基于宽幅厚层路面施工的技术研究及应用
发布时间：2016-09-28 来源：公路学会管理员 点击量：
项目名称： 基于宽幅厚层路面施工的技术研究及应用
成果所属专题编号： 湖北省交通厅科技项目合同号2011-700-3-4
成果主要完成单位： 湖北省谷竹高速公路建设指挥部；中南安全环境技术研究院有限公司；湖北省交通规划设计院
联系人：宗炜 联系电话：18872219593 E-MAIL:114250260@qq.com
一、内容简介：主要技术内容（技术原理和创新成果）
1、技术简介
“基于宽幅厚层路面施工的技术研究及应用”课题属于交通运输工程中的道路路面科研项目。
目前高速公路沥青路面结构中半刚性基层沥青路面以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国高速公路建设中得到广泛的应用，己成为高等级公路路面主要结构形式，占据主导地位。但是随着半刚性基层沥青路面应用、研究的不断深入，其设计、施工中的一系列问题也逐渐显露，传统半刚性沥青路面存在施工工期较长、压实层数较多，容易造成层间结合不佳、梯队摊铺时易出现各种离析、纵缝开裂渗水等问题。
针对这些问题，本课题将半刚性基层沥青路面的宽幅厚层（基层大宽度大厚度、沥青面层大宽度）设计、施工技术作为突破口，重点研究路面宽幅厚层路面设计中的材料性能要求、配合比组成、路面结构组合设计、厚层路面力学响应等难题，深入研究论证施工过程中的摊铺、压实特性及相应的施工工艺及质量控制关键技术。
2、技术原理及思路
基于大吨位压路机（≥30t）与抗离析摊铺机的宽幅厚层（单机摊铺宽度≥12m，单层摊铺松铺厚度≥35cm）路面施工技术要应用于公路建设，首先研究论证厚层路面结构设计能够满足现行规范的要求；其次，研究厚层半刚性基层压实度能不能满足要求，且伴随压路机吨位的提高（30t以上）会不会造成碾压过程中混合料大量压碎影响后期强度形成；再次，研究路面宽幅大厚度施工时混合料有何摊铺、压实特性以及如何评价宽幅厚层施工均匀性及抗离析效果；再次，研究宽幅厚层路面在汽车荷载作用下的力学响应并于传统路面结构进行对比；最后，研究总结宽幅厚层施工质量控制、质检质保关键技术，编制标准化施工指南，指导后续大规模推广应用。
3、创新成果
1）通过厚层路面结构组合设计研究表明，宽幅厚层路面结构层拉应力、路表弯沉等指标完全满足设计规范要求，为今后该技术的应用扫清了设计障碍。
2）首次采用改进压碎值试验研究石料压碎值随作用荷载的变化规律，并结合大吨位压路机技术参数，提出了基于大吨位压路机振动压实作用的石料压碎值标准：当大吨位压路机采用高激振力模式（800kN）压实时，石料压碎值宜≤19%、采用低激振力模式（660kN）压实时，石料压碎值宜≤24%，有效的保证石料质量满足实际施工要求。
3）运用ABAQUS三维有限元软件建立了压路机振动力分布模型，通过数值模拟计算研究了28cm厚层水泥稳定碎石基层在大吨位压路机碾压作用下的结构层压应力，提出了厚层路面压实配套的设备及工艺要求。并根据“压应力等效”原理，论证了厚层路面压实的可行性，并从理论上证明厚层水泥稳定碎石基层能显著改善沥青路面受力状态，减少基层最大拉应力、最大剪应力，有效降低半刚性基层的开裂破坏风险。
3）利用数字图像处理技术，提出运用芯样多区域粗集料面积、颗粒数量统计等多指标评价大厚度水泥稳定碎石基层摊铺压实施工均匀性的方法，试验检测及对比研究表明，宽幅厚层路面摊铺、压实均匀性明显优于传统工艺，满足现行规范要求。
4）系统研究了宽幅厚层路面施工工艺、机械配置、质量保证体系，编制了《宽幅厚层标准化施工指南》，有效地指导了宽幅厚层路面施工。
该技术相比传统双机摊铺节能环保、减少碳排放，减少水稳层间粘结处治，显著改善传统双机摊铺过程中的各种离析现象，提高路面使用寿命与质量。
二、适用范围（成果可应用领域和已应用领域）
1、可应用领域
本研究成果可应用于全国各等级公路新建工程、公路大中修养护工程沥青面层、基层等施工中。
2、已应用领域
本成果已在湖北省多条高速公路沥青上、中、下面层、半刚性基层、底基层施工中成功推广应用。
三、已应用情况（应用本成果解决的关键问题）
1、理论成果应用情况
1）研究的基于大吨位压实的石料压碎值标准及宽幅厚层施工工艺成果已经列入《湖北省高速公路建设标准化指南 第五分册 施工工艺及管理（路面工程）》人民交通出版社，2013.6；
2）宽幅厚层设计成果已经列入《湖北省高速公路建设标准化指南 第一分册 勘察设计》人民交通出版社，2014.4。
3）本研究纳入交通部西部科研项目《无机结合料稳定类基层压实标准与整体成型关键技术研究》的依托工程。
理论研究成果为相关宽幅厚层路面结构设计、施工提供了设计支撑。
2、实体工程应用情况
1）研究成果水泥稳定碎石厚层施工技术在依托工程湖北谷竹高速GZLM1标全标段范围内（K0+000~K30+850全长30.85km）应用，单机摊铺宽度≥12m，单层摊铺松铺厚度≥35cm（压实厚度28cm）。重点攻克解决水稳碎石宽幅大厚度施工时的混合料双杠串联拌和设备配置与工艺、摊铺、压实施工均匀性及平整度、压实度控制等关键问题。
2）沥青面层宽幅施工技术在湖北谷竹高速GZLM1标（K0+000~K30+850全长30.85km）；GZLM4标（K100+300~K146+400全长42.585公里）；GZLM5标（K146+400~K184+000全长37.6公里；GZLM6标（K184+000~K229+571.587全长45.57公里）应用，重点攻克解决沥青面层混合料宽幅抗离析摊铺、混合料初始压实度与摊铺速度、振动/振捣频率的影响以及沥青面层施工均匀性、平整度、压实度控制等关键问题。
3、推广应用情况
成果还在十房高速64km、郧十高速67km、麻竹高速135km路面施工中应用，重点分析成果在大规模推广时的经济、社会效益情况。
四、应用效益（取得的经济、社会、环境效益）
1、经济效益
1）与当前国内外传统及同类技术相比基层施工工期能缩短30%，面层施工工期缩短15%，面层施工成本节约30%，基层施工成本节约20%，且路面施工质量满足现行规范要求，混合料摊铺、压实离析情况比传统双机摊铺小。
2） 采用本成果为湖北谷竹高速、十房高速、陨十高速、麻竹高速等节约沥青路面施工阶段各项费用1000余万元。
2、社会、环境效益
目前我国仍然处于高等级公路建设的高峰期，每年仍然有上万公里的高速公路处于施工中。研究成果将公路基层由传统三层变为两层施工，减少了水稳结构的层间粘结处治，既提高路面施工效率、节约施工成本，减少施工碳排放，又增强水稳结构层的整体性，有利于改善半刚性基层的受力状况，减少由于基层过早破坏而形成的沥青路面病害的可能性。
同时，采用沥青/水稳混合料的宽幅抗离析施工技术显著改善了传统双机梯队摊铺过程中存在的纵向、横向、竖向、两机搭接和混合料收斗离析；彻底消除了两机中间搭接的问题，有利于预防和减少由于混合料离析引起的沥青路面早期损坏，提高半刚性基层沥青路面使用寿命，降低后期养护维修费用，间接产生更大的经济社会环境效益。
成果所属专题编号： 湖北省交通厅科技项目合同号2011-700-3-4
成果主要完成单位： 湖北省谷竹高速公路建设指挥部；中南安全环境技术研究院有限公司；湖北省交通规划设计院
联系人：宗炜 联系电话：18872219593 E-MAIL:114250260@qq.com
一、内容简介：主要技术内容（技术原理和创新成果）
1、技术简介
“基于宽幅厚层路面施工的技术研究及应用”课题属于交通运输工程中的道路路面科研项目。
目前高速公路沥青路面结构中半刚性基层沥青路面以其优良的工程性能和显著的经济效益在我国高速公路建设中得到广泛的应用，己成为高等级公路路面主要结构形式，占据主导地位。但是随着半刚性基层沥青路面应用、研究的不断深入，其设计、施工中的一系列问题也逐渐显露，传统半刚性沥青路面存在施工工期较长、压实层数较多，容易造成层间结合不佳、梯队摊铺时易出现各种离析、纵缝开裂渗水等问题。
针对这些问题，本课题将半刚性基层沥青路面的宽幅厚层（基层大宽度大厚度、沥青面层大宽度）设计、施工技术作为突破口，重点研究路面宽幅厚层路面设计中的材料性能要求、配合比组成、路面结构组合设计、厚层路面力学响应等难题，深入研究论证施工过程中的摊铺、压实特性及相应的施工工艺及质量控制关键技术。
2、技术原理及思路
基于大吨位压路机（≥30t）与抗离析摊铺机的宽幅厚层（单机摊铺宽度≥12m，单层摊铺松铺厚度≥35cm）路面施工技术要应用于公路建设，首先研究论证厚层路面结构设计能够满足现行规范的要求；其次，研究厚层半刚性基层压实度能不能满足要求，且伴随压路机吨位的提高（30t以上）会不会造成碾压过程中混合料大量压碎影响后期强度形成；再次，研究路面宽幅大厚度施工时混合料有何摊铺、压实特性以及如何评价宽幅厚层施工均匀性及抗离析效果；再次，研究宽幅厚层路面在汽车荷载作用下的力学响应并于传统路面结构进行对比；最后，研究总结宽幅厚层施工质量控制、质检质保关键技术，编制标准化施工指南，指导后续大规模推广应用。
3、创新成果
1）通过厚层路面结构组合设计研究表明，宽幅厚层路面结构层拉应力、路表弯沉等指标完全满足设计规范要求，为今后该技术的应用扫清了设计障碍。
2）首次采用改进压碎值试验研究石料压碎值随作用荷载的变化规律，并结合大吨位压路机技术参数，提出了基于大吨位压路机振动压实作用的石料压碎值标准：当大吨位压路机采用高激振力模式（800kN）压实时，石料压碎值宜≤19%、采用低激振力模式（660kN）压实时，石料压碎值宜≤24%，有效的保证石料质量满足实际施工要求。
3）运用ABAQUS三维有限元软件建立了压路机振动力分布模型，通过数值模拟计算研究了28cm厚层水泥稳定碎石基层在大吨位压路机碾压作用下的结构层压应力，提出了厚层路面压实配套的设备及工艺要求。并根据“压应力等效”原理，论证了厚层路面压实的可行性，并从理论上证明厚层水泥稳定碎石基层能显著改善沥青路面受力状态，减少基层最大拉应力、最大剪应力，有效降低半刚性基层的开裂破坏风险。
3）利用数字图像处理技术，提出运用芯样多区域粗集料面积、颗粒数量统计等多指标评价大厚度水泥稳定碎石基层摊铺压实施工均匀性的方法，试验检测及对比研究表明，宽幅厚层路面摊铺、压实均匀性明显优于传统工艺，满足现行规范要求。
4）系统研究了宽幅厚层路面施工工艺、机械配置、质量保证体系，编制了《宽幅厚层标准化施工指南》，有效地指导了宽幅厚层路面施工。
该技术相比传统双机摊铺节能环保、减少碳排放，减少水稳层间粘结处治，显著改善传统双机摊铺过程中的各种离析现象，提高路面使用寿命与质量。
二、适用范围（成果可应用领域和已应用领域）
1、可应用领域
本研究成果可应用于全国各等级公路新建工程、公路大中修养护工程沥青面层、基层等施工中。
2、已应用领域
本成果已在湖北省多条高速公路沥青上、中、下面层、半刚性基层、底基层施工中成功推广应用。
三、已应用情况（应用本成果解决的关键问题）
1、理论成果应用情况
1）研究的基于大吨位压实的石料压碎值标准及宽幅厚层施工工艺成果已经列入《湖北省高速公路建设标准化指南 第五分册 施工工艺及管理（路面工程）》人民交通出版社，2013.6；
2）宽幅厚层设计成果已经列入《湖北省高速公路建设标准化指南 第一分册 勘察设计》人民交通出版社，2014.4。
3）本研究纳入交通部西部科研项目《无机结合料稳定类基层压实标准与整体成型关键技术研究》的依托工程。
理论研究成果为相关宽幅厚层路面结构设计、施工提供了设计支撑。
2、实体工程应用情况
1）研究成果水泥稳定碎石厚层施工技术在依托工程湖北谷竹高速GZLM1标全标段范围内（K0+000~K30+850全长30.85km）应用，单机摊铺宽度≥12m，单层摊铺松铺厚度≥35cm（压实厚度28cm）。重点攻克解决水稳碎石宽幅大厚度施工时的混合料双杠串联拌和设备配置与工艺、摊铺、压实施工均匀性及平整度、压实度控制等关键问题。
2）沥青面层宽幅施工技术在湖北谷竹高速GZLM1标（K0+000~K30+850全长30.85km）；GZLM4标（K100+300~K146+400全长42.585公里）；GZLM5标（K146+400~K184+000全长37.6公里；GZLM6标（K184+000~K229+571.587全长45.57公里）应用，重点攻克解决沥青面层混合料宽幅抗离析摊铺、混合料初始压实度与摊铺速度、振动/振捣频率的影响以及沥青面层施工均匀性、平整度、压实度控制等关键问题。
3、推广应用情况
成果还在十房高速64km、郧十高速67km、麻竹高速135km路面施工中应用，重点分析成果在大规模推广时的经济、社会效益情况。
四、应用效益（取得的经济、社会、环境效益）
1、经济效益
1）与当前国内外传统及同类技术相比基层施工工期能缩短30%，面层施工工期缩短15%，面层施工成本节约30%，基层施工成本节约20%，且路面施工质量满足现行规范要求，混合料摊铺、压实离析情况比传统双机摊铺小。
2） 采用本成果为湖北谷竹高速、十房高速、陨十高速、麻竹高速等节约沥青路面施工阶段各项费用1000余万元。
2、社会、环境效益
目前我国仍然处于高等级公路建设的高峰期，每年仍然有上万公里的高速公路处于施工中。研究成果将公路基层由传统三层变为两层施工，减少了水稳结构的层间粘结处治，既提高路面施工效率、节约施工成本，减少施工碳排放，又增强水稳结构层的整体性，有利于改善半刚性基层的受力状况，减少由于基层过早破坏而形成的沥青路面病害的可能性。
同时，采用沥青/水稳混合料的宽幅抗离析施工技术显著改善了传统双机梯队摊铺过程中存在的纵向、横向、竖向、两机搭接和混合料收斗离析；彻底消除了两机中间搭接的问题，有利于预防和减少由于混合料离析引起的沥青路面早期损坏，提高半刚性基层沥青路面使用寿命，降低后期养护维修费用，间接产生更大的经济社会环境效益。