daizuochun - 2007-7-23 20:29:00
【江苏宁沪高速公路股份有限公司 南京210049】 【东南大学交通学院 南京210018】
柯弘生
【江苏省高速公路建设指挥部 南京210001】
摘要：本文从沪宁高速公路的自然状况和预期的交通状况出发，经研究决定采用半刚
性基层沥青路面结构。底基层采用二灰或二灰土结构，基层采用二灰碎石结构，材料
配合比经优选确定。沥青面层采用三层结构，上层采用密级配中粒式沥青混凝土精选
确定。经主体工程施工应用，质量优等，证明研究成果的可靠性及推广价值。
关键词：高速公路 面层 基层 混合料 路面结构 研究
１ 前言
沪宁高速公路位于长江下游南岸经济发达地区，连接南京、镇江、常州、无锡、
苏州、上海六个大中城市。在江苏省境内全长284.21KM。该地区属中纬度北亚热带气
候、气候湿润、光照充足、雨量充沛，按公路自然区划，属东南湿热区。沿线水网密
布、地质复杂、有软土分布的路段长达92KM。由于地区经济的发展，2000年可达20198
辆 /日，2010年为5.5万辆/日。鉴于上述情况，经反复谁，决定采用半刚性基层沥青路
面为主要结构类型。
本项目研究，针对半刚性基层沥青路面结构的关键技术，从江苏的实际出发，通
过调查研究、收集资料、系统开展室内试验、试验路工程研究，参考国内外高速公路
的成功经验，提出了符合高速公路使用要求、有科学依据、经济合理的路面结构类
型、路面结构组合与最佳厚度，优选的材料品种、规格和配合比组成等重要研究成
果。
研究工作於1992年1月正式启动，至1994年12月告一段落，历时三年整，主要完成
的研究内容包括：沥青混凝土、基层、底基层基本材料与混合料试验研究；路面结构
组合与结构厚度研究；路面表面使用品质的研究；路面结构环道试验研究；试验路面
工程研究；经济调查与分析。
高速公路主体工程于1994年进入实施阶段。为了高标准建成高质量的路面结构,在
本项目研成果的基础上，在广泛深入的调查、听取国内资深专家的意见之后，编制了
路面施工指导性文件，包括《沪宁高速公路沥青路面施工指导意见》、《沪宁高速公
路路面基层、底基层施工指导意见》等，有力地将科研成果推广应用于工程实践。
沪宁高速公路已于1996年9月建成通车，以专家组验收鉴定，一致认为路面质量优
等，达到国内领先水平，接近国际先进水平。这进一步说明，大型工程提前开展工程
科学研究的重要性。
2 沥青面层材料与混合料试验研究
沪宁高速公路沿线年平均气温大于15℃，年极端最高气温达40.7℃,月平均最低气
温大于2℃,年平均降雨量超过1000MM,不利季节连续阴雨,土基水文条件差,面监极其不
利的与气候条件与繁重的交通荷载。因此，沥青混合料的设计原则是在保证路面足够
强度与良好使用品质的前提下，确保路面具有良好的高温稳定性和水稳定性。
2.1 原材料优选
2.1.1 沥青
根据沥青路面施工气候分类，沪宁高速公路属于热区，沥青混凝土所用沥青宜选
用H-50~H70。为适当兼顾高温、低温两方面性能，决定选用AH-70。经比较，初步选定
SHELL-60/70、ESSO-60/70作为主要材料，同时选用单家寺90作对比试验，三种沥青的
技术性能试验结果列于表1。
沥青材料技术性能试验结果 表１
试验项目 SHELL-60/70 ESSO-60/70 单家寺90 要求
针入度/0.1mm(25℃,100g,5s) 64 69 85 60~80
延度/cm(15℃,5cm/min) >150 >150 >70 ≥100
软化点/℃(环球法) 48.0 47.7 50.0 44~54
溶解度/%(三氯乙烯) 99.8 99.8 99.8 ≥99.0
闪点/℃(开口式) 284 286 260 ≥230
密度/g/cm3 1.036 1.037 0.996 /
含蜡量/%(蒸馏法) 2.063 2.876 4.472 ≤3.0
薄膜加热试验
℃ 质量损失/% 0.15 0.18 0.30 ≤0.80
针入度比/% 79.7 60.8 56.5 ≥55
延度/cm(15℃) 150 150 62 /
脆点/℃(皿式) -25 -25 -26 /
由试验结果可知，除单一90沥青含蜡量略高之外，其余指标都符合现行规范的规
定。因此，SHELL-60/70、ESSO-60/70两种沥青含蜡量低、延度高、闪点高、加热后指
标稳定，高温和低温性能都较理想，拟用于沥青面层上层与中层；单-90含蜡量略高，
但其它性能都达到规定要求，可用于下层。到规定要求，可用于下层。
2.1.2 粗集料
经详细调查、试验分析，粗集料采用金坛的玄武岩、无锡的砂岩和宜兴的石灰
岩。通过试验，测得的三种粗集料的各项技术指标列于表2。
粗集料技术性质试验结果表 表2
项目 玄武岩 砂岩 石灰岩 要求
洛杉机磨耗损失/％ 9.8 15.3 26.9 ≤30
压碎值/％ 10.6 19.6 18.1 ≤20
石料磨光值 46 50 37 ≥42
安定性/％ 0.08 5.85 4.97 ≤12
吸水率/％ 0.78 0.61 0.05 ≤2.0
视密度/g/cm3 2.96 2.69 2.70 ≥2.50
细长扁平颗粒含量/% 4.7 15.4 4.5 ≤15
含泥量/% 0.32 0.92 0.85 ≤1.0
粘附性等级 5 2 5 ≥4
由表2所示的试验结果可见，玄武岩用作粗集料品质最优良，宜用于沥青面层上层
的混合料。砂岩强度高，其磨光值也很高，但是与沥青的粘附性不佳，不宜直接用于
上面层混合料，必须掺加抗剥离剂才能用于上面层。石灰岩的性质基本符合要求，但
是石料磨光值不合格，不宜用作上面层材料，可以用于中、下面层的沥青混合料。
2.2 沥青混合料配合比较初选
2.2.1 沥青面层矿级配
考虑到沪宁高速公路的自然特性与交通状况，沥青上面层在高温稳定性与防止雨
水浸蚀方面应具有较高的要求。因此，选择级配的原则为中粒式密级配，粗颗粒含量
较高，细颗粒含量适宜。规范(JTJ014-86)建议的中粒式沥青混凝土矿料级配LH-20Ⅰ
和LH-20Ⅱ，在高速公路中均不宜采用。LH-20Ⅰ型粗料偏少，细料偏多，极易形成车
辙和光滑表面，热稳定性差；LH-20Ⅱ型粗料较多，而细料偏少，孔隙大，易渗水。经
反复比较，决定上面层沥青混合料取这二者之长，舍二者之短。由于它基本上属于密
级配混合料，定名为LH-20Ⅰ′。级配曲线范围的中值沿LH-20Ⅰ与LH-20Ⅱ交界线作调
整。LH-20Ⅰ′型级配组成见表3。
LH-20Ⅰ′型级配组成 表3
通过下列筛孔(圆孔mm)质量百分率(%)
孔径(mm) 25 20 10 5 2.5 1.2 0.6 0.3 0.15 0.074
范围(%) 100 95～100 60～70 43～56 32～43 23～33 17～24 11～17 7～12 5～7
中值 100 97.5 65 49.5 37.5 28 20.5 14 9.5 6
2.2.2 与国内外同类级配的比较
为了鉴别LH-20Ⅰ′级配的可靠性，选择了国内外有代表性的五项用于高速公路的
混合料配合比作比较。在研究过程中我国《沥青混凝土施工技术规范》(GBJ92-93)于
1993年颁布，在此也列出作比较。这些配合比包括：京津塘高速公路；沈大高速公
路；济青高速公路；日本沥青路面规范；美国ASTM；我国规范GBJ92-93。
通过比较得出以下结果：
(1)与国内已建成的高速公路比较，Ⅰ′型的主骨料含量最高，应具有较高的热稳
定性。
(2)与国外标准比，主骨料含量高于日本标准，比美国ASTM低，但ASTM标准并非连
续级配，它对材料、施工设备、施工技术的要求更高。
(3)与我国GBJ92-93相比，5mm以上主骨料的比例几乎相同，5mm以下颗粒含Ⅰ′型
略低，就级配范围看二者完全符合。
2.2.3 沥青中、下面层混合料矿料级配
沥青中面层采用粗粒式沥青混凝土，其矿料级配参考国内已有工程的经验确定；
沥青下面层采用粗粒式沥青混凝土或采用沥青碎石，沥青碎石的矿料级配直接采用
GBJ92-93推荐的型号LH-30，级配组成见表4。
粗粒式及沥青碎石混合料矿料级配 表4
类型
通过下列筛孔(圆孔mm)质量百分率(%)
30
20
15
10
5
2.5
1.2
0.6
0.3
0.15
0.074
粗料
式
95～100
72～82
/
37～50
24～35
19～29
/
11～19
9～15
6～9
2～5
沥青
碎石
95～100
/
40～60
25～45
10～30
5～20
/
2～10
2～6
/
2～4
2.3 沥青混合料基本性能试验
2.3.1 马歇尔稳定度试验
用Ⅰ′型级配，两种粗集料(砂岩、玄武岩)和两种沥青材料(SHELL60/70、ESSO60/
70)，每一种沥青用5种油石比，组成混合料进行马氏试验。为了对比研究，也采用LH-
20Ⅰ型、LH-20Ⅱ型级配和相同材料组成混合料进行了马氏试验。试验结果列于表5。
由表5所列数据可见，Ⅰ′型矿料级配混合料各项指标均达到GBJ92-93规范规定的
标准，其中以SHELL沥青与玄武岩集料组成的混合料为最佳。LH-20Ⅱ的各项指标达不
到标准的要求。此外粗粒式混合料的各项指标亦达到了规范标准。
马歇尔稳定度试验结果 表5
试验
项目
LH-20Ⅰ’
砂岩
SHELL+A*
LH-20Ⅰ
砂岩
SHELL+A*
LH-20Ⅱ
砂岩
SHELL+A*
LH-20Ⅰ’
砂岩
ESSO+A*
LH-20Ⅰ’
玄武岩
SHELL
粗粒式
石灰岩
SHELL
粗粒式
石灰岩
ESSO
GBJ
92-93
标准
稳定度
(kN)
10.5
13.9
7.8
11.2
13.0
9.9
9.7
77.0
流值
(0.1mm)
24
24
27
30
27
22
22
20～40
空隙率
(%)
4.8
3.3
8.5
4.0
3.1
4.4
4.5
3～6
饱和度
(%)
72
80
56
80
81
69
70
70～85
残留稳
定度(%)
88
97
/
/
82
/
/
＞75
密度
(g/cm3)
2.339
2.361
2.260
2.371
2.527
2.370
2.370
/
油石比
(%)
5.5
5.8
5.2
5.6
4.8
4.5
4.6
/
*注：A为A型抗剥离剂，用量为沥青重量的0.4%。
2.3.2 车辙试验
普遍认为马氏试验不能反映沥青路面受力的真实情况，由此确定的沥青用量偏
高，因此不能控制热稳定性。本项目研究采用了东南大学在国家七五科技攻关项目中
完成的研究成果车辙试验，作为评定沥青混合料热稳定性的重要试验手段，该试验已
列入我国交通部规范(JTJ052-93)。取上述马氏试验相同的中粒式沥青混合料车辙试验，
其结果见表6。
由表6可见，在相同条件下Ⅰ′型材料的动稳定度DS比Ⅰ型材料明显增长，这表明
Ⅰ′材料有较好的热稳定性。两种沥青材料相比，SHELL比ESSO的动稳定度DS大些，
砂岩比玄武岩大些。此外，从用油量来看，油量减少，DS明显增大，而空隙率也明显
增大，前者关系到热稳定性，后者关系到水稳定性。因此确定用油量是权衡这二者的
关键。
中粒式混合料车辙试验结果 表6
混合料类型
编号
油石比
(%)
动稳定度
(次/mm)
密度
(g/cm3)
空隙率
(%)
LH-20Ⅰ
砂岩
SHELL+A
1#
5.2
5.5
5.8
1761
1679
1653
2.327
2.391
2.394
5.50
2.50
2.80
LH-20Ⅰ’
砂岩
SHELL+A
2#
4.9
5.2
5.5
3677
2957
2679
2.309
2.367
2.384
6.28
4.09
3.10
LH-20Ⅰ
砂岩
ESSO+A
3#
5.3
5.6
5.9
1269
1176
994
/
/
/
/
/
/
LH-20Ⅰ’
砂岩
ESSO+A
4#
5.0
5.3
5.6
1756
1519
1484
2.315
2.337
2.344
6.28
5.20
4.52
LH-20Ⅰ’
玄武岩
SHELL
5#
4.4
4.9
1739
1315
2.520
2.523
5.00
3.10
2.4 混合料中沥青用量的确定
2.4.1面层中粒式沥青用量
中粒式混合料沥青用量以车辙试验为基础，权衡动稳定度与空隙率二者的合理取
值作决定。通常认为高速公路应具有较高的抗车辙性能，DS不宜小于1000次/mm，在
较热地带不宜小于1500次/mm。而中粒式混合料空隙率为3%～6%。最后选定试验路用
的三种混合料的沥青用量见表7。
高速公路试验路面沥青用量 表7
混合料
集料
沥青
油石比(%)
DS(次/mm)
空隙率(%)
2#
砂岩
SHELL+A
5.3
2800
3.7
4#
砂岩
ESSO+A
5.5
1500
4.7
5#
玄武岩
SHELL
4.1～4.8
1800
5.0
2.4.3 中、下面层沥青用量的确定
中、下面层所用的粗粒式沥青混凝土混合料和沥青碎石混合料以马歇尔稳定度试
验为基础确定沥青用量。根据表5所列，分别为4.5%和4.6%。沥青碎石参考规范定取
4.0%。
改性沥青SMA13 4.0cm
改性沥青Sup20 8.0cm
普通沥青Sup25 8.0cm
水泥稳定碎石 40.0cm(36cm)
二灰碎石再生层 20 cm
土基
图1 沪宁高速公路扩建工程路面结构方案
改性沥青SMA13 4.0cm
改性沥青Sup20 8.0cm
普通沥青Sup25 8.0cm
普通沥青LSM25 10.0cm
乳化沥青冷再生层 10.0cm
级配碎石 20.0cm
二灰碎石再生层 16.0cm
土基
图2 无锡HN—LM4标路面结构方案
3 基层、底基层材料及混合料试验研究
3.1 基层、底基层原材料优选
根据研究大纲的要求，基层采用二灰碎石为主要结构。为了对比研究，安排少量
水泥结碎石和级配碎石基层，底基层一律采用石灰土铺筑。
(1)石灰：Ⅰ级石灰，有效钙镁含量为72.95%。
(2)水泥：425#普通硅酸盐水泥，初凝时间为3h15min，终凝时间为5h50min。
(3)粉煤灰：电厂的湿排灰，含氧化物总量超过85%，小于0.074mm颗粒含量为
50.78%。
(4)土：取自沪宁高速公路南京段，液限为40.0，塑指为19.0%，属粉质中液限粘
土。
(5)集料：包括粗、中、细集料及粉料均为石灰岩。
3.2 混合料配合比初选
3.2.1 二灰碎石
3.2.1.1 集料含量
参考国内外高速公路成功经验，改变过去采用低集料含量的习惯，本研究采用的
集料含量初定为80%～85%。
3.2.1.2 石灰与粉煤灰的比例
根据原材料的性质，初定石灰与粉煤灰的比例，即1∶3、1∶4、1∶6三种。
3.2.1.3 集料级配
为保证基层的平整度，本研究对照交通部规范(JTJ034-85)推荐的3#级配略作调整，
取最大粒径为30mm(圆孔30mm、方孔25mm)，适当降低混合料中5mm以下颗粒的含
量，以控制收缩变形。
最后以二种集料含量(80%、85%)和三种石灰粉煤灰比例(1∶3、1∶4、1∶6)组成6
组混合料(见表8)。
二灰碎石各组配合比 表8
代号配比名称
1F 2F 3F 4F 5F 6F
二灰：碎石 20∶80 20∶80 20∶80 15∶85 15∶85 15∶85
石灰：粉煤灰 1∶3 1∶4 1∶6 1∶3 1∶4 1∶6
3.2.2 水泥结碎石混合料
3.2.2.1 水泥剂量：
取4%、5%、6%三种剂量。
3.2.2.2 集料级配
参照规范(JTJ034-85)中的推荐级配，将最大粒径减小为30mm(方孔25mm)，各级材
料按比例调整。
3.2.3 石灰土混合料
初选8%、10%、12%三种石灰剂量。
3.3 混合料力学性质试验
按规范规定的标准方法对基层、底基层所用混合料，分7、28、90、180d四个龄
期，测定了材料的抗压强度、劈裂强度、抗压模量和劈裂模量等。表9列出龄期为180
天的试验结果。
基层底基层材料强度、模量汇总表 表9
混合料 代号 结合料
(%) 最佳
含水量
Wo(%) 最大
干密度
γo(%) 抗压强度
(MPa) 抗压模量
(MPa) 劈裂强度
(MPa) 劈裂模量
(MPa)
二
灰
碎
石 1F 20 7.10 2.018 6.54 1909 0.56 1397
2F 20 6.94 2.084 5.54 1255 0.58 1267
3F 20 6.27 2.073 4.95 1845 0.54 1196
4F 15 6.18 2.143 5.02 1394 0.39 1083
5F 15 6.11 2.142 5.00 1155 0.52 1267
6F 15 6.26 2.136 5.58 1135 0.53 1056
水
泥
碎
石 4 5.35 2.310 5.54 2059 0.59 784
5 5.28 2.330 8.29 2348 0.76 1628
6 5.46 2.300 / / / /
石
灰
土 8 17.30 1.741 4.59 1039 0.77 1162
10 18.75 1.728 6.45 1207 0.78 1303
12 19.10 1.718 6.45 1216 0.78 1286
3.4 混合料变形性质试验研究
二灰碎石基层的变形性质影响路面结构抗裂性质，本项目研究通过干缩试验考察
二灰碎石混合料干缩变形特点与规律，以此作为选定混合料的重要依据。
3.4.1 干缩试验方法
干缩试验选用试件尺寸为5×5×24cm小梁。每组四根，在相同条件下养生，在相同
条件下观察，其中二根用于观察湿度，二根用于观察相应的变形状况(详细情况见专题
报告)。试验结果以干缩应变εd，平均干缩系数ａd表征，定义如下：
(1)
(2)
式中： L——试件长度，mm；
△L——试件收缩量，mm；
△W——失水率，蒸发水分占干材料重量的比率，%。
3.4.2 干缩试验结果
取四种不同配合比的二灰碎石混合料(1F、3F、4F、6F)干缩试验，观察其最大干缩
应变及最大平均干缩系数，结果列于表10。
二灰碎石干缩试验结果 表10
材料
项目
1F 3F 4F 6F
εd(10-6) 258.33 175.00 218.75 147.92
αd(10-6) 46.71 33.14 45.20 31.47
由表10所列的试验结果得出的明显规律是石灰、粉煤灰比例相同的情况下，集料
用量增加，可以减少收缩变形；集料与结合料比例相同的情况下，石灰用量减少，可
以减少收缩变形。
3.5 基层、底基层配合比的确定
综合考虑本文提出的强度、模量、变形性质等因素，对基层、底基层混合料配合
比进行优选。
3.5.1 二灰碎石混合料
从强度与模量来看，各组配合比均能达到规范要求，为保证工程质量，着重考虑
变形性质及路面平整度要求。兼顾各方面的要求，确定二灰碎石混合料选用2F、3F两
种混合料，即石灰∶粉煤灰∶集料为4∶16∶80或2.86∶17.14∶80，集料级配采用本文
推荐级配，最大粒径为30mm。
3.5.2 水泥碎石混合料
从强度与模量来看，所选配合比均能达到规范要求，确定采用425#水泥，用量为
4%。
3.5.3 石灰
采用最低用量，即8%
4 路面结构环道试验研究
路面结构环道试验研究的目的是观测沥青面层在最高气温条件下车辙形成的变化
规律，以及在最低气温条件下面层与半刚性基层疲劳开裂的变化规律。全部试验工作
在东南大学道桥实验室内的环道试验台上完成。
4.1 环道试验台
东南大学道桥实验室的环道试验台是路面结构重复加载试验的专用设备，由环道
试验槽、运行系统和控制系统三部分构成。环道试验槽总深200cm，外径950cm，内径
550cm，环道试验路面宽200cm。运行系统为双臂加载，臂的外端安装一组足尺双后轮
标准轴载，加载臂上装有砝码槽，由此调节轴载值，本次试验采用轴载100kN。运行速
度可自动调节，最高轮行线速度为60km/h，本次试验采用40km/h。控制系统安装在试
验台以外的专用控制室内，用以启动、停车、调节运行速度，并能自动记录运转次
数。
4.2 环道车辙试验
4.2.1 环道道面结构布置及材料
环道车辙试验的主要目的是研究沥青面层在高温条件下车辙形成的规律，所用路
面结构与沪宁高速公路主结构基本相同，共分为九个扇形块，每一块结构布置如表11
所示。
环道道面结构布置 表11
编号
结构
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ
面层 沥青16cm(4+6+6) 沥青10cm(4+6)
基层 二灰碎石30cm 级配15cm+水泥35cm 水泥30cm 二灰30cm
底基层 石灰土30cm 石灰土30cm
基层、底基层材料及配合比采用材料试验建议的结果，沥青面层级配取表3推荐的
LH-20Ⅰ′和表4建议的结果，沥青面层的沥青材料与集料品种采用不同的组合(见表
12)。
沥青面层材料组合表 表12
块
号 上面层 中面层 下面层
石料 沥青 含油量
(%) 石料 沥青 含油量
(%) 石料 沥青 含油量
(%)
Ⅰ 安山岩 SHELL 5.4 石灰岩 SHELL 4.5 石灰岩 SHELL 4.5
Ⅱ 安山岩 SHELL 5.4 石灰岩 SHELL 4.5 石灰岩 SHELL 4.0
Ⅲ 砂岩 SHELL 5.3 石灰岩 SHELL 4.5 石灰岩 单家寺 4.0
Ⅳ 砂岩 ESSO 5.5 石灰岩 ESSO 4.6 石灰岩 单家寺 4.0
Ⅴ 安山岩 ESSO 5.6 石灰岩 ESSO 4.6 石灰岩 ESSO 4.0
Ⅵ 砂岩 ESSO 5.5 石灰岩 ESSO 4.6
Ⅶ 安山岩 SHELL 5.4 石灰岩 SHELL 4.5
Ⅷ 安山岩 SHELL 5.4 石灰岩 SHELL 4.5
4.2.2 车辙试验结果
车辙试验自1993年8月6日开始至1993年9月10日终止，每个断面通过轴载次数为
22×104，室内平均温度为30°C。量测每一断面轮迹处通过一定轴载次数后压缩永久变
形δ(mm)和双轮中心处向上剪切流动值τ(mm)，车辙总量为RD=δ+τ。同时观测每一
试验板块中心处在标准轴载作用下的弯沉值随轴载次数发生的变化。此外，通过预埋
于土基顶面的压力计，跟踪量测土基应力随轴载作用次数发生的变化。
4.2.2.1 车辙总量
表13列出了各试验板块各种沥青混合料通过轴载加荷之后的车辙总量与剪切流动
值，为了更好地作比较，同时列出相应各种沥青混合料的动稳定度。
车辙总量与动稳定度结果对比 表13
块号
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ
面层混合料类型 SAAI’ SAAI’ SAAI’ EASI’ EASI’ EASI’ SAAI’ SAAI’
动稳定度(DS) 2071 2071 2749 1493 872 1493 2071 2071
RD(N=106)(mm) 8.10 7.38 7.88 10.85 10.21 18.53 7.54 7.54
τD(N=106)(mm) 0.75 1.23 0.42 2.75 2.75 3.85 / /
由表13试验结果可知，环道试验结果(RD，τ)与室内车辙试验结果(DS)具有较好的
一致性和相关性。八个试验板块的试验结果，Ⅲ号板混合料(即SHELL沥青加抗剥离
剂，集料为砂岩，采用LH-20Ⅰ′级配)具有较高的抗车辙能力。
4.2.2.2 表面回弹弯沉
各试验板块在加载之前量测的弯沉以及加载22×104之后量测的弯沉列于表14。
环道试验板块表面回弹弯沉 表14
块号
1
1／100mm
N
(万次)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ
0 5 5 3 10 6 6 5 7
22 7 4 5 8 7 7 5 8
由表14所列数据可见，各板块在加载22×104后，结构完好，整体强度未见衰减。
因此可以认为，表13所列的车辙总量全部都因沥青面层塑性变形所致。
4.2.2.3 土基顶面压应力
环道加载过程中，跟踪量测土基顶面压应力，结果量值极微，且无法测得稳定读
数。这表明底基层、基层结构完好无损，强度储备充足，土基承受压应力很小。
4.3 环道疲劳试验
4.3.1 环道道面结构与材料
环道疲劳试验的目的是研究路面整体结构轴载反复作用下出现疲劳破坏以及伴之
出现的各项性能指标下降的变化规律。为了加快试验过程，采用减薄厚度的基层、底
基层各结构层的材料要求同前，面层采用中粒式、细粒式和抗滑型沥青混合料，结构
布置如表15所示。
环道疲劳试验结构布置图 表15
6cm LH-20Ⅰ’ 6cm LH-15Ⅰ 6cm LK-15A
E2=550MPa15cm二灰碎石
E3=400MPa15cm石灰土
Ⅹ Ⅸ Ⅷ Ⅶ Ⅵ Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ
表15中：
LH-20Ⅰ’本项目推荐，与环道车辙试验同；
LH-15Ⅰ细粒式沥青混凝土(JTJ032-94)；
LK-15A抗滑表层(JTJ032-94)。
4.3.2 疲劳试验结果
为观测基层、底基层疲劳破坏的过程，在每个板块下、基层底部与底基层底部、
轮迹位置以下安装应变计进行跟踪观测。加载总轴次数为22×104次，跟踪观测结果见
表16。
基层、底基层疲劳应变与轴载数 表16
断面
应变
ε(10)
轴载数(万)
LH-20Ⅰ’ LH-15Ⅰ LK-15A
基层 底基层 基层 底基层 基层 底基层
0 114 223 115 230 102 268
4 116 224 110 228 103 276
8 112 220 115 224 104 276
12 115 227 112 232 160 350
16 111 228 122 240 / /(开裂)
20 114 245 122 295 / /(开裂)
22 114 260 125 274 / /(开裂)
从试验结果看来，底基层的抗弯拉作用较为重要，当底基层出现断裂，则基层随
即发生断裂，此外面层的强度与弹性模量对结构总体强度有重要影响。LK-15A混合料
空隙率大、模量低，因此最先引起结构疲劳损坏；由疲劳试验可见本项目推荐的结构
(Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ)相对来说抗疲劳性能最优。
5 试验路工程研究
沪宁高速公路路面结构试验路工程研究是根据路面结构原材料基本性能与混合料
基本性能的研究、环道试验研究的阶段成果，组织实施的一项中试性试验工程。试验
路工程位于无锡至江阴的锡澄公路青阳段K19+700 ～K20+600，全长900m，混合交通
量13000辆/日。试验工程沿线地质、水文、气象、交通状况与高速公路相似。工程于
1992年5月开工，同年10月竣工。自1992年11月至1994年11月进行了3次全面观测。
5.1 试验项目布局
试验路路面根据不同的研究目的，组合成12种结构类型(详见表17)。前五种结构类
型安排在试验路中心线左侧，其余七种安排在中心线右侧。
5.2 试验路工程实施
5.2.1 路基整治
要求挖除原有路面结构层，路槽底部用5%石灰处治，处治深度30cm，实际施工
中，经开挖发现原路槽底部有局部腐植土未清除，当场清除全部腐植土，并采取换土
并掺石灰等措施，再分层压实，以确保路槽顶部压实质量要求。
路基强度采用轮测弯沉仪和承载板检测，经检测路基强度全部达到规定标准。
5.2.2 石灰土底基层
底基层施工严格按“细则”的规定进行，采用路拌法，严格控制材料用量、材料
规格，用宝马松土机粉碎、拌和，在最佳含水量状态下碾压成型。在施工现场按规定
严格检测石灰剂量、含水量、压实度、平整度、弯沉值、厚度。检测结果表明，石灰
土底基层整体质量符合规定标准。
5.2.3 二灰碎石、水泥结碎石、级配碎石基层
二灰碎石混合料组成为：石灰粉煤灰碎石=6.513.580。
基层集料严格控制级配及最大粒径不大于25mm(方孔筛)。采用集中场地拌和混合
料，以严格控制混合料各项质量指标，因条件所限采用了普通混凝土拌和机拌和。基
层材料摊铺原拟全部用摊铺机械摊铺，后来因限于条件，除了级配碎石中间基层用沥
青混凝土摊铺机摊铺之外，其余均采用人工摊铺。
5.2.4 沥青面层
沥青面层的上面层采用LH-20Ⅰ′级配，沥青为进口石油沥青SHELL60/70#、
ESSO60/70#，石料为砂岩(Ⅻ段用少量玄武岩)。中面层采用LH-30级配，沥青为进口石
油沥青SHELL60/70#、ESSO60/70#，石料为石灰岩。下面层采用LH-30或LS-30级配，石
料为石灰岩。沥青除以上两种进口石油沥青之外，部分采用国产石油沥青单家寺90#。
为了比较砂岩与玄武岩两种集料对沥青上面层混合料性能的影响，以及比较LH-20Ⅰ′
级配与防滑面层LK-15A级配对混合料路用性能的影响，于1993年10月在原试验路面层
之上250m长度内加铺新的上面层，即：
K0+040～K1+290左侧Ⅳ、Ⅴ段上加铺厚度为4cm的LK-15A级配沥青面层，集料采用
玄武岩，沥青用ESSO合格沥青。
K0+040～K1+290右侧Ⅹ、Ⅺ段上加铺厚度为4cm的LH-20Ⅰ’级配沥青面层，集料
采用玄武岩，沥青用ESSO合格沥青。
5.3 试验工程观测
试验工程观测分为施工过程测试和工后跟踪测试两部分。
5.3.1 施工过程测试项目
土基：弯沉、回弹模量(承载板)。
底基层：石灰剂量、含水量、压实度、平整度、弯沉、厚度、回弹模量(承载板)。
基层：二灰含量(或水泥含量)、含水量、压实度、平整度、弯沉、厚度、级配。
面层：弯沉、厚度、摩擦系数、构造深度、平整度、车辙深度、压实度、沥青含
量、级配。
5.3.2 工后跟踪观测项目
弯沉、平整度、车辙、摩擦系数、构造深度、渗水系数、裂缝。
5.3.2.1 弯沉测试
1992年10月竣工验收、1993年10月第一次观测、1994年11月第二次观测均采用标
准轴载及3.6m的标准杠杆式弯沉仪测试，1994年11月在用3.6m长的标准杠杆测试的同
时，还用5.4m长的加长型杠杆弯沉仪作平行测试，结果如表18所示。
路表弯沉测试结果
单位：1/100mm
表１８
编号
日期
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ 设计要求
1992
(3.6m) 3.90 5.40 5.20 7.20 6.10 3.30 5.60 4.90 4.90 12.00 13.90 5.20 51
1993
(3.6mm) 1.25 0.90 2.25 4.43 2.50 2.17 1.93 1.68 1.25 15.20 12.60 1.00
1994
(3.6m) 5.00 8.25 6.25 2.13 7.00 2.00 2.75 4.00 4.80 12.22 13.50 /
1994
(5.4m) 20.00 8.75 9.32 3.00 5.00 12.00 11.30 8.75 9.00 18.00 15.00 7.70
5.3.2.2 平整度测试
按规范规定用3m直尺量测纵向平整度，测试结果见表19。
路表平整度测试结果 单位：1/100mm
表19
编号
日期
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ 设计
要求
1992 2.37 2.09 3.80 3.10 2.55 2.35 2.85 2.95 2.21 3.78 5.56 3.56 ≤3.00
1993 3.30 3.00 3.40 4.60 2.45 3.60 2.50 2.40 2.70 2.90 3.55 2.75
1994 3.30 2.70 3.30 2.10 2.50 2.85 3.15 3.20 3.40 3.05 2.70 2.15
5.3.2.3 车辙深度测试
用3m直尺顺横坡量出车辙深度总量，测试结果见表20。
路表车辙深度测试结果 单位：1/100mm
表20
编号
日期
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ
1993 3.50 5.00 3.50 4.60
(2.78) 4.30 5.80 4.00 3.00 3.30 3.80
(3.40) 3.70
(3.40) 4.20
1994 3.78 3.72 5.70 2.44 3.00 5.60 6.00 4.86 5.43 3.50 3.67 5.40
5.3.2.4 摩擦系数测试
摩擦系数测试用东南大学道桥实验室国产摆式仪。1992年10月、1993年6月、1993
年10月、1994年10月进行4次测试，为了与进口仪器作对比，1994年进行测试时用英国
进口摆式仪与国产摆式仪作同点平行试验。其结果见表21。
路表磨擦系数测试结果 单位：％ 表21
编号
日期
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ 设计
要求
1992.10 / / 56 57 / 62 61 / / 57 62 61 57～60
1993.6 49 56 61 51 50 43 50 58 61 57 54 52
1993.10 53 56 54 47
(65.4) 52 49 53 54 53 47
(62) 53
(66) 53
1994.11 45 51 40 35 33 33 34 37 36 32 32 35
*1994.11 63 65 61 57 56 56 56 59 58 53 51 52
注：用英国进口摆式仪进行同点测试，( )为新铺筑加铺层后的测试数据(下同)。
5.3.2.5 构造深度测试
构造深度按规范规定的方法测定，4次测定结果见表22。
路表构造深度测试结果 单位：mm 表22
编号
日期
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ 设计
要求
1992.
10 0.53 0.64 0.75 0.51 0.60 0.52 0.66 0.66 0.51 0.60 0.76 0.55 0.6~0.8
1993
.6 0.47 0.50 0.38 0.40 0.49 0.45 0.48 0.35 0.50 0.50 0.32 0.38
1993
.10 0.27 0.34 0.23 0.23 0.19
(0.70) 0.29 0.30 0.32 0.22 0.27
(0.43) 0.30
(0.43) 0.22
1994
.11 0.22 0.23 0.19 0.27 0.27 0.26 0.29 0.31 0.26 0.23 0.23 0.30
5.3.2.6 渗水系数测试
路表渗水系数测试按规范规定进行，测试结果见表23。
路表渗水系数测试结果 单位：ml/min 表23
编号
日期
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Ⅹ Ⅺ Ⅻ
1992.10 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光 渗光
1993.6 0 13 5 45 4.0 4.2 2.5 37 17 17.6 11.9 3.9
1993.10 0 0 0 (渗光) (渗光) (渗光) 0 0 0 0 (渗光) (渗光)
1994.11 0 0 0 0 0 0 0 0.7 0.75 0 0 0.35
5.3.2.7 表面裂缝观测
1993年9月以前历次观测均未发现裂缝。1993年10月15日观测发现裂缝10条，1994
年11月观测发现裂缝增加为20条。裂缝型式大多数垂直于道路中线，并贯穿全路幅。裂
缝宽度多数为2～5mm，个别大于8mm。裂缝观测结果见表24所示。
路表面裂缝观测结果 表24
编 号 Ⅰ，Ⅵ Ⅱ，Ⅶ，Ⅷ Ⅳ，Ⅶ，Ⅺ Ⅴ，Ⅻ 合计
基层 二灰碎石 二灰碎石 二灰碎石 二灰碎石
水泥结碎石
1993 3 1 3 3 10
1994 2 4 1 3 10
沪宁高速公路路面结构试验路段选择的原则、所定路段的工作状态与沪宁高速公路
极为相似，因此试验路观测所得的结论可以直接引用于主体工程。根据三年观测结果，
可得出如下认识：
路面结构强度以路表弯沉来表示，由4次连续观测结果表明，所有12个路段的弯沉
均远小于设计值(0.51mm)。且经过两年通车运行，近千万辆车次施压，未有衰减现象出
现。
路表平整度、车辙观测结果表明，由于施工条件所限，工程竣工时平整度及车辙观
测即有一定的间隙记录，此间隙并非车辆作用累积所形成。经1993～1994年连续观测，
所得结果未见明显增大，充分证明所用的沥青混合料及路面结构经受上千万次行车作
用，其平整度及车辙深度没有新的发展。
路表摩擦系数的观测结果表明，国产摆式仪与英国进口摆式仪同点测试结果有差
距，应按试验回归的公式修正。若以修正后的数值为准，本试验路所采用的沥青混合料
的表面摩擦系数均符合规定要求。同时也可以明显看出，随使用年限的延长，摩擦系数
有逐年降低的趋势。通过第二次加铺面层后逐年观测的结果表明，在LH-20Ⅰ’相同的
配合比中，砂岩集料的摩擦系数略高。在混合料中都采用玄武岩，但采用不同配合比时
LH-20Ⅰ’与LK-15A两者相比，其摩擦系数、纹理深度和渗水系数都很相近，无明显差
别。
路表结构深度的观测结果表明，在竣工初期仅50%的路段构造深度符合规定数值的
低限，一年以后观测结果都低于规定值。第二次加铺的抗滑表层LK-15A，刚竣工时较为
理想为0.70mm，经过一年行车作用后降为0.27mm，与LH-20Ⅰ’结果相似，表明这一指
标就目前国内工程的现状看来较难达到。
渗水系数观测表明LH-20Ⅰ’配制的混合料竣工验收时孔隙较大，渗水无法量得，
但经过一年行车通行，有明显降低。第二次观测时已不再渗水，包括新铺面层的情况也
相似，这对于多雨潮湿的地区，稳定路面结构极为重要。
裂缝观测结果表明，本试验工程尽管已采取了一些防裂缝的工程措施，但是在第二
次观测时仍发现10条裂缝，次年观测时又增加10条，是值得重视的问题。从裂缝形态分
析，都属于基层收缩裂缝向上反射形成。裂缝的分布与沥青面层厚度没有直接关系。从
基层类型来看，水泥结碎石基层上沥青面层裂缝密集，二灰碎石基层上沥青面层裂缝分
布并不均匀。凡施工时对含水量控制不严，因而压实不足的路段裂缝较密集。特别值得
注意的是，至1994年11月观测时为止，采用级配碎石上基层的沥青面层尚未发现裂缝，
跟踪观测仍在继续进行之中。
从多方面研究结果看，沥青面层宜采用LH-20Ⅰ’配合比作为高速公路主体工程上
面层的主结构。
二灰碎石基层为一种理想的高等级公路基层结构类型，若采用试验工程推荐的结
构，可以承担繁重的高速交通荷载，具有较好的路用性能指标及耐久性。但是基层裂缝
的防止及裂缝反射的阻止仍是一项需进一步深入研究的工作，从试验工程观测结果来
看，采用级配碎石作为上基层是一种阻止裂缝向上反射的有效措施，此点还有待于进一
步观测分析。
－５
6 路面工程施工实施
沪宁高速公路路面工程于1994年开始进入实施阶段。根据本课题研究取得的阶段
成果，参照交通部自1994年以来陆续颁布的新规范，对结构层的材料组成及施工工艺
作了适当调整，编发了施工指导意见，明确规定了工程实施要求和具体的方法与措
施。主要内容如下：
6.1 底基层
6.1.1 全线路面底基层结构改为二灰或二灰土
根据试验路工程观测，石灰土底基层对地下水位变迁敏感性强，而且水稳定性
差，因此改变原设计中用石灰土作底基层，而一律采用水稳定性好的二灰(石灰、粉煤
灰)或二灰土(石灰、粉煤灰、土)作底基层。
6.1.2 底基层混合料7天浸水抗压强度≥0.7MPa
经室内反复研试，在保证石灰、粉煤灰质量的前提下，石灰∶粉煤灰的比例为1∶
3；石灰加粉煤灰∶土的比例为30∶70～40∶60。
6.1.3 二灰土中宜采用塑性指数12～20的粘性土或亚粘土
塑性指数大于23的粘土不易粉碎，采用在湿粘土中先加入少量石灰，待土团易于
粉碎之后再掺入二灰，也可以达到效果。
6.2 基层
(1)全线路面基层采用本研究项目推荐的二灰碎石半刚性基层结构。
(2)二灰碎石中二灰与碎石的比例取为20∶80～15∶85。
(3)二灰碎石的粒料级配采用规范1号级配规定，最大粒径不超过30mm(方孔)。为了
减少裂缝，又规定20mm的通过率不少于80%，5mm的通过率取低限，0.075mm的通过
率接近于零。 (4)保证二灰碎石7d浸水抗压强度。经反复研试，保证二灰碎石7d浸水
抗压强度达到0.8MPa，必须严格控制石灰质量、剂量、粉煤灰的质量，并严格控制配
合比。在施工现场最重要的是控制含水量，保证在碾压时的含水量偏离最佳含水量的
范围不超过1%。
(5)采用现代化施工机械和施工工艺。保证二灰碎石基层的均匀性和平整性的关键
是机械拌和、机械摊铺。全线工程二灰碎石全部采用集中厂拌，用连续式稳定土拌和
机拌和，现场摊铺全部采用沥青路面摊铺机摊铺，达到预定要求。
6.3 沥青面层
6.3.1 沪宁高速公路沥青路面采用三层结构
上层：AC-16B型级配；中层：AC-25Ⅰ型级配；下层：AC-25Ⅱ型级配。
6.3.2 上面层沥青混凝土级配调整
在本研究项目推荐级配LH-20Ⅰ′的基础上，为进一步提高抗滑与防水性能，参考
新规范，将9.5mm以上调整为AC-16Ⅱ型，1.18mm以下调整接近于AC-16Ⅰ型，定名为
AC-16A型，经无锡试验路二期工程实铺，效果好，摩擦系数达到0.64，与抗滑型级配相
当。
参考部分在建工程的经验，在AC-16A的基础上，将2.36～9.5mm的范围调整向AC-16
Ⅱ型靠拢，进一步发挥粗集料稳定性优势和细集料致密性优势，最终形成的级配为AC-
16B型，在沪宁路全线使用。并在常州进行第三次试验，摩擦系数为0.75，构造深度为
0.75mm，动稳定度为2535次/mm。
6.3.3 沥青面层材料
(1)沥青采用SHELL和ESSO为主的进口沥青。该沥青符合AH-70标准要求，含腊量小
于2%。
(2)沥青上面层石料采用玄武岩
本项目研究结果表明，原设计提出的石料与沥青粘附力偏低，通过试验路研究决
定全线沥青上面层采用玄武岩，并集中设立玄武岩加工场，采用反击式破碎机，按级
配要求分档存储，共开出十条生产线，满足了全线施工需求。
6.3.4 全线统一按新规范要求，做好三阶段配合比组成设计。统一标准、统一方法，
严格控制。
6.3.5采用现代化施工机械设备和施工工艺
为保证沥青面层的均匀与平整，采用现代化拌和与摊铺设备，并形成配套流水施
工生产线。
(1)拌和机产量应在240t/h以上，必须保证为摊铺机连续供料。
(2)摊铺机必须连续作业，不得中途停顿。
(3)采用自动调平装置控制摊铺厚度，中、下面层采用“走钢丝”法，上面层采用
“走雪撬法”，在常州试验路上平整度达到0.74mm(标准偏差)。
7 若干问题讨论与建议
7.1 基层结构
半刚性基层沥青路面的基层应有较高强度与刚度，作为一种承重结构，它决定了
整个路面结构的强度与刚度。国外多数采用水泥稳定粒料修筑基层，厚度范围在10～
50cm之间。国内使用的材料包括水泥稳定粒料、二灰稳定粒料及石灰土稳定粒料三
种，层厚一般在20～40cm之间，北方各省层厚20～30cm，南方各省趋向于较大厚度取
30～40cm之间。
本项目研究了二灰碎石及水泥稳定碎石二种主要基层结构，根据室内材料试验、
室内环道试验以及试验工程试验结果来看，二种材料的强度、刚度均能满足要求，如
环道试验中8个试验段在加载之前测得弯沉值为0.03～0.07mm。加载22万次之后，再测
弯沉值为0.05～0.08mm，基本无变化。试验工程于1993年11月完工时，12个试验段实
测弯沉值0.033～0.072mm，二年后行车超过12×106轴次，再测弯沉值为0.03～
0.113mm，变化值远小于设计要求。
石灰土稳定碎石由于其结合料石灰土并非水硬性结合料，一旦路基水分变化，即
会引起不利现象发生。如正定试验路观测表明，石灰土碎石由于其胀缩敏感，沥青面
层出现的裂缝超过水泥碎石和二灰碎石上面层裂缝数的2倍以上。若石灰土碎石直接置
于沥青面层下，由面层渗入的水分将灰土结合料浸蚀、流失，导致结构松散。因此在
南方多雨地带，地下水丰富、路基排水不良地段不应用作基层结构。
二灰碎石与水泥碎石二种半刚性基层材料相比较，水泥碎石的优点是早期强度和
后期强度都较二灰碎石略高，抗压回弹模量也较高，容易达到半刚性基层的要求。二
灰碎石的早期强度不高，但后期强度很高，与水泥碎石相当。
就变形特性来看，在温度变化相同的条件下，水泥碎石的收缩变形较二灰碎石更
为敏感。如试验路水泥碎石基层试验段(Ⅻ)120m范围内出现5条裂缝，而整个试验路
1km范围内裂缝总量为20条，“七五”国家攻关项目的研究结果也证明了这一点。
总之，水泥碎石与二灰碎石都是理想的半刚性基层材料，综合比较后二灰碎石更
优于水泥碎石，特别是二灰碎石抗裂缝性能优于前者有重要意义。二灰碎石早期强度
略低，只要加强施工现场观测，在28d内禁止重型车辆通行，不需采用其它措施。
基层的厚度取决于交通组成与使用年限，对于重交通道路要求选用较厚的基层，
但是厚度大于40cm的基层，对弯沉的降低已无明显效果，这一点在西三试验路也得到
了证实。对于半刚性路面，沥青面层主要不承担承重作用，因此沥青面层的厚度增减
对基层厚度影响不大。如本项目试验路中Ⅳ、Ⅶ、Ⅸ三段均为相同的基层结构，但沥
青厚度不同，分别为16、18、12cm，1994年测定弯沉值非常接近。基层的最小厚度无
论从保证施工质量或是从耐久性考虑都不能太薄，从本项目研究环道试验中也证明，
对于重交通道路最小厚度应定为20cm，厚度范围取20～40cm。
基层混合料中增加集料的用量是为了构成以集料为骨架、稳定性良好的混合料体
系，从而保证强度、均匀性和整体性，减少裂缝。本课题经过详细室内外试验与工程
实践认为，集料含量为80%～85%完全能满足各方面的要求。
限制混合料中最大粒径的尺寸是保证基层平整度、进一步保证面层施工时平整度
指标的关键措施，这一点是本课题组在国内最早提出在工程中采用的创见。另一方面
用小粒径骨料，还可以在拌和、摊铺施工过程中减少机械磨损，保证混合料的均匀
性。目前美国等国家也提倡水泥稳定粒料与二灰稳定粒料最大粒径限制为1英寸
(25.4mm)。
7.2 底基层结构
半刚性路面结构中的底基层与传统的柔性路面结构中的底基层相比较处于完全不
同的地位，由于半刚性基层具有较大的强度与刚度，成为车载弯曲应力的主要承重
层，而底基层成为基层的直接支撑，应提出比一般路面底基层更高的要求。理想的底
基层为二灰稳定细粒土、水泥稳定细粒土。石灰稳定土由于它的水稳定性不理想，在
南方多雨地区、地下水位普遍较高的地区，以及排水不良路段均不宜采用，只是在北
方、干燥地区、排水良好路段予以使用。
底基层的厚度可按照底面弯拉应力控制设计，一般不宜小于基层厚度，或与基层
等厚。通常取20～40cm为宜。底基层施工必须采用集中场拌或现场路拌、现场摊铺碾
压成型的施工方法。
7.3 沥青面层结构
半刚性基层上的沥青面层虽然不是主要的承重结构层，但是由于路面承受的轴载
吨位及轴载通行次数高，行车速度快，因此对于面层使用功能的要求很高。如要求纵
向平整性好，横向不形成车辙，在潮湿状态下高速行车具有足够的抗滑能力和及时排
除地面积水的能力。为保护基层结构的稳定性，要求面层严格防止雨水渗入。半刚性
基层在使用过程中常发生收缩裂缝，一定厚度的沥青面层可阻止或延缓反射裂缝的出
现。对于北方冰冻地区，沥青面层要求能够承受低温收缩的能力。总之，半刚性路面
的沥青面层应具备高温稳定、低温抗裂、雨天防滑、隔离防渗、疏干积水、控制裂
缝、降低噪声、经久耐用这八大功能。对于沪宁高速公路，考虑到所处的自然环境，
承担的繁重交通及其重要性，应特别重视高温稳定、隔离防渗、雨天防滑、控制裂缝
等问题。
为了确保沥青面层的高温稳定性，课题组根据东南大学参加“七五”攻关项目所
得的研究成果，并参考国内已建成的高速公路路面结构，选定中粒式密级配沥青混凝
土，后经过精心调试设计，取Ⅰ、Ⅱ型二种混合料的优点组成了新的沥青混合料LH-20
Ⅰ′型级配。通过车辙试验、环道试验、试验路工程研究进一步观测混合料的各种特
性，通过动稳定度试验(DS)、环道车辙深度观测(RD)、剪切流动值(τD)的观测、路面
纵向平整度跟踪观测、路面车辙深度跟踪观测，证明中粒式沥青混合料LH-20Ⅰ′配合
比，当采用优质沥青及优质集料时，动稳定度普遍较高，可达2700以上。环道试验
RD、τD值持续稳定，未发现增大趋势，试验工程连续三年观测全路12个试验段表
面平整度、各个断面车辙深度，在通过千万次车辆碾压，特别是1994年持续高温4个
月，均无明显变化，证明本项目提出的LH-20Ⅰ′中粒式沥青混凝土混合料具有良好的
高温稳定性。
为了提高沥青面层的防水渗透性能，采用混合料LH-20Ⅰ′型配合比细料含量略
高，致密性好，孔隙率为4.0%，起到了密闭作用。三年渗水试验跟踪观测表明，1992
年10月开放通车前结构渗水率高，1993年6月测试平均渗水率20～30m1/min，至1993年
10月则完全封闭不渗水。证明LH-20Ⅰ′型级配混合料具有良好的防水渗透性能，保证
了路面基层结构强度的稳定增长。在施工实施过程中，为了进一步提高抗滑性能，在
LH-20Ⅰ′型级配的基础上作了进一步调整，提出的AC-16B型混合料经工程实践证明各
项性质均为优良。
沥青路面的抗滑性能是保证雨天高速行车安全的重要技术指标，根据国家“七
五”科技攻关成果，通过三项指标确保它的抗滑性能优良，即混合料中粗集料有磨光
值、沥青路面表面有摩擦系数(摆式仪)、路面表面构造深度(铺砂法)。
为保证沪宁高速公路高速行车的安全，经精选粗集料，最终选用的面层集料为砂
岩与玄武岩，其磨光值指标为：玄武岩46；砂岩50。
试验路经过二年、一千多次行车碾压，仍保持良好的抗滑性能(详见表21)。
路表面构造深度及试验路竣工后跟踪观测结果如表22所示。由12个路段的统计结
果可以看出，1992年竣工时构造深度能达到规定要求，1年以后观测有明显下降，且达
不到规定要求；2年以后观测又有少量下降，但基本趋向稳定。
表列数据表明，采用磨光值高的优质石料。按LH-20Ⅰ′级配配制的沥青混合料铺
筑的路面，经过3年一千多万车辆的碾压，不仅表现出优良的高温稳定性和优良的防水
渗透隔离作用，而且在抗滑安全性方面也有优良的品质，至1994年11月摩擦系数平均
值仍达到57，较竣工时下降14.5，仍达到规定要求的高限。
路表构造深度经一年使用后即低于规定要求，这在国内高速公路建设中也有多处
发现，如京津塘高速公路也发现摩擦系数能满足规定要求，而构造深度则难以达到，
这是采用密集配混合料普遍存在的问题。课题组认为三项控制指标中摩擦系数是直接
影响安全的控制指标，必须达到；石料磨光值是保证路面防滑的基本指标，磨光值高
才能获得高的摩擦系数，也应达到。而构造深度仅为一间接指标，只是在一定程度上
反映了摩擦系数下降的可能性。构造深度指标高而摩擦系数不合格，仍然会引发事
故。要获得合格的构造深度，只能采用开级配混合料，放弃密级配混合料。研究表明
在江南潮湿地区，采用开级配混合料而无其它相应措施相配合，则由于它空隙率增大
必然导致高温稳定性和防水渗透性能的下降。经反复研究后认为抗滑性能应主要由摩
擦系数控制，不应为追求较高的构造深度指标而损害混合料的高温稳定性及防渗水性
能，否则就会舍本求末。
7.4 半刚性路面的裂缝问题
半刚性沥青路面，若是结构整体强度与承载能力很高，沥青面层出现的裂缝多半
为非荷载型反射裂缝，其主要成因是基层收缩变形形成的规则裂缝反射到沥青面层而
形成的。反射裂缝的特点是垂直于行车方向，横贯整个路幅，通常情况下上下贯通至
基层结构，有时也有错位贯通的。
半刚性路面的裂缝在我国东北重冰冻地区特别严重，沈大高速公路沈鞍段1986年
完工，1987年3月在一段854m长的路面上出现10条裂缝。华北轻冰冻地区也有普遍的
收缩裂缝存在，如京石高速公路正定试验路1988年11月建成，1990年3月作调查时发现
除了采用12cm级配碎石中间层的路面未发现裂缝之外，其它均有不同程度的裂缝。上
海沪嘉高速公路1988年11月建成，1990年2月调查即发现裂缝；1994年调查时发展在
16km的道路上出现1267条裂缝，而且裂缝的数量有增加的趋势。
沪宁高速公路路面结构研究关于防裂问题曾作过考虑，经过连续观测，试验路裂
缝的产生与发展有以下一些特性：
(1)路面裂缝的主要成因是水硬性材料基层结构的收缩变形；
(2)基层收缩变形的主要原因是材料含水量的变化所引起；
(3)二灰碎石的防裂性能优于水泥碎石；
(4)级配碎石中间层能够有效地防止或延缓裂缝的产生；
(5)沥青面层厚度小于18cm时，面层厚度对于防止裂缝无明显效果。
7.5 建议进一步研究的问题
(1)长期观测半刚性路面反射裂缝的形成与发展规律，研究消除及防止裂缝的有效
措施；
(2)长期观测沥青路面车辙发展规律，研究不同交通量、不同温度条件下车辙形成
规律，进一步研究提高沥青路面抗车辙能力的有效措施；
(3)长期观测路面平整度的发展规律，研究影响平整度的设计、施工、材料、养护
等方面的因素，进一步研究改善平整度的有效措施。
注：本课题的主要研究人员还有：
黄晓明 李一鸣 陈雅贞 钱培舒 黄 卫
俞建荣 王 晓 王建伟 王 健 窦有年