公路养护技术发展趋势.pdf

'公路养护技术发展趋势长安大学沙爱民2017年元月 主要内容背景一.耐久、实用的公路养护技术二.方便、快捷的公路养护技术三.公路养护中的生态环保技术四.养护过程中路面功能叠加 背景人口与经济的发展使道路总里程爆炸式增长 背景道路总里程增加的同时汽车荷载也呈几何式上升 背景道路维护资金的投入并不足以维修已破坏的道路大量的有养护需求的公路里程均对公路养护技术发展提出了更高要求：耐久、实用的养护技术方便、快捷的公路养护技术公路行业的生态环保技术需求现有公路设施的多功能技术需求 背景半刚性基层沥青路面使用情况调研我国高等级公路半刚性基层沥青路面通常采用半刚性底基层+半刚性基层+沥青面层的结构组合。调研道路基本情况以及调研内容如下表所示：调研道路概况及调研内容序公通车里程自然路面结构调研时间调研内容号路时间（km）区划上面层4～5cmLH-20Ⅰ型中粒式沥青混凝土面京Ⅱ4中面层6～8cmLH-30Ⅰ型粗粒式沥青混凝土层路面损坏状况察津东部142.62007年8看、路面钻芯取1塘1993温润下面层10～12cmLK-40Ⅱ型沥青碎石9月～10月样、模量测试、高季冻速区基层20cm水泥稳定砂砾、水泥稳定碎石CBR强度测试底基层20～45cm石灰稳定土、二灰土上面层4.0cmAC-16Ⅰ沥青混凝土Ⅲ4面中面层5.0cmAC-20Ⅰ沥青混凝土西黄土层路面维修历史资临高原2199020.1下面层6.0cmAC-25Ⅰ沥青混凝土2007年6月料搜集、路面损高干湿坏状况察看速过渡基层20cm二灰砂砾区底基层20cm二灰土Ⅲ4面上面层4cmAC-20I沥青混凝土西黄土层路面结构承载能下面层8cmAM-35沥青混凝土宝151.9高原力检测、沥青路319932008年3月高7干湿面钻芯取样、室基层20cm水泥、二灰稳定砂砾速过渡内试验检测区底基层20～26cm石灰稳定土、砂砾 背景半刚性基层沥青路面主要损坏类型及成因分析通过对11条采用半刚性基层沥青路面结构的公路进行详细调研，系统了解不同使用年限、不同交通量和不同使用环境的半刚性基层沥青路面使用情况。各调研公路沥青路面的主要损坏类型排序及成因如下表： 背景半刚性基层沥青路面主要损坏类型及成因主要损坏类型排序及成因序公路号12345基层松散、裂缝、断龟裂横向裂缝纵向裂缝裂1京津塘高速施工不当、荷载和水基底弯拉、面层和水分、基层疲劳基底弯拉作用基层温缩横向裂缝纵向裂缝龟裂、网裂松散坑槽车辙2西临高速面层和基顶温缩、基维修造成结构承载力不面层疲劳、基层承交通渠化、高水、重载底弯拉均匀载力不足温横向裂缝龟裂纵向裂缝车辙3西宝高速基底弯拉、面顶和基基层强度不足、裂缝扩路基沉陷、基层断高温、荷载顶收缩展裂泛油车辙横向裂缝纵向裂缝坑洞4铜黄高速高温、荷载、沥青含高温、沥青高温稳定性面顶和基顶收缩、荷载下基底弯拉荷载、水作用量高差基底弯拉车辙龟裂横向裂缝纵向裂缝松散5晋阳高速重载、渠化交通、高面层疲劳、面层底弯拉、基顶温缩、基底弯基层疲劳开裂反射水、重载温沥青老化拉横向裂缝松散6大新高速气温骤降引起基顶收荷载、水缩开裂后反射 背景通过分析比较，可以得出如下结果：（1）半刚性基层沥青路面的典型破坏方式无外乎横向裂缝、纵向裂缝、车辙、网裂、块裂、唧浆、坑洞等。但是，具体到每一条路，它的主要破坏形式依次与路面结构、交通荷载、道路环境以及施工条件密切相关。（2）在常规路面结构和正常施工条件下，低温引起的横向收缩裂缝是半刚性基层沥青路面主要的损坏形式。（3）在降雨量大的地区，路面可能更为突出地表现出坑洞、松散等水损坏现象。（4）在重载或大交通量条件下，除荷载和高温共同作用引起的车辙作为主要的病害存在外，结构层弯拉开裂引起的纵向和横向裂缝甚至块裂和网裂也是常有的破坏形式。（5）由于施工不当也会引起层间分离、结构层松散等破坏现象。（6）厚的沥青层有利于延缓基层开裂引起的路表反射裂缝的发生，但易出现车辙病害。 背景车辙主要损坏形式车分布在夏季高温地区路面行车道辙上坡路段车辙比下坡路段深常伴有纵向裂缝、泛油、沉陷等病害沉陷主要出现在行车道上路基塌陷沉常伴有龟裂、网裂、泛油、车辙等台背不均匀沉陷陷沉陷区域面积多为1㎡～4㎡大面积沉陷比较少见 背景松散在半刚性基层沥青路面上普遍存在松江南湿润多雨地区多见散黄土高原半干旱地区沥青路面也有出现多伴有唧浆损坏发生泛油多零星分布泛多出现在中央轮迹带处，覆盖超车道和行车道油泛油处附近沥青膜严重脱落,集料磨损严重常伴随车辙、沉陷等病害出现 背景唧浆个别路段少量出现唧损坏程度一般较轻浆主要出现在纵、横缝交错处以及较宽的裂缝处常伴有沉陷、坑洞等损坏 背景4、松散产生机理（1）水损坏松（2）设计施工原因引起的沥青混合料粘结力不足散（3）基层收缩开裂引起面层坑洞5、其他损坏产生机理沥青含量过高引起泛油动水冲刷使沥青剥落引起水分进入路面结构唧浆车辆荷载作用 背景半刚性基层沥青路面使用状况评价通过前述调研及横向对比，认为半刚性基层沥青路面的使用状况与路面结构组成及厚度有重要关系。根据不同道路的使用年限、使用环境以及交通量等情况，对一般情况下半刚性基层沥青路面的使用状况进行评价。 背景施工方法引起的问题1面层层间及面层与基层之间分离2面层或基层层内存在薄弱面3基层整体强度不足4纵向裂缝 一、耐久、实用的公路养护技术裂缝养护技术低温收缩裂缝温缩裂缝低温疲劳裂缝反射裂缝荷载裂缝 一、耐久、实用的公路养护技术开槽灌缝基本要求：使用专用开槽机在路面裂缝处沿裂缝走向开出一定宽度和深度（宽1-1.5cm，深1.5-2cm）的沟槽，利用灌封机将专用的公路密封胶加热至一定温度后通过内部供料泵加压灌入切割好的裂缝中，从而修补路面。优点：使用寿命长，封闭效果好，提高了效率，目前应用最多的裂缝修补方法。缺点：缺点为初期施工设备费用投入和施工造价较高。 一、耐久、实用的公路养护技术填缝应用条件：非工作缝（小于3mm，具有较小的水平和垂直位移）的修复使用填缝技术。由于缝属于较小的缝，使用价格低廉的填缝剂进行施工就可以满足使用的要求了。常用的填缝材料:一类为热塑性材料，其特性为加热时变软，冷却时变硬；另一类为热固性材料，其特性与热塑性材料相反，无论是否加热都不会变软。填缝材料应该具备的性能：①粘附性；②弹性；③温度稳定性；④抗老化能力；⑤施工特性。 一、耐久、实用的公路养护技术贴缝首先要对施工的部分进行标注；使用变频螺旋式高压热喷机对缝内的灰尘和杂物进行清理，同时烘干缝内的水分，使裂缝的各项指标要求达到可以使用灌封剂进行灌缝的标准；最后使用特殊的灌封机进行填灌密封剂，还需在缝上附上耐磨的增强纤维布，并使用橡胶锤进行气泡的清理，确定最后没有任何气泡。快速：15分钟后开放交通。 各类裂缝修补技术性能对比项目开槽灌缝技术填缝技术贴缝技术养护剂灌缝技术维修设备开槽机、灌缝机、铁刷及普通填缝机械变频螺旋式高压铁钩、吹风机、水壶、压缩空气泵气枪等(在气热气喷机、灌封大型注射器温低于6℃时还需要热烘机和橡胶锤干设备)温度要求需要加热密封胶至193℃不适宜低温无特殊要求无特殊要求左右天气要求不适宜下雨天不适宜下雨天不适宜下雨天尽量避免下雨天维修使用寿命2-3年3-5月3-5年3-5年维修费用15元/m左右13.2/m18.3元/m1.56元/m优点清理干净，缝宽均匀，封危害处置较为彻成本低、环保好能够更好的延长路面寿水效果好，路面时间长底;修复质量高、抗裂强、磨耗命；维修后使用时性好，防水，无间长。损处理裂缝，易施工。缺点操作复杂，需要多种设备只适用于非工作-操作复杂，需要特定的缝改进剂，价格较高适用条件各种条件非工作缝，裂缝各种条件处理三毫米以下的裂缝(深度3-25mm且渗水率小于百分之三) 一、耐久、实用的公路养护技术乳化沥青稀浆封层处理车辙具体的流程对于车辙上的凸起部分铣刨，使用稀浆封层修补车辙。 一、耐久、实用的公路养护技术就地热再生技术针对于沥青路面出现的坑槽、车辙、裂缝、搓板、波浪、拥包与泛油等病害导致沥青路面平整度与摩擦阻力下降时，使用热再生技术加热旧路面、回收旧料，加入再生剂进行搅拌，随即使用新热拌沥青的摊铺方法就地摊铺、碾压，就完成了新的面层，恢复路面使用性能。就地热再生技术主要特点：修复路基完好且路面受损程度在6cm以内的沥青混凝土路面。受损的沥青材料经过再生处理后，能迅速恢复其路用功能和使用寿命。可以去除6cm以内的车辙，并能对单车道的排水坡度进行修正。使用就地热再生技术修复的车道，热结合无纵向开裂.由于对旧料的利用率高(接近100%)，施工成本低，环保、无废料。施工方式采取单线道路施工，有利于疏散交通，降低危险。开放交通迅速，一次性完成罩面，当公路密集度高、流量大时具有特别重要的意义。 一、耐久、实用的公路养护技术铣刨加铺技术铣刨机是整个铣刨工艺的关键，国内多采用国外进口产品，已具备较好国产能力。工作原理：利用红外对路面铣刨物进行预加热式进行铣刨（“热铣”）。在道路标高受到限制时，其铣刨作用受到一定的影响。“冷铣”(无需加热路面)作为一种新的铣刨方式能够很好的弥补“热铣”的不足，能达到预定的铣刨深度，并能够满足规范对道路要求的横坡与纵坡。“冷铣”发展较快。 一、耐久、实用的公路养护技术各种车辙修补技术特征对比项目微表处技术乳化沥青稀浆封层技术就地热再生技术铣刨加铺技术维修时间1h以内3-5h10h3-5h行车舒适性很好很好很好很好维修使用寿命4-7年8-18个月5-10年3-5年交通管制简单较复杂较复杂-维修费8.4-1616.7-19.216-326.72-9.12（元/m2） 一、耐久、实用的公路养护技术沥青路面抗滑性能损失碎石封层在道路表面撒布一定量的胶结料以后，再在其表面撒布一定量的单粒径碎石并通过碾压使碎石2/3嵌入胶结料而形成一种耐久、抗滑的道路表面处治方法刻槽处治密级配沥青混凝土面层,其表面纹理小,在潮湿状态道面的抗滑性能差。道面刻槽工艺可显著改善道面、轮胎交接面的排水从而增加道面的摩阻力,有效的提高道面抗滑性。 一、耐久、实用的公路养护技术坑槽四类及其特征坑槽类型特性产生原因深度水进入表面层导致沥青与沥青与石料最早产生，数量最通常2-5cm表面层坑槽间粘结力不强，在车辆荷载作用下，多石料剥落会产生坑槽表面层和中面产生于表面与中面水渗入路面，但是进入不了底面层，层坑槽层空隙较大，底面停留在表面层和中面层，导致石料在约8-10cm层孔隙率较小结构车辆荷载作用下剥落，形成坑槽。容易发生在翻浆现底面层和基层自由水产生的动水压力和孔隙水压力象非常严重的路面，冲刷底基层和基层，并反射到路面通常大于10cm坑槽，形成灰白浆，形成坑槽。水泥混凝土与沥青混凝土之间材料差桥面铺装层等产生在桥面铺装层异大，层间变形不一致，在水的作用一般3-5cm构造物坑槽等构造物内下产生剥落，形成坑槽 一、耐久、实用的公路养护技术波浪和拥包路面出现波浪这种病害的机理在于路面材料对于车轮水平力的抵抗性不足，而出现路面材料抵抗力差的原因在于材料配合比问题、施工质量问题等。路面出现拥包这类病害的机理是路表材料稳定度低、道路交叉处车辆的频繁启动和制动、刚性或半刚性基层和沥青面层接触点出现过大应力以及面层较薄等原因。 一、耐久、实用的公路养护技术沉陷沉陷的机理在于路基的稳定性收到影响，出现变形。具体有过大的交通荷载；水进入路基；其他情况下路基部分受到损害；前者多产生均匀沉陷，对路面有功能性影响；后者多产生不均匀沉陷，对路面有结构性破坏。 一、耐久、实用的公路养护技术松散由于沥青混凝土表面层中的集料颗粒脱落，从表面向下发展的渐进过程，集料颗粒与裹覆沥青之间丧失粘结力是颗粒脱落的原因。 一、耐久、实用的公路养护技术泛油沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动，使表面有过多沥青。夏季的高温与较多的降水带给沥青混凝土路面极强的不稳定性。过高的温度带给沥青较强的流变性，而较多的降水使沥青与集料的粘附性发生问题。 一、耐久、实用的公路养护技术实用修补技术利用专用的就地热再生设备，对沥青路面进行现场加热、翻松，掺入一定数量的新集料、新沥青、再生剂等，经混拌、摊铺、碾压等工序,一次性实现对表面一定深度范围内（一般不超过6cm），能够修补沥青路面坑槽、网裂、龟裂、拥包、车辙等沥青路面常见病害。接缝处理路面碾压复拌混合新旧料加料摊铺热复拌原路面原路面预加热铣热刨 二、方便、快捷的公路养护技术养护机机械械配置程序养护机机械械配置原则分析问题确定目标系统性原则拟定及分析方案可行性原则方案选择信息充分原则方案实施对比优选原则群体决策原则管理制度配套原则养护机械化分类灌缝机械化坑槽修补机械化封层机械化路面再生机械化 二、方便、快捷的公路养护技术开槽机热喷枪灌缝机灌缝机械化（喷灌机械）针对裂缝通过开槽机开槽后用密封胶灌缝保证道路的整体使用性能延长公路的使用寿命 二、方便、快捷的公路养护技术美国战略研究规划（SHRP）对此进行了长期研究跟踪具有经济、可靠、及时、灵活特点喷补设备带来了沥青路面维修工艺、施工上的方便、快捷。喷补综合设备养护车坑槽修补机械化（综合养护车） 二、方便、快捷的公路养护技术坑槽修补机械化（综合养护车）路面养护车，能快速高效的完成路面坑槽修补作业。汽车底盘、保温料仓、液压系统和导热油系统、沥青喷洒系统、废料仓、选配作业机具等组成。操作简单方便，路面开槽、就地加热、冷料再生、沥青喷洒、新料填补、路面压实。实现了快速施工、快速撤离。 二、方便、快捷的公路养护技术坑槽病害修补养护车沥青路面坑槽病害快速修补。滚筒料仓+保温料仓双料仓结构，远红外加热技术，使用成本低，节能高效；具有一机多能、操作方便，可靠性高的特点。坑槽病害修补养护车保温储料柴油燃烧器、电加热及保温路面加热墙大面积坑槽病害修补和路面就地再生具备路面切割、破碎、乳化沥青喷洒、出料、压实、废料存储等多种功能，操作方便 二、方便、快捷的公路养护技术同步碎石封层机采用模块形式，即沥青系统、骨料系统及喷洒装置模块化安装，维护简捷方便。进行公路路面的下封层、上封层施工；路面磨耗层施工；沥青路面（乡间路面）的铺筑（层铺法施工）；特殊工况下可进行沥青、碎石分别洒（撒）布适应等级路面各种工况的预防性路面养护。 二、方便、快捷的公路养护技术碎石封层机械橡胶沥青洒布车实现高粘度橡胶沥青洒布施工。采用了针对橡胶沥青保温加热技术、防沉淀搅拌技术、高粘度沥青材料喷洒的压力控制技术全自动智能控制技术 二、方便、快捷的公路养护技术稀浆封层机高等级公路预防养护微表处和稀浆封层作业优化的配置先进的电液控制技术科学的人性化设计配比准确操作简单 二、方便、快捷的公路养护技术就地冷再生道路就地冷再生机械施工一次性可以完成铣刨、破碎、添加、拌和及摊铺，从而简化了施工程序，缩短施工工期。使用就地冷再生机械，每天施工可完成5000～8000m2的工作量。冷再生施工的特点是大型机械，密集将填充料、水泥、石灰施工，将因施工而造成的交通干扰降等与自然的土壤混合搅到了最低。拌，以改善土壤的机械及物理性能;封闭式自动控制添加系统，可以防止沥青混凝土路面铣刨粉尘飞扬，有利于文明施工。250mm冷再生施工只是集中在一定特定的区域。200mm整个冷再生机械组合可以处于同一条150mm200mm车道内，可进行开放式施工， 二、方便、快捷的公路养护技术就地热再生加热铣刨机对路面进行充分加热，紧跟其后的一台铣刨机对路面进行预先设定好深度的铣刨；将铣刨下来的旧沥青料,收集到加热复拌机中，添加一定比例的再生剂和新沥青料。在经过复拌后将沥青混合料加入摊铺机进行摊铺，压路机碾压 二、方便、快捷的公路养护技术厂拌热再生路面铣刨机主要用于公路、城镇道路、机场、货场等沥青混凝土面层的开挖翻新，也可以用于清除路面拥包、油浪、网纹、车辙等缺陷，还可用来开挖路面坑槽及沟槽，以及水泥路面的拉毛及面层错台的铣平。工作效率高，施工工艺简单，铣刨深度易于控制，操作方便灵活，机动性能好，铣刨的旧料能直接回收利用 三、公路养护中生态环保技术温拌、冷拌沥青混合料优点：主流技术，路用性能好缺点：环境污染重，能耗大，易老化优点：环保，节能缺点：路用性能有影响优点：环保，节能，混合料能储存缺点：路用性能受限 二、方便、快捷的公路养护技术公路养护工程的机械化发展为公路养护公路提供方便、快捷的技术手段提高公路养护工程效率减少人工、减轻从业人员工作负荷易于保证养护工程质量、减少变异性大型化、综合化、一机多用成为发展趋势 三、公路养护中生态环保技术温拌沥青混合料WMA的实现途径一次性不可逆地降低沥青在给定温度下的粘度。主要有四种方法。1矿物质添加剂人造合成沸石2有机添加剂1)合成蜡状物；2）低分子量的酯；3调和沥青软沥青和硬沥青所构成的调和沥青4乳化沥青 三、公路养护中生态环保技术温室气体排放评价指标数据库管理平台评价软件功能系统主界面材料类型数据分析结构类型温室气体排放量施工阶段 四、养护过程的路面功能叠加通过路面的养护过程完善和丰富路面功能，为道路使用者提供优质出行环境和良好的用户体验更好的出行体验。在传统路面基本通行功能、经久耐用低噪声路面的基础上，以路面养护材料为载体，负载降低吸热路面低噪声，缓解热岛效应，净化汽车尾气……等环保功能。明色路面环境友好功能路面尾气分解路面透水路面温拌阻燃路面………… 四、养护过程的路面功能叠加路面明色提升技术在路面（主要是沥青路面）的材料中掺加本身有反光作用材料的路面，如掺加碎玻璃、金刚砂、人造反光骨材等。金刚砂碎玻璃人造珍珠石掺量为5％掺量为10％掺量为20％掺量为30％ 四、养护过程的路面功能叠加阻燃功能沥青路面一旦发生火灾，沥青作为一种可燃材料，导致路面在增大火势的同时产生大量的有毒气体和烟雾。特别是在封闭的隧道环境中，这种安全隐患尤为突出。通过在沥青混合料中添加阻燃剂，可以实现沥青路面阻燃效果。化学反应型锑、硅、锡体系，铜、锌体系，磷、卤系阻燃剂填料型阻燃剂粉末无机化合物，常用有氢氧化铝、氢氧化镁、碳酸钙等膨胀型膨胀型阻燃剂一般是以P，N，C元素为核心成分的复合阻燃剂 四、养护过程的路面功能叠加阻燃功能现场燃烧试验室内燃烧试验掺加阻燃剂的沥青混合料的温度最大值和平均值均显著小于普通混合料试件。室内温拌阻燃沥青试件的燃烧时间为502s，而普通试件的燃烧试件为582s，阻燃剂的加入缩短了燃烧时间。从实际燃烧过程观测的发烟量来看，阻燃剂掺加后具有一定的抑烟效果。 结语公路养护技术的发展趋势耐久、实用的公路养护技术方便、快捷的公路养护技术公路养护中的生态环保技术养护过程中路面功能叠加 ThanksForYourAttention！谢谢！'