在于，通过模拟胶结料寿命期三个重要阶段进行沥青胶结料试验。  

第一阶段采用原样沥青进行试验，以模拟沥青胶结料的运输、储存和装卸阶段；  

第二阶段采用旋转薄膜烘箱老化后的试样进行试验，以模拟在沥青混合料拌和、摊铺过程中的沥青老化过程，旋转薄膜烘箱老化试验方法是将胶结料薄膜暴露于高温（163℃@75min）和空气中老化，相当于混合料在拌和、运输和摊铺过程中的胶结料老化；第三阶段采用压力老化箱老化后的试样进行试验，以模拟沥青路面层混合料中胶结料的长期老化，压力老化箱老化试验方法将沥青试样暴露于高温（110℃@20天）和压力条件（2.1Mpa），以模拟路面服务期间的老化年份。  

3）胶结料气温选择：选择沥青胶结料的设计温度是路面温度，而非空气温度。对于表面层，Superpave定义路面高温设计温度是路表面下20mm处的路面温度，路面低温设计温度是在路表面的最低温度。Superpave体系允许设计者规定路面高温、路面低温设计温度的可靠度来选择胶结料等级，最高路面温度（HT）由过去30年中连续7天的最高平均气温来推算，而最低路面温度（LT）是由过去30年中最低的气温来推算。可靠度是一年中实际温度不超过设计温度的百分率，高可靠度意味着低风险。PG性能分级胶结料由诸如PG64-22的术语来定义，前面的数字64为“高温等级”，意思是胶结料在高达64℃温度时仍具有足够的物理和流变特性，相应于胶结料所期望的服务气候的路面高温。同样，后面的数字（-22）为“低温等级”，意指胶结料在路面温度降至至少-22℃时仍具有足够的物理特性。美国Superpave的PG 分级方法采用历年最高月气温中连续7d 高温的平均值、纬度和保证率并考虑气温与路面温度的相关关系,计算距离路表20 cm 最高温度，以此选择沥青高温技术指标。同时以历年最低气温选择低温技术指标。该方法主要考虑了极端条件下失稳车辙发生的突发性，同时主要以沥青材料质量预防突发性车辙的发生。  

      沥青胶结料等级选择方法经历了两个阶段，首先在SHRP（1987-1993年）期间，SHRP研究者提出了将历史气温转化为路面设计温度，提供了SHRP模型公式；之后根据路面季节观测项目(SMP)建立了另一套计算公式，在这两个阶段期间，加拿大学者曾提出了低温计算公式，根据对比SHRP公式相比于LTPP，低温更低，但高温也较低，同时SHRP模型未将标准差概率考虑进去，因此本次采用使用LTPP高温模型，低温模型采用SHRP低温模型的加拿大修正公式：  

4、关于可靠度  

所需要的沥青胶结料高温等级必须高于按气候资料计算的路面高温设计温度；而所需要的沥青胶结料低温等级必须低于按气候资料计算的路面低温设计温度，根据路面温度的可靠度可建立胶结料性能等级系统的安全系数，50％的可靠度就是气象数据的平均值，而98％的可靠度就是约2倍的高温标准差和低温标准差。  

5、根据以上公式基于matlab本院编制了LTPP和SHRP温度模型计算程序，方便计算分析。  

6、本项目沥青等级确定：  

根据统计学原理，基于上述气象资料，按照2σ（98%保证率）计算路面温度。再由公式（2）、公式（3）分别计算不同路面深度下的路面高温以及低温设计温度。根据最不利原则，PG 等级选择时，上面层用路面表面深度设计温度，中面层用路面表面以下40mm 深度设计温度，下面层用路面表面以下100mm 深度设计温度，由此得到项目地区所需要的沥青PG 等级（1级相差6°），如表所示。  

（2）各结构层沥青的选择  

根据我院近年来检测的沥青材料PG等级检测结构进行统计，结果表明，大部分70号沥青材料的PG分级能达到PG64-22，30号、50号沥青材料的PG分级能达到PG70-16，改性沥青材料的PG分级可根据需要进行调配，能达到PG76-22、PG82-22。因此建议本项目路沥青路面材料选择时：各层低温等级应达到PG-16及以上要求即可，根据《广东省公路路面典型结构应用技术指南》3.3.2，同时考虑近些年极端天气频发，考虑车辆低速对路面性能的影响，为减少车辙病害产生，沥青高温等级应考虑提高等级，为此从路面结构全寿命周期考虑，对计算结果确定的沥青PG分级统一提升一级，低温根据计算结果采用省内常用的设计低温，得到以下最终各面层沥青材料PG等级设计结果：  

5.黏层封层透层选择  

     黏层在路面面层间起黏结作用，参照《广东省公路路面典型结构应用技术指南》，上中面层间采用改性沥青防水粘结层，中下面层间根据交通量可采用改性沥青防水粘结层或乳化沥青粘层，其中三级特重交通及重交通以下采用乳化沥青粘层。  

无机结合料稳定类结构层与沥青混合料类结构层之间应设置封层，特重交通应采用改性沥青防水粘结层+透层，重交通及以下采用沥青下封层（包含透层）。  

综合考虑各种因素，结合本项目特点，SBS改性沥青碎石封层抗反射裂缝能力强，且中上面层混合料使用SBS改性沥青，与沥青材料刚好匹配，因此推荐本项目半刚性基层与沥青层之间采用热喷SBS改性沥青同步碎石封层、上中沥青面层之间采用改性乳化沥青粘层，中下面层之间采用乳化沥青粘层，透层采用乳化沥青透层油。  

6.基层底基层选择  

路面基层为主要承重层，要求其具有稳定、耐久及较高的承载能力，底基层设置于基层之下，为次承重层，力求经济、合理。  

7.垫层选择  

    垫层主要用于路面结构内部的隔离和排水，通常不作为承重层，在路面结构厚度计算和验算时可不予考虑，垫层材料在广东省常用的主要有级配碎石和未筛分碎石两种，根据公路等级、交通等级及路基等级进行选择，根据《广东省公路路面典型结构应用技术指南》，对于特种交通和重交通的沥青路面结构推荐采用级配碎石，中等交通沥青路面结构推荐采用未筛分碎石，结合本项目特点，推荐垫层采用级配碎石。  

8.结论  

根据以上比选结果以及结合既有老路路面结构，对推荐面层基层选取相应的厚度。  

推荐选取厚度流程如下：  

（1）计算交通量，根据《广东省公路路面典型结构应用技术指南》表3.1.2确定相应的交通等级；  

（2）根据路基填料情况预估CBR值，结合《公路路基设计规范》JTG D30并按照《广东省公路路面典型结构应用技术指南》表3.2.1选取相应的路基回弹模量代表值；  

注：当采用CBR试验测定路基强度时，路基土的取样深度应按《广东省公路路面典型结构应用技术指南》表3.2.4的要求进行；  

（1）针对粤北地区山区重交通的特点，在相同的交通条件下，沥青面层的材料选择和技术指标应比其他地区提高一个技术等级。  

（2）根据广东省公路路面典型结构应用技术指南》附表B-1，选择相应的路面结构厚度，详细见《路面结构验算报告》。  

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