1绪论

　　1.1研究背景

　　随着我国经济建设的快速发展，道路工程建设也得到了蓬勃发展，不仅表现在高速公路通车里程的迅猛增长上，等级干线公路网也已基本形成。大量已建成通车的等级干线公路承担着繁重的运输任务，为我国国民经济的增长和社会的又好又快发展做出了巨大贡献。我国众多道路工作者经历了三十多年的总结和实践，结合我国国情，提出了适合在全国范围内推广和应用的半刚性材料基层浙青路面的结构类型。在我国己建成通车的高等级公路中，约80%以上的路面结构采用了沥青路面，并且几乎全部采用半刚性基层，半刚性基层路面结构己经成为目前我国公路的主要路面结构形式，对于促进我国交通运输行业的发展起到了积极的推动作用。半刚性基层可有效的提高路面结构的承载能力，为面层提供可靠的支撑，能够保证沥青面层的行车舒适性。但是，20世纪90年代后期，随着交通量和车辆荷载的迅猛增长以及平均行车速度的提高，被广泛应用的半刚性基层浙青路面往往在使用初期即出现车辙、坑槽、幵裂、沉陷、松散、剥落等破坏，既有功能性损坏，更有结构性损坏，部分高速公路甚至建成通车几个月后就不得不进行大面积的修补和维护[2]。路面结构发生早期损坏，不仅使路面达不到设计使用年限，而且会大大缩短路面的使用寿命，降低路面结构的使用性能，增加路面使用周期成本，给国家带来巨大的经济损失。为了改进筋青路面质量，我国的高速公路沥青路面结构和材料组成设计以及施工质量控制等方面采用了许多新方法和新技术，在提高半刚性沥青路面结构耐久性方面取得了重要进展与高速公路相比，由于受土地资源和建设成本的严重制约，在大量的干线公路建设中，一般都采用半刚性沥青路面，其路面结构层较薄、路基标高较低，而且路基的压实标准也偏低。特别是近年来，大量干线公路承载的交通运输任务越来越繁重，同时重载货车的比重日益增加，这与公路运输能力的矛盾越来越突出[4]。由于利益驱动，车辆超载、超限现象在全国范围内普遍存在并十分严重，特别是自2009年国家取消干线公路收费以来，造成干线公路的重载交通问题日益严重。据有关单位统计，2010年我国各地区平均超载车辆比例达65%,部分路段超载比例甚至超过90%。车辆超载对道路的损害远远大于正常荷载作用情况，会使得路面结构早期损坏变得越来越明显，耐久性不足的问题尤其突出，严重阻碍我国交通建设事业的快速发展针对半刚性基层沥青路面在重载作用下日趋严重的损坏状况，现阶段道路工作者的一个主要目标就是解决半刚性基层沥青路面早期损坏问题，保证沥青路面具有长期的使用性能。

　　本文以平顶山市辖区干线公路为实例研究重载干线公路掘青路面结构的耐久性。该市为资源型城市，辖区内煤炭资源丰富，运煤车辆多，超载现象十分严重。多年来，辖区内新建或改建的干线公路沥青路面的使用寿命不足，路面结构的维修和改造不仅增加了道路的工程费用，而且极大地影响了车辆的通行能力和行车的舒适性，给当地的经济和社会发展带来了很大影响。因此，本文针对平顶山地区公路交通的实际情况和自然地质状况，分析平顶山市重载干线公路浙青路面病害特征及其产生的机理，研究在重载交通荷载作用下提高干线公路沥青路面结构耐久性能的方法及工程措施，对于减少干线公路沥青路面结构的早期病害，延长沥青路面结构的使用寿命，降低道路养护费用，合理利用和节约资源都具有重要的社会和经济意义。

　　1.2国内外研究现状

　　浙青路面因其具有优越的使用性能，已经在世界范围内推广和应用，可以说是当今最主要的路面结构形式。相关资料表明，全球公路建设中约80%的公路路面采用沥青路面，其中美国境内高速公路约93%为浙青路面，日本境内高速公路约94%为沥青路面。沥青路面结构有多种形式，多年来国内外针对各自的社会经济情况对其展开了大量的应用分析研究。国内外研究人员为了提高沥青路面的长久使用性能，进行了大量的科学研究工作。相对于我国，国外主要把耐久性及使用周期的经济性作为沥青路面结构设计的重点。很多国外道路工作者经过研究比选后，倾向于选用柔性基层沥青路面结构和全厚式沥青路面结构。在20世纪60年代，国外许多国家也在半刚性基层沥青路面结构应用方面进行过大量的研究工作，但最终放弃了此类路面结构的应用，原因在于应用半刚性基层时，一般都采用水泥来稳定粒料，而水泥稳定粒料这种材料会出现较严重的开裂问题，且无法解决。因此，北美等地区逐渐开始采用全厚式以及加厚式筋青路面结构此类路面结构总厚度要薄于常规基层的路面结构，设计此类路面结构不仅可以减少疲劳裂缝的产生，而且能控制路面破坏在结构的上部。所以当路面结构的破坏达到一定临界水平时，只需要修补或更换路面表面层，无需变化路面标高，是一种相对经济的路面修补方式。

2干线公路路面使用状况调查分析

　　2.1地区概况

　　本文以平顶山市为例评价重载交通干线公路路面结构的使用状况，该市位于河南省中南部，地处东经120°14’?133°45’，北讳33°08’?34°20、该地区属暖温带大陆性季风气候，气候温和，四季分明，雨量充沛。境内水利资源丰富，共有大中型水库174座，容量为20亿立方米。地上地下水总量达32亿立方米，河川年径流总量为9.76亿立方米，水面总面积26.57千公顷，水资源总量为26.40亿立方米。主要河流有汝河、颖河、沙河、禮河等，大中型水库有白龟山水库、石漫滩水库和昭平台水库等水系。充沛的水资源为工农业生产和城市用水提供了良好的条件，同时也为公路建设提供了有利条件。辖区内公路是以平顶山为中心的幅射线，加上东西走向，南北走向的干线公路相互交叉，形成网络。以平顶山为辐射线的主要干线有：省道S103郑新线，G207锡海线、G311徐西线。南北走向的主要干线有：G207锡海线、S220七蚁线、S231金孟线、S234平桐线、S236花程线、S238常付线、S239叶鲁线、S241时南线、S242庙洪线。东西走向的主要干线有G311徐西线、S325侯饭线、S329鄭石线、S330逍白线、S331高兰线。2010年初，全市干线公路通车里程达1081.46公里。其中，国道255.71公里，省道825.75公里，桥梁502座22753.92延米。国省干线二级公路比“九五"末净增559.84公里，达到1013.84公里，占总里程的93.7%。截止2010年底，全市公路通车里程达到13316公里。具体统计数据见表2.1。

　　3路面材料的路用性能研究.........17

　　3.1抗车辙沥青混合料的路用性能研究.........17

　　3.2路面结构基层材料性能研究.........26

　　3.2.1芯样整体情况介绍.........26

　　3.2.2基层水稳碎石密度试验.........28

　　3.2.3基层材料力学性能试验.........28

　　3.3本章小结.........30

　　4重载干线公路路面结构受力特性分析.........32

　　4.1计算方法.........32

　　4.2重载作用下的路面结构响应分析.........35

　　4.3路面各结构层力学响应分析.........38

　　4.4本章小结.........50

　　5重载干线公路的典型路面结构.........52

　　5.1重载干线公路半刚性基层沥青路面.........52

　　5.2重载干线公路路面材料适用性分析.........52

　　5.3典型路面结构推荐.........55

　　5.3.1典型路面结构推荐.........55

　　5.3.2路面结构合理性验证.........56

　　5.4本章小结.........56

　　结论

　　本文以平顶山辖区内公路交通的实际情况为实例，并结合当地自然地质状况和气候因素，分析重交通干线公路沥青路面病害特征及其产生的机理，研宄在重载交通荷载作用下提高干线公路沥青路面结构耐久性能的设计方法及工程措施，对于减少干线公路沥青路面结构的早期病害，延长沥青路面结构的使用寿命，降低道路养护费用，合理利用和节约资源提供一定的技术资源和参考依据。通过本论文的研究，主要得出以下几点结论，并对论文中有待进一步研宄的内容做出展望。

　　(1)路面结构使用状况调查表明重载干线公路普遍存在面层沥青混合料高温稳定性不足的现象，各种基层材料中水泥稳定碎石基层路面结构整体稳定性较好，其次为三灰砂砾基层，二灰砂砾基层材料强度及耐久性较差。

　　(2)掺入抗车辙能够提高沥青混合料的路用性能，尤其表现在高温稳定性方面，在造价增加5%以内时路面下面层混合料动稳定度可提高110%以上，在造价增加10%以内时，路面下面层混合料动稳定度可提高180%以上。施工方法便利，适合在干线公路中应用。

　　(3)力学性能试验结果表明，3%、4%掺量水泥稳定碎石材料在通车8年后抗压强度和劈裂强度仍很大，能够满足规范要求，而2%掺量水泥稳定碎石材料己不能满足规范要求。二灰和三灰砂砾材料虽能满足规范要求的强度，但强度相对较低，在重载作用下容易因承载能力不足或层底拉应力不足而破坏。

　　(4)重载作用下路面结构层中产生较大拉应力、拉应变，对路面材料性能具有极大考验，所以要加强交通管制，尽量减少超载重载车辆通过。通过计算表明重载作用下，水泥稳定碎石基层路面结构在重载作用下路面结构整体使用寿命最长。

　　(5)根据本文的研究内容，结合国内在半刚性基层沥青路面结构使用中遇到的实际问题，考虑就近取材的原则，推荐适用于重载干线公路的路面结构类型。

　　参考文献

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　　[10]沙庆林.髙等级公路半刚性基层沥青路面.北京：人民交通出版社，1999.

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