1、i建设部科技示范工程 项目编号： 多 场 耦 合 因 素 下 多 功 能 长 寿 命 城 市 沥 青路 面 结 构 功 能 匹 配 一 体 化 研 究中 期 研 究 报 告宜 昌 市 建 委 城 市 建 设 重 点 工 程 管 理 办 公 室宜 昌 市 虹 源 公 路 工 程 咨 询 监 理 有 限 责 任 公 司武 汉 理 工 大 学湖 北 益 通 建 设 工 程 有 限 责 任 公 司二一三年 三 月ii目 录报告之一 项目简介 .11、工程背景 .12、研究目的与意义 .23、研究内容与技术路线 .2报告之二 研究报告 .41、示范工程路面结构设计 .41.1、示范工程路面结构组合主要设
2、计参数 .41.2、示范工程路面结构组合设计结果 .72 高抗车辙沥青混凝土面层材料研究 .92.1 原材料选择与准备 .92.2 配合比设计 .113 抗裂性柔性基层沥青混凝土配合比设计 .163.1 原材料选择 .163.2 配合比设计 .174 拌和式水泥乳化沥青混凝土材料研究 .194.1 水泥乳化沥青混凝土强度形成机理 .194.2 基本配合比设计 .214.3 路面组合疲劳试验 .275 水泥乳化沥青混凝土中试 .315.1 施工组织机构 .315.2 技术准备工作 .315.3 施工工艺 .365.4 施工质量控制 .411报告之一 项目简介1、工程背景2012 年 3 月，宜昌
3、市住建委城市建设重点工程管理办公室、宜昌市虹源公路工程咨询监理有限责任公司、武汉理工大学和湖北益通建设工程有限责任公司向住房与城乡建部提交了联合申请市政工程类科技示范工程的项目申报书，并于 2012 年 3 月 22 日顺利通过了住建部组织的专家评审答辩会，2012 年 6 月获得正式立项批文，项目名称 为“宜昌市多功能长寿命市政路面工程 ”。2012 年 6 月 25 日，由宜昌市住建委牵头组织项目联合申报单位协商，确定在宜昌市城区合益路 K0+800K1+200 处进行现场铺 筑试验，长度 400m。合益路是宜昌市中心城区重要的横向主干路，由既有道路和规划道路组成，起点东山大道，规划终点为
4、东 山四路，与城 东大道平交，与汉宜高速公路立交，其中东山大道城东大道为既有道路，城东大道东山四路为规划道路。道路等级：城市主干路；道路红线宽 36 米，双向六车道，设计车速 V=50km/h路面设计标准轴载：BZZ-100；结构设计荷载：公路 I 级科技示范段多功能长寿命路面主体结构设计年限为 20 年；推荐路面结构组合如下：4cm抗 滑 、 耐 磨 SMA 沥 青 混 凝 土 上 面 层8c高 模 量 、 抗 车 辙水 泥 乳 化 沥 青 混 凝 土 联 接 层8cm防 裂 抗 疲 劳 沥 青 碎 石 过 渡 基 层45c水 稳 碎 石 基 层土 基22、研究目的与意义多功能长寿命路面是当
5、前路面发展的新趋势，近年来已成为世界各国沥青路面最为热门的研究内容，其核心是要求路面结构的表面层具有排水、降噪、抗滑和耐磨的能力，联结层位于高压应力区，要求具有良好的承载力、抗 车辙和耐久性，整个路面结构体系中最大的拉应变产生在基层底部，该区域最易发生疲劳破坏，因此基层应具备高柔性、抗疲劳、水稳定性好。其结构破坏形式基本上消除了传统上普遍存在的基层疲劳损坏，路面的损坏往往只发生在路面的表层。多功能长寿命路面初期修建费用较高，但设计年限长，日常养护费用较少，全寿命周期费用效益比最大。另外，以新型多功能长寿命路面结构的全寿命周期成本为目标结合路面结构优化分析，对路面结构的材料性能参数和结构组合形式
6、进行深入研究，探索该型路面疲劳破坏机理，结合 试验路段对以上研究成果加以验证和反馈，并在此基础上提出适合中国国情的多功能长寿命复合式典型城市路面材料与结构组合型式。本项 目研究可为多功能 长寿命路面在中国的发展和完善奠定一定的理论和技术基础，具有明晰的科研价 值和工程应用前景。3、研究内容与技术路线本研究项目拟采用柔性抗疲劳材料 HMA 基层+冷拌式水泥乳化 沥青混凝土高压应力联接层SMA 沥 青混凝土多功能面层的 长寿命路面结构，既可显著提高路面结构的承载力和耐久性，又可防止高温下沥青材料产生过大变形，较好地协调了耐久性、功能性和经济 性对路面材料和结构相互矛盾的要求；同时通过对多功能长寿命
7、路面的温度场和温度应力研究，结合交通荷载分析，系统地探索长3寿命路面的破坏损伤模式，并由宏观力学尺度过渡到微观力学尺度研究长寿命路面材料的破坏机理。 交 通 参 数 环 境 因 素 土 基 状 况 材 料 特 性长 寿 命 城 市 道 路 厚 度 组 合和 材 料 特 性 试 验安 全 系 数 长 寿 命 城 市 道 路 多 尺 度损 伤 模 型 研 究疲 劳 永 久 变 形 温 度 影 响损 伤 判 别长 寿 命 城 市 道 路 结 构 组 合 与 材料 组 成 优 化4报告之二 研究报告1、示范工程路面结构设计1.1、示范工程路面结构组合主要设计参数 1.1.1 计算依据（1）路面工程施工
8、图（2）城市道路工程设计规范（CJJ 372012）（3）公路沥青路面设计规范（JTG D502006）（4）公路沥青路面施工技术规范（JTG F402004）1.1.2 路面设计计算标准与参数根据公路自然区划标准（JTJ00386）中公路自然区划 图，本项目自然划分为3 区，属于华中地区亚热带气候，温暖潮湿，雨量充沛，一般年平均气温 18，最冷月份为 1 月，平均气温 为 5左右，极端最低气温18.1；最热月份为 7 月底，平均气温 29 度，极端最高气温 41.3。多年平均降雨量为 1248.5mm，49月份为雨季，其雨量占全年的 65以上；根据温度和雨量情况，本气候区为131 区（夏炎热
9、冬潮湿）；因此对路面高温抗车辙，低温抗开裂及水稳性有较高要求。本示范路段主要技术指标和如下表 1，示范路段典型路面组合见表 2。示范路段主要技术指标 表 1序号 项目名称 单位 技术指标（规范值）1 地形类别 平原微丘2 公路等级 城市一级快速路53 行车道宽度 m 223.754 路面等级 高等级沥青路面5 轴载 标准轴载 BZZ1006 设计年限 年 15示范段路面组合及主要技术指标 表 2结构组合 结构层 材料 厚度 cm 回弹模量（MPa,20 度）回弹模量（MPa,15 度）劈裂强度（MPa）上面层 SMA 4 1400 1800 1.4联接层水泥乳化沥青混凝土 8 2880 350
10、0 1.2柔性上基层大粒径沥青碎石 8 1016 1200 0.7下基层水泥稳定级配碎石36 1410 1500 0.5示范段结构组合 底基层水泥稳定级配碎石18 1400 1500 0.51.1.3 累计当量轴次和设计弯沉计算1）以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时，各级轴载按下式换算成标准轴载 P 的当量 轴次 N。Ki iiPnC135.42式中：N以设计弯沉值和沥青层底拉应力为指标时 的标准轴载当量轴次6（次/d）被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）in标准轴载（kN）；P被换算车型的各级轴载（kN）i被换算车型的轴数系数1C被换算车型的轮组系数，双轮组为 1.0，单轮组为 6.4
11、，四 轮组为20.38；被换算车型的轴载级别。K2）计算试验路段一个车道上的累计当量轴次 时按以下公式：eN13651)(teN式中： 设计年限内一个车道的累计当量轴次（次/车道）设计年限（年）；t营运第一年双向日平均当量轴次（次/d）1N设计年限内交通量的平均年增长量车道系数3）设计弯沉值根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按下式计算。bscedANl2.06式中： 设计弯沉值（0.01mm）设计年限内一个车道累计当量轴次（次/车道）e公路等级系数，高速公路、一级公路为 1.0，二级公路为 1.1，三、四cA级公路为 1.27面层类 型系数，沥青混凝土面层为 1.0sA路
12、面结 构类型系数。半刚性基层沥青路面为 1.0，柔性基层沥青路面b为 1.6, 对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数： 20/）（ FbHA(8.0.5-2)式中： 为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；根据公式计算出特重交通流量下试验路段累计当量轴次、路表设计弯沉如表 3。示范路段累计当量轴次及路表设计弯沉 表 3基年交通量（小客车 pcu/日） 17785累计当量轴次（BZZ-100） 7108.2路表设计弯沉（1/100mm） 20.61.2、示范工程路面结构组合设计结果1.2.1 层底容许拉应力、路表计算弯沉和层底拉应力计算 沥青混凝土层、半刚性基层和底基层以拉应力为设
13、计或验算指标时，材料的容许拉应力 按下式计算：RSK式中： 路面结构层材料的容许拉应力（MPa） R沥青混凝土或半刚性基层材料的极限劈裂强度（MPa）S抗拉强度结构系数K路表计算弯沉按下式计算：8), )01.2063.1 ,21036.038. 1023121 cmMPapFml pEl EhhfFplSS nnccS 和 当 量 圆 半 径 （强 （标 准 车 型 的 轮 胎 接 地 压弯 沉 综 合 修 正 系 数 路 表 计 算 弯 沉 值 （其 中 ： 层底拉应力计算按下式：层底拉应力以单圆中心以及双圆轮隙中心为计算点，并取较大值作为层底拉应力。 理 论 最 大 拉 应 力 系 数1023121 , nnm Ehhfp 1.2.2 层底容许拉应力、层底拉应力、设计路表弯层、路表计算弯沉计算结果分析示范路段结构组合设计计算分析 表 4结构组合结构层 材料 设计路表弯沉（1/100mm）路表计算弯沉（1/100mm）层底容许拉应力（MPa）层底拉应力（MPa）上面层 SMA 20.6 14.0 0.38 -0.156联接层水泥乳化沥青混凝土 20.6 0.31 0.163示范段结构组合 柔性上基层大粒径沥青碎石 20.6 0.3 -0.130
